Termodinamika 2 : Siklus Energi dan Mesin Kalor

 Siklus Energi dan Mesin Kalor

Muhammad Reza Gunawan_41623010022_(@z-11Reza)

Abstrak

   Menurut Rudolf Clausius menyatakan sebuah rumusan Clausius mengenai hukum termodinamika 2, yaitu kalor akan mengalir secara spontan dari benda yang bersuhu tinggi ke bersuhu rendah. Lalu, tidak mengalir spontan ke arah sebaliknya Sedangkan untuk permasalahan entropi, hukum termodinamika 2 menjelaskan jika total entropi jagat raya tidak akan terjadi pada proses reversible (∆S = 0), namun akan bertambah pada proses irreversible (∆S >0).

Pendahuluan 

    Dalam Hukum Termodinamika II ini berkaitan dengan entropi dan memiliki kecenderungan  yang dari waktu ke waktu, perbedaan suhu, tekanan, dan menyeimbangkan potensi kimia dalam terisolasinya sistem fisik. Perlu diketahui ya Grameds, entropi adalah keseimbangan termodinamis, terutama mengenai perubahan energi yang hukumnya disebut dengan Hukum Termodinamika II. Dalam Hukum Termodinamika II ini menyatakan bahwa: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

Rumusan Masalah

1. Bagaimana prinsip kerja mesin kalor?
2. Bagaimana hukum kedua termodinamika berkaitan dengan aliran kalor?
3. Apa itu siklus energi?

Pembahasan

    Mesin Kalor adalah mesin yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Leonard Sadi Carnot, seorang insinyur Prancis pada tahun 1824. Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin dan prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Pada diagram di bawah, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada dua benda A dan B, yang temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B "kulkas". Carnot lalu menjelaskan bagaimana kita bisa memperoleh daya penggerak (usaha), dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B 

    Hukum termodinamika kedua adalah hukum fisika yang menyatakan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju di bawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor.

    Siklus energi adalah rangkaian dari urutan pemindahan bentuk energi dari satu bentuk ke bentuk energi lainnya yang dimulai dengan sinar matahari, lalu berpindah ke produsen, berpindah lagi ke konsumen primer atau herbivora, berpindah lagi konsumber tingkat tinggi atau karnivora hingga sampai ke saproba. Aliran energi juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan energi dari satu tingkatan trofik ke tingkatan-tingkatan berikutnya. Pada proses perpindahan energi tersebut, selalu terjadi pengurangan pada jumlah energi di setiap urutan pemindahannya melalui tingkat trofik makan memakan.Energi dapat berubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Contohnya seperti energi kimia, energi listrik, energi mekanik dan energi panas. Perubahan bentuk energi menjadi bentuk satu ke bentuk lainnya, dinamakan sebagai transformasi energi. Pada dasarnya, aliran energi dimulai dari cahaya matahari yang kemudian diubah oleh produsen menjadi energi kimia dalam bentuk senyawa-senyawa organik. Perubahan energi menjadi senyawa organik tersebut, dimakan oleh konsumen hingga terjadi lagi perpindahan dan perubahan energi dari tumbuhan ke konsumen. Energi kimia yang telah berubah dalam bentuk bahan organik, kemudian dimanfaatkan oleh organisme untuk pertumbuhan serta perkembangan dari organisme tersebut. Pada ekosistem, aliran energi terjadi pada peristiwa rantai makanan, jaring-jaring makanan, piramida ekologi serta tingkat trofik. Agar lebih jelas, berikut adalah aliran energi yang terjadi pada peristiwa-peristiwa tersebut.

Kesimpulan

Daftar Pustaka

Suratno, Suratno. "Peningkatan Prestasi Belajar Menerapkan Konsep Termodinamika Dalam Mesin Kalor Pada Mata Pelajaran Fisika Dengan Pembelajaran Certainly Of Response Index (CRI) Siswa Kelas XI MAT-IA 2 SMA Negeri 1 Magetan." Jurnal Revolusi Pendidikan (JUREVDIK) 1.1 (2018): 9-14.

Ibrahim, Edelyn Elpetina, and Defry Agatha Ardianta. "Pengolahan Siklus Energi: Near Zero-Net Energy Apartment." Jurnal Sains dan Seni ITS 5.2 (2016).

MATA, T. D. M. K. P. (2018). Peningkatan Prestasi Belajar Menerapkan Konsep Termodinamika Dalam Mesin Kalor Pada Mata Pelajaran Fisika Dengan Pembelajaran Certainly Of Response Index (CRI) Siswa Kelas XI Mat-IA 2 SMA Negeri 1 Magetan. Jurnal Revolusi Pendidikan Vol, 1(2).

