Termodinamika II (Entropi dan Energi bebas)

TERMODINAMIKA II (ENTROPI dan ENERGI BEBAS)

Oleh : @Kel-P07 (@P02-AULIYAH), (@P04-RAHMATIKA), (@P05-WENING)

ABSTRAK

Termodinamika adalah ilmu tentang energi yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa teknologi. Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu system termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Kata kunci : entropi, energy bebas.

I.                   PENDAHULUAN

Hukum termodinamika kedua menyatakan bahwa kondisi-kondisi alam selalu mengarah kepada ketidak aturan atau hilangnya informasi. Hukum ini dikenal sebagai “hukum entropi” entropi adalah selang ketidak teraturan dalam suatu sistem. Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur, tersusun dan terencana menjadi lebih tidak teratur, tersebar dan tidak terencana. Semakin tidak teratur, semakin tinggi pula entropinya. Hukum entropi menyatakan bahwa seluruh alam semestra bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur, tidak terencana dan tidak terorganisir.

II.                PEMBAHASAN

1.      ENTROPI

merupakan fungsi keadaan dan dapat dianggap sebagai ukuran keteraturan suatu sistem. Perubahan entropi sistem (∆S) ketika sejumlah kalor diberikan kepadanya dengan proses reversible pada temperatur konstan, dinyatakan sebagai:

Maka berdasarkan rumus di atas,menyatakan bahwa seluruh alam semesta akan bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur, tidak terencana, dan tidak terorganisir. Entropi adalah satu besaran termodinamika terkait perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem. Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur Alam secara subatomik seakan mengelak untuk diketahui oleh manusia.Sehingga terkesan semakin tidak teratur. Suatu besaran adalah sebuah sifat jika, dan hanya jika, perubahan nilai yang terjadi diantara dua keadaan tidak tergantung pada proses. Karena entropi merupakan sebuah sifat, maka perubahan sistem yang berlangsung dari keadaan satu ke keadaan lain, mempunyai nilai yang sama untuk semua proses, baik proses irreversiblemaupun proses reversible.Satuan SI untuk entropi adaalh J/K, sedangkan satuan Inggris untuk entropi adalah Btu/°R. Entropi dapat didefinisikan dan dievaluasi sebagai persamaan integrasi tertentu tanpa disertai dengan pengertian fisik tertentu

A.      Sifat zat dalam Entropi

Entropi juga merupakan sifat zat yang mengukur derajat keacakan atau ketidakteraturan pada tingkat mikroskopik. Secara alamiah entropi selalu diproduksi oleh semua proses. Gagasan yang menyatakan entropi dapat diproduksi, tetapi tidak dapat dihilangkan merupakan hakikat Hukum II Termodinamika :

2.      ENERGI BEBAS (GIBBS)

•         Menunjukkan perubahan entropi total dari sistem

•         Batasan à suhu dan tekanan tetap

                                G = H – TS

                              DG = DH – TDS (suhu tetap)

                              DG = - TDS (tekanan tetap)

•         Energi Bebas Gibbs (DG) digunakan u menggambarkan perub energi sistem, Pada temperatur dan tekanan konstan, DG = Energi bebas Gibbs

      untuk menentukan kespontanan reaksi dg fokus hanya pada sistem.

Energi bebas Gibbs dilambangkan dengan ΔG digunakan untuk memprediksi apakah suatu reaksi dapat berjalan atau tidak (spontan atau tidak). Ada beberapa hal yang perlu kita pelajari dan akan dijelaskan pada penjelasan di bawah ini :

Energi Bebas Gibbs Standar (ΔG°)
Menghitung ΔG°
Untuk menghitung energi bebas Gibbs standar, dapat kita gunakan rumus di bawah ini :
ΔG° = ΔH° - TΔS°

Mudah kan. Dengan ΔH° adalah perubahan entalpi, T dalah suhu (kelvin) dan ΔS° adalah perubahan entropi. Jika semua data rumus diatas diketahui, maka tentu kita dapat dengan mudah mencarinya harga ΔG° bukan!

Namun harus kalian ingat adalah perubahan entropi biasanya dihitung dalam satuan energi joule sedangkan energi bebeas Gibbs dan perubahan entalpi dihitung dalam Kj. Agar tidak terjadi kesalahan jangan lupa mengubah satuan entropi dari joule menjadi kJ ya!

