ENTALPI dan ENTROPI
ENTALPI dan ENTROPI
Di dalam Hukum 1 Termodinamika dijelaskan tentang energi yang ada dalam suatu Di dalam Hukum 1 Termodinamika dijelaskan tentang energi yang ada dalam suatu sistem. Hukum I Termodinamika juga menjelaskan tentang entalpi. Entalpi adalah istilah sistem. Hukum I Termodinamika juga menjelaskan tentang entalpi. Entalpi adalah istilah da
dalalam m tetermrmodiodinamnamikika a yayang ng memenynyatatakaakan n jumjumlalah h enenerergi gi ininteternrnal al dardari i susuatatu u sisiststemem ter
termodmodinainamikmika a ditditambambah ah enerenergi gi yanyang g digdigunaunakan kan untuntuk uk melmelakukakukan an kerkerja. ja. EntEntalpalpi i jugjugaa mer
merupakupakan an tratransfnsfer er panpanas as antantara ara sisistestem m dan dan linlingkungkungan gan yanyang g ditditranransfesfer r daldalam am kondkondisiisi tekanan konstan (isobarik).
tekanan konstan (isobarik).
Di dalam Hukum II Termodinamika dijelaskan tentang entropi. Entropi merupakan Di dalam Hukum II Termodinamika dijelaskan tentang entropi. Entropi merupakan suatu ukuran kalor atau energi yang tidak dapat diubah. Dalam Hukum II Termodinamika, suatu ukuran kalor atau energi yang tidak dapat diubah. Dalam Hukum II Termodinamika, terdapat sistem yang disebut esin !arnot"#alor dan esin $endingin.
terdapat sistem yang disebut esin !arnot"#alor dan esin $endingin.
Hukum kekekalan energi menjelaskan bah%a energi tidak dapat di&iptakan dan tidak Hukum kekekalan energi menjelaskan bah%a energi tidak dapat di&iptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi
dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari hanya dapat diubah dari bentuk energi ybentuk energi yang ang satu menjadi bentuk satu menjadi bentuk energi yang lain. 'ilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah energi yang lain. 'ilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (E). Demikian juga halnya dengan entalpi, en
perubahan energi (E). Demikian juga halnya dengan entalpi, en talpi tidak dapat diukur, kitatalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (H).
hanya dapat mengukur perubahan entalpi (H).
ΔH = H
ΔH = H
pp– H
– H
rr dengan dengan H * perubahan entalpi H * perubahan entalpi HH p p * entalpi produk * entalpi produk
H
Hr r * entalpi reaktan atau pereaksi * entalpi reaktan atau pereaksi
a.
a. +ila H produk H reaktan, maka +ila H produk H reaktan, maka H bertanda posiH bertanda positif, beratif, berarti terjrti terjadi penyeraadi penyerapan kalor pan kalor dari lingkungan ke sistem.
dari lingkungan ke sistem. b. +ila H
b. +ila H reaktan H reaktan H produk, maka H bertanda produk, maka H bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan negatif, berarti terjadi pelepasan kalor darikalor dari sistem ke lingkungan.
sistem ke lingkungan.
Gambar 1. Perubahan Entalpi pada Sistem Gambar 1. Perubahan Entalpi pada Sistem
Hukum Hess
Dalam perubahan entalpi, terdapat hukum yang dinamakan Hukum Hess. Hukum Hess adalah hukum yang menyatakan bah%a perubahanentalpi suatu reaksi akan sama %alaupun reaksi tersebut terdiri dari satu langkah atau banyak langkah. $erubahan entalpi tidak dipengaruhi oleh jalannya reaksi, melainkan hanya tergantung pada keadaan a%al dan akhir.
