HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA (ENERGI BEBAS)

Oleh : @Kel-K10, @K28-Rofiqoh, @K29-Aprilia, @K30-Puji

 ABSTRAK Hukum kedua termodinamika  menyediakan prinsip-prinsip yang dapat meramalkan arah dari suatu proses baik secara fisika maupun kimia. Berapa prinsip yang diturunkan dari hukum kedua ini antaranyaadalah entrophi semesta dan energy bebas Gibbs. Kedua parameter ini merupakan alat konseptual untuk meramalkan arah suatu  proses.

  
           Hukum kedua Termodinamika          Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

1.     Entropi
            Entropi adalah fungsi keadaan, dan merupakan kriteria yang menentukan apakah suatu keadaan dapat dicapai dengan spontan dari keadaan lain. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyatakan derajat ketidakteraturan partikel. Jika sistem kemasukan kalor, maka entropi bertambah., dan sebaliknya jika kalor keluar maka entropi berkurang. Menentukan entropi (S) suatu sistem tidak mudah karena menyangkut energi yang di kandungnya. Akan tetapi besarnya perbahan entropi (DS) dalam suatu peristiwa dapat di hitung dari besarnya kalor yang masuk atau yang keluar. Kalor dapat menambah ketidakteraturan (entropi) partikel sistem, tetapi perubahan itu tidak linier, dan bergantung pada suhu sistem. Seperti energi dalam (U) dan entalpi (H), Entropi adalah besaran termodinamika yang nilainya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak di pengaruhi oleh jalan yang di tempuh. Oleh sebab itu, ΔS proses reversibel sama dengan irreversibel walaupun kalor yang di serap tidak sama.
                    q_ir = ΔU + P (V₂ – V₁)
           Perubahan entropi suatu proses di hitung dari q_r  dan bukan dari q_ir, baik prosesnya reversibel maupun irreversibel.
                ΔS = qr/T
               Karena q_r lebih besar dari q_ir maka dalam proses irreversibel :
                                           ΔS >  qir/T
(syukri, Kimia Dasar 1. Hal 99-100)
            Hukum ke-2 termodinamika menyatakan bahwa entropi, S, sistem yang terisolasi dalam proses spontan meningkat. Dinyatakan secara matematisΔS > 0
ΔS > 0, prosesnya irreversibel = spontan
ΔS = 0, prosesnya reversibel = kesetimbangan
ΔS ≥ 0, prosesnya alami yakni irreversibel atau reversibel = tidak spontan.

 Jika suhu di turunkan terus menerus,mengakibatkan entropi makin lama makin mengecil. Dalam dunia keilmuan, suhu terendah adalah 0 K sehingga di asumsikanpada suhu ini zat murni tersusun paling teratur. Berdasarkan asumsi itu, di sepakati suatu perjanjian yang di sebut hukum ketiga termodinamika. Berdasarkan hukum ini di lakukan pengukuran dan perhitungan kalor yang di serap suatu zat murni dari suhu 0 K sampai suhu tertentu. Akhirnya di hitung entropi zat tersebut pada suhu 25⁰ C dan tekanan 1 atm yang di sebut entropi standar. Dengan adanya entropi standar, dapat di hitung nilai dari ΔS sebuah reaksi anorganik.   
                          ΔS = Σ entropi produk – Σ entropi reaktan
      (syukri, Kimia Dasar 1. Hal 104)

2.       Energi bebas GiBBs (G)
               Untuk menyatakan reaksi yang berjalan spontan, maka di gunakan fungsi termodinamika yang lain yaitu Energi Bebas Gibbs atau dapat di sebut juga sebagai energi bebas. (olimpiade kimia SMA, hal 66)Energi bebas suatu sistem adalah selisih entalpi dengan temperatur yang di kalikan dengan entropi.
                     G = H – TS
        Sehingga perubahan energi bebas pada suhu konstan adalah ;
          ΔG = ΔH – TΔS
         Dan pada keadaan standar, energi bebas dapat di hitung dengan persamaan ;
                 ΔG⁰ = ΔH⁰ – TΔS⁰
              Energi bebas dalam keadaan standar telah di ukur untuk setiap senyawa dan telah di tabulasikan secara global sehingga perubahan energi gibbs (ΔG) suatu reaksi anorganik, dapat di hitung dengan rumus :           
                    ΔG⁰= Σ ΔG_f⁰_produk - Σ ΔG_f⁰_reaktan
            Dari persamaan tersebut dapat di ketahui hal-hal seperti berikut ;
                         ΔG  < 0, reaksi berjalan secara spontanΔG  > 0,
                          reaksi berjalan tidak spontanΔG = 0 ,
                    reaksi dalam keadaan setimbang 
           Tabel hubungan ΔH, ΔS, ΔG dengan kelangsungan reaksi anorganik :

