Ke1

KIMIA FISIKA I NANIK DWI NURHAYATI,S.SI, M.SI

nanikdn.staff.uns.ac.id nanikdn.staff.fkip.uns.ac.id [email protected] 081556431053 / (0271) 821585

HUKUM TERMODINAMIKA

HUKUM TERMODINAMIKA KE NOL HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA HUKUM TERMODINAMIKA KETIGA

TERMODINAMIKA Hukum Termodinamika Kedua dan Entropi

• Hukum Termodinamika menyatakan bahwa kondisikondisi alam selalu mengarah kepada ketidakteraturan, seluruh alam semesta bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur, tidak terencana, dan tidak terorganisir.

Sistem termodinamika jagat raya sistem yang dianalisa – lingkungan Ex : - Gas memuai memenuhi volumenya

Arah perubahan spontan ex : E dalam tetap Jk E sistem turun selama perubahan spontan, E lingk hrs bertambah d jml yg sama (HK 1)

”Perubahan spontan disertai pengurangan kualitas energi, menjadi bentuk tdk teratur dan tersebar luas” Distribusi energi Arah perubahan spontan Fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua menyalakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif •

Hukum pertama termodinamika

energi bersifat kekal

Hukum kedua termodinamika entropi. “ Entropi dapat diciptakan tetapi tidak dapat dimusnahkan” Secara filosofis pada kehidupan sehari-hari, dalam sistem tertutup tanpa campur tangan dari luar ketidakteraturan akan selalu bertambah. Secara alamiah proses cenderung kearah tidak teratur “Total entropi dr suatu sistem termodinamika terisolasi meningkat selama ada perub spontan seiring dg meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya “. ∆ Stotal = ∆ Ssis + ∆ Ssurr > 0 Proses irreversibel S > menghasilkan S Proses reversibel tdk menghasilkan S, hanya memindahkan S dari sistem terisolasi kebagian lain

• Sistem alami cenderung kearah tidak teratur, random, distribusi partikel kurang teratur • Beberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (es meleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (air membeku) secara spontan • Dengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dlm arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan). hukum kedua termodinamika • Hukum ini tidak memberikan batasan perub entropi sistem atau lingkungan, tetapi u perub spontan entropi total sistem dan lingk harus positif ∆ Suniv = ∆ Ssis + ∆ Ssurr > 0

Entropi dan Ketidakteraturan Entropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem Seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yg kecil atau entropi rendah Gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tgi Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem jadi semakin tidak teratur, random

Memperkirakan Nilai So Sistem Berdasarkan pengamatan kita bisa dpt entropi zat akibat pengaruh 1. Perubahan temperatur 2. Keadaan fisik dan perubahan fasa 3. Pelarutan solid atau liquid 4. Pelarutan gas 5. Ukuran atom atau kompleksitas molekul

1. Perubahan Temperatur • So meningkat seiring dengan kenaikan temperatur

T(K) So

273 31,0

295 32,9

298 33,1

• Kenaikan temperatur menunjukkan kenaikan energi kinetik rata-rata partikel

Entropi dan Temperatur Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperatur Hal ini karena volumenya bertambah

Entropi dan Temperatur Peningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambah

Untuk molekulmolekul, berarti akan dapat berotasi dan vibrasi ikatan-ikatanya Shg dpt meningkatkan entropi

2. Keadaan Fisik dan Perubahan Fasa • Ketika fasa yg lebih teratur berubah ke kurang teratur, perubahan entropi positif • Untuk zat tertentu So meningkat jk perubahan zat dari solid ke liquid ke gas

Na

H2O

C(grafit)

So (s / l) 51,4(s) 69,9 (l) 5,7(s) So (g) 153,6 188,7 158,0

Entropy, S SSoo (J/K•mol) (J/K•mol) H H22O(liq) O(liq)

69.95 69.95

H H22O(gas) O(gas) 188.8 188.8

S (gases) > S (liquids) > S (solids)

3. Pelarutan solid atau liquid • Entropi solid/liquid terlarut > solut murni, jenis solut dan solven dan bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi overall