Contoh Soal :
Perhatikan reaksi pembakaran metana berikut ini :
CH4(g) + O2(g) ==> CO2(g) + 2H2O(l)
Jika diketahui harga perubahan entropinya adalah – 242,2 J/K mol dan perubahan entalpinya – 890,4 kJ/mol, hitunglah harga perubahan energi bebas gibs standar pada suhu 25 degC?

Pembahasan :
Langkah pertama yang akan kita lakukan adalah mengubah satuan perubahan entropi dari J ke kJ.
1 kJ = 1000 j

ΔS° = - 242,2 J/K mol = - 242,2/1000 kJ/ K mol = - 0,2422 kJ/mol K

Kemudian suhu juga harus kita ubah menjadi satuan Kelvin.
K = C + 273 = 25 + 273 = 298 K

Nah, setelah itu baru masukkan data ke rumus menghitung perubahan energi bebas Gibbs standar :
ΔG°  = ΔH° - TΔS°
 = - 890,4 kJ/mol – 298 K x -0,2422kJ/mol K
 = (- 890,4 + 72,1756 ) kJ/mol
 = - 818,2244 kJ/mol

Hubungan Kespontangan Reaksi dengan ΔG
Reaksi berjalan spontan atau tidak, dapat kita lihat dari tanda perubahan energi bebas Gibss, ΔG – nya. Jika ΔG bernilai positif maka reaksi tidak spontan atau tidak dapat terjadi. Tetapi jika tanda ΔG reaksi adalah negatif, maka reaksi dapat berlangsung dengan spontan.

Kadang – kadang kespontanan reaksi juga dilihat dari harga perubahan entropi, ΔS - nya. Yang perlu diingat adalah tanda kespontanan reaksi jika dilihat dari harga ΔS adalah kebalikan dari ΔG. Jika ΔS bertanda + dan ΔG bertanda negatif, maka reaksi tersebut berlangsung dengan spontan.

Memprediksi pada Suhu Berapa Reaksi Dapat Berlangsung Spontan
Dari persamaan menghitung ΔG :
ΔG = ΔH - TΔS

Kita tahu bahwa reaksi dapat berlangsung spontan jika harga ΔG nya bertanda negatif atau lebih kecil dari 0. Secara matematika dapat kita buat sebagai beriku :

ΔG < 0

Jika kita gabungkan persamaan satu dengan yang kedua, maka hasilnya adalah sebagai berikut :
ΔG < 0
ΔH – TΔS < 0

Menggunakan persamaan diatas, kita bisa mencari pada suhu berapakah suatu reaksi berlangsung spontan.
           
Contoh Soal :
Perhatikanlah reaksi berikut ini :

Jika diketahui harga ΔS = + 160,4 J/mol K dan ΔH = + 178 kJ/mol. Pada suhu berapakah reaksi diatas dapat berlangsung spontan?

Pembahasan :
Pertama, jangan sampai lupa mengubah satuan ΔS nya ya!
ΔS = + 160,4 J/ mol K = + 160,4/1000 kJ/mol K = + 0,1604 kJ/mol K

Reaksi akan spontan jika :
                              ΔH – TΔS < 0
+ 178 kJ/mol – T x (+0,1604) < 0
                     – T x (+0,1604) < - 178
                                        – T < - 778/0,1604
                                        – T < - 1110
                                           T > 1110 K

Reaksi diatas akan spontan jika suhu reaksi diatas 1110 K.

III.             KESIMPULAN

Hukum kedua termodinamika, hukum ini terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimum. Energi bebas digunakan untuk memprediksi apakah suatu reaksi dapat berjalan atau tidak (spontan atau tidak).

Daftar Pustaka

Yunus A. tentang hukum termodinamika II

http://haslindakusumaningsih.lecture.ub.ac.id/files/2017/12/HUKUM-TERMODINAMIKA-II.pdf

Chusni, Muhammad Minan, Ayu Amelia, dkk (2018)

file:///C:/Users/bangkit%20haryo/Downloads/FENOMENA_ENTROPI_DILIHAT_DARI_PERSPEKTIF_SAINS_DAN%20(1).pdf

Vernandes, Adrian. 2016. “konsep energy bebas gibbs dan hubungan kespontanan reaksi”. Sumber : https://www.avkimia.com/2017/06/konsep-energi-bebas-gibbs-dan-hubungannya-dengan-kespontanan-reaksi.html

Chemistry. 2017. “elektrokimia energy bebas gibbs”. Sumber : http://chemistryb15.blogspot.com/2017/06/elektrokimia-energi-bebas-gibbs.html