KIMIA FISIKA. Termodinamika. Kinetika Kimia. Hukum Termodinamika Kimia: 0, 1, 2, 3.

KIMIA FISIKA

Termodinamika

• Kimia Fisika

Kinetika Kimia

• Hukum Termodinamika Kimia: 0, 1, 2, 3.

• Sistem (termodinamika): bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian.

• Keliling (surroundings): bagian dari alam semesta diluar sistem.

• Sistem terbuka: materi dan atau energi dapat keluar atau masuk sistem.

• Sistem tertutup: materi tidak dapat keluar atau

masuk sistem, energi dapat keluar atau masuk sistem.

• Sistem terisolasi: batas sistem mencegah semua

interaksi dengan lingkungan (keliling)-nya. Tidak ada materi dan energi keluar atau masuk sistem.

• Besaran termodinamika:

- Ekstensif, dipengaruhi oleh ukuran.

- Intensif, tidak dipengaruhi oleh ukuran.

Persamaan Keadaan Gas Sempurna

Fasa zat yang ada dalam sistem: - Gas - Cair

- Padat

Variabel keadaan gas: massa, volume, temperatur dan tekanan.

Robert Boyle :

Gay.

Lussac:

T = 25 ⁰C Massa tetap

=0

V

↑

→ p

V = C/p pV = C

V₀ Tekanan dan massa tetap V

↑

V = a + bt V = V0 + bt b = slope = ( ^∂_∂^V_t )p

V = V0 + (^∂_∂^V_t )p t

Charles: kenaikan relatif volum persatuan temperatur sama untuk semua gas.

Perubahan volume/temperatur: ( ^∂_∂^V_t )p

Kenaikan volum relatif/temperatur:

0

1

V .(^∂_∂^V_t )p

Koef. Ekspansi termal: α⁰ =

0

1

V .(^∂_∂^V_t )p

V = V0 (1 + α⁰ t) = V0 α⁰ ( _α¹₀ ^+t ) T = (

0

1 +t

α )

V = α⁰ V0 T

Boyle:

0

C

V= p

0 0

V = C p C0 = konstanta pada t = 0

C0 = f (massa) → C0 = B w B = konstanta

w = massa

Cα T0 0

V= p

Bα wT0

V= p

M = massa pada keadaan standar (T0, V0, p0)

0 0

0 0

p V M= 1 .

Bα T

0 0

0

R= p V

T R = 8,314 Pa m² K^-1mol^-1 = 8,314 J K^-1mol^-1

= 1,987 kal K^-1mol^-1

= 8,206 x 10^-2 dm³ atm K^-1mol^-1

0

B= R

Mα

V= w RT M p pV = n R T

Persamaan gas sempurna untuk campuran gas?

Hukum Dalton: p = pA + pB +... = Σpi i

i

p = n RT V

p = Σpi = Σ ^{n RTi}_V = ^nRT

V

Tekanan parsial masing-masing komponen:

xi = ni/n = (piV/RT)/(pV/RT)

pi = xi p

Contoh soal:

Udara kering yang mempunyai komposisi 80 %

(mol/mol) N2 dan 20 % (mol/mol) O2 dialirkan melalui air pada temperatur 25 ^oC. Tentukan tekanan parsial masing-masing komponen, jika tetakan total tetap 1 atm, dan tentukan berat masing-masing komponen dalam volume 10 liter.

Tekanan uap air sebagai fungsi temperatur:

Temperatur/^oC Tekanan/tor

5 6,5

10 9,2

15 12,8

20 17,5

25 23,8

30 31,8

35 42,2

40 55,3

45 71,9

50 92,5

55 118,0

60 149,4

65 187,5

70 233,7

75 289,1

80 355,1

85 433,6

Persamaan Keadaan Gas Nyata Gas Ideal: ^{V RT}_n ⁼ _p

V= RT p

dari rumus ini, jika p = ∞, atau T = 0, maka _V = 0

Fakta: gas bisa dicairkan ⇒gas punya volume (V0 ≠ 0) V=b+ RT

p p= RT

V-b

koreksi lainnya: gas antar molekul ≈ 2 2

1 a

V ⇒V

persamaan gas Van der Waals:

2

p = RT a- V-b V

( )

2

p+ a V-b =RT V

 

 

 

( )

2 2

p+ n a V-nb =nRT V

 

 

 

Definisi: faktor kompresi ≡ pd p =0 ;

T

Z =?

p

 ∂ 

 ∂ 

 

Pada temp. Boyle;

