TERMODINAMIKA DAN KESETIMBANGAN KIMIA TERMODINAMIKA DAN KESETIMBANGAN KIMIA
Nama
Nama Perguruan Perguruan Tinggi Tinggi : : Fakultas Fakultas Keguruan Keguruan dan dan Ilmu Ilmu PendidikanPendidikan
Universitas Lambung Mangkurat Banjarmasin Universitas Lambung Mangkurat Banjarmasin Mata
Mata Kuliah Kuliah : : Kimia Kimia Fisika Fisika II Semester
Semester : : IV IV (Genap)(Genap) Waktu
Waktu : : 3 3 x x 50 50 menitmenit
A.
A. Kompetensi Kompetensi DasarDasar
Mendeskripsikan hukum pertama,
Mendeskripsikan hukum pertama, kedua dan kedua dan ketiga termodinamika, ketiga termodinamika, sertaserta kesetimbangan kimia.
kesetimbangan kimia.
B.
B. Standar Standar KompetensiKompetensi 1.
1. Memahami Memahami hukum hukum termodinamika termodinamika pertamapertama 2.
2. Mengaplikasikan Mengaplikasikan hukum hukum termodinamika termodinamika pertamapertama 3.
3. Menguasai Menguasai hukum hukum termodinamika termodinamika keduakedua 4.
4. Mengaplikasikan Mengaplikasikan hukum hukum termodinamika termodinamika keduakedua 5.
5. Menguasai Menguasai hukum hukum termodinamika termodinamika ketigaketiga 6.
6. Mengaplikasikan Mengaplikasikan hukum hukum termodinamika termodinamika ketigaketiga 7.
7. Menguasai Menguasai konsep konsep kesetimbangan kesetimbangan kimiakimia 8.
8. Mengaplikasikan Mengaplikasikan kesetimbangan kesetimbangan kimia kimia pada pada kondisi kondisi tertentu.tertentu.
C. Indikator C. Indikator
1.
1. Menjelaskan Menjelaskan hukum hukum termodinamika termodinamika pertamapertama 2.
2. Menjelaskan hubungan Menjelaskan hubungan antara energi antara energi dalam dengan dalam dengan kalor dan kalor dan kerjakerja 3.
3. Menghubungkan perubahan Menghubungkan perubahan jumlah mol jumlah mol gas pada gas pada persamaan reaksi persamaan reaksi dengandengan besaran entalpi dan energi dalam
4.
4. Memprediksikan nilai Memprediksikan nilai entropi dan entropi dan entalpi sistem entalpi sistem pada pada suatu suatu reaksireaksi 5.
5. Meramalkan arah Meramalkan arah reaksi dari reaksi dari nilai entalpi nilai entalpi dan dan entropientropi 6.
6. Menerapkan hukum Menerapkan hukum Hess Hess untuk menentukan untuk menentukan kalor reaksi kalor reaksi (entalpi reaksi)(entalpi reaksi) 7.
7. Menghitung kalor Menghitung kalor reaksi (entalpi reaksi (entalpi reaksi) dari reaksi) dari data entalpi data entalpi pembentukanpembentukan standar dan data energi ikatan
standar dan data energi ikatan 8.
8. Menafsirkankan Menafsirkankan diagram diagram lingkar lingkar CarnotCarnot 9.
9. Menghitung Menghitung perubahan perubahan entropi entropi pada pada suatu suatu reaksireaksi
10. Menjelaskan hubungan antara energi bebas Gibbs dengan entalpi dan entropi. 10. Menjelaskan hubungan antara energi bebas Gibbs dengan entalpi dan entropi. 11. Menentukan nilai tetapan kesetimbangan pada temperatur dan tekanan
11. Menentukan nilai tetapan kesetimbangan pada temperatur dan tekanan tertentu
tertentu 12.
12. Menggunakan besaran energi bebas Gibbs untuk menentukan kedudukanMenggunakan besaran energi bebas Gibbs untuk menentukan kedudukan kesetimbangan dari suatu reaksi.
kesetimbangan dari suatu reaksi. 13. Menjelaskan hubungan antara
13. Menjelaskan hubungan antara K K pp , dan, dan K K cc
D.
D. Pendekatan Pendekatan Model Model dan dan Metode Metode PembelajaranPembelajaran Pendekatan
Pendekatan pembelajaran ypembelajaran yang ang digunakan digunakan dalam dalam perkuliahan perkuliahan ini ini adalahadalah pendekatan konstruktivistik. Model pembelajaran yang digunakan adalah
pendekatan konstruktivistik. Model pembelajaran yang digunakan adalah problem problem
solving-solving-kooperatif. Metode pembelajaran yang digunakan adalahkooperatif. Metode pembelajaran yang digunakan adalah think-aloud think-aloud pair
pair , yaitu mendiskusikan dengan teman yang menjadi pasangannya untuk , yaitu mendiskusikan dengan teman yang menjadi pasangannya untuk menyelesaikan soal/tugas yang diberikan.
menyelesaikan soal/tugas yang diberikan. E.
E. Media Media PembelajaranPembelajaran
Seperangkat komputer dan LCD serta bahan ajar perkuliahan kimia fisika I, Seperangkat komputer dan LCD serta bahan ajar perkuliahan kimia fisika I, buku-buku teks yang mendukung seperti;
1. Atkins, PW, 1999. Kimia Fisika (terjemahan) edisi keempat. Jakarta. 1. Atkins, PW, 1999. Kimia Fisika (terjemahan) edisi keempat. Jakarta. 2. Bahl, B.S, Tuli, G.D, & Arum, B, 2004.
2. Bahl, B.S, Tuli, G.D, & Arum, B, 2004. Essential of Physical Chemistry Essential of Physical Chemistry, Two, Two colour edition, Longman , New Delhi.
colour edition, Longman , New Delhi.
3. Dogra, S.K & Dogra, S. 1997. Kimia Fisik dan Soal-soal. Penerbit UI Press 3. Dogra, S.K & Dogra, S. 1997. Kimia Fisik dan Soal-soal. Penerbit UI Press
Jakarta Jakarta
4. Mark, M & Foster, A. R, 1979.
4. Mark, M & Foster, A. R, 1979. ThermodynamicsThermodynamics :: Principles and AplicationPrinciples and Aplication.. Allyn and Bacon, Inc. Boston.
Allyn and Bacon, Inc. Boston.
5. Rahayu, S. I, 2006. Termodinamika (Azas Dasar dan Terapan Kimia). Penerbit 5. Rahayu, S. I, 2006. Termodinamika (Azas Dasar dan Terapan Kimia). Penerbit
ITB Bandung. ITB Bandung.
6. Sukardjo, 1997. Kimia Fisika. Penerbit Rineka Cipta Jakarta. 6. Sukardjo, 1997. Kimia Fisika. Penerbit Rineka Cipta Jakarta.
TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA
Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari transformasi dari berbagai Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari transformasi dari berbagai bentuk energi, pembatasan-pembatasan dalam transformasi energi serta
bentuk energi, pembatasan-pembatasan dalam transformasi energi serta
penggunaannya. Termodinamika didasarkan atas dua postulat pokok yang dikenal penggunaannya. Termodinamika didasarkan atas dua postulat pokok yang dikenal sebagai hukum pertama dan hukum kedua. Hukum pertama menyangkut masalah sebagai hukum pertama dan hukum kedua. Hukum pertama menyangkut masalah pertukaran energi, sedangkan hukum kedua membahas arah dari pertukaran tersebut. pertukaran energi, sedangkan hukum kedua membahas arah dari pertukaran tersebut.
Bab ini berisi tentang konsep-konsep dasar termodinamika, kalor dan kerja, Bab ini berisi tentang konsep-konsep dasar termodinamika, kalor dan kerja, perumusan hukum pertama termodinamika, fungsi entalpi, kapasitas kalor dan perumusan hukum pertama termodinamika, fungsi entalpi, kapasitas kalor dan aplikasi hukum pertama termodinamika (termokimia), serta kesetimbangan kimia. aplikasi hukum pertama termodinamika (termokimia), serta kesetimbangan kimia.
A. KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA A. KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA 1.
1. Sistem dan LingkunganSistem dan Lingkungan Sistem
Sistemadalah sejumlah zat atau campuran zat-zat yang dipelajari sifat-sifat danadalah sejumlah zat atau campuran zat-zat yang dipelajari sifat-sifat dan perilakunya. Segala sesuatu di luar sistem disebut
perilakunya. Segala sesuatu di luar sistem disebut lingkunganlingkungan. Suatu sistem terpisah. Suatu sistem terpisah dari lingkungannya dengan batas-batas tertentu yang dapat nyata atau tidak nyata. dari lingkungannya dengan batas-batas tertentu yang dapat nyata atau tidak nyata. Sebagai contoh, bila dalam botol yang tertutup terdapat air yang terisi setengah, maka Sebagai contoh, bila dalam botol yang tertutup terdapat air yang terisi setengah, maka yang menjadi sistem adalah air. Dinding dan tutup botol merupakan batas-batas
yang menjadi sistem adalah air. Dinding dan tutup botol merupakan batas-batas sistem dan segala yang berada disekeliling botol adalah lingkungan.
sistem dan segala yang berada disekeliling botol adalah lingkungan.
Antara sistem dan lingkungan dapat terjadi pertukaran energi dan materi, namun Antara sistem dan lingkungan dapat terjadi pertukaran energi dan materi, namun ada pula yang tidak dapat mempertukarkan energi dan materi. Berdasarkan
pertukaran ini dapat dibedakan tiga jenis sistem, yaitu
pertukaran ini dapat dibedakan tiga jenis sistem, yaitu sistem tersekatsistem tersekat,,sistemsistem tertutup
tertutup, dan, dansistem terbukasistem terbuka..
Sistem tersekat
Sistem tersekat merupakan sistem yang tidak dapat melakukan pertukaran materimerupakan sistem yang tidak dapat melakukan pertukaran materi maupun energi dengan lingkungannya. Sistem tersekat memiliki jenis energi yang maupun energi dengan lingkungannya. Sistem tersekat memiliki jenis energi yang tetap. Contoh untuk sistem
tetap. Contoh untuk sistem tersekat adalah tersekat adalah botol termos ideal.botol termos ideal.
Sistem tertutup
Sistem tertutup adalah sistem yang hanya dapat melakukan pertukaran energiadalah sistem yang hanya dapat melakukan pertukaran energi dengan lingkungannya. Contoh untuk sistem tertutup ini adalah sejumlah gas dalam dengan lingkungannya. Contoh untuk sistem tertutup ini adalah sejumlah gas dalam silinder tertutup.
silinder tertutup.
Sistem terbuka
Sistem terbuka adalah sistem yang dapat mempertukarkan materi dan energiadalah sistem yang dapat mempertukarkan materi dan energi dengan lingkungannya. Akibatnya komposisi dari sistem terbuka tidak tetap dengan lingkungannya. Akibatnya komposisi dari sistem terbuka tidak tetap (berubah). Contoh untuk sistem terbuka ini adalah sejumlah zat-zat dalam wadah (berubah). Contoh untuk sistem terbuka ini adalah sejumlah zat-zat dalam wadah terbuka.
terbuka.
2.
2. Keadaan sistem dan Fungsi keadaanKeadaan sistem dan Fungsi keadaan
Keadaan sistem ditentukan oleh sejumlah parameter atau variabel, misalnya suhu, Keadaan sistem ditentukan oleh sejumlah parameter atau variabel, misalnya suhu, tekanan, volume, massa dan konsentrasi. Variabel sistem dapat bersifat intensif,
tekanan, volume, massa dan konsentrasi. Variabel sistem dapat bersifat intensif,
artinya tidak bergantung pada ukuran sistem (tekanan, suhu, massa jenis, dan artinya tidak bergantung pada ukuran sistem (tekanan, suhu, massa jenis, dan sebagai-nya), atau bersifat ekstensif yang berarti bergantung pada ukuran sistem (massa,
nya), atau bersifat ekstensif yang berarti bergantung pada ukuran sistem (massa, volume, energi, entropi, dan sebagainya).
Setiap besaran atau variabel yang hanya bergantung pada keadaan sistem dan Setiap besaran atau variabel yang hanya bergantung pada keadaan sistem dan tidak bergantung pada bagaimana keadaan sistem itu tercapai, disebut
tidak bergantung pada bagaimana keadaan sistem itu tercapai, disebut fungsifungsi keadaan
keadaan. Fungsi keadaan, misalnya suhu, tekanan, volume, energi dalam, entropi,. Fungsi keadaan, misalnya suhu, tekanan, volume, energi dalam, entropi, dan lain-lain. Sebagai contoh fungsi keadaan, bila kita melakukan pendakian puncak dan lain-lain. Sebagai contoh fungsi keadaan, bila kita melakukan pendakian puncak gunung yang tingginya 1500 meter dari permukaan laut. Saat mula-mula di kaki gunung yang tingginya 1500 meter dari permukaan laut. Saat mula-mula di kaki gunung memulai mendaki hingga mencapai puncak gunung di ketinggian 1500 meter gunung memulai mendaki hingga mencapai puncak gunung di ketinggian 1500 meter di atas permukaan laut, tidak bergantung pada cara kita mendaki atau arah pendakian di atas permukaan laut, tidak bergantung pada cara kita mendaki atau arah pendakian kita. Ketinggian puncak gunung dari permukaan air laut inilah yang dinamakan kita. Ketinggian puncak gunung dari permukaan air laut inilah yang dinamakan fungsi keadaan
fungsi keadaan
Kalor dan Kerja Kalor dan Kerja
Kalor dan kerja adalah dua konsep penting dalam termodinamika. Oleh karena itu Kalor dan kerja adalah dua konsep penting dalam termodinamika. Oleh karena itu pengertian tentang kedua konsep ini harus dipahami dengan baik. Kalor,
pengertian tentang kedua konsep ini harus dipahami dengan baik. Kalor, qq,,
didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan melalui batas-batas sistem sebagai didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan melalui batas-batas sistem sebagai akibat langsung dan perbedaan temperatur antara sistem dan lingkungannya. Menurut akibat langsung dan perbedaan temperatur antara sistem dan lingkungannya. Menurut perjanjian,
perjanjian, qq dihitung positip bila kalor masuk sistem dan negatip bila kalor ke luardihitung positip bila kalor masuk sistem dan negatip bila kalor ke luar dan sistem.
dan sistem.
Kerja,
Kerja, ww, adalah energi yang bukan kalor, yang dipertukarkan antara sistem dan, adalah energi yang bukan kalor, yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungannya dalam suatu perubahan keadaan. Menurut perjanjian,
lingkungannya dalam suatu perubahan keadaan. Menurut perjanjian, wwdihitungdihitung positip, bila lingkungan melakukan kerja terhadap sistem (misalnya pada proses positip, bila lingkungan melakukan kerja terhadap sistem (misalnya pada proses pemampatan gas), dan negatip bila sistem melakukan kerja terhadap lingkungan pemampatan gas), dan negatip bila sistem melakukan kerja terhadap lingkungan (misalnya bila gas memuai terhadap tekanan atmosfir).
Kerja memiliki berbagai bentuk (misalnya, kerja ekspansi, kerja listrik, kerja Kerja memiliki berbagai bentuk (misalnya, kerja ekspansi, kerja listrik, kerja mekanik, kerja permukaan, dan sebagainya). Salah satu bentuk kerja yang penting mekanik, kerja permukaan, dan sebagainya). Salah satu bentuk kerja yang penting adalah kerja yang berhubungan dengan perubahan volume sistem yang disebut kerja adalah kerja yang berhubungan dengan perubahan volume sistem yang disebut kerja ekspansi. Kerja ini dapat ditentukan sebagai berikut. Perhatikan sejumlah gas yang ekspansi. Kerja ini dapat ditentukan sebagai berikut. Perhatikan sejumlah gas yang berada dalam sebuah silinder yang dilengkapi dengan pengisap (lihat gambar.1). berada dalam sebuah silinder yang dilengkapi dengan pengisap (lihat gambar.1).
Gambar 1.