Kesetimbangan Kimia: Hukum Aksi Kimia, Perpindahan Fasa dan DIagram Fasa

 Kesetimbangan Kimia:

 Hukum Aksi Kimia,

 Perpindahan & Diagram Fasa

Oleh: @Z16-RIZKY APRILIA SUDRAJAT

ABSTRAK

    Kalor adalah energi yang mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Ketika kedua benda berada pada suhu yang sama, tidak ada aliran energi atau panas. Itulah sebabnya secangkir kopi yang tertutup tidak akan lebih dingin atau lebih hangat dari suhu ruangan setelah didiamkan beberapa jam. Fenomena ini dikenal sebagai keseimbangan . Dalam contoh ini, kita membahas aliran energi.

Kesetimbangan terjadi dalam transisi fase. Misalnya, jika suhu dalam suatu sistem yang mengandung campuran es dan air adalah 273,15 K, maka jumlah bersih es yang terbentuk dan meleleh adalah nol. Jumlah air cair juga akan tetap konstan jika tidak ada uap yang keluar dari sistem. Dalam hal ini, tiga fase, es (padat), air (cair), dan uap (gas) berada dalam kesetimbangan satu sama lain. Demikian pula, keseimbangan juga dapat dicapai antara fase uap dan cairan pada suhu tertentu. Kondisi kesetimbangan juga terjadi antara fase padat dan fase uap. Ini adalah kesetimbangan fase.

kata kunci: kesetimbangan kimia, hukum aksi massa, fasa.

PENDAHULUAN

    Dalam ilmu kimia, hukum aksi massa adalah sebuah dalil yang menyatakan bahwa laju dari suatu reaksi kimia berbanding lurus terhadap produk aktivitas dan konsentrasi reaktan. Secara khusus, hukum ini menyiratkan bahwa untuk campuran reaksi kimia yang berada dalam kesetimbangan, rasio antara konsentrasi reaktan dan produk bernilai konstan.

Dua aspek yang terlibat dalam formulasi awal hukum ini diantaranya: 1) aspek kesetimbangan, mengenai komposisi campuran reaksi pada kesetimbangan dan 2) aspek kinetika mengenai persamaan laju bagi reaksi elementer. Kedua aspek tersebut berasal dari penelitian yang dilakukan oleh Cato M. Guldberg dan Peter Waage antara 1864 dan 1879 di mana konstanta kesetimbangan diturunkan dengan menggunakan data kinetika dan persamaan laju yang telah mereka usulkan. Guldberg dan Waage juga mengakui bahwa kesetimbangan kimia adalah proses yang dinamis di mana  laju reaksi untuk reaksi maju dan mundur harus sama pada kesetimbangan kimia. Untuk menurunkan ekspresi konstanta kesetimbangan yang menarik bagi kinetika, ekspresi persamaan laju harus digunakan. Ekspresi persamaan laju ditemukan kembali kemudian secara independen oleh Jacobus Henricus van 't Hoff.

Hukum ini merupakan pernyataan mengenai kesetimbangan dan memberikan ekspresi bagi konstanta kesetimbangan, kuantitas yang mencirikan kesetimbangan kimia Dalam kimia modern hukum ini diturunkan menggunakan terodinamika kesetimbangan Hukum ini juga dapat diturunkan dengan konsep potensial kimia. 

PEMBAHASAN

HUKUM AKSI MASSA

Hukum aksi massa bersifat universal dan dapat diterapkan dalam keadaan apa pun. Namun, untuk reaksi yang lengkap, hasilnya mungkin tidak terlalu berguna. Kami memperkenalkan hukum aksi massa dengan menggunakan persamaan reaksi kimia umum di mana reaktan A dan B bereaksi menghasilkan produk C dan D

aA+bB→cC+Dd

dimana a, b, c, d adalah koefisien persamaan kimia setara. Hukum aksi massa menyatakan bahwa jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan pada suhu tertentu, maka perbandingan berikut ini tetap:

[C]c[D]d

[A]a[B]b=Keq

Tanda kurung siku "[ ]" di sekitar spesies kimia menunjukkan konsentrasinya. Ini adalah hukum ideal kesetimbangan kimia atau hukum aksi massa.

Hasil Bagi Reaksi Q vs. Konstanta Kesetimbangan K

Jika sistem TIDAK dalam keadaan setimbang, rasionya berbeda dengan konstanta kesetimbangan. Dalam kasus seperti ini, perbandingannya disebut hasil bagi reaksi yang dilambangkan dengan Q.

[C]c[D]d

[A]a[B]b=Q

Suatu sistem yang tidak berada dalam keadaan setimbang cenderung menjadi setimbang, dan perubahan tersebut akan menyebabkan perubahan Q sehingga nilainya mendekati konstanta kesetimbangan K:

Q→Keq

Hukum aksi massa memberi kita metode umum untuk menulis persamaan konstanta kesetimbangan suatu reaksi. Pada tahap ini, Anda seharusnya sudah bisa menulis persamaan kesetimbangan untuk persamaan reaksi apa pun. Jika Anda belum yakin dengan teori umum di atas, berikut beberapa contohnya. Lebih penting bagi Anda untuk memahami MENGAPA konstanta kesetimbangan dinyatakan dengan cara ini daripada apa ekspresi kesetimbangannya.

