Termodinamika Kimia II (Entropi dan Energi Bebas)

Disusun oleh : @P16-Andi, @P19-Rahmat, dan @P20-Adi

Abstrak

Jadi, ilmu ini menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.
Selain itu, Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu Fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan Termodinamika bisa terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri, adalah peristiwa Termodinamika yang paling dekat dengan kehidupan sehari-hari.

Kata kunci : Hukum termodinamika I dan termokimia

I. PENDAHULUAN

Termodinamika dan termokimia adalah ilmu tentang perubahan kalor (panas) suatu zat yang melibatkan proses kimia dan fisika. Termodinamika dan termokimia adalah ilmu yang membahas tentang perubahan energi yang menyertai suatu reaksi kimia yang dimanifestasikan sebagai kalor reaksi.

II. PEMBAHASAN

• Pengertian termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana hubungan termodinamika berasal.
Pada sistem tempat terjadinya proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena itu, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang, yang mana konsep utamanya adalah proses kuasistatik, yang diidealkan. Sementara itu, termodinamika bergantung-waktu adalah termodinamika tak-setimbang.
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

• Pengertian termodinamika kimia

Termodinamika kimia adalah studi tentang keterkaitan panas dan bekerja dengan reaksi kimia atau dengan perubahan fisik negara dalam batas-batas hukum termodinamika . Termodinamika kimia tidak hanya melibatkan pengukuran laboratorium dari berbagai sifat termodinamika, tetapi juga penerapan metode matematika untuk mempelajari pertanyaan kimia dan spontanitas proses.
Struktur termodinamika kimia didasarkan pada dua hukum pertama termodinamika . Mulai dari hukum termodinamika pertama dan kedua, empat persamaan yang disebut "persamaan mendasar Gibbs" dapat diturunkan. Dari keempatnya, banyak persamaan, yang menghubungkan sifat termodinamika sistem termodinamika dapat diturunkan dengan menggunakan matematika yang relatif sederhana. Ini menguraikan kerangka matematika termodinamika kimia.

• Hukum termodinamika II

Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa :

” Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas kebenda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tan pa dilakukan usaha”.

Penjelasan hukum II Termodinamika ialah sebagai berikut ini :

• Tidaklah mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.
• Tidaklah mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
• Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu Tt dan reservoir suhu Tt(Tt > Tr), mempunyai efisiensi maksimum.

• Pengertian entropi

Entropi dapat kita diartikan sebagai ukuran ketidakteraturan. Dalam sistem tertutup peningkatan entropi disertai oleh penurunan jumlah energi yang tersedia. Semakin tinggi entropi, semakin tinggi pula ketakteraturannya.

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 sebagai berikut ini :
∆S = S2 – S1 = Q/T
Keterangan :
∆S : perubahan entropi (J/K)
S1 : entropi mula-mula (J/K)
S2 : entropi akhir (J/K)

• Entropi pada Proses Temperatur Berubah

Pada proses yang mengalami perubahan temperatur, entropi dituliskan sebagai berikut ini :

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)

• Contoh Soal Beserta Pembahasannya

1. Suatu mesin mempunyai suhu reservoir tinggi 400°C dan suhu reservoir rendah 70°C. Hitunglah efisiensi pada mesin tersebut!
Penyelesaian :
Diketahui :
Tt = 400°C atau 673 k
Tr = 70°C atau 343 K

Ditanyakan : η

Jawab:

Maka, efisiensi mesin sebesar 49%


2. Suatu sistem menyerap kalor sebesar 60 kJ pada suhu 27°C. Berapakah perubahan entropi sistem tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui:
Q = 60 kJ atau 60. 000J
T = 27°C atau 300 K

Ditanyakan :

Jawab:

Maka, besar perubahan entropi adalah 200J/K


• Pengertian energi bebas

Dalam termodinamika, energi bebas Gibbs (nama yang direkomedasikan IUPAC: energi Gibbs atau fungsi Gibbs; juga dikenal sebagai entalpi bebas untuk membedakannya dari energi bebas Helmholtz) adalah suatu potensial termodinamika yang dapat digunakan untuk menghitung kerja reversibel maksimum yang dapat dilakukan oleh sistem termodinamika pada suhu dan tekanan konstan (isotermal, isobarik). Sama seperti dalam mekanika, di mana penurunan energi potensial didefinisikan sebagai kerja maksimum yang dapat dilakukan, potensial yang berbeda juga memiliki arti yang berbeda. Penurunan energi bebas Gibbs (J dalam SI) adalah jumlah maksimum pekerjaan non-ekspansi yang dapat diekstraksi dari sistem termodinamika tertutup; maksimum tersebut dapat dicapai hanya dalam proses yang sepenuhnya reversibel. Ketika sebuah sistem berubah secara reversibel dari keadaan awal ke keadaan akhir, penurunan energi bebas Gibbs sama dengan kerja yang dilakukan oleh sistem ke lingkungannya, dikurangi dengan kerja dari gaya tekanan.

Energi Gibbs (juga dirujuk sebagai G) juga merupakan potensial termodinamika yang diminimalkan saat sistem mencapai kesetimbangan pada tekanan dan suhu konstan. Derivasinya sehubungan dengan koordinat reaksi sistem yang hilang pada titik kesetimbangan. Dengan demikian, pengurangan G adalah kondisi yang diperlukan untuk spontanitas proses pada tekanan dan suhu konstan.
Energi bebas Gibbs, yang pada awalnya disebut energi yang tersedia, dikembangkan pada tahun 1870 oleh ilmuwan Amerika Josiah Willard Gibbs. Pada tahun 1873, Gibbs menggambarkan "energi yang tersedia" ini sebagai
Jumlah terbesar dari kerja mekanis yang dapat diperoleh dari suatu zat pada jumlah tertentu dalam keadaan awal tertentu, tanpa meningkatkan jumlah volume atau membiarkan panas mengalir ke atau dari luar benda, kecuali seperti pada penutupan proses yang tersisa dalam kondisi awal mereka.
Keadaan awal benda, menurut Gibbs, seharusnya sedemikian rupa sehingga "benda dapat dibuat untuk melewatinya dari keadaan energi yang dilepaskan melalui proses reversibel". Pada tahun 1876 magnum opus On The Equilibrium of Heterogeneous Substances, sebuah analisis grafis dari sistem kimia multi-fasa, dia melibatkan pemikirannya tentang energi bebas kimia secara penuh.

Daftar pustaka

https://www.google.com/amp/s/www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/pengertian-termodinamika-lengkap/amp/
https://id.m.wikipedia.org/wiki/Termodinamika
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chemical_thermodynamics
https://rumus.co.id/hukum-termodinamika-1-dan-2/
https://id.m.wikipedia.org/wiki/Energi_bebas_Gibbs