Gambar 1. Proses ekspansi gas Proses ekspansi gas dalam sebuah dalam sebuah silindersilinder Bila Penghisap bergerak sepanjang jarak
Bila Penghisap bergerak sepanjang jarak d d x terhadap tekanan luarx terhadap tekanan luar p p, maka kerja yang, maka kerja yang dilakukan oleh gas adalah,
dilakukan oleh gas adalah, kerja = gaya x jarak kerja = gaya x jarak
δ
δww = -= -pp A dA d x x....……….………. …………..(1)..(1) di mana A
di mana A d d x merupakan perubahan volume dx merupakan perubahan volume dV V , sehingga, sehingga δ
δww = -= -pp ddV V ....………...………...(2)(2) Tanda minus dalam persamaan (1) adalah sesuai dengan perjanjian bahwa Tanda minus dalam persamaan (1) adalah sesuai dengan perjanjian bahwa kerja yang dilakukan oleh gas dihitung negatip. Kerja yang dilakukan oleh gas kerja yang dilakukan oleh gas dihitung negatip. Kerja yang dilakukan oleh gas bila volume berubah dan
bila volume berubah dan V V 11 kekeV V 22 dapat mengintegrasikan persamaan (2),dapat mengintegrasikan persamaan (2),
sehingga diperoleh persamaan berikut ini sehingga diperoleh persamaan berikut ini
δ
δww= -= -PP ∆∆V V ………..………..………… (3)(3) Untuk perubahan yang berlangsung secara reversibel, akan berlaku:
Untuk perubahan yang berlangsung secara reversibel, akan berlaku: d
d xx gas
..………..………....(4) ..………..………....(4) .……….…..(5) .……….…..(5) .……….… ..(6) .……….… ..(6) dV dV V V nRT nRT vv vv
22 1 1 w wrevrev= -= -DenganDengan p padalah tekanan gas. Harga integral ini dapat dihitung bila persamaanadalah tekanan gas. Harga integral ini dapat dihitung bila persamaan keadaan dari gas yang bersangkutan diketahui. Misalnya untuk gas ideal pada keadaan dari gas yang bersangkutan diketahui. Misalnya untuk gas ideal pada temperatur tetap, temperatur tetap, w wrevrev = -= = -= -nRT nRT B.
B. PERUMUSAN PERUMUSAN HUKUM PHUKUM PERTAMA TERMODINAERTAMA TERMODINAMIKAMIKA
Keseluruhan energi potensial dan energi kinetik zat-zat yang terdapat dalam Keseluruhan energi potensial dan energi kinetik zat-zat yang terdapat dalam suatu sistem, disebut energi dalam,
suatu sistem, disebut energi dalam, U U . Energi dalam merupakan fungsi keadaan. Energi dalam merupakan fungsi keadaan karena besarnya hanya bergantung pada keadaan sistem. Bila dalam suatu perubahan karena besarnya hanya bergantung pada keadaan sistem. Bila dalam suatu perubahan sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor,
sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor, δδqq, dan melakukan kerja (kecil),, dan melakukan kerja (kecil), δδww, maka, maka sistem akan mengalami perubahan energi dalam, d
sistem akan mengalami perubahan energi dalam, dU U , sebesar, sebesar d
dU U == δδqq ++ δδww...………(...………( 7)7) untuk perubahan yang besar pada suatu sistem dari keadaan 1 (energi dalam
untuk perubahan yang besar pada suatu sistem dari keadaan 1 (energi dalam U U 11) ke) ke
keadaan 2 (energi dalam
keadaan 2 (energi dalam U U 22),), maka akan terjadi perubahan energi dalam (∆maka akan terjadi perubahan energi dalam (∆U U ),),
sebesar sebesar ∆U = U
∆U = U 22 - U - U 11………...………(………(8)8)
V V dV dV vv vv
22 1 1
22 1 1 vv vv pdV pdV
1 1 2 2 ln ln V V V V nRT nRT w wrevrevsehingga diperoleh sehingga diperoleh U
U 22 -- U U 11 ==qq++w...w...……….………(……….………( 9)9)
∆
∆U U ==qq ++ww………..(10………..(10)) Persamaan (10)
Persamaan (10) merupakan merupakan bentuk matematik bentuk matematik dari hukum dari hukum pertama termodinamika.pertama termodinamika. Menurut ungkapan ini, energi suatu sistem dapat berubah melalui kalor dan kerja. Menurut ungkapan ini, energi suatu sistem dapat berubah melalui kalor dan kerja. Bila kerja yang dilakukan oleh sistem hanya terbatas pada kerja ekspansi (misalnya Bila kerja yang dilakukan oleh sistem hanya terbatas pada kerja ekspansi (misalnya pada kebanyakan reaksi kimia), maka persamaan (10) dapat diubah menjadi
pada kebanyakan reaksi kimia), maka persamaan (10) dapat diubah menjadi d
dU U == δδqq – – p pddV V .……...…….. ....……… (11)(11) pada volume tetap,
pada volume tetap, d d V = 0, makaV = 0, maka d
dU U == δδq..q..….………..….……….. (12)(12) atau untuk perubahan besar,
atau untuk perubahan besar, ∆
∆U U ==qq...……….………. (13)(13) Menurut persamaan (13) perubahan energi dalam adalah kalor yang diserap oleh
Menurut persamaan (13) perubahan energi dalam adalah kalor yang diserap oleh sistem bila proses berlangsung pada volume tetap.
sistem bila proses berlangsung pada volume tetap.
1.
1. Fungsi Fungsi Entalpi Entalpi dan dan Perubahan Perubahan EntalpiEntalpi
Kebanyakan reaksi-reaksi kimia dilakukan pada tekanan tetap yang sama Kebanyakan reaksi-reaksi kimia dilakukan pada tekanan tetap yang sama dengan tekanan atmosfir. Dalam hal ini, bila pada persamaan (11)
dengan tekanan atmosfir. Dalam hal ini, bila pada persamaan (11) d
dU U == δδqq – – p pddV V diintegrasikan (di manadiintegrasikan (di mana p pialah tekanan sistem) akan diperolehialah tekanan sistem) akan diperoleh U
U 22 – – U U 11 ==qq-- p p((V V 22--V V 11))………..(14)………..(14)
dan karena
dan karena p p11 == p p22 == p p,,
oleh karena
oleh karena U U ,, p pdandan V V adalah fungsi keadaan, maka (adalah fungsi keadaan, maka (U + pV U + pV ) juga merupakan fungsi) juga merupakan fungsi keadaan. Fungsi ini disebut entalpi,
keadaan. Fungsi ini disebut entalpi, H H ,, H=U+pV
H=U+pV . . Jadi, menurut Jadi, menurut persamaan persamaan (15),(15), H
H 22 -- H H 11 ==qq
∆
∆ H H ==qq………...………... (16)(16) Berdasarkan hasil ini dapat dikatakan bahwa, kalor yang dipertukarkan antara Berdasarkan hasil ini dapat dikatakan bahwa, kalor yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan pada tekanan tetap besarnya sama dengan perubahan entalpi sistem dan lingkungan pada tekanan tetap besarnya sama dengan perubahan entalpi sistem.Mengingat entalpi,
sistem.Mengingat entalpi, H H merupakan merupakan fungsi keadaan, fungsi keadaan, maka maka perubahan entalpi,perubahan entalpi, ∆
∆ H H , hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem. Pada reaksi-, hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem. Pada reaksi-reaksi kimia,
reaksi kimia, ∆∆ H H adalah kalor reaksi pada tekanan tetap.adalah kalor reaksi pada tekanan tetap. 2.