PERPINDAHAN

    Perpindahan massa adalah perpindahan massa dari satu lokasi, biasanya berupa aliran, fasa, fraksi, atau komponen, ke lokasi lainnya. Perpindahan massa muncul pada banyak proses, seperti absorpsi, evaporasi, adsorpsi, pengeringan, presipitasi, filtrasi membran, dan distilasi. Perpindahan massa digunakan oleh berbagai ilmu sains untuk proses dan mekanisme yang berbeda-beda, tetapi frasa ini banyak digunakan pada ilmu teknik untuk proses fisika yang melibatkan difusi molekuler dan transport konveksi suatu speses kimia dalam sistem.

Beberapa contoh sederhana proses perpindahan massa adalah evaporasi air ke atmosfer, penjernihan darah pada ginjal dan liver, serta distilasi alkohol. Pada proses industri, operasi perpindahan massa termasuk pemisahan komponen kimia pada kolom distilasi, adsorber seperti scrubber, adsorber seperti activated carbon bed, dan ekstraksi liquid-liquid. Perpindahan massa pada umumnya digabungkan dengan proses perpindahan untuk penerapannya seperti pada menara pendingin industri.

PHASE DIAGRAM (DIAGRAM FASA)

 1.Diagram Fasa

     a.Pengertian Diagram Fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon.Tidak seperti struktur logam murni yang hanya dipengaruhi oleh suhu, sedangkan struktur paduan dipengaruhi oleh suhu dan komposisi. Pada kesetimbangan, struktur paduan ini dapat digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram fasa (diagram kesetimbangan) dengan parameter suhu (T) versus komposisi (mol atau fraksi mol). (Fase dapat didefinisikan sebagai bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi yang berbeda dari bagian lainnya). Diagram fasa khususnya untuk ilmu logam merupakan suatu pemetaan dari kondisi logam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( Konsentrasi dan temperatur). Diagram fasa secara umum dipakai ada 3 jenis : 1. Diagram fasa tunggal/Uner ( 1 komponen/Komposisi sama dengan Paduan ) 2. Diagram fasa Biner ( 2 komponen unsur dan temperatur) 3. Diagram fasa Terner ( 3 komponen unsur dan temperatur) Diagram fasa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan, misalnya timbale dan timah. Diagram fasa biner misalnya paduan kuningan ( Cu-Zn), (Cu-Ni) dll. Diagram fasa terner misalnya paduan stainless steel (Fe-Cr-Ni) dll. Diagram pendinginan merupakan diagram yang memetakan kondisi struktur mikro apa yang anda akan dapatkan melalui dua variabel utama yaitu ( Temperatur dan waktu) disebut juga diagram TTT atau juga dua variabel utama yaitu (temperatur dan cooling rater) disebut juga diagram CCT. Diagram ini berguna untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu dan mikrostruktur tertentu, Fasa bainit misalnya pada baja hanya terdapat pada diagram TTT bukan diagram isothermal Fe-Fe3C.

     Kegunaan Diagram Fasa adalah dapat memberikan informasi tentang struktur dan komposisi fase-fase dalam kesetimbangan. Diagram fasa digunakan oleh ahli geologi, ahli kimia, ceramists, metallurgists dan ilmuwan lain untuk mengatur dan meringkas eksperimental dan data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang proses-proses yang melibatkan reaksi kimia antara fase.

     b.Komponen Diagram Fasa Komponen umum diagram fasa adalah garis kesetimbangan atau batas fase,yang merujuk pada baris yang menandai kondisi di mana beberapa fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan. Fase transisi terjadi di sepanjang garis dari ekuilibrium. Titik tripel 2 adalah titik pada diagram fase di mana garis dari ekuilibrium berpotongan. Tanda titik tripel kondisi di mana tiga fase yang berbeda dapat ditampilkan bersama. Sebagai contoh, diagram fase air memiliki titik tripel tunggal yang sesuai dengan suhu dan tekanan di mana padat, cair, dan gas air dapat hidup berdampingan dalam keadaan kesetimbangan yang stabil. Titik solidus adalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambah cairan kristal. Titik likuidus adalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambah cairan kristal. Temperatur di atas mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair.

Terdapat sebuah kesenjangan antara solidus dan likuidus yang terdiri dari campuran kristal dan cairan. 

        c.Diagram Fasa 2D Diagram fasa yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal yang sederhana, seperti air. Sumbu sesuai dengan tekanan dan suhu. Diagram menunjukkan fasa, dalam ruang tekanan-suhu, garis-garis batas keseimbangan atau fase antara tiga fase padat, gas, dan cair.