B

b- a =0

RT gas bersifat ideal Gas ideal : Z = 1

Pd p 0 semua gas : Z =1

Pd p^↑↑: Z > 1 (semua) ⇒ tolak menolak dominan

Pd p^↑ : Z < 1 (beberapa) ⇒ gaya tarik menarik dominan Titik kritis gas van der Waals:

2

p = RT a- V-b V

0 )

( ²

3 − + + − =

p V ab

p V a

p b RT

V

persamaan pangkat 3 →ada 3 harga V pada kondisi kritis ^{V =V =V =V}_{1 2 3} ^c

( )( )( ) ( ) V-V V-V V-V = V-V =0

^{1 2 3 c 3}

2 2 2 3

c c c c

V -3V V +3V V-V =0

Z= pV

RT

T

Z =?

p

 ∂ 

 ∂ 

 

c

3V =b+ RT p

2

c a

3V = P ^{V =3c ab}

P

2 c

p = a b

27 c

T = 8a

27Rb

V =3b

_c

cara lain: berdasarkan konsep titik belok

T

p = 0 V

 ∂ 

 ∂ 

 

2 2

T

p =0 V

 ∂ 

 

∂

 

persamaan keadaan tereduksi

c2

a=3p Vc b= ^Vc

3 ^{c c}

c

R= 8p V 3T

( )

c c2

c c

c 2

c 3

8p V T 3p V

p= -

3T V-V V

( ) ( )

^{c 2}

c

c c

8 TT

p 3

= -

p 3 V -1 V

V V

 

 

 

variabel tereduksi:

c

π = pp

c

τ = T T ^{φ = V}_Vc

2

8τ 3 π = -

3Φ-1 Φ the law of corresponding state (Persamaan Keadaan bersesuaian)

Contoh Soal :

Jika 1 mol gas etana dimasukkan ke dalam wadah dengan volume 22,414 L pada temperatur 273,15 K.

Tentukan tekanan gas :

a. Menggunakan persamaan gas sempurna

b. Menggunakan persamaan gas van der Waals c. Hitung a dan b, bila temperatur 1000 K

Diketahui: Tetapan van der Waals untuk etana a = 5,489 L².atm.mol^-2

b = 6,380.10^-2 L.mol^-1

Latihan Soal:

Dengan menggunakan persamaan keadaan gas van der Waals

a. Tentukan Temperatur Boyle untuk Cl2

b. Tentukan jari-jari molekul Cl2 jika dianggap berbentuk bola

Diketahui: Tetapan van der Waals untuk Cl2

a = 6,493 L².atm.mol^-2 b = 5,622.10^-2 L.mol^-1

KINETIKA GAS

Tujuan kimia fisika: menterjemahkan hasil pengamatan sifat-sifat sistem makroskopik

kedalam sistem mikroskipik.

Asumsi-asumsi gas ideal:

1. Gas ideal terdiri dari partikel-partikel (molekul-

molekul) yang sangat kecil sehingga volumenya dapat diabaikan

2. Partikel-partikel gas bergerak dalam lintasan lurus.

3. Tidak ada interaksi antar partikel

4. Arah gerak molekul acak. Tendensi bergerak kesetiap arah sama besar.

5. Kecepatan molekul terdistribusi sesuai dengan distribusi maxwell.

6. Tumbukan antar molekul lenting sempurna.

Tekanan dan laju gas

Partikel gas dengan massa m bergerak dengan kecepatan u1

kearah dinding yang luasnya A.

kecepatan setelah menumbuk dinding = -u1

Momentum = massa x kecepatan

Perubahan momentum = momentum akhir – momentum awal

Perubahan momentum setelah menumbuk dinding

= (-mu1) – (mu1) = -2 mu1

waktu antara 2 tumbukan = 2 l /u1

jumlah tumbukan/satuan waktu = l u u l/ 2 2

1 ₁

1

=

Gaya = perubahan momentum/satuan waktu

( ^2mu ) ^u1_2l ^2mu1^2/2l 1  =−



−

=

gaya pada dinding = - gaya partikel gas

mu₁²l

=

tekanan = gaya / luas

l

V mu Al

mu A

mu l p

2 1 2 1 2

1

=

=

=

p V = m u12

jika dalam wadah terdapat N partikel:

(^{u u u u} ) ^N

u² = ₁²+ ₂² + ₃²+...+ _n² /

u12 + u22 + u32 + ...+un2 = Nu² pV = m N^u2

partikel gas bergerak kesegala arah dengan probabilitas yang sama yang dapat diproyeksikan pada arah x, y, z