Hukum Hess mempunyai pemahaman yang sama dengan hukum kekekalan energi, yang juga dipelajari di hukum pertama termodinamika. Hukum Hess dapat digunakan untuk men&ari keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi kimia. $erhatikan diagram berikut
Gambar 2. Diagram Hukum Hess
Diagram di atas menjelaskan bah%a untuk mereaksikan - menjadi D, dapat menempuh jalur + maupun !, dengan perubahan entalpi yang sama (H1 H/ * H0 H).
2ika perubahan kimia terjadi oleh beberapa jalur yang berbeda, perubahan entalpi keseluruhan tetaplah sama. Hukum Hess menyatakan bah%a entalpi merupakan fungsi keadaan. Dengan demikian H untuk reaksi tunggal dapat dihitung dengan
ΔH
reaksi= ∑ ΔH
p ( produk )- ∑ ΔH
r (reaktan)2ika perubahan entalpi bernilai negatif (H 3 4), reaksi tersebut merupakan eksoterm dan bersifat spontan, sedangkan jika bernilai positif (H 4), maka reaksi bersifat endoterm.
$ada diagram di atas, jelas bah%a jika ! ( s) /H/( g ) 5/ ( g ) direaksikan menjadi !5/ ( g )
/H/ ( g ) mempunyai perubahan entalpi sebesar 6070,8 k2. 9alaupun terdapat reaksi dua
langkah, tetap saja perubahan entalpi akan selalu konstan (6:0,; k2 74,1 k2 * 6070,8 k2).
• #etergantungan H dengan temperatur
$ada umumnya entalpi reaksi tergantung pada temperatur %alaupun dalam banyak reaksi ketergantungan ini sangat ke&il sehingga sering diabaikan.
∆H untuk reaksi a- b+ → &! dD ∆H * & H! d HD – a H- – b H+
+ila persamaan tadi dideferensialkan terhadap temperatur pada tekanan tetap didapatkan
Ingat bah%a
Hukum II Termodinamika
Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses6proses yang dianggap taat a<as dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh !lausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalr se!ara kntinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".
+ila ditinjau siklus #arnt , yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabati&.
2ika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni $ariabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan &iri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut di&apai. =ariabel keadaan dalam hal ini adalah entrpi. $erubahan entropi hanya gayut pada keadaan a%al dan keadaan akhir dan tak gayut pada proses yang menghubungkan keadaan a%al dan keadaan akhir sistem tersebut.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan,"Sebuah prses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entrpi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".
1. esin !a"or#$arno%
esin kalor atau yang biasa disebut dengan mesin !arnt adalah suatu alat yang menggunakan panas"kalor (>) untuk dapat melakukan kerja (9). -lat ini tidak ideal, pasti ada kalor yang terbuang %alaupun hanya sedikit. -da beberapa &iri khas yang menggambarkan mesin kalor, yaitu
• #alor yang dikirimkan berasal dari tempat yang panas (reser$ir panas) dengan temperatur tinggi lalu dikirimkan ke mesin.
• #alor yang dikirimkan ke dalam mesin sebagian besar melakukan kerja oleh <at yang bekerja dari mesin, yaitu material yang ada di dalam mesin melakukan kerja.
• #alor sisa dari input dibuang ke temperatur yang lebih rendah yang disebut reser$ir dingin
esin kalor bekerja menurut siklus !arnot, siklus !arnot bekerja dalam tahap proses, tetapi hanya isotermal dan adiabatik.
Gambar (. Siklus #arnt
• Tahap pertama yaitu isotermal re?ersibel se&ara ekspansi atau penurunan tekanan, dengan melakukan kerja (9) dari keadaan - sampai +
) *
=
a b H ab H + + n,- ) * = = ln• Tahap kedua yaitu adiabatik re?ersibel se&ara ekspansi, dengan melakukan kerja (9) dari keadaan + sampai !
9 * !
?(T
1–
T
/) * !
?(T
H–
T
!)