    Sebuah diagram fase khas. Garis putus-putus memberikan perilaku anomali air. Garis hijau menandai titik beku dan garis biru titik didih, menunjukkan bagaimana mereka bervariasi dengan tekanan. Kurva pada diagram fasa menunjukkan titik-titik di mana energi bebas (dan sifat turunan lainnya) menjadi non-analitis: turunannya berkenaan dengan (suhu dan tekanan dalam contoh ini) koordinat perubahan terputus-putus (tiba-tiba). Misalnya, kapasitas panas dari wadah dengan es akan berubah tiba-tiba sebagai wadah dipanaskan melewati titik lebur. Ruang terbuka, di mana energi bebas adalah analitik, sesuai dengan daerah fase tunggal. Daerah satu fasa dipisahkan oleh garis non-analitis, di mana transisi fase terjadi, yang disebut batas fase. Dalam diagram di sebelah kiri, batas fasa antara cair dan gas tidak berlanjut tanpa batas. Sebaliknya, berakhir pada sebuah titik pada diagram fase yang disebut titik kritis. Ini mencerminkan fakta bahwa, pada suhu dan tekanan sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan, dalam apa yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritisterjadi pada sekitar Tc = 647,096 K (1,164.773 ° R), pc = 22,064 MPa (3,200.1 psi) dan ρc = 356 kg / m³. Keberadaan titik cair-gas kritis mengungkapkan ambiguitas sedikit pelabelan daerah fase tunggal.

DAFTAR PUSTAKA

    Péter Érdi; János Tóth (1989).

Mathematical Models of Chemical Reactions: Theory and Applications of Deterministic and Stochastic Models. Manchester University Press. hlm. 3. ISBN 978-0-7190-2208-1.

    Chieh, Chung. 

"Chemical Equilibria - The Law of Mass Action". Chemical reactions, chemical equilibria, and electrochemistry. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-10-03. Diakses tanggal 3 September 2015. The law of mass action is universal, applicable under any circumstance... The mass action law states that if the system is at equilibrium at a given temperature, then the following ratio is a constant.

    Chung (Peter) Chieh (Profesor Emeritus, Kimia @ Universitas Waterloo)

    Perpustakaan LibreTexts  Didukung oleh NICE Cxone Expret  dan didukung  oleh Proyek Percontohan Buku Teks Terbuka Departemen Pendidikan, Kantor Rektor UC Davis, Perpustakaan UC Davis, Program Solusi Pembelajaran Terjangkau Universitas Negeri California, dan Merlot. Kami juga mengakui dukungan National Science Foundation sebelumnya dengan nomor hibah 1246120, 1525057, dan 1413739. Legal . Pernyataan Aksesibilitas  Untuk informasi lebih lanjut hubungi kami di  info@libretexts.org .

 

Termodinamika: Gas Ideal dan Prosesnya

 

Abstrak

Termodinamika 1 membahas tentang gas ideal dan prosesnya. Gas ideal adalah sekumpulan partikel gas yang tidak saling berinteraksi satu dengan lainnya. Artinya, jarak antarpartikel gas ideal sangat berjauhan dan bergerak secara acak. Gas ideal juga merupakan model teoritis untuk gas yang memenuhi persamaan keadaan gas ideal, yaitu (PV = nRT), di mana (P) adalah tekanan, (V) adalah volume, (n) adalah jumlah mol gas, (R) adalah tetapan gas, dan (T) adalah suhu mutlak. 

Kata kunci: Termodinamika 1 dan Gas Ideal

Pendahuluan

Gas ideal adalah model teoritis untuk gas yang memenuhi persamaan keadaan gas ideal, yaitu (PV = nRT), dimana (P) adalah tekanan, (V) adalah volume, (n) adalah jumlah mol gas, (R) adalah tetapan gas, dan (T) adalah suhu mutlak. Gas ideal merupakan gas hipotetis yang tidak memiliki volume partikel dan tidak saling berinteraksi. Proses-proses yang dapat terjadi pada gas ideal meliputi proses isokorik (volume tetap), isobarik (tekanan tetap), isotermal (suhu tetap), dan adiabatik (tanpa pertukaran panas dengan lingkungan).

Proses isokorik (atau isokhorik) terjadi ketika volume gas tetap. Selama proses ini, tidak ada kerja yang dilakukan oleh gas karena tidak ada perubahan volume. Persamaan untuk kerja dalam proses isokorik adalah (W = 0), di mana (W) adalah kerja yang dilakukan oleh gas.

Proses isobarik terjadi ketika tekanan gas tetap. Selama proses ini, gas dapat melakukan kerja karena terjadi perubahan volume. Persamaan untuk kerja dalam proses isobarik adalah \l(W = P × Delta V), di mana Delta V adalah perubahan volume gas.

Proses isoterma terjadi ketika suhu gas tetap. Selama proses ini, gas ideal mengikuti hukum Boyle yang menyatakan bahwa tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.

Proses adiabatik terjadi ketika tidak ada pertukaran panas antara gas dan lingkungan sekitarnya. Selama proses ini, gas ideal mengikuti hukum Poisson yang menyatakan bahwa (PV^gamma = {constant}), di mana (gamma) adalah rasio kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan terhadap kapasitas panas spesifik pada volume konstan.