2. Kapasitas Kapasitas KalorKalor
Kapasitas kalor suatu sistem didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan Kapasitas kalor suatu sistem didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur sistem sebanyak satu derajat. Secara matematik untuk menaikkan temperatur sistem sebanyak satu derajat. Secara matematik diungkapkan,
diungkapkan,
Karena
Karena δδqqhanya bergantung pada jalannya perubahan, maka sistem mempunyaihanya bergantung pada jalannya perubahan, maka sistem mempunyai
banyak harga-harga untuk kapasitas kalor. Dua diantaranya yang paling penting, yaitu banyak harga-harga untuk kapasitas kalor. Dua diantaranya yang paling penting, yaitu kapasitas kalor pada volume tetap (C
kapasitas kalor pada volume tetap (Cvv) dan pada tekanan tetap (C) dan pada tekanan tetap (C p p). Apabila kerja). Apabila kerja
yang dapat dilakukan oleh sistem terbatas pada kerja ekspansi, maka
yang dapat dilakukan oleh sistem terbatas pada kerja ekspansi, maka δδqq = d= dU U ++ p pddV V ,, sehingga persamaan (17) dapat diubah menjadi,
sehingga persamaan (17) dapat diubah menjadi,
……….……… ……….………....……….……….….(18).(18) dT dT q q C C
……….(17)……….(17) dT dT pdV pdV dU dU q q
Pada volume tetap,
Pada volume tetap, C C ==C C vvdan ddan dV V = 0, maka,= 0, maka,
……...………
……...………....…………..(19)…………..(19) Kapasitas kalor pada tekanan tetap dapat diturunkan sebagai berikut,
Kapasitas kalor pada tekanan tetap dapat diturunkan sebagai berikut,
Pada
Pada p ptetap, dtetap, d H H = = ddU U ++ p pddV V dandan
sehingga, sehingga,
………(20) ………(20)
Jadi, kapasitas kalor pada tekanan tetap adalah sama dengan penambahan entalpi Jadi, kapasitas kalor pada tekanan tetap adalah sama dengan penambahan entalpi sistem perderajat kenaikan temperatur pada tekanan tetap. Baik kapasitas kalor pada sistem perderajat kenaikan temperatur pada tekanan tetap. Baik kapasitas kalor pada volume tetap maupun kapasitas kalor pada tekanan tetap biasanya dinyatakan per mol volume tetap maupun kapasitas kalor pada tekanan tetap biasanya dinyatakan per mol zat.
zat.
Pada umumnya kapasitas kalor merupakan fungsi dan temperatur, fungsi ini Pada umumnya kapasitas kalor merupakan fungsi dan temperatur, fungsi ini biasanya dinyatakan secara empiris sebagai
biasanya dinyatakan secara empiris sebagai C
C p p= a + b= a + bT T + c+ cT T 22 ....………...………...(21)(21)
dengan a, b, c adalah tetapan. dengan a, b, c adalah tetapan.
C.
C. APLIKASI HUKUM PERTAMAPLIKASI HUKUM PERTAMA PADA REAKSI KIMIA PADA REAKSI KIMIA (TERMOKIMIA)A (TERMOKIMIA) Termokimia mempelajari efek panas yang terjadi baik dalam perubahan
Termokimia mempelajari efek panas yang terjadi baik dalam perubahan
secara kimia (reaksi kimia) maupun secera fisika (proses penguapan, peleburan, dsb.). secara kimia (reaksi kimia) maupun secera fisika (proses penguapan, peleburan, dsb.). Efek panas dapat bersifat eksoterm, yaitu bila terjadi pelepasan kalor, dan endoterm, Efek panas dapat bersifat eksoterm, yaitu bila terjadi pelepasan kalor, dan endoterm, yaituu bila proses disertai dengan penyerapan kalor. Jum!ah kalor yang bersangkutan yaituu bila proses disertai dengan penyerapan kalor. Jum!ah kalor yang bersangkutan
vv vv T T U U C C
dT dT pdV pdV dU dU dT dT q q C C p p
pp
p p p p p p U U V V p p T T U U T T H H
p p p p V V T T H H T T q q C C
dalam suatu reaksi bergantung pada jenis dan jumlah zat-zat yang béreaksi, dalam suatu reaksi bergantung pada jenis dan jumlah zat-zat yang béreaksi,
wujud/fasa keadaan fisik zat-zat pereaksi dan hasil reaksi, temperatur dan tekanan wujud/fasa keadaan fisik zat-zat pereaksi dan hasil reaksi, temperatur dan tekanan (terutama pada reaksi gas). Oleh karena itu kalor reaksi dari suatu reaksi hendaknya (terutama pada reaksi gas). Oleh karena itu kalor reaksi dari suatu reaksi hendaknya dinyatakan bersama-sama dengan persamaan reaksinya, di mana kondisi-kondisi dinyatakan bersama-sama dengan persamaan reaksinya, di mana kondisi-kondisi reaksi tertera dengan jelas.
reaksi tertera dengan jelas.
1.
1. Kalor reaksi Kalor reaksi pada Volume pada Volume Tetap dan pada Tetap dan pada Tekanan TetapTekanan Tetap
Dalam termokimia ada dua kondisi perubahan khusus yang penting, yaitu Dalam termokimia ada dua kondisi perubahan khusus yang penting, yaitu perubahan pada volume tetap dan tekanan tetap, oleh karena pada kedua kondisi ini perubahan pada volume tetap dan tekanan tetap, oleh karena pada kedua kondisi ini kalor reaksi dapat dikaitkan dengan fungsi-fungsi termodinamika tertentu. Bila reaksi kalor reaksi dapat dikaitkan dengan fungsi-fungsi termodinamika tertentu. Bila reaksi dikerjakan pada volume tetap (misalnya dalam kalorimeter bom), maka kalor
dikerjakan pada volume tetap (misalnya dalam kalorimeter bom), maka kalor reaksinya sama dengan perubahan energi dalam sistem,
reaksinya sama dengan perubahan energi dalam sistem, qq p p == ∆∆U,U, sedangkan padasedangkan pada
tekanan tetap, kalor reaksi sama dengan perubahan entalpi,
tekanan tetap, kalor reaksi sama dengan perubahan entalpi, qqvv = ∆= ∆ H H . Hubungan. Hubungan
antara kedua besaran ini dapat diturunkan sebagai berikut, antara kedua besaran ini dapat diturunkan sebagai berikut, H= U+pV
H= U+pV d
d H H =d=dU U + d(+ d( pV pV ) atau) atau ∆
∆ H H == ∆∆U U + ∆+∆(( pV pV )) ………....………..……….. (22)(22) Bila semua zat-zat pereaksi dan hasil reaksi sebagai cairan atau padatan, maka harga Bila semua zat-zat pereaksi dan hasil reaksi sebagai cairan atau padatan, maka harga ∆
∆(( pV pV ) sangat kecil (kecuali bila tekanan sangat tinggi) dibandingkan terhadap) sangat kecil (kecuali bila tekanan sangat tinggi) dibandingkan terhadap ∆∆ H H atau
atau ∆∆U U sehingga dapat diabaikan, dalam hal inisehingga dapat diabaikan, dalam hal ini ∆∆ H H ≈≈ ∆∆U U . Dalam reaksi yang. Dalam reaksi yang menyangkut gas, harga
menyangkut gas, harga ∆∆(( pV pV ) bergantung pada perubahan jumlah mol gas yang) bergantung pada perubahan jumlah mol gas yang terjadi dalam reaksi. Dengan pengandaian gas bersifat ideal,
terjadi dalam reaksi. Dengan pengandaian gas bersifat ideal, ∆∆(( pV pV ) =) = ∆n∆n(( RT RT ),), sehingga persamaan (22) menjadi;
∆
∆ H H == ∆∆U U ++ ∆n∆n(( RT RT ) ) ((T T tetap) ..………...tetap) ..………...(23)(23) di mana
di mana ∆∆n = jumlah mol gas hasil reaksin = jumlah mol gas hasil reaksi — — jumlah mol gas pereaksi. Persamaan inijumlah mol gas pereaksi. Persamaan ini berlaku apabila sistem hanya dapat melakukan kerja volume.
berlaku apabila sistem hanya dapat melakukan kerja volume. 2.
2. Penentuan Kalor Penentuan Kalor Reaksi Secara EksperimReaksi Secara Eksperimen (Kalorimetri)en (Kalorimetri)
Hanya reaksi-reaksi berkesudahan yang berlangsung dengan cepat dapat Hanya reaksi-reaksi berkesudahan yang berlangsung dengan cepat dapat ditentukan kalor reaksinya secara eksperimen, seperti reaksi pembakaran, reaksi ditentukan kalor reaksinya secara eksperimen, seperti reaksi pembakaran, reaksi penetralan dan reaksi pelarutan. Penentuan ini biasanya menyangkut pengukuran penetralan dan reaksi pelarutan. Penentuan ini biasanya menyangkut pengukuran perubahan suhu dari larutan atau dari air dalam kalorimeter.
perubahan suhu dari larutan atau dari air dalam kalorimeter. 3.