• Tahap ketiga yaitu isotermal re?ersibel se&ara kompresi atau penaikan tekanan, dengan melakukan kerja (9) dari keadaan ! sampai D
• Tahap keempat yaitu adiabatik re?ersibel se&ara kompresi, dengan melakukan kerja (9) dari keadaan D kembali ke
-#etika sistem tersebut melakukan siklus, tak ada perubahan energi dalam sistem. Itu sesuai dengan Hukum I Termodinamika.
) * U
=
−
) * ) *
=
−
=
4 # H # H * * ) * * * ) − = + = =>H besarnya input kalor
>! besarnya kalor yang dibuang
9 kerja yang dilakukan
Dalam mesin &arnot, ada yang dinamakan efisiensi mesin. Efisiensi dari suatu mesin didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan (9) dengan kalor yang masuk (>H). H # H # H H # H * * * * * * ) * * ) = − − = = → − = η 1
-tau bisa juga dalam bentuk
En%ropi
Entropi merupakan sifat keadaan suatu sistem yang menyatakan tingkat ketidakteraturan, berkaitan dengan jumlah keadaan mikro yang tersedia bagi molekul sistem tersebut. Entropi juga dapat didefinisikan sebagai ke&enderungan sistem untuk berproses ke arah tertentu. Entropi dapat dihasilkan, tetapi tidak dapat dimusnahkan.
Entropi tidak dapat memprediksi apakah reaksi spontan atau tidak. Tetapi Hukum II Termodinamika menyatakan bah%a total entropi sistem dan lingkungannya selalu bertambah untuk proses spontan. Entropi meningkat seiring dengan kebebasan dari molekul untuk bergerak, entropi dilambangkan dengan huruf (S )
Gambar . /esar Entrpi pada 0at Padat, #air, dan Gas
1. En%ropi dan Hukum II Termodinamika Hukum II Termodinamika
Entropi semesta (sistem lingkungan) selalu naik pada proses spontan dan tidak berubah pada proses kesetimbangan. @ntuk proses spontan,perubahan entropi (dA) dari suatu
sistem lebih besar dibandingkan panas dibagi dengan temperatur mutlak
-
d*
dS 〉
DS
semesta* DS
sis DS
ling 4
proses spontanAementara untuk proses re?ersibel, yaitu
- d* dS
=
re$DS
semesta* DS
sis DS
ling* 4
proses kesetimbangan• $roses pada tekanan tetap
$anas yang mengalir ke benda
*
P #
Pd-
- 2 d dS B ≥ 1 / ln / 1 - - # - d- # S P - - P benda
=
=
∆
∫
Aehingga pada tekanan tetap, perubahan entropi akan naik
• Ceser?oir, pada suhu tetap T/
/ 1 / / - - - # - * S reser$ir = − = − P − ∆
−
−
=
∆
+
∆
=
∆
/ 1 / 1 / ln - - - - - # S S$erubahan entropi pada saat suhu tetap T/ menjadi semakin ke&il, tetapi perubahan
entropinya tetap positif.