Rumusan masalah

1. Bagaimana konsep Gas ideal dan Gas nyata?

2. Perbedaan teori buffer dan titrasi asam basa

Pembahasan

1. KONSEP GAS IDEAL DAN GAS NYATA 

Gas ideal adalah suatu konsep atau contoh gas yang dianggap ideal. Suatu gas nyata mempunyai banyak syarat, antara lain volume gas tidak boleh berubah-ubah, unsur-unsur dalam gas bergerak acak ke segala arah, tidak ada hubungan antara volume gas, dan volume gas sedikit lebih besar. volume gas. gas atau volume wadah, dan tumbukan dengan gas merupakan kompensasi penuh. Namun, tidak ada gas yang cocok untuk penggunaan sehari-hari. Teori gas ideal dimaksudkan dan digunakan untuk menyederhanakan hubungan antara keadaan makroskopis gas. Sedangkan gas ideal adalah gas yang tidak memenuhi seluruh syarat gas ideal. Gas nyata mempunyai hubungan antara volume gas dan volume gas yang tidak dapat diabaikan. Atau bisa juga disebut gas ideal yang bertekanan rendah dan bersuhu tinggi.

2. KARAKTERISTIK GAS IDEAL

Gas ideal memiliki beberapa karakteristik yang membedakannya dari gas nyata. Berdasarkan sumber yang ditemukan, karakteristik gas ideal adalah sebagai berikut:

1. Partikel yang identik: Partikel gas ideal terdiri dari partikel yang identik, baik dari segi ukuran, massa, dan besar energi kinetik yang dimilikinya.

2. Tidak ada gaya tarik-menarik antara partikel gas: Gas ideal tidak memiliki gaya saling tarik-menarik ataupun saling tolak-menolak antara partikelnya, kecuali selama tumbukan elastis dengan durasi yang dapat diabaikan 

3. Tumbukan elastis: Partikel gas ideal tumbukan elastis atau lenting sempurna tanpa kehilangan energi kinetik.

4. Bergerak dengan acak namun dalam lintasan lurus: Partikel gas ideal bergerak dengan acak ke segala arah, namun semuanya bergerak dalam lintasan yang lurus[1].

5. Tidak memiliki volume: Secara individu, partikel gas ideal hanyalah partikel titik yang tidak memiliki volume.

Sementara gas nyata memiliki partikel-partikel yang saling berinteraksi satu sama lain, tidak seperti gas ideal, dan memiliki perilaku yang berbeda terutama pada tekanan tinggi, massa jenis tinggi, dan temperatur rendah[5].

Dengan demikian, karakteristik gas ideal meliputi partikel yang identik, tidak adanya gaya tarik-menarik antara partikel gas, tumbukan elastis, gerakan acak namun dalam lintasan lurus, dan tidak memiliki volume secara individu. Selain itu, gas ideal juga memiliki persamaan keadaan dan hukum-hukum yang menjelaskan sifat-sifatnya.

Kesimpulan

Dari artikel diatas, dapat disimpulkan bahwa gas ideal adalah model teoritis dengan partikel yang tidak berinteraksi, bergerak acak, dan mengikuti persamaan keadaan (PV = nRT). Perbandingan dengan gas nyata menunjukkan perbedaan interaksi antarpartikel. Karakteristik gas ideal melibatkan tumbukan elastis, gerakan acak, dan ketiadaan volume individu. Ini adalah konsep penting dalam Termodinamika 1.

Daftar Pustaka

Academy Khan. (Diakses pada tanggal 27 November 2023). https://www.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:intermolecular-forces-and-properties/x2eef969c74e0d802:ideal-gas-law/v/ideal-gas-equation-pv-nrt

Sifat Material dan Ekuilibrium Fasa

Sifat Material dan Ekuilibrium Fasa

Disusun Oleh: Ghefira Nanda Utami (Z07-GHEFIRA)

Abstrak

Termodinamika 2 adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat material dan ekuilibrium fasa. Sifat material dan ekuilibrium fasa merupakan konsep dasar dalam termodinamika 2, yang mempelajari bagaimana benda-benda berinteraksi dan berubah dalam sistem. Dalam termodinamika 2, kita mempelajari bagaimana benda-benda berinteraksi satu sama lain dan bagaimana energi dipertukarkan antara mereka. Artikel ini akan membahas konsep-konsep dasar termodinamika 2, termasuk sifat material dan ekuilibrium fasa.

 

Pendahuluan

Termodinamika 2 adalah cabang ilmu fisika yang sangat penting dalam memahami sifat material dan ekuilibrium fasa. Dalam termodinamika 2, kita mempelajari bagaimana benda-benda berinteraksi satu sama lain dan bagaimana energi dipertukarkan antara mereka. Konsep-konsep dasar termodinamika 2 sangat penting dalam banyak bidang ilmu, termasuk fisika, kimia, dan teknik mesin.

Salah satu konsep dasar termodinamika 2 adalah sifat material. Sifat material mengacu pada sifat-sifat fisik dan kimia dari benda, seperti massa, volume, dan kepadatan. Dalam termodinamika 2, kita mempelajari bagaimana sifat-sifat ini berubah saat benda berinteraksi dengan lingkungannya. Misalnya, ketika benda dipanaskan, sifat-sifatnya dapat berubah, seperti volume dan kepadatan.