2 2 2 2

c =u +v +w

u =v =w

^{2 2 2}

²

1

²

u = c

3

2 N 2

Nmc Na mNac

pV= =

3 3

nMc2

pV= 3 gas ideal: pV = nRT

2

c = crms

nMc2

3 =nRT ^rms

c = 3RT

M

R= kNA dan M= mNA shg c_rms= ^3kT m

Crms dapat ditentukan dari distribusi Maxwell

Distribusi Maxwell

32

2 mc /2kT2

1 m

F(c) 4π c e

N 2 kT

dn

c

dc π

 

−

= =    

Penyajian lain untuk kecepatan gas :

 Kecepatan rata-rata: ^{<c>= 8kT = 8RT}

πm πM

Hal ini dihitung dari:

32

~ 2

3 mc /2kT 0

c 4π m c e dc

2π kT

 

−

=     ∫

 Kecepatan paling mungkin:

mp

2kT 2RT C =

m = M

Teori kinetik gas:

gas mono atom: ^trans 3

U = RT

2

V

V

U 3

C = = R

T 2

∂ 

 ∂ 

 

gas poliatom:

linier U = RT + (3N-5)RT⁵ 2

V 5

C = R + (3N-5)R 2

non linier U = RT + (3N-6)RT⁶ 2

V 6

C = R + (3N-6)R 2

Keseimbangan Termal

Hukum termodinamika ke nol: konsep temperatur 1. Sistem yang ada dalam keseimbangan termal

mempunyai temperatur yang sama.

2. Sistem yang tidak dalam keseimbangan termal temperaturnya berbeda

Konduktor panas

A B B C A C

Seimbang Seimbang Seimbang Temperatur:

Jika digunakan panjang batang logam sebagai ukuran : Temperatur berbanding langsung dengan panjang

metal.

y berbanding langsung dengan x, secara matematis dapat ditulis :

y α x y = a x + b

Jika temperatur = t

Panjang logam pada temperatur t = L Panjang logam pada temperatur t0 = L0

Panjang logam pada temperatur t100 = L100

Perubahan panjang logam antara temperatur t0 = 0 sampai t100 = 100 adalah linier maka berlaku :

t= 100 (L - L0)/(L100-L0) + t0

(L – L0)/(t – t0) = (L100 – L0)/100

∆L/∆t = (L100 – L0)/100 dL/dt = (L100 – L0)/100

Jika digunakan sembarang bahan yang mempunyai perubahan sifat, y, yang linier terhadap perubahan temperatur, t, maka :

dy/dt = (y100 – y0)/100 Jika diintegralkan akan menghasilkan:

y = (y100 – y0) t/100 + C jika pada t0 = 0, y = y0 maka berlaku:

y = (y100 – y0) t/100 + y0

t = 100 (y – y0)/(y100 – y0)

jika temperatur pembanding adalah t1 dan t2 berturut- turut untuk sifat y1 dan y2 maka berlaku:

t = (t2 – t1) (y – y1)/(y2 – y1) + t1

Jika digunakan volume gas sebagai alat ukur (t0 = 0):

t = 100 (V – V0)/(V100 – V0) + t0

t = 100 V/(V100 – V0) + 100 V0/(V100 – V0)

Nilai V0/(V100 – V0) untuk berbagai gas selalu sama, menghasilkan konstanta dengan nilai 273,13 sampai 273,17 maka diputuskan t0 = 273,15 sebagai skala temperatur termodinamika.

Skala temperatur termodinamika (absolut).

0

100 0

t= V-V 100 V -V

A C V

V

V − = 1 =

0 0 100

0 100 0

t= p-p 100 p -p

0 100 0

lim 100p T = p → 0 p -p

0 0

0 100 0

lim 100p T = p → 0 p -p

T0 = 273,13 s/d 273,17 T0 = 273,15 K

Contoh Soal:

Untuk mengalirkan arus listrik 1 mA pada 0 ^oC melalui kawat sepanjang 20 cm diperlukan beda potensial antara dua ujung kawat tersebut sebesar 100 mV. Pada temperatur 80 ^oC arus yang sama dapat dialirkan dengan menggunakan beda potensial 120 mV. Bila dalam suatu ruangan untuk mengalirkan arus yang sama memerlukan beda potensial 112 mV, berapa temperatur ruangan tersebut dalam satuan Kelvin?

Hukum Termodinamika Pertama

- Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnakan - Jumlah total energi alam semesta konstan

- Energi dalam (internal energi) sistem terisolasi tetap

Proses yang mungkin terjadi dalam sistem (terbuka).