Hubungan antara Hukum I dengan Hukum II Termodinamika yaitu Hukum I d* dU 3 d) d) Pd+ Hukum II d>Ce? * TdA
Aehingga
-dS dU 3 Pd+
• Hubungan energi dalam 4U5 dengan entropi 4S5 dan ?olume 4+5
d+ + U dS S U dU s $
∂
∂
+
∂
∂
=
dU -dS
–Pd+
dU -dS
–Pd+
didiferensial dengan ?olume konstan terhadap suhu (T)$ $ $ - + P - S - - U
∂
∂
−
∂
∂
=
∂
∂
$ $ - S - - U
∂
∂
=
∂
∂
$ $ $ # - S - - U=
∂
∂
=
∂
∂
• Aementara itu, entalpi juga dapat dihubungkan dengan entropi, yaitu
H U 3 P+
dH dU 3 Pd+ 3 +dP
-dS dU 3 Pd+
dH -dS 6 Pd+ 3 Pd+ 3 +dP
dH -dS 3 +dP
Dideferensialkan dengan tekanan tetap terhadap suhu (T)
p p p - P + - S - - H
∂
∂
−
∂
∂
=
∂
∂
P P P # - S - - H=
∂
∂
=
∂
∂
• Entropi pada gas ideal
dS dU7- 3 Pd+7-
dS #
$d-7-3 nd+7+
dS #$ d ln- 3 n d ln+
1 / 1 / ln ln + + n, - - # S = $ + ∆ 1 / 1 / ln ln P P n, - - # S = p − ∆• $ada proses adiabatik re?ersibel
- d* dS
=
re$∆
> *4
∆
A * 4
• $erubahan entropi dengan gas ideal pada proses isotermal △
- 8 9
△U 8
d* d) Pd+
dS d*7-
+ d+ n, - Pd+ dS = = 1 / ln + + n, S = ƥ Atandard molar entropi
Atandar molar entropi adalah entropi dari 1 mol <at murni pada tekanan 1 atm dan pada suhu /8!. reaksi entropi standar yaitu
∆
S *
∑
nS
(produ&ts)– ∑
nS
(rea&tants)• Entropi dalam reaksi kimia
2ika ada reaksi
a- b+
&!
dD
(/8
o!)
∆
A
4t*
∆A
4 produk6
∆A
4reaktan* (&
∆A
4! d
∆A
4D)
–
(a
∆A
4- b
∆A
4+)
@ntuk menyatakan reaksi yang berjalan spontan, maka digunakan fungsi termodinamika yang lain yaitu Energi +ebas ibbs atau dapat disebut juga sebagai energi bebas. Energi bebas suatu sistem adalah selisih entalpi dengan temperatur yang dikalikan dengan entropi.
= H T+
Aehingga perubahan energi bebas pada suhu konstan adalah
=H T+
Dan pada keadaan standar, energi bebas dapat dihitung dengan persamaan
, =H, T+,
Energi bebas dalam keadaan standar telah diukur untuk setiap senya%a dan telah ditabulasikan se&ara global, sehingga perubahan energi gibbs () suatu reaksi anorganik dapat dihitung dengan rumus
,=
,produk - ,reak%an
Dari persamaan tersebut dapat diketahui hal6hal seperti berikutF / ,0 reaksi era"an se2ara spon%an
& ,0 reaksi era"an %idak spon%an = , 0 reaksi da"am keadaan se%iman'
Tabel hubungan H, A, dengan kelangsungan reaksi anorganik
ΔH Δ+ Δ !e"an'sun'an reaksi
/ , 4 3 4 Ceaksi akan berlangsung se&ara spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai negatif & , 3 4 4 Ceaksi akan berlangsung se&ara
tidak spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai positif
Hubungan energi bebas dengan konstanta kesetimbangan
=,3 RT "n ! Di mana F
= ener'i eas pada kondisi %er%en%u , = ener'i eas pada kondisi s%andar
C * Tetapan gas ideal * :.01 2"mol6# T * Temperatur (#)
Aaat kesetimbangan, = , maka persamaan menjadi ,= - RT "n !
Dengan hubungan
• 2ika 4 negatif, # 1 maka reaksi akan berlangsung spontan
• 2ika 4 positif, # 3 1 maka reaksi akan berlangsung tidak spontan
1. Hitung perubahan entropi dari 04 gram alumunium yang dipanaskan dari 8445! sampai
G445!. Titik leleh ;;4 5!, kalor pelelehan 070 2"g dan kapasitas kalor <at padat dan <at
&air masing6masing adalah (01,: 0,18 .1460 T) 2"#"mol dan (0,0 1,1/ .1460 T) 2"#"mol.
2a%aban
-da tiga tahapan disini.
$ertama alumunium memanas dari suhu 844 ke ;;4
#edua alumunium men&air dari ;;4 dalam %ujud padat menjadi ;;4 dalam %ujud &air. -da panas latent yang berperan.