3. Perhitungan Perhitungan Kalor Kalor ReaksiReaksi
Reaksi kimia kebanyakan dikerjakan pada tekanan tetap, sehingga pada Reaksi kimia kebanyakan dikerjakan pada tekanan tetap, sehingga pada perhitungan kalor
perhitungan kalor reaksi reaksi hanya diperhatikan hanya diperhatikan entalpi reaksi,entalpi reaksi, ∆∆ H H .. Perhitungan kalor reaksi ini dapat dilaksanakan dengan cara; Perhitungan kalor reaksi ini dapat dilaksanakan dengan cara; 1) Perhitungan dengan menggunakan Hukum Hess.
1) Perhitungan dengan menggunakan Hukum Hess. 2) Perhitungan dari data Entalpi Pembentukan Standar. 2) Perhitungan dari data Entalpi Pembentukan Standar. 3) Perkiraan Entalpi Reaksi dari data Energi Ikatan. 3) Perkiraan Entalpi Reaksi dari data Energi Ikatan.
4. Kebergantungan Entalpi Reaksi pada temperatur. 4. Kebergantungan Entalpi Reaksi pada temperatur.
Pada umumnya entapi reaksi merupakan fungsi dari temperatur dan tekanan. Pada umumnya entapi reaksi merupakan fungsi dari temperatur dan tekanan. Karena pengaruh tekanan cukup rumit, maka disini hanya akan diturunkan pengaruh Karena pengaruh tekanan cukup rumit, maka disini hanya akan diturunkan pengaruh temperatur pada
temperatur pada ∆∆ H H .. Perhatikan reaksi, Perhatikan reaksi,
vv11 AA11++vv22 AA22 →→vv33AA33 ++vv44 AA44
Perubahan entalpi reaksi diberikan oleh, Perubahan entalpi reaksi diberikan oleh,
∆
∆ H H = H= Hhasil reaksihasil reaksi — — HHpereaksipereaksi
∆
∆ H H = ∑= ∑vvii H H ii....………...(24………...(24))
Perubahan
Perubahan ∆∆ H H dengan temperatur diperoleh dengan cara mendeferensialkandengan temperatur diperoleh dengan cara mendeferensialkan persamaan (24) terhadap temperatur pada tekanan tetap,
persamaan (24) terhadap temperatur pada tekanan tetap,
....
....……….(25)……….(25) Persamaan ini dikenal sebagai persamaan
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Kirchhoff Kirchhoff . Persamaan . Persamaan (25) (25) dapatdapat diintegrasi apabila C
diintegrasi apabila C p p, sebagai fungsi temperatur diketahui. Kalau C, sebagai fungsi temperatur diketahui. Kalau C p p, dapat dianggap, dapat dianggap
tetap antara
tetap antara T T 11 dandan T T 22, misalnya kalau perbedaan antara kedua temperatur ini tidak , misalnya kalau perbedaan antara kedua temperatur ini tidak
besar, maka integrasi dan persamaan (25) menghasilkan, besar, maka integrasi dan persamaan (25) menghasilkan,
∆
∆ H H 22 -- ∆∆ H H 11== ∆∆ H H ((T T 22 – – T T 11) ..) ..……….………. (26)(26)
Kalau
KalauC C p p tidak dianggap tetap, makatidak dianggap tetap, maka
………
………....………...……(27)(27)
untuk dapat memudahkan perhitungan
untuk dapat memudahkan perhitungan ∆∆ H H pada berbagai temperatur, pada tekananpada berbagai temperatur, pada tekanan tetap, sebaiknya terlebih dahulu ditentukan
tetap, sebaiknya terlebih dahulu ditentukan ∆∆ H H = f(= f(T T ). Hal ini dapat dilakukan). Hal ini dapat dilakukan dengan,
dengan,
...
...………..………..………..(28)(28)
dengan
dengan I I adalah tetapan integrasi.adalah tetapan integrasi.
p p p p C C T T H H
11 2 2 1 1 2 2 T T T T p pdT dT C C H H H H
H H T T C C p pdT dT I IRANGKUMAN RANGKUMAN
Termodinamika merupakan ilmu yang mengkaji berbagai bentuk energi dan Termodinamika merupakan ilmu yang mengkaji berbagai bentuk energi dan hubungannya satu dengan yang lain. bersifat mendasar untuk semua ilmu. Ruang hubungannya satu dengan yang lain. bersifat mendasar untuk semua ilmu. Ruang lingkup termodinamika kimia ialah hubungan antara berbagai energi jenis tertentu lingkup termodinamika kimia ialah hubungan antara berbagai energi jenis tertentu dengan sistem kimia. Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan hukum dengan sistem kimia. Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan hukum pelestarian energi. Energi total suatu sistem adalah energi dalamnya yang merupakan pelestarian energi. Energi total suatu sistem adalah energi dalamnya yang merupakan suatu fungsi keadaan. Suatu perubahan energi dalam,
suatu fungsi keadaan. Suatu perubahan energi dalam, ∆∆U U , dilaksanakan dengan, dilaksanakan dengan transfer kalor ataupun perlakuan kerja.
transfer kalor ataupun perlakuan kerja.
Termokimia menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang Termokimia menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai proses kimia. Kebanyakan pengukuran semacam itu dilakukan dengan menyertai proses kimia. Kebanyakan pengukuran semacam itu dilakukan dengan sebuah kalorimeter.
sebuah kalorimeter.
SOAL-SOAL LATIHAN SOAL-SOAL LATIHAN
Petunjuk: Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan benar Petunjuk: Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan benar
1. Berikan definisi dari ; sistem, lingkungan, fungsi keadaan, kapasitas kalor molar, 1. Berikan definisi dari ; sistem, lingkungan, fungsi keadaan, kapasitas kalor molar,
kapasitas kalor jenis, keadaan standar, perubahan isoterm, perubahan adiabat. kapasitas kalor jenis, keadaan standar, perubahan isoterm, perubahan adiabat. 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan; fungsi keadaan, proses spontan, proses 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan; fungsi keadaan, proses spontan, proses
reversibel, proses lingkar. reversibel, proses lingkar.
3. Berapakah energi dalam yang dimiliki pada reaksi 3. Berapakah energi dalam yang dimiliki pada reaksi
N
4. Berapakah energi dalam yang dimiliki pada reaksi pembakaran karbon secara 4. Berapakah energi dalam yang dimiliki pada reaksi pembakaran karbon secara
sempurna bila C
sempurna bila C(s)(s) + O+ O22(g)(g)→ CO→ CO22(g)(g)∆∆ H H = -393,5 k = -393,5 k J J ??
5. Kalor penguapan air pada 25
5. Kalor penguapan air pada 25 00C C ialah 43,9 k ialah 43,9 k J J /mol. Hitung q, w, dan ∆/mol. Hitung q, w, dan ∆U U , jika satu, jika satu mol
mol air diuapkan air diuapkan pada pada 2525 00C C dan tekanan tetap.dan tekanan tetap. 6. Suatu cuplikan n-heptana (C
6. Suatu cuplikan n-heptana (C77HH1616) sebanyak 0,500 gram dibakar dengan oksigen) sebanyak 0,500 gram dibakar dengan oksigen
berlebih dalam kalorimeter-bom (volume tetap) secara sempurna menjadi CO berlebih dalam kalorimeter-bom (volume tetap) secara sempurna menjadi CO22(g)(g)
dan H
dan H22OO(l)(l). Suhu air yang mengelilingi wadah pembakaran meningkat sebanyak . Suhu air yang mengelilingi wadah pembakaran meningkat sebanyak
2,934
2,934 00C C . Jika kapasitas kalor kalorimeter dan perlengkapannya ialah 8175. Jika kapasitas kalor kalorimeter dan perlengkapannya ialah 8175 J J / / K K dandan suhu rata-rata kalorimeter ialah 25
suhu rata-rata kalorimeter ialah 25 00C C , hitung, hitung ∆∆U U dan ∆dan ∆ H H permol heptana, bagipermol heptana, bagi proses ini.
proses ini.