- Tidak ada materi atau energi Uf = Ui ∆U

= 0

masuk atau keluar sistem

- Jumlah materi dan energi

yang masuk sama dengan Uf = Ui ∆U = 0 jumlah materi dan energi

yang keluar sitem

- Jumlah materi dan energi

yang masuk lebih banyak Uf > Ui ∆U = + dibanding jumlah materi

dan energi yang keluar sistem - Jumlah materi dan energi

yang masuk lebih sedikit Uf < Ui ∆U = - dibandingkan jumlah materi

dan energi yang keluar sistem

→ waktu

∆U = 0 U

Energi ↑

Materi Energi

Energi Internal tetap

Materi Energi

- Energi dalam suatu sistem hanya tergantung pada keadaannya (tidak ditentukan oleh jalannya

proses). Buktikan ∆UAB jalan 1 = ∆UAB jalan 2 = ∆UAB

jalan 3

Work: Kerja atau Usaha, W

Kerja hanya nampak pada batas sistem selama

terjadinya proses (perubahan keadaan), dan dapat dilihat dari efeknya terhadap lingkungan.

Percobaan Joule:

U

↑ U_B

U_A U_D

A

C

B

D

Kerja yang dirusak di lingkungan menghasilkan

kenaikan temperatur sistem. Kerja di lingkungan diubah menjadi energi termal sistem.

sistem

W = -mgh

Sistem kehilangan kerja

Kerja dihasilkan di lingkungan Kerja mengalir ke lingkungan

Sistem menerima kerja

Lingkungan

m

↑ h

↓

- - - - - - -- - - - - - - -- - - - - -sistem - - - - -- - - - - - -

↓ h = -

m

_{W = +}

↑ h = +

m

^{W = -}

Kerja dirusak di lingkungan Kerja mengalir dari lingkungan.

Kerja Ekspansi

mgh W =−

A P

mg = Ah V PAh W

∆

=

−

=

) (V2 V1

P

V P W

−

−

=

∆

−

=

∆V = + W = -

∆V = - W = +

Kerja 2 langkah:

→ V V₂

V₁ P

P

↑

↑ h

↓

T, p₁,V₁

m _{T, p}

2,V₂

P m

P

T, p₃, V₃

m

∆ V₂

∆ V₁

m₁

T, p , V

m₂

P₁ P₂

P₂

W = W1 + W2 = - P1 ∆V1 - P2 ∆V2

W = - P1 (V2 – V1) - P2 (V3 – V2)

Kerja Ekspansi Multi Langkah (reversible)

∂W = - p dV

∫^{∂ =−}∫

=²

1

2

1

V

V

pdV W

W

P

↑ P₁

V₁ V₂ V3 → V

P₂

p

↑

W₁ W₂

Kerja Kompresi

1 2 1 2 3 2

W=-P (V -V )-P (V -V )

Kerja Ekspansi Maksimum Kerja Kompresi Minimum Contoh Soal:

1.Berapa Joule kerja yang terlibat apabila 0,01 mol gas ideal dengan volume 300 mL pada temperatur 27 ^oC dikompresikan secara isotermal reversibel sampai volumenya menjadi 150 mL? Jelaskan transfer energi yang terjadi!

2.Berapa kerja yang terlibat apabila 0,1 mol gas Cl2

yang mengikuti persamaan gas van der Waals dengan volume 300 mL pada temperatur 27 ^oC diekspansikan secara isotermal reversibel sampai

P₁

V₁ V₂ V3

P₂

P = ?

volumenya menjadi 600 mL? Jelaskan transfer energi yang terjadi!

Kerja siklus:

eks 2 2 1

W = - P (V -V ) ^W

_komp

= - P (V -V )

_{1 1 2}

sik eks komp 2 2 1 1 1 2

W =W +W =-P (V -V )-P (V -V )

sik 2 1 2 1

W =-(P -P )(V -V )

Jika Peks = p dan Pkomp = p maka Wsik = 0 Sistem dan lingkungan kembali ke keadaan awal.

W =

sik

Ñ ∫ ∂ W ^{Q =}

^sik

Ñ ∫ ^{∂ Q}

Hukum Termodinamika pertama: Jika sistem melakukan transformasi siklus maka kerja yang dihasilkan di lingkungan sama dengan panas yang diserap dari lingkungan.

P = P₂

kompresi ekspansi T

P₂ V₂ T

P₁

V₁ P = P₁

P₁ > P₂ V₁ > V₂

W= - Q

∂ ∂

∫ ∫

Ñ Ñ

( Q+ W)=0 ∂ ∂

∫ Ñ

Energi internal: dU = ∂Q + ∂W

dU = 0

∫ Ñ

f f f

i i i

dU= ∂ Q+ ∂ W

∫ ∫ ∫

∆U = Q + W

Q berbanding langsung dengan perubahan temperatur air di lingkungan

Temperature air (lingkungan) ↓ berarti panas mengalir dari lingkungan.