#etiga alumunium dalam %ujud &air memanas dari suhu ;;4 menjadi G44o!
ambar dari prosesnya adalah
m * 04 g
$anas latent pelelehan () * 070 2"gram
path (a)
!p * 01.: 0.18 1460 T
A * m !p (dT"T) masukkan !p dan diintegralkan diperoleh A * m (01.: ln(T"T4) (0.18"/)1460(T6T4) Aa * /G/,/ 2"# path (b) H * m H * 04 070 * 11G74 2 Ab * H "T * 11G74 2";;4 # Ab * 1G,:; 2"# path (&) !p * 0.0 1.1/ 1460 T
A * m !p dT"T masukkan !p dan diintegralkan diperoleh A * m (0.0 ln(T"T4) (1.1/"/) 1460(T6T4)
A& * ;1,/1 2"#
A total * Aa Ab A&
A total * /G/,/ 1G,:; ;1,/1 2"# A total * 081,84 2"#
/. Tentukan∆A dari penguapan 1 mol air pada 144o! yang mempunyai kalor 4.G44 2"molJ
Diketahui n H/5 * 1 mol
T * 144o! * 0G0 #
Ditanya
∆A penguapan * K 2a%ab
* 147,1/ 2 # 61 mol61
0. Tentukan perubahan entropi suatu gas -rgon pada temperatur /8o! dan tekanan 1 atm
dalam %adah dengan ?olume 844 &m0 yang dimampatkan hingga 84 &m0 dan didinginkan
sampai 6/8o!J Diketahui Ti * /8o! * /7: # $ * 1 atm =i * 844 &m0 * 844 . 1460 =f * 84 &m0 * 84 . 1460 Tf * 6/8o! * /: # Ditanya ∆A gas argon * K 2a%ab $ . = * n . C . T
1 atm . 4,8 * n . :,/4; . 146/ atm # 61 mol61 . /7: #
4,8 * /,8 n mol61
n
∆A total *∆A1 ∆A/
* 64,07 2 # 61 (64,4G 2 # 61)
* 64,0G 2 # 61
. Entalpi transisi fase grafit 6 intan yang pada tekanan 1 atm pada temperatur /444 # adalah 1,7 k2"mol. Tentukan perubahan transisi entropi tersebutJ
Diketahui $ * 1 atm T * /444 # ∆H trans * 1,7 k2"mol Ditanya ∆A trans * K 2a%ab
8. Aebuah es batu dengan massa ;4 g diambil dari tempat penyimpanan pada 4 4! dan
diletakkan di mangkuk kartas. Aetelah beberapa menit, tepat setengah dari massa es batu telah han&ur, menjadi air pada 44!. #alor latent peleburan es * G7,G kalori"gram. Hitung
perubahan entropi es"air. $enyelesaian
#alor yang dibutuhkan untuk meleburkan 04 g es (setengah es batu) dihitung dari kalor laten peleburan .
* (04) (G7,G) * /44 kal -tau /, kkal.
#arena temperatur tetap pada proses ini, perubahan entropi nya adalah * /44kal " /G0 # * :,: kal"#
$erhatikan bah%a perubahan entropi lingkungan (mangkuk,udara) tidak dihitung.
Temperatur pada &ontoh ini konstan dan perhitungan mudah. 2ika temperatur ber?ariasi selama proses, jumlah aliran kalor selama perubahan temperatur seringkali dihitung dengan menggunakan kalkulus atau dengan komputer. +agaimanapu,jika perubahan temperatur tidak terlalu nesar, pendekatan yang masuk akal bisa dibuat dengan menggunakan nilai rata6rata temperatur.
Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan dalam entropi sebagai Entropi suatu sistem tertutup tidak pernah berkurang. Entropi tersebut hanya bisa tetap atau bertambah. Entropi bisa tetap sama hanya untuk proses ideal (re?ersibel). @ntuk proses riil, perubahan entropi