7. Sebanyak 150 mL larutan HCl 0,40 M yang dinetralkan dengan NH
7. Sebanyak 150 mL larutan HCl 0,40 M yang dinetralkan dengan NH44OH dalamOH dalam
labu Dewar menimbulkan kenaikan suhu larutan sebesar 2,36
labu Dewar menimbulkan kenaikan suhu larutan sebesar 2,36 00C C . Bila diketahui. Bila diketahui bahwa kapasitas kalor labu Dewar dan isinya sesudah reaksi ialah 1318
bahwa kapasitas kalor labu Dewar dan isinya sesudah reaksi ialah 1318 J J /K. /K. Tentukanlah kalor penetralan HCl.
Tentukanlah kalor penetralan HCl.
8. Dalam sebuah kalorimeter dicampurkan 250 mL NaOH 0,400 M dengan 250 mL 8. Dalam sebuah kalorimeter dicampurkan 250 mL NaOH 0,400 M dengan 250 mL
HCl 0,400 M. suhu awal kedua larutan dan kalorimeter adalah 17,50
HCl 0,400 M. suhu awal kedua larutan dan kalorimeter adalah 17,50 00C C . Massa. Massa kalorimeter 500 g dan kalor jenisnya 400
kalorimeter 500 g dan kalor jenisnya 400 J K J K -1-1kgkg-1-1. Jika suhu akhir ialah 19,55. Jika suhu akhir ialah 19,55 00C C dan kalor jenis larutan ialah 4200
dan kalor jenis larutan ialah 4200 J K J K -1-1kgkg-1-1, hitung entalpi penetralan., hitung entalpi penetralan. 9. Tentukan entalpi pembentukan standar C
9. Tentukan entalpi pembentukan standar C22HH22(g)(g) bila diketahui entalpi pembakaranbila diketahui entalpi pembakaran
standar dari : C
standar dari : C22HH22(g)(g), C, C(s)(s), H, H22(g)(g)berturut-turut ialah : -1300, -394, dan -286berturut-turut ialah : -1300, -394, dan -286
k k J J /mol. /mol.
10.
10. Reaksi Reaksi NN22(g)(g) + 3H+ 3H22(g)(g)→ 2NH→ 2NH33(g)(g) ∆∆ H H 298298 = = - - 46,1 46,1 k k J J , bila diketahui kapasitas, bila diketahui kapasitas
kalor antara 250
kalor antara 250 – – 450 K untuk masing-masing gas berikut ini adalah :450 K untuk masing-masing gas berikut ini adalah : C C p p (N(N22) ) = = 27,9 27,9 + + 0,004180,00418 T T C C p p (H(H22) ) = = 29,6 29,6 + + 0,002310,00231 T T C C p p(NH(NH33) = 29,9 + 0,00261) = 29,9 + 0,00261 T T
Maka berapakah entalpi pembentukan NH
HUKUM KEDUA DAN KETIGA TERMODINAMIKA HUKUM KEDUA DAN KETIGA TERMODINAMIKA
Pada umumnya perubahan yang terjadi di alam disertai dengan perubahan Pada umumnya perubahan yang terjadi di alam disertai dengan perubahan energi. Dalam proses perubahan energi ini ada dua aspek penting, yaitu arah energi. Dalam proses perubahan energi ini ada dua aspek penting, yaitu arah pemindahan energi dan pengubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. pemindahan energi dan pengubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Walaupun hukum pertama termodinamika menetapkan hubungan antara kalor yang Walaupun hukum pertama termodinamika menetapkan hubungan antara kalor yang diserap dengan kerja yang dilakukan oleh sistem, tetapi hukum ini tidak menunjukkan diserap dengan kerja yang dilakukan oleh sistem, tetapi hukum ini tidak menunjukkan batas-batas mengenai sumber maupun arah aliran energi.
batas-batas mengenai sumber maupun arah aliran energi.
Hukum kedua termodinamika dirumuskan untuk menyatakan Hukum kedua termodinamika dirumuskan untuk menyatakan pembatasan-pembatasan yang berhubungan dengan pengubahan kalor menjadi kerja, dan juga pembatasan yang berhubungan dengan pengubahan kalor menjadi kerja, dan juga untuk menunjukkan arah perubahan proses di alam. Dalam bentuknya yang paling untuk menunjukkan arah perubahan proses di alam. Dalam bentuknya yang paling umum, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan mempergunakan suatu umum, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan mempergunakan suatu fungsi keadaan yang disebut
fungsi keadaan yang disebut entropi.entropi.
A.
A. PROSES LINGPROSES LINGKAR KAR CARNOTCARNOT
Proses lingkar ialah deretan perubahan yang dqalankan sedemikian rupa Proses lingkar ialah deretan perubahan yang dqalankan sedemikian rupa sehingga pada akhirnya sistem kembali lagi ke keadaan semula. Dari pengalaman sehingga pada akhirnya sistem kembali lagi ke keadaan semula. Dari pengalaman diketahui bahwa mesin kalor yang bekerja secara berkala menurut suatu proses diketahui bahwa mesin kalor yang bekerja secara berkala menurut suatu proses lingkar hanya dapat mengubah sebagian dari kalor yang diserap menjadi kerja, lingkar hanya dapat mengubah sebagian dari kalor yang diserap menjadi kerja, pengubahan ini hanya mungkin dengan adanya suatu perbedaan temperatur. pengubahan ini hanya mungkin dengan adanya suatu perbedaan temperatur. Sadi Cannot (1824) berhasil menghitung kerja maksimum yang dapat Sadi Cannot (1824) berhasil menghitung kerja maksimum yang dapat diperoleh dan suatu mesin yang bekerja secara reversibel. Pada mesin Carnot, diperoleh dan suatu mesin yang bekerja secara reversibel. Pada mesin Carnot, sejumlah gas ideal menjalani suatu proses lingkar yang terdiri atas empat langkah sejumlah gas ideal menjalani suatu proses lingkar yang terdiri atas empat langkah
d d ekspansi ekspansi isotermal isotermal Pemampatan Pemampatan isotermal isotermal p p pemampatan pemampatan adiabatik
adiabatik ekspansiekspansi
adiabatik adiabatik
perubahan reversibel, yaitu pemampatan isotermal, pemampatan adiabatik, ekspansi perubahan reversibel, yaitu pemampatan isotermal, pemampatan adiabatik, ekspansi isotermal, dan ekspansi adiabatik.
isotermal, dan ekspansi adiabatik.
Gambar 2. Diagram proses lingkar Carnot Gambar 2. Diagram proses lingkar Carnot
Dari diagram di atas, 4 langkah perubahan reversibel pada lingkar Carnot Dari diagram di atas, 4 langkah perubahan reversibel pada lingkar Carnot adalah sebagai berikut :
adalah sebagai berikut : 1.
1. Ekspansi isotermalEkspansi isotermal
Lingkar dimulai dengan sistem mula-mula berisi n mol gas pada tekanan
Lingkar dimulai dengan sistem mula-mula berisi n mol gas pada tekanan p paadandan
Volume
Volume V V aa. Saat katup dibuka gas mengalami ekspansi dari volume V. Saat katup dibuka gas mengalami ekspansi dari volume Vaamenjadimenjadi
Volume
Volume V V bb, akibatnya tekanan sistem menjadi berkurang dari, akibatnya tekanan sistem menjadi berkurang dari p paamenjadimenjadi p pbb..
Dalam proses ekspansi ini, sistem memiliki suhu yang sama dengan Dalam proses ekspansi ini, sistem memiliki suhu yang sama dengan lingkungannya sehingga tidak terjadi pertukaran kalor.
lingkungannya sehingga tidak terjadi pertukaran kalor. 2.
2. Ekspansi Ekspansi adiabatikadiabatik
Langkah kedua, katup ditutup dan gas dibiarkan mengembang secara adiabatik Langkah kedua, katup ditutup dan gas dibiarkan mengembang secara adiabatik akibatnya volume naik dari
akibatnya volume naik dari V V b menjadib menjadi V V c dan tekanan semakin turun daric dan tekanan semakin turun dari p pbb menjadi menjadi p pc.c. aa b b cc V V
3.