Konsep lain yang penting dalam termodinamika 2 adalah ekuilibrium fasa. Ekuilibrium fasa terjadi ketika dua atau lebih fase dari suatu bahan berada dalam keseimbangan termodinamika satu sama lain. Dalam termodinamika 2, kita mempelajari bagaimana fase-fase ini berinteraksi satu sama lain dan bagaimana energi dipertukarkan antara mereka. Misalnya, ketika es dan air dicampur bersama, mereka akan mencapai ekuilibrium fasa di mana suhu dan tekanan stabil.

Dalam artikel ini, kita akan membahas konsep-konsep dasar termodinamika 2, termasuk sifat material dan ekuilibrium fasa. Kita akan membahas bagaimana konsep-konsep ini berhubungan satu sama lain dan bagaimana mereka dapat diterapkan dalam berbagai bidang ilmu.

Rumusan Masalah

1.     Apa itu konsep entalpi, dan entropi?

2.     Apa hukum kedua termodinamika ?

3.     Apa itu diagram fasa dan analisis perubahan fasa dalam sistem?

Tujuan

1.     Mengetahui apa itu konsep entalpi, dan entropi?

2.     Mengetahui apa hukum kedua termodinamika?

3.     Mengetahui apa itu diagram fasa dan analisis perubahan fasa dalam sistem?

Pembahasan

A.   Entropi, dan Entalpi

1.     Entropi

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur panas/kalor

(energi) dalam sistem persatuan suhu yang tidak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan seberapa besar panas/kalor (energi) yang tidak dapat dipakai untuk melakukan kerja pada proses-proses termodinamika. Pada sistem yang terisolasi, saat terjadi transfer panas, energi panas berpindah dari sistem yang bersuhu tinggi ke sistem yang bersuhu rendah, maka entropi suatu sistem yang tertutup (terisolasi), hanya berjalan ke satu arah (bukan proses reversible), ini berarti pada sistem terisolasi entropi selalu naik atau secara alamiah entropi suatu proses cenderung berkembang ke arah peningkatan entropi. Jadi hukum kedua mengharuskan adanya perubahan entropi.

 

Ukuran dari perubahan energi atau gangguan selama proses kimia adalah entropi. Entropi dinyatakan dengan simbol ‘S’, dan selalu ditulis sebagai huruf besar/kapital. Dalam sebuah persamaan, entropi ditulis sebagai ‘ΔS’ karena mewakili gangguan dalam entropi selama proses kimia. Satuan SI untuk Entropi (S) adalah Joule per Kelvin (J/K). Suhu dalam persamaan entropi diukur pada skala suhu absolut atau Kelvin. Dimensi entropi adalah:

Semua proses yang sesuai dengan Hukum II Termodinamika dapat dibedakan atas: proses reversible (dapat balik) dan proses tak reversible/irreversible (tidak dapat balik). Proses reversible merupakan proses idealisasi, terjadi apabila perubahan tingkat keadaan pada suatu sistem sedemikian sehingga entropi tidak berubah, entropi juga tidak akan berubah pada proses balik sehingga proses dapat berlangsung dalam arah maju atau balik.

 

Dalam proses reversible ΔS = 0, sedangkan untuk proses irreversible, yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, terjadi apabila perubahan tingkat keadaan pada sistem berlangsung sedemikian rupa sehingga entropinya bertambah besar dan pada proses balik, entropinya berkurang, keadaan ini tidak mungkin terjadi karena betentangan dengan hukum kedua termodinamika. Pada proses tak reversible terjadi perubahan entropi ΔS > 0.

 

Entropi sangat berbeda dengan energi. Entropi tidak kekal tetapi meningkat dalam semua proses nyata. Proses yang dapat balik (seperti pada mesin Carnot) adalah proses di mana perpindahan panas yang paling besar terjadi dan juga merupakan proses yang menjaga entropi, ada hubungan antara entropi dan ketersediaan energi untuk melakukan pekerjaan. Dalam hal ini, entropi berhubungan dengan fakta, bahwa tidak semua perpindahan panas dapat diubah menjadi kerja. Dengan demikian diperoleh Hukum II Termodinamika yang dapat dirumuskan sebagai:

 

D ³S 0

Dapat dikatakan entropi alam selalu meningkat dengan:

∆S_alam = ∆S_sistem + ∆S_lingkungan

 

Nilai ∆S > 0 : proses berlangsung spontan

Nilai ∆S < 0 : proses berlangsung berlawanan secara sepontan

Nilai ∆S = 0 : proses dalam kesetimbangan

 

Dengan pendekatan gas ideal, persamaan entropi menjadi sebagai berikut:

Sehubungan dengan Hukum II Termodinamika, dikenal siklus Carnot yang

merupakan siklus reversible yang beroperasi di antara dua suhu T1 (awal) dan T2

(akhir) merupakan mesin yang paling efisien. Siklus Carnot terdiri dari dua proses

isotermal yang dihubungkan oleh dua proses adiabatik. Menurut Carnot, sebuah mesin kalor akan memiliki efisiensi maksimum jika proses-proses dalam mesin adalah reversible (dapat balik). Suatu proses reversible adalah suatu keadaan di mana kedua sistem dan lingkungannya dapat kembali ke keadaan semula, sama persis seperti sebelum terjadinya proses. Efisiensi dari mesin Carnot diberikan sebagai berikut.