Temperature air (lingkungan) ↑ berarti panas mengalir ke lingkungan.

Perubahan Energi dan Perubahan Sifat Sistem

Variabel sistem: n, p, V, T

V T

U U

U=U(T,V) dU= dT + dV

T V

∂ ∂

   

→   ∂     ∂  

dU = Q + W W= - PdV

∂ ∂

∂ ^{V T}

U U

Q - PdV= dT + dV

T V

∂ ∂

   

∂  ∂   ∂ 

Jika Volume konstan: dV = 0

V

V

Q = U dT T

 ∂ 

∂  ∂ 

V V

V

Q U

= = C

dT T

∂  ∂ 

 ∂ 

 

V V

dU = Q ΔU = Q

∂

2

1

V T

V T

dU= C dT ΔU= C dT ∫

Q = + berarti energi mengalir dari lingkungan

Percobaan Joule: Ekspansi bebas

29

--- ---

T--- A B

vaku

∂W = 0 dU = ∂Q

Temperatur tetap: dT = 0

T

dU= Q= U dV=0 V

 ∂ 

∂   ∂  

T

dV 0 U = 0

V

 ∂ 

≠ ⇒    ∂ 

Hanya berlaku untuk gas ideal !!

Padat dan cair:

2

1

V

V T

ΔU= U dV 0 V

 ∂  ≈

 ∂ 

 

∫

Untuk pendekatan: U = U (T)

Persamaan umum: _V

T

dU=C dT+ U dV V

 ∂ 

 ∂ 

 

Perubahan keadaan pada tekanan konstan: P dU = ∂Q – P dV

2 2

1 1

U 2 V

U 1 V

dU= ∂Q- PdV

∫ ∫ ∫

U2 – U1 = QP – P (V2 – V1) QP = (U2 + P V2) – (U1 + P V1)

U = fungsi keadaan

PV = fungsi keadaan U + PV = fungsi keadaan: H ≡ U + PV

QP = H2 – H1

QP = ∆H ∆U = ? Quap = ∆Huap

Qfus = ∆Hfus

H = H (T, p)

P T

H H

dH= dT+ dp

T p

 

∂ ∂

 

 

 ∂  ∂

   

p: tetap → dp = 0 P

P

dH = dQ = H dT T

 ∂ 

 ∂ 

 

P

P P

dQ H

= = C

dT T

 ∂ 

 ∂ 

 

2

1

P T

P T

dH = C dT

ΔH =

∫

C dT

P

T

dH = C dT + H dp p

 ∂ 

 ∂ 

 

Hubungan CP dan CV

V

T

V

T

dU = C dT + U dV V

Q = C dT + U dV + PdV V

 ∂ 

 ∂ 

 

 ∂ 

∂   ∂  

Untuk tekanan tetap: P = p

^{p v} _T

Q = C dT+ p+ U dV

V :dT

  ∂  

∂   ∂  

P V

T p

U V

C = C + p +

V T

  ∂   ∂ 

   

  ∂   ∂ 

 

_{P V}

T p

U V

C - C = p +

V T

  ∂   ∂ 

   

  ∂   ∂ 

 

gas ideal: ^_^∂ ^_^{ =0}

∂ V T

U P V

p

P V

C - C = p V

T C - C = R

 ∂ 

 ∂ 

 

padat dan cair: CP = CV ?

Contoh Soal:

Berapa Joule perubahan energi internal dan perubahan entalpi apabila 0,01 mol Cl2 yang mengikuti

persamaan keadaan gas ideal dengan volume 300 mL pada temperatur 27 ^oC dikompresikan sampai

volumenya menjadi 150 mL dengan tekanan 1,7 atm ? Jelaskan transfer energi yang terjadi! Cv gas Cl2 = 25,6 JK^-1.mol^-1. Hitung kerja yang terlibat apabila tekanan luar konstan 2 atm.

Percobaan Joule – Thomson

H = U + pV

dH = dU + pdV + Vdp

P V

T T

dH dU

C dT+ dp = C dT+ p + dV+Vdp

dp dV

 

   

     

   

T tetap:

T T T

H U V

= p + +V

p V p

 

 ∂   ∂  ∂ 

 ∂    ∂   ∂ 

    

Padat dan Cair:

T

H =V p

 ∂ 

 ∂ 

  ? Gas ideal:

T

H =?

p

∂ 

 ∂ 

 

Contoh Soal:

Berapa Joule perubahan entalpi apabila air ditekan secara isotermal sampai 100 atm?

p₂

p₁ t t’

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

T₁p₁V₁ T₂p₂V₂

1 2

0

kr 1

v v

kn 2

0

W = -P dV W = -P dV

∫

∫

( )

total kr kn 1 1 2 2 2 2 1 1

W = W +W = -P -V -P V = -P V +P V

Q = ?