ΔH	ΔS	ΔG	Kelangsungan reaksi
< 0	> 0	< 0	Reaksi akan berlangsung secara spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai negatif
> 0	< 0	> 0	Reaksi akan berlangsung secara tidak spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai positif

                 Hubungan energi bebas dengan konstanta kesetimbangan :
                  ΔG = ΔG⁰ + RT ln K
                 Di mana ; ΔG      = energi bebas pada kondisi tertentu
                            ΔG⁰       = energi bebas pada kondisi standar
                               R         = Tetapan gas ideal = 8.314 J/mol-
                           KT          = Temperatur (K)
                          K         = Tetapan kesetimbangan 
               Saat kesetimbangan, ΔG = 0 maka persamaan menjadi : ΔG⁰= - RT ln K Dengan hubungan :·         Jika ΔG⁰ negatif, K > 1 maka reaksi akan berlangsung spontan·         Jika ΔG⁰ positif, K < 1 maka reaksi akan berlangsung tidak spontan 
          ·        ENERGI BEBAS DAN PERUBAHAN SPONTAN
—   Perubahan entropi total merupakan kriteria yang berlaku untuk spontanitas.
—   Perubahan entropi sekeliling merupakan pekerjaan yang rumit, yang diperlukan adalah kriteria yang lepas dari keliling dan dapat diterapkan pada sistem itu saja.
—   ∆Ssem = ∆Ssis - ∆Hsis/T
—   Perkalian dengan T menghasilkan
—   T ∆Ssem = T ∆Ssis - ∆Hsis = - (∆Hsis - T ∆Ssis)
—   - T∆Ssem = ∆Hsis - T ∆Ssis
—   suku di sebelah kanan hanya mengandung besaran untuk sistem dan di sebelah kiri muncul suku ∆Ssem untuk proses spontan harus bernilai positif.
—   Persamaan tersebut, kriteria dasar bagi perubahan spontan, namun melalui sifat termodinamika yang baru dikenal dengan energi bebas Gibbs (G), maka :
—   G = H - TS
—   Jika perubahan dilakukan pada T dan P tetap, maka
—   ∆G = ∆H - T ∆S……maka
—   ∆G = - T ∆Ssem
—   Karena kriteria untuk spontan ialah ∆Ssem >0 untuk proses yang berlangsung pada P dan T tetap dalam sistem tertutup, perubahan spontan diiringi dengan penurunan energi bebas, atau ∆G < 0
·        PERUBAHAN ENERGI BEBAS STANDAR (∆G°)
—   Sebagaimana fungsi termodinamika lainnya, energi bebas zat kimia tergantung pada keadaannya. Maka perlu ditentukan keadaan standarnya.
—   Padatan (zat murni pada tekanan 1 atm)
—   Cairan (zat murni pada tekanan 1 atm)
—   Gas (gas ideal pada tekanan parsial 1 atm)
—   Zat terlarut / solut (larutan ideal pada 1 M)
—   Untuk reaksi yang senyawanya terbentuk dari unsur-unsurnya maka ∆G°rxn dan energi bebas standar pembentukan ∆G°f°
—   ∆G° = ∆H - T ∆S
Perubahan Energi Bebas Gibbs StandarUntuk reaksi yang dilakukan pada kondisi keadaan standar, yakni pereaksi dalam keadaan standar diubah menjadi hasil reaksi pada keadaan standar, perubahan energi bebas disebut perubahan energi bebas standar, ΔG_f^oa A  +  b B  ® c C  +  d D Perubahan energi bebas  standar,  diberikan olehSecara umum dapat dituliskan dimana ,n dan m = koefisien stoikiometri—   ΔG_f^o   = energi bebas pembentukan standar senyawa
        ·        ENERGI BEBAS DAN KESETIMBANGAN
—   Telah diketahui bahwa untuk proses spontan ∆G < 0 dan ∆G > 0 pada proses nonspontan, maka bagaimana jika ∆G = 0?
—   Keadaan ∆G = 0 adalah keadaan kesetimbangan. Berarti ada kecenderungan yang sama untuk proses ke arah kiri dan kanan.
—   Hubungan antara ∆G° dengan K adalah ∆G° = -2,303 RT log K
               Entropi dan energi bebas Gibbs juga merupakan fungsi keadaan sehingga kedua besaran ini memiliki nilai pada keadaan standart, seperti halnya dengan entalphi. Hasil pengukuran standart untuk entropi dan Energi bebas Gibbs juga dilakukan pada keadaan 25^oC dan dengan tekanan 1 atm. Energi bebas Gibbs pembentukan standart memiliki arti perubahan energi bebas yang menyertai reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsur penyusunnya. Demikian pula untuk entropi standar yang dapat dipergunakan untuk menentukan entropi reaksi sebagai harga pembandingnya. Entropi dan Energi bebas Gibbs standar pembentukan, disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Entropi dan Energi bebas Gibbs pembentukan standar yang diukur pada 25^oC tekanan 1 atm 