 

 

2.     Entalpi

Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi mengukur perubahan panas atau perubahan energi internal sistem selama reaksi kimia di bawah tekanan konstan. Entalpi adalah ukuran total energi dalam sistem, meskipun selalu menunjukkan perubahan dalam sistem energi pada tekanan konstan karena total entalpi sistem tidak dapat diukur.

 

Entalpi dilambangkan sebagai ΔH. Sehingga, pada tekanan tetap, perubahan entalpi sama dengan kalor (q) yang diserap maupun kalor yang dilepas. Perubahan entalpi molar adalah perubahan entalpi dengan disertai reaksi atau perubahan zat dari unsur-unsur pembentuknya setiap 1 mol. Entalpi molar disebut juga entalpi pembentukan. Satuan entalpi molar adalah kJ/mol atau kJ mol-1. Perubahan entalpi dari pembentukan 1 mol zat langsung dari unsur-unsur pembentuknya disebut entalpi molar pembentukan atau entalpi pembentukan. Secara matematis, entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:

 

H = U + pV

 

Di mana:

H = entalpi sistem (joule)

U = energi internal (joule)

P = tekanan dari sistem (Pa)

V = volume sistem (m3

PV hanya targantung keadaan awal dan akhir sistem. Perubahan entalpi (ΔH) adalah perubahan kalor yang terjadi pada suatu reaksi kimia. Perubahan entalpi atau ΔH ini merupakan selisih antara entalpi produk dengan entalpi reaktan yang dirumuskan dengan:

ΔH = H_produk – H_reaktan  

 

Jika H produk lebih kecil daripada H reaktan maka akan terjadi pembebasan kalor. Harga ΔH negatif atau lebih kecil daripada nol. Sebagai contoh:

2 H2 (g) + O2 (g) ® 2 H2O (l) + kalor atau

2 H2 (g) + O2 (g) ® 2 H2O (l) ® entalpi = ΔH < 0 atau negatif (-)

 

Jika H produk lebih besar daripada H reaktan maka akan terjadi penyerapan kalor. Harga ΔH positif atau lebih besar daripada nol. Sebagai contoh:

2 H2O (l) ® 2 H2 (g) + O2 (g) – kalor atau

2 H2O (l) ® 2 H2 (g) + O2 (g) ® entalpi = ΔH = + atau positif

 

Nilai entalpi yang negatif dari suatu sistem atau reaksi kimia, menunjukkan bahwa proses berlangsung secara eksoterm. Reaksi eksoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor dari sistem ke lingkungan, sehingga kalor dari sistem akan berkurang. Tanda reaksi eksoterm adalah ΔH = – (negatif).

 

Nilai entalpi yang positif dari suatu sistem atau reaksi kimia, menunjukkan bahwa proses berlangsung secara endoterm. Reaksi endoterm adalah reaksi dimana sistem menerima kalor dari lingkungan, sehingga kalor diserap oleh sistem dari lingkungan. Tanda reaksi endoterm adalah ΔH = + (positif)

 

B.    Hukum Kedua Termodinamika

Dalam Hukum Termodinamika II ini berkaitan dengan entropi dan memiliki kecenderungan  yang dari waktu ke waktu, perbedaan suhu, tekanan, dan menyeimbangkan potensi kimia dalam terisolasinya sistem fisik. entropi adalah keseimbangan termodinamis, terutama mengenai perubahan energi yang hukumnya disebut dengan Hukum Termodinamika II. Dalam Hukum Termodinamika II ini menyatakan bahwa: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

 

Sebenarnya, Hukum Termodinamika I dianggap tidak dapat menjelaskan apakah suatu proses mungkin terjadi ataukah tidak mungkin terjadi. Maka dari itu, muncul lah Hukum Termodinamika II yang disusun tidak lepas dari usaha untuk mencari sifat atau besaran sistem yang ada. Dari hasil percobaan para ahli menyimpulkan bahwa mustahil untuk membuat sebuah mesin kalor yang mengubah panas seluruhnya menjadi kerja, yaitu mesin dengan efisiensi termal 100%. Kemustahilan ini adalah dasar dari satu pernyataan hukum kedua termodinamika sebagai berikut :

 

“Adalah mustahil bagi sistem manapun untuk mengalami sebuah proses di mana sistem menyerap panas dari reservoir pada suhu tunggal dan mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanik, dengan sistem berakhir pada keadaan yang sama seperti keadaan awalnya”.