U - U = Q + W = - P V - P V

^{2 1}

(

^{2 2 1 1}

)

U + P V = U + P V

_{2 2 2 1 1 1}

H = H

_{2 1}

Def : JT

H

μ = T

p

 ∂ 

 ∂ 

 

P

T

P

T

P

H T

P JT T

dH = C dT + H dp

p

0 = C dT + H dp

p

T H

0 = C +

p p

H = - Cμ

p

 ∂ 

 ∂ 

 

∂ 

 ∂ 

 

∂   ∂ 

 ∂   ∂ 

   

 ∂ 

 ∂ 

 

Proses Adiabatik :

∂ Q = 0

dU = + W ∂

W = +ΔU

dihasilkan kerja/ekspansi: ^{W =−} energi turun dikenai kerja/ kompresi: ^{W =+} energi naik Gas ideal : dU = C dTV

C dT = -PdV

_V

ekspansi: perubahan (turun) energi mencapai harga maks. P = p

(ekspansi adiabatik reversibel)

Kompresi: perubahan (naik) energi mencapai harga min. P = p

(kompresi adiabatik reversibel)

V

V

C dT = -pdV C dT = -nRT dV

V

2 2

1 1

T V

V

T V

dT dV

C = -R

T V

∫ ∫

^{V 2 2}

1 1

T V

C ln = -Rln

T V

²

( )

¹

1 2

T V

ln = γ-1 ln

T V

γ-1 γ-1

1 1 2 2

γ 1-γ γ 1-γ

1 1 2 2

γ γ

1 1 2 2

T V = T V T p = T p p V = p V

Contoh Soal:

Berapa Joule perubahan energi internal, perubahan entalpi dan kerja apabila 0,01 mol Cl2 yang mengikuti persamaan keadaan gas ideal dengan volume 300 mL pada temperatur 27 ^oC dikompresikan secara adiabatik reversibel sampai volumenya menjadi 150 mL.

P V

P

V V

R = C - C

R C

= - 1 = γ-1

C C

Aplikasi hukum termodinamika pertama Reaksi pada p konstanta.

∆H = ∆H1 + ∆H2 = Qp²

∆H = Qp = - eksotermik, panas mengalir ke lingkungan

∆H = Qp = + endotermik, panas diserap dari lingkungan H : fungsi keadaan → ∆H= Hakhir - Hawal

Proses reaksi: ∆Hreaksi = ∑Hproduk - ∑Hreaktan

Fe2O3 (padat) + 3 H2 (gas) → 2 Fe (padat) + 3 H2O(cair)

∆Hr =[2H (Fe pdt) + 3H(H2O cair)] - [H (Fe2O3 pdt) + 3H(H2 g)]

Entalpi pembentukan: pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya.

H2 g+ 2

1 O2 g →H2O cair

∆Hf (H2O cair) = H(H2O cair) - [H(H2 g) + 2

1 H(O2 g)]

Reaksi diatas:

∆Hr = 3∆Hf (H2O cair) - ∆Hf (Fe2O3 pdt)

R ^adiabatik P

∆H₁=Qp₁=0

∆H₂=Q_p2

T, p T^’, p T, p

Reaksi pada V konstanta: QV = ∆U R (T, V, pawal) → P(T, V, pakhir)

H = U + pV Hakhir= Uakhir+ pakhirV Hawal= Uawal+ pawal V

∆H = ∆U + (pakhir - pawal)V gas ideal : awal ^reaktan

n RT

p =

V

produk akhir

n RT p =

V

∆H = ∆U + ∆n RT Qp = Qv + ∆n RT Pada T tetap: Qp = Qv + RT ∆n Berapa ∆n untuk reaksi:

Fe2O3 (padat) + 3 H2 (gas) → 2 Fe (padat) + 3 H2O(cair)

Ketergantungan entalpi reaksi pada temperatur

∆H⁰reaksi = ∑H⁰hasil - ∑H⁰reaktan

d ∆H⁰reaksi = ∑d H⁰hasil - ∑dH⁰reaktan

dΔH0

dT = ^dH0hasil - ^dH0reaktan

dT dT

∑ ∑

0

0 0

hasil reaktan

P P

dΔH = C - C

dT

∑ ∑

0

0 P

dΔH = ΔC dT

0 0

dΔH = ΔC dT

P

0T

0 0

T0

ΔH T

0 0

P ΔH T

dΔH = ΔC dT

∫ ∫

0

0

T

0 0 0

T T P

T

ΔH - ΔH = ΔC dT

∫

0

0

T

0 0 0

T T P

T

ΔH = ΔH + ΔC dT ∫

jika ∆T cukup tinggi:

^{ΔC = f T}

^0P

( )

0 2 3

C = a + bT + cT + dT +...