NaCl So s/l Soaq

72.1(s) 115,1

CH3OH 127(l) 132

4. Pelarutan Gas • Gas begitu tidak teratur dan akan jadi lebih teratur saat dilarutkan dlm liquid atau solid • Entropi larutan gas dlm liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murni • Saat O2 (So g = 205,0J/mol K) dilarutkan dalam air, entropi turun drastis (So aq = 110,9 J/mol K)

5. Ukuran Atom Kompleksitas molekul • Perbedaan entropi zat dg fasa sama tergantung ukuran atom dan komplesitas molekul

Li Na K Jari2 152 186 227 M molar 6.941 22.99 39.10 So(s) 29.1 51.4 64.7

Rb 248 85.47 69.5

Cs 265 132.9 85.2

• Untuk senyawa, entropi meningkat seiring dg kompleksitas kimia dg semakin banyaknya jml atom dalam molekul • Hal ini berlaku u senyawa ionik dan kovalen NO NO2 N 2O 4 So(g)

211

240

304

• Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul

Rantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan bervibrasi dengan lebih banyak cara dibanding rantai pendek CH4 C2H6 C3H8 C4H10 • So 186

230

270

310

Latihan Mana entropi yang lebih tinggi • 1 mol SO2(g) atau 1 mol SO3(g) • 1 mol CO2(s) atau 1 mol CO2(g) • 1 mol KBr(s) atau 1 mol KBr (aq) Bagaimana entropinya ? • Solid sugar is added to water • Iodine vapor condenses onto a cold surface forming crystals

Perubahan Entropi dan Kesetimbangan • Hk kedua penurunan entropi sistem hanya dpt terjadi jika entropi ling meningkat melebihinya • Peran penting lingkungan memberi panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem • Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem, diserap oleh lingkungan menyebabkan gerak random partikel dilingkungan meningkat entropi meningkat qsis < 0, qsurr > 0, ∆ Ssurr > 0 Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan menurun, qsis > 0, qsurr < 0, ∆ Ssurr < 0

Eksotermik dan Endotermik • Reaksi Eksotermik C6H12O6(s) + 6O2(g)  6CO2(g) + 6H2O(g) + kalor CaO(s) + CO2(g)  CaCO3(s) + kalor • Reaksi Endotermik Kalor + Ba(OH)2·8H2O(s) + 2NH4NO3(s)  Ba2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NH3(aq) + 10H2O(l)

Kapan reaksi berlangsung spontan ? Kespontanan suatu reaksi dapat ditentukan dg mempelajari termodinamika Termodinamika dapat digunakan untuk menghitung kerja yang dihasilkan dari beberapa reaksi kimia Dua faktor yang dapat menetukan kespontanan reaksi yaitu entalphi dan entropi Perubahan mengarah kekesetimbangan scr spontan, ∆ Suniv >0 Ketika kesetimbangan tercapai shg ∆ Suniv = 0. Pada titik ini perubahan entropi sistem diikuti perubahan entropi lingkungan (∆ Ssurr ) dlm jumlah yang sama tetapi berbeda tanda

Entropi, Kespontanan, kesetimbangan Hukum termodinamika kedua - entropi semesta (sistem + lingkungan) selalu naik pada proses spontan dan tidak berubah pada proses kesetimbangan. Ssemesta

= Ssis + Sling > 0

proses spontan

Ssemesta

= Ssis + Sling = 0

proses kesetimbangan

Suniverse = Ssistem + Slingkungan Kesetimbangan ∆ Suniverse ∆ Ssis = -∆ - Ssurr

= ∆ Ssistem + ∆ Slingkungan

=0

∆ Suniv = ∆ Ssis + ∆ Ssurr • Pada Tekanan konstan ∆ Ssurr = -∆ Hsis /T ∆ Suniv = ∆ Ssis - ∆ Hsis /T • Jika kedua sisi dikalikan –T maka -T∆ Suniv = ∆ Hsis - T∆ Ssis atau -T∆ Suniv = ∆ Gsis ∀ ∆ Suniv > 0 spontan  ∆ G < 0 ∀ ∆ Suniv < 0 non spontan  ∆ G > 0 ∀ ∆ Suniv = 0 setimbang  ∆ G = 0

Entropy

∆S = q/T where q = heat transferred in phase change

For H2O (liq) ---> H2O(g) ∆H = q = + 40,700 J/mol q 40, 700 J/mol ∆S = = T 373.15 K

= + 109 J/K • mol

mATuR

sUwUN