Senyawa	S   (J/K.mol)	∆G  (kkJ/mol)
Ag2O4(g)	121,3	-11,21
	152,23	-
Br2(g)	245,35
C	5,74	0
CH3OH	126,8	-166,36
CH3OH		-162,00
CO(g)	197,56	-137,15
CO2(g)	213,68	-394,37
Cl2(g)	222,96	0
Cl2O(g)	266,10	97,9
H2(g)	130,57	0
H2O(l)	69,95	-237,19
H2O(g)	188,72	-228,58
NO2(g)	239,95	51,30
N2O(g)	304,18	97,82
PCl3(l)	217,1	-272,4
PCl3(g)	311,7	-267,8

       Kesimpulan :·        
          Termodinamika adalah suatu tool  yang sangat berguna dalam memahami kesetimbangan kimia yang terjadi secara alami. Termodinamika sangat bermanfaat untuk memutuskan apakah struktur suatu senyawa akan stabil, kemungkinan kespontanan reaksi, perhitungan kalor reaksi, penentuan mekanisme reaksi dan pemahaman elektrokimia.·         Parameter Termodinamika yaitu Entalpi (H), Entropi (S) dan Energi Gibbs (G)·         Entalpi adalah kandungan kalor sistem dalam tekanan tetap. Entalpi dan segala perubahan energi yang terjadi di dalam suatu reaksi anorgaik di jelaskan dengan Hukum termodinamika pertama.·         Entropi adalah fungsi keadaan, dan merupakan kriteria yang menentukan apakah suatu keadaan dapat dicapai dengan spontan dari keadaan lain. Entropi di bahas oleh Hukum termodinamika yang kedua dan ketiga·         Energi Bebas Gibbs adalah salah satu dari parameter termodinamika yang menyatakan apakah kelangsungan suatu reaksi terjadi secara spontan atau tidak spontan. Contoh Soal1.     Sebuah mesin Carnot mengambil 2500 J panas dari reservoir pada 500 K, melakukan kerja, dan membuang sejumlah panas ke reservoir pada 325 K. Berapa banyak kerja yang dilakukan?
Penyelesaian:
      ·        Mencari panas yang terbuang
·          Menentukan banyak kerja yang dilakukanÞ W = Q_H + Q_CÞ W = 2500 J + (-1625 J)
Þ W = 875 J
 2.     Gas Argon sebanyak 12 mol mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya naik dari 4,0 atm menjadi 7,0 atm. Tentukan perubahan entropi gas tersebut jika suhu akhirnya 217 °C!
Penyelesaian:·         Keadaan Isokhorik:
·  Mencari Nilai Perubahan Entropi3.     Hitunglah perubahan entropi yang terjadi ketika 2,00 kg air 27,0 °C dicampur dengan 3,00 air pada 77,0 °C!
Penyelesaian:·         Mencari suhu campuran
·         Menghitung perubahan entropi 

     DAFTAR ISI 
      Brady, James .E. 1999. Kimia Universitas Azas & Struktur Jilid 1,Edisi ke-5. Jakarta : Binarupa Aksara.

S      Syukri. s, 1999, KIMIA DASAR JILID I, Bandung, Penerbit ITB

        https://ardra.biz/sain-teknologi/ilmu-kimia/hukum-termodinamika-kedua/Rizkiah. Nurjihatu, 2013, HUKUM TERMODINAMIKA II , LINK, http://nrizkiah.blogspot.com/2013/09/kimia-hukum-termodinamika-ii.html, Diposting jumat 20 september 2013 di 00.52Lubis, David Franklin Mandala. 2017. Contoh Soal Hukum Termodinamika I, II, III dan Entropi. http://davidfml.blogspot.com/2017/09/contoh-soal-entropi.html