P

Contoh:

Fe2O3 (pdt) + 3H2 (g) →2Fe (pdt) + 3H2O

0

C /(J/K.mol)P 103,8 28,8 25,1 75,3

) 8 , 28 ( 3 8 , 103 ) 3 , 75 ( 3 ) 1 , 25 (

0 =2 + − −

∆CP

= 85,9 J/K mol

385

0 0

385 298

298

ΔH = ΔH +

∫

85,9dT =

ΔH + 85,9 (385-298)

⁰₂₉₈

Panas pelarutan & pengenceran X + n Aq →X.n Aq ∆Hpcl =

HCl (g) + 10 Aq → HCl. 10 Aq ∆H= -69,01 kJ/mol HCl (g) + 25 Aq → HCl. 25 Aq ∆H= -72,03 kJ/mol HCl (g) + 40 Aq → HCl. 40 Aq ∆H= -72,79 kJ/mol

HCl (g) + 200 Aq → HCl. 200 Aq ∆H= -73,96 kJ/mol

HCl (g) + ∞ Aq → HCl. ∞Aq ∆H= -74,85 kJ/mol

∆H tergantung pada jumlah solven

HCl (g).10 Aq + 15 Aq → HCl. 25 Aq ∆H= -3,02 kj/mol

Panas pencampuran ?

Panas reaksi dalam larutan:

NaOH.∞Aq + HCl.∞Aq → NaCl.∞Aq + H2O (c) ∆H = -55,84 J NaOH. x Aq + HCl.y Aq → NaCl.(x+y)Aq + H2O (c) ∆H = ?

Energi kristal:

Na⁺ + Cl^- → NaCl k ∆H = ?

Siklus (termokimia) Born – Haber : MXk I M⁺(g) + X^-(g)

↑ ^IV ↓ ^II ∆H = 0

Mk + 2

1 X2(g) ^III M(g) + X(g)

∆Hk + E - I - ∆Hsub - ∆Hx + ∆HMX = 0

↑

panas pengenceran

Siklus Carnot

Sadi Carnot (1824): energi termal (panas) → kerja

∆Usik = 0 = Qsik + Wsik

Wsik = -Qsik

Keadaan awal keadaan akhir hukum Tk 1 I T1 p1 V1 T1 p2 V2 ∆U1 = Q1 - W1

II T1 p2 V2 T2 p3 V3 ∆U2 = - W2

III T2 p3 V3 T2 p4 V4 ∆U3 = Q2 - W3

IV T2 p4 V4 T1 p1 V1 ∆U4 = - W4

Wsik = W1 + W2 + W3 + W4

Qsik = Q1 + Q2 Q1 danQ2

-Wsik = Q1 + Q2 berbeda tanda (+ / - ) Jika lebih dari dua langkah isotermal:

-Wsik = Q1 + Q2 + Q3 + ...

Dengan sistem ini dimungkinkan Wsik = +

Jika hanya ada satu reservoir panas: -Wsik = Q1

Ditinjau dari lingkungan: W = -W

T1 p1 V1

II: Ekspansi adiabatik rev.

T₁ p₂ V₂ p

↑

III: kompresi isotermal rev.

T₂ p₃ V₃ T₂ p₄ V₄

IV: kompresi adiabatik rev.

I: Ekspansi isotermal rev.

(T₂ < T₁)

→ V

Sehingga: Wlingk = Q1

Dalam hal ini Q1 adalah panas yang ditransfer dari

reservoir panas dengan temperatur T1 ke sistem (ditinjau dari lingkungan nilai Q1 adalah negatif)

Sehingga Wlingk ≤ 0

Hukum termodinamika 2:

Sistem yang dioperasikan dalam proses siklus dan hanya dihubungkan dengan satu reservoir panas tidak mungkin menghasilkan kerja di lingkungan.

Efisiensi mesin panas:

1

= Wsik

ε Q ∈ < 1

2 1

= 1+ Q

ε Q T1 > T2

gas ideal: ²

1

= 1- T ε T

2 1

Q :

Q besaran yang dapat ditentukan dari kerja dan panas yang mengalir ke lingkungan, hanya tergantung pada temperatur.