3. Pemampatan Pemampatan isotermalisotermal
Langkah ketiga, gas dimampatkan dari volume Vc hingga volume Vd, di mana Langkah ketiga, gas dimampatkan dari volume Vc hingga volume Vd, di mana suhu sistem sama dengan lingkungannya sehingga tidak terjadi pertukaran kalor. suhu sistem sama dengan lingkungannya sehingga tidak terjadi pertukaran kalor. 4.
4. Pemampatan Pemampatan adiabatikadiabatik
Langkah keempat, gas kembali dimampatkan secara adiabatik (tanpa penambahan Langkah keempat, gas kembali dimampatkan secara adiabatik (tanpa penambahan kalor, q = 0). Pemampatan adiabatik ini mengakibatkan volume sistem menjadi kalor, q = 0). Pemampatan adiabatik ini mengakibatkan volume sistem menjadi berkurang dari Vc menjadi Vd, akibatnya tekanan sistem naik dari Pc menjadi Pd berkurang dari Vc menjadi Vd, akibatnya tekanan sistem naik dari Pc menjadi Pd atau kembali ke tekanan mula-mula.
atau kembali ke tekanan mula-mula.
Kerja maksimum diungkapkan secara matematik adalah sebagai berikut ; Kerja maksimum diungkapkan secara matematik adalah sebagai berikut ;
T T 11 – – T T 22 w w =-=-qq11 ………..………...(29)………..………...(29) T T 11
dapat dilihat bahwa kerja yang dihasilkan dalam proses selalu lebih kecil dan dapat dilihat bahwa kerja yang dihasilkan dalam proses selalu lebih kecil dan kalor yang diserap.
kalor yang diserap. B.
B. FUNGSI ENTROPFUNGSI ENTROPI DAN I DAN PERUBAHAN ENTROPIPERUBAHAN ENTROPI
Entropi adalah suatu fungsi keadaan yang secara matematis didefinisikan sebagai, Entropi adalah suatu fungsi keadaan yang secara matematis didefinisikan sebagai, d
dSS== δδqqrevrev / / T T ……....………..……….. (30)(30)
dalam ungkapan ini
dalam ungkapan ini δδqqrevrev ialah kalor yang dipertukarkan antara sistem dan lingkunganialah kalor yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan
secara reversibel. Karena dS merupakan diferensial total, maka perubahan entropi secara reversibel. Karena dS merupakan diferensial total, maka perubahan entropi yang terjadi dalam setiap proses atau reaksi diberikan oleh,
yang terjadi dalam setiap proses atau reaksi diberikan oleh, d
dSS==SS22 - S- S11 ..………..……….. (31)(31)
dengan
C.
C. PERHITUNGAN PERHITUNGAN PERUBAHAN PERUBAHAN ENTROPIENTROPI
Perhitungan perubahan entropi dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu Perhitungan perubahan entropi dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu a. Proses fisis, di mana merupakan :
a. Proses fisis, di mana merupakan :
1) Proses yang tidak disertai dengan pengubahan fasa. 1) Proses yang tidak disertai dengan pengubahan fasa. 2) Proses pengubahan fasa secara revorsibel
2) Proses pengubahan fasa secara revorsibel 3) Proses pengubahan fasa secara tak-reversibel 3) Proses pengubahan fasa secara tak-reversibel b. Reaksi kimia
b. Reaksi kimia
D.
D. PERUMUSAN HPERUMUSAN HUKUM KEDUA UKUM KEDUA TERMODINAMIKATERMODINAMIKA
Menurut hukum ini : Semua proses atau reaksi yang terjadi di alam semesta, Menurut hukum ini : Semua proses atau reaksi yang terjadi di alam semesta, selalu disertai dengan peningkatan entropi. Jika
selalu disertai dengan peningkatan entropi. Jika ∆∆SSasas ialah perubahan entropi yangialah perubahan entropi yang
terjadi di alam semesta, maka bagi setiap proses spontan berlaku,
terjadi di alam semesta, maka bagi setiap proses spontan berlaku, ∆S∆Sasas> 0.> 0.
Dengan memandang alam semesta itu sebagai sistem dan lingkungan, maka dapat Dengan memandang alam semesta itu sebagai sistem dan lingkungan, maka dapat pula dikatakan bahwa untuk semua proses spontan berlaku,
pula dikatakan bahwa untuk semua proses spontan berlaku, ∆S
∆Ssistemsistem ++ ∆S∆Slingkunganlingkungan> 0 ..> 0 ..………...………... (32)(32)
dengan
dengan ∆S∆Ssistemsistem ialah perubahan entropi sistem danialah perubahan entropi sistem dan ∆S∆Slingkunganlingkunganialah perubahan entropiialah perubahan entropi
lingkungan. lingkungan.
1.
1. Perubahan Entropi Perubahan Entropi Sebagai Persyaratan Sebagai Persyaratan KesetimbanganKesetimbangan
Telah diuraikan bahwa setiap proses yang berlangsung secara spontan dalam Telah diuraikan bahwa setiap proses yang berlangsung secara spontan dalam sistem tersekat selalu disertai dengan peningkatan entropi. Bila entropi sistem
sistem tersekat selalu disertai dengan peningkatan entropi. Bila entropi sistem mencapai harga yang maksimum, maka entropi tidak akan dapat berubah lagi mencapai harga yang maksimum, maka entropi tidak akan dapat berubah lagi ((∆∆S = 0), keadaan ini akan tercapai apabila proses berjalan reversibel atau apabilaS = 0), keadaan ini akan tercapai apabila proses berjalan reversibel atau apabila
sistem mencapai kesetimbangan. Jadi bagi setiap perubahan
sistem mencapai kesetimbangan. Jadi bagi setiap perubahan dalam ‘sistem tersekat’dalam ‘sistem tersekat’ berlaku:
berlaku: ∆S ≥ 0
∆S ≥ 0 ....……….………. (33)(33) dengan tanda > untuk proses spontan dan tanda = untuk reversibel dan sistem dalam dengan tanda > untuk proses spontan dan tanda = untuk reversibel dan sistem dalam kesetimbangan.
kesetimbangan.
2.
2. Kebergantungan Entropi Kebergantungan Entropi pada Tempada Temperaturperatur
Entropi reaksi (S) bergantung pada suhu. Kebergantungan ini dapat Entropi reaksi (S) bergantung pada suhu. Kebergantungan ini dapat diturunkan sebagai berikut:
diturunkan sebagai berikut: misalnya pada reaksi berikut, misalnya pada reaksi berikut, α
α A +A + β β BB →→ γγ C +C + δδD maka,D maka, ∆
∆S =S = γγSSC C ++ δδSS D D-- αα SS A A-- β β SS B B
diferensiasi entropi terhadap suhu pada tekanan tetap memberikan ,maka diferensiasi entropi terhadap suhu pada tekanan tetap memberikan ,maka
…
…....………..………..………(34)(34)
ungkapan di atas dapat diubah menjadi, ungkapan di atas dapat diubah menjadi,
……..……….. ……..………..(35)(35) jika pada kurun suhu tertentu
jika pada kurun suhu tertentu C C p p , tidak banyak bergantung pada temperatur, sehingga, tidak banyak bergantung pada temperatur, sehingga
dapat dianggap tetap, maka persamaan (35) dapat diintegrasi menjadi, dapat dianggap tetap, maka persamaan (35) dapat diintegrasi menjadi,
…………
…………....………...……….………. (36)(36)
dengan
dengan ∆S ∆S 11 dan ∆S dan ∆S 22 berturut-turut ialah perubahan entropi pada suhuberturut-turut ialah perubahan entropi pada suhu T T 11dandan T T 22..
T T dT dT C C T T dH dH T T q q dS dS
revrev
p p T T dT dT Cp Cp T T S S p p
p p p p C C T T S S
1 1 2 2 1 1 2 2 lnln T T T T Cp Cp S S S SE.
