HUKUM TERMODINAMIKA 2

Pada studi kimia selalu timbul pertanyaan mengapa suatu reaksi dapat berlangsung, dan mengapa reaksi lain tidak dapat. Tentu akan baik sekali, bila kita dapat meramalkan apa yang terjadi bila beberapa bahan kimia ketika dicampur. Arah reaksi kimia mempunyai arti yang penting didalam kehidupan manusia. Apakah suatu reaksi menuju kearah yang menguntunkan atau justru arahnya menuju merugikan, misalnya pengkaratan dan sebagainya.

Bagaimana kondisi suatu reaksi arus diataur agar menuju arah yang menguntungkan dengan spontan, dan bagaimana agar tidak berlangsung kearah yang merugikan? Arah reaksi ini dipelajari dalam termodinamika kimia. Termodinamika adalah ilmu pengetahuan yang mengkaji perubahan energi dari satu bentuk kebentuk lain. Khusus dalam ilmu kimia termodinamika membahas antara lain :

·        Perubahan energi yang menyertai reaksi kimia dan perubahan fasa.

·   Apakah kondisi tertentu, suatu reaksi kimia atau suatu perubahan fasa akan berlangsung secara spontan.

·       Sampai dimana suatu reaksi dapat berlangsung pada kondisi tertentu dengan kata lain dimana letak kedudukan kesetimbangan.

Termodinamika didasarkan atas tiga postulat, yaitu hukum pertama, hukuk kedua dan hukum ketiga termodinamika. Hukum pertama menyangkut masalah pertukaran energi, sedangkan hukum kedua membahas arah dari perubahan tersebut dan hukum ketiga membahas entropi.

Sistem merupakan bagian dari alam yang sedang menjadi pusat perhatian untuk dipelajari. Sistim ini dapat burupa suatu zat atau campuran zat-zat yang dipelajari sifat-sifatnya. Segala sesuatu yang diluar sistem, disebut lingkungan. Antara sistim dan lingkungan dibatasi oleh batas-batas tertentu yang dapat nyata ataupun tidak nyata yang disebut bidang batas. Antara sistim dan lingkungan dapat terjadi pertukaran energi dan materi. Berdasarkan pertukaran ini dapat dibedakan tiga macam sistim, yaitu :

a)  Sistim tersekat, yang dengan lingkungan tidak dapat mempertukarkan baik materi maupuin energi, contohnya thermos yang ideal.

b)     Sistim tertutup, yang dengan lingkungan hanya dapat mempertukarkan energi saja, contohnya : sejumlah gas dalam silinder yang dilengkapi dengan pengisap.

Sistim terbuka, yang dengan lingkungannya dapat mempertukarkan baik energi maupuin materio, contohnya: suatu zat atau campuran zat dalam gelas piala terbuka.Suatu sistim berada dalam keadaan tertentu apabila sifat sifatnya mempunyai harga tertentu yang tidak berubah dengan waktu. Keadaan sistim ditentukan oleh sejumlah parameter-parameter, seperti mialnya : temperatur, tekanan, volume konsentrasi, viskositas, jumlah mol dan lain-lain. 

A. HUKUM TERMODINAMIKA II

Hukum Termodinamika II menurut para ahli dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggai (Clausius)
• Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible juka tidak terjadi proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)
• Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu Tt dan reservoir suhu Tr (Tt > Tr), memiliki efisiensi maksimum.
• Suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan hanya mengambl suatu sumber suhu tinggi kemudian membuangnya ke sumber panas tersebut untuk menghasilkan kerja abadi (Ketidakkemungkinan mesin abadi)
• Mesin Carnot adalah salah satu mesin reversisible yang menghasilakn daya paling ideal. Mesin ideal memiliki efisiensi maksimum yang mungkin dicapai secara teoritis.

B. ENTROPI

            Entropi adalah ukuran tingkat ketidakpastian suatu zat dengan tinjauan molekuler. Entropi merupakan sifat dari zat, karena itu tidak tegantung proses. Dengan kata lain, entropi adalah ukuran keacakan atau ketidakteraturan suatu zat.

            Dalam sistem tertutup peningkatan entropi diikuti oleh penurunan jumlah energi yang tersedia. Semakin tinggi entropi, semakin tinggi ketakteraturannya.

1.                  Entropi pada Proses Temperatur Konstan.

Jika suatu sistem pada suhu mutlak T mengalami proses reversibel dengan menyerap sejumlah kalor Q maka kenaikan entropi ∆S dapat dituliskan:

∆S = S2 – S1 = Q/T

Keterangan:

∆S = perubahan entropi  (J/K)

S1  = entropi mula-mula  (J/K)

S2  =  entropi akhir   (J/K)

2.        Entropi pada Proses Temperatur Berubah.

Pada proses yang mengalami perubahan temperatur, entropi dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

∆S = perubahan entropi  (J/K)

S1 = entropi mula-mula  (J/K)

S2  = entropi akhir  (J/K)

c = kalor jenis   (J/kg K)

m = massa    (kg)

T1 = suhu mula-mula (K)

T2  = suhu akhir   (K)

C. ENERGI BEBAS GIBBS

     Energi bebas Gibbs didefinisikan sebagai perbedaan antara energi entalpi (H) denganenergi yang            tidak digunakan untuk kerja berupa entropi (S) pada temperatur absolut (T). G =H - TS.                      Entropi dihitung sebagai perubahan energi perderajat dengan satuan kal/K.mol atauJ/K.mol.                    Perubahan energi bebas Gibbs dapat dinyatakan dengan persamaan DG = DH -TDS.

     Perubahan energi bebas Gibbs (DG) merupakan salah satu besaran termodinamikayang dapat               digunakan untuk meramalkan arah reaksi kimia 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 spontan ΔG  > 0,
                          reaksi berjalan tidak spontan ΔG = 0 ,
                                                    reaksi dalam keadaan setimbang 

Daftar Pustaka :

Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisika Jilid 1.Jakarta: Erlangga.

https://www.avkimia.com/2017/06/konsep-energi-bebas-gibbs-dan-hubungannya-dengan-kespontanan-reaksi.html (Diakses pada 8 Oktober pukul 16.35)

https://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa/article/view/3340 (Diakses pada 8 Oktober 16.45)