Mesin Carnot : Q0 pada t0 t Q

Q pada t Q tergantung pada t Def: temperatur termodinamika θ (theta)

Q = a θ

Siklus Carnot: W = aθ + Q0 (t > t0)

jika t diturunkan sampai θ0 (yang sesuai dengan t0)

⇒ siklus isotermal reversibel: W = 0 0 = aθ0 + Q0 ⇒ Q0= -aθ0

W = a (θ – θ0)

θ-θ0

= θ

ε (bandingkan dengan gas ideal) Efisiensi mesin panas:

2 1

= 1+ Q ε Q

^{2 L}

1 H

T T

=1- =1-

T T

2 1

=1- θ

ε

θ

2 2 1 2

1 1 1 2

Qθ Q Q

+ = 0 + = 0

Qθ θ→ θ

Q=0 θ

∫

∂

Ñ

siklus reversibel ↑ sifat keadaan.

Def: ^{dS Qrev}

T

≡ ∂

↑ dif.eksak

sik 1 2 3

1 2 3

Q Q Q Q

= + + +...>0

T T T T

∫

∂

Ñ

agar Q^sik

> 0 T

∫

∂

Ñ

→ Q: + untuk T rendah (panas diserap) mesin tidak

Q: - untuk T tinggi (panas) mungkin dibuat

⇒ Q

T 0

∫

∂ ≤

Ñ

Qrev

T = 0

∫

∂

Ñ Ñ ∫

^∂Q_T^{irr < 0}

Pertidaksamaan Clausius:

2 1

rev irr

1 2

Q

Q Q

= + < 0

T T T

∂

∂ ∂

∫ ∫ ∫

Ñ

2 2

irr

1 1

Q - dS < 0 T

∫

∂

∫

untuk sistem terisolasi: ∂Qirr = 0

⇒ dS > 0

Entropi alam semesta naik terus!!!

Perubahan entropi ∆ S

Proses Isotermal, tekanan konstan: ^{ΔS = Qrev}

T

Qrev = Qp = ∆H (terjadi pada keseimbangan fasa)

rev irrev

1 2

Qirr

dS >

T

∂

Penguapan: ^{vap vap}

b

ΔS = ΔH T

Pelelehan: ^{fus fus}

m

ΔS = ΔH T

Secara umum: ^{e e}

e

ΔS = ΔH T

Entropi sebagai fungsi T dan V: S = S (T,V) S: fungsi keadaan:

V T

S S

dS = dT + dV

T V

∂ ∂

   

 ∂   ∂ 

   

U = U (T,V)

V T

U U

dU = dT + dV

T V

∂ ∂

   

 ∂   ∂ 

   

V

T

dU = C dT + U dV V

 ∂ 

 ∂ 

 

Hukum Th 1 : dU = Q -PdV∂ rev

Q = dU + pdVrev

∂

Qrev 1 P = dU + dV

T T T

∂

V

T

1 p

dS = dU + dV

T T

1 U p

= C dT + dV + dV

T V T

  ∂  

 

  ∂  

 

V

T

C 1 U

dS = dT + p + dV

T T V

  ∂  

 

  ∂  

 

Vol. konstan:

v v

C S =

T T

 ∂ 

 ∂ 

 

Cv

dS = dT T

Temp. Konstan:

T T

S 1 U

= p +

V T V

 

∂ ∂

   

 ∂    ∂  

      kompleks

Turunkan kedua persamaan di atas terhadap V dan T

2 2

CV

S 1 1 U

= =

T V T V T V T

∂

∂ ∂

∂ ∂ ∂ ∂ ∂

2 2

2

V T

S 1 P U 1 U

= + - p +

V T T T V T T V

   

∂  ∂  ∂  ∂ 

   

   

∂ ∂ ∂  ∂ ∂    ∂  

2 2

2

V T

1 U 1 p U 1 U

= + - p+

T V T T T V T T V

   

∂  ∂  ∂ ∂ 

   

   

∂ ∂ ∂  ∂ ∂   ∂  

T V

1 U p

p + =

T V T

  ∂    ∂ 

   

  ∂    ∂ 

 

→ pada temp. konstan:

T V

S p

V = T

∂ ∂

   

 ∂   ∂ 

   

V

V

C p

dS = dT + dV

T T

 ∂ 

 ∂ 

  def : koefisiensi ekspansi termal

p

1 V

α = V T

 ∂ 

 ∂ 

 

koefisiensi kompresibilitas

T

1 V

κ = -

V p

 ∂ 

 ∂ 

 

hubungan siklik p,T,V:

V p T

p T V

T V p = -1

 

∂ ∂ ∂

   

 

 ∂   ∂  ∂

     

( )

V

p 1

-κV) = -1 Tα.V

  ∂ 

  ∂ 

   