 

Formulasi Dalam Hukum Termodinamika II

Dalam Hukum Termodinamika II ini terdapat dua formulasi yang berguna untuk memahami konversi energi panas ke energi mekanik, yakni:

 

1.     Formulasi Kelvin-Planck

Formulasi yang pertama ini menyatakan bahwa “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik”. Dengan kata lain, formulasi ini mengungkapkan bahwa memang tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan. Sehingga lebih baik menggunakan energi tersebut untuk menjalankan generator listrik tanpa menimbulkan efek lebih lanjut, misalnya pemanasan atmosfer. Maka dari itu, setiap alat atau mesin pastilah memiliki nilai efisiensi tertentu. Efisiensi ini akan menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang telah diperolehnya dengan energi panas dari sumber suhu tertinggi.

 

2.     Formulasi Clausius

Dalam formulasi ini menyatakan bahwa “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”. Dengan kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (yang memiliki suhu rendah) dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (yang memiliki suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada pompa untuk melakukan usah.

 

C.   Diagram Fasa dan Analisis Perubahan Fasa Dalam Sistem

Diagram fasa adalah representasi grafis dari hubungan antara suhu, tekanan, dan komposisi kimia dalam sistem yang menunjukkan kondisi di mana berbagai fase stabil atau metastabil dari suatu zat atau campuran zat terjadi. Diagram fasa sangat penting dalam memahami perubahan fasa dalam sistem, terutama dalam kimia dan metalurgi. Analisis perubahan fasa dalam sistem melibatkan pemahaman tentang bagaimana suhu, tekanan, dan komposisi memengaruhi transisi fasa dari padatan ke cairan, dan dari cairan ke gas.

 

Dalam diagram fasa, titik-titik tertentu menunjukkan kondisi di mana dua atau lebih fase berada dalam kesetimbangan. Misalnya, pada diagram fasa air, titik tertentu menunjukkan di mana air dapat berada dalam bentuk padat (es), cair, atau gas (uap). Perubahan suhu, tekanan, atau komposisi dapat mempengaruhi transisi antara fase-fase ini.

 

Analisis perubahan fasa dalam sistem juga melibatkan pemahaman tentang konsep seperti entalpi, entropi, dan energi bebas Gibbs. Misalnya, pada titik tertentu dalam diagram fasa, perubahan energi bebas Gibbs menentukan apakah suatu transisi fasa akan terjadi secara spontan.

 

Dengan memahami diagram fasa dan konsep-konsep termodinamika yang terkait, kita dapat menganalisis bagaimana perubahan suhu, tekanan, dan komposisi dapat mempengaruhi perubahan fasa dalam sistem, serta bagaimana kita dapat mengendalikan proses ini untuk aplikasi praktis dalam berbagai bidang ilmu, termasuk material, kimia, dan metalurgi.

Kesimpulan

Entropi adalah salah satu bersaran termodinamika yang mengukur panas/kalor (energi) dalam sistem persatuan suhu yang tidak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Ukuran dari perubahan energi atau gangguan selama proses kimia adalah entropi. Sehubungan dengan Hukum II Termodinamika dikenal dua proses, yaitu reversible (dapat balik) dan irreversible (tidak dapat balik). Dikenal siklus Carnot yang merupakan siklus reversible yang beroperasi diantara dua suhu T1 (awal) dan T2 (akhir) yang merupakan mesin yang paling efisien. Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Nilai entalpi yang negatif dari suatu sistem atau reaksi kimia, menunjukkan bahwa proses berlangsung secara eksoterm. Nilai entalpi yang positif dari suatu sistem atau reaksi kimia, menunjukkan bahwa proses berlangsung secara endoterm. Hubungan antara entalpi dan entropi ada dalam kaitan dengan Energi Bebas Gibbs. Sedangkan Hukum 2 termodinamika yaitu Hukum 2 termodinamika menyatakan bahwa aliran kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Hal ini menunjukkan bahwa tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sedangkan Diagram fasa adalah representasi grafis dari hubungan antara suhu, tekanan, dan komposisi kimia dalam sistem yang menunjukkan kondisi di mana berbagai fase stabil atau metastabil dari suatu zat atau campuran zat terjadi. Analisis perubahan fasa dalam sistem juga melibatkan pemahaman tentang konsep seperti entalpi, entropi, dan energi bebas Gibbs. Misalnya, pada titik tertentu dalam diagram fasa, perubahan energi bebas Gibbs menentukan apakah suatu transisi fasa akan terjadi secara spontan.

Daftar Pustaka

Lula Nadia diakses pada 27 november 2023 https://pustaka.ut.ac.id/lib/wp-content/uploads/pdfmk/PANG4112-M1.pdf

Kamal N diakses pda 27 november 2023 https://www.gramedia.com/literasi/hukum-termodinamika/

Deni Purbowai diakses pada 27 november 2023 https://akupintar.id/info-pintar/-/blogs/mengenal-apa-itu-termodinamika-dan-penerapan-hukum-1-2-dan-3

Tabithac Manalu diakses pada 27 november 2023 https://www.academia.edu/35004818/Diagram_fasa

https://p2k.stekom.ac.id/ensiklopedia/Energi_bebas_termodinamika