E. HUKUM HUKUM KETIGA KETIGA TERMODINAMIKATERMODINAMIKA 1. Entropi zat mumi pada titik not absolut 1. Entropi zat mumi pada titik not absolut
Entropi dapat dipandang sebagai besaran makroskopis yang mengukur Entropi dapat dipandang sebagai besaran makroskopis yang mengukur
ketidakteraturan sistem, yang berarti suatu sifat menyangkut sejumlah besar molekul ketidakteraturan sistem, yang berarti suatu sifat menyangkut sejumlah besar molekul yang tersusun secara tidak teratur dalam ruangan termasuk distribusi energinya. yang tersusun secara tidak teratur dalam ruangan termasuk distribusi energinya. Sebagai ilustrasi, dua buah balon yang sama besar dan saling berhubungan melalui Sebagai ilustrasi, dua buah balon yang sama besar dan saling berhubungan melalui sebuah kran. Satu balon berisi
sebuah kran. Satu balon berisi N N molekul gas ideal, sedangkan balon yang satu hampamolekul gas ideal, sedangkan balon yang satu hampa udara. Jika kran dibuka, maka
udara. Jika kran dibuka, maka gas akan berdifusi ke gas akan berdifusi ke dalam balon yang dalam balon yang kosong kosong secarasecara secara spontan, sehingga distribusi gas dalam dua buah balon menjadi merata.
secara spontan, sehingga distribusi gas dalam dua buah balon menjadi merata. Kebolehjadian untuk menemukan sebuah molekul gas pada salah satu balon Kebolehjadian untuk menemukan sebuah molekul gas pada salah satu balon adalah ½. Kebolehjadian untuk menemukan dua buah molekul dalam balon yang adalah ½. Kebolehjadian untuk menemukan dua buah molekul dalam balon yang sama adalah (½)
sama adalah (½)22, dan kebolehjadian untuk menemukan N molekul berada dalam, dan kebolehjadian untuk menemukan N molekul berada dalam balon yang sama adalah (½)
balon yang sama adalah (½)NN. Kebolehjadian semakin kecil dan praktis mendekati nol. Kebolehjadian semakin kecil dan praktis mendekati nol apabila harga
apabila harga N N sangat besar (misalnya sebesar tetapan Avogadro). Gas yangsangat besar (misalnya sebesar tetapan Avogadro). Gas yang berdifusi secara spontan dan mengisi stiap ruang yang ada dalam balon merupakan berdifusi secara spontan dan mengisi stiap ruang yang ada dalam balon merupakan keadaan dengan kebolehjadian yang paling tinggi, atau keadaan yang paling
keadaan dengan kebolehjadian yang paling tinggi, atau keadaan yang paling memungkinkan.
memungkinkan. Jika
JikaW W menyatakan besarnya kebolehjadian sistem untuk mencapai suatumenyatakan besarnya kebolehjadian sistem untuk mencapai suatu keadaan tertentu, maka menurut
keadaan tertentu, maka menurut Boltzmann Boltzmann dan Planck hubungan dan Planck hubungan antara entropi danantara entropi dan keboleh jadian diberikan oleh ungkapan
keboleh jadian diberikan oleh ungkapan S
S == k k lnlnW W (k = tetapan (k = tetapan Boltzmann) ……….……Boltzmann) ……….…… (37)(37) Entropi dapat dihubungkan dengan ‘kekacauan’
Entropi dapat dihubungkan dengan ‘kekacauan’ atau ketidakteraturan sistem.atau ketidakteraturan sistem. Keadaan sistem yang kacau ialah keadaan di mana partikel-partikel (molekul, atom Keadaan sistem yang kacau ialah keadaan di mana partikel-partikel (molekul, atom
atau ion) tersusun secara tidak teratur. Makin kacau susunan keadaan sistem, makin atau ion) tersusun secara tidak teratur. Makin kacau susunan keadaan sistem, makin besar kebolehjadian keadaan sistem dan makin besar entropi. Oleh karena itu zat besar kebolehjadian keadaan sistem dan makin besar entropi. Oleh karena itu zat padat kristal pada umumnya mempunyai entropi yang relatif rendah dibandingkan padat kristal pada umumnya mempunyai entropi yang relatif rendah dibandingkan dengan cairan atau gas. Gas mempunyai entropi yang paling tinggi karena keadaan dengan cairan atau gas. Gas mempunyai entropi yang paling tinggi karena keadaan sistem paling tidak teratur.
sistem paling tidak teratur.
Seperti telah diuraikan di atas bahwa makin kacau atau tidak teratur susunan Seperti telah diuraikan di atas bahwa makin kacau atau tidak teratur susunan molekul, makin tinggi harga
molekul, makin tinggi harga W W dan entropi. Sebaliknya makin teratur susunandan entropi. Sebaliknya makin teratur susunan molekul sistem, makin rendah harga
molekul sistem, makin rendah harga W W dan entropi. Kalau suatu zat murnidan entropi. Kalau suatu zat murni didinginkan hingga dekat
didinginkan hingga dekat 0 K, 0 K, semua gerakan semua gerakan translasi dan rotasi terhenti dantranslasi dan rotasi terhenti dan molekul-molekul mengambil kedudukan tertentu dalam kisi kristal. Molekul hanya molekul-molekul mengambil kedudukan tertentu dalam kisi kristal. Molekul hanya memiliki energi vibrasi yang sama besar sehingga berada dalam keadaan kuantum memiliki energi vibrasi yang sama besar sehingga berada dalam keadaan kuantum tunggal. Ditinjau dan kedudukan dan distribusi energi, penyusunan molekul-molekul tunggal. Ditinjau dan kedudukan dan distribusi energi, penyusunan molekul-molekul dalam suatu kristal yang sempurna pad 0 K hanya dapat dilaksanakan dengan satu dalam suatu kristal yang sempurna pad 0 K hanya dapat dilaksanakan dengan satu cara. Dalam hal ini
cara. Dalam hal ini W W = 1 dan ln= 1 dan lnW W = 0, sehingga menurut persamaan boltzmann S == 0, sehingga menurut persamaan boltzmann S = 0. Jadi,
0. Jadi, entropi suatu kristal murni yang sempurna ialah nol pada 0 K entropi suatu kristal murni yang sempurna ialah nol pada 0 K . Pernyataan ini. Pernyataan ini terkenal sebagai Hukum Ketiga Temomedinamika. Ungkapan matematik hukum terkenal sebagai Hukum Ketiga Temomedinamika. Ungkapan matematik hukum termodinamika ketiga adalah
termodinamika ketiga adalah
0 0
S
2. Perhitungan Entropi Mutlak 2. Perhitungan Entropi Mutlak
Entropi zat murni, pada temperatur T, dapat dihitung dengan dua cara, yaitu Entropi zat murni, pada temperatur T, dapat dihitung dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan hukum ketiga termodinamika dan data termokimia dan dengan dengan menggunakan hukum ketiga termodinamika dan data termokimia dan dengan metoda mekanika statistik dari data spektroskopi. Disini hanya dibicarakan cara yang metoda mekanika statistik dari data spektroskopi. Disini hanya dibicarakan cara yang pertama.
pertama.
Dari persamaan (34), Dari persamaan (34),
(( p ptetap) jika diintegrasi persamaan ini menghasilkan,tetap) jika diintegrasi persamaan ini menghasilkan,
………
………..……….…………(39)……….…………(39) Secara eksperimen, kapasitas kalor
Secara eksperimen, kapasitas kalor C C p phanya dapat ditentukan hingga 15 K. Untuk hanya dapat ditentukan hingga 15 K. Untuk
memudahkan ektrapolasi hingga 0 °C biasanya dipergunakan
memudahkan ektrapolasi hingga 0 °C biasanya dipergunakan ‘h‘hukumukum pangkat tiga’ pangkat tiga’ Debye,
Debye, C C p p == ααT T 33 ....………..………(………..………( 40)40)
Substitusi dari persamaan ini ke dalam persamaan (39) menghasilkan, Substitusi dari persamaan ini ke dalam persamaan (39) menghasilkan, d
dSS00 == αα TT22 ddT T (( p ptetap) ..tetap) ..……….(41)……….(41) yang dapat diintegrasi dari temperatur 0 hingga T menjadi
yang dapat diintegrasi dari temperatur 0 hingga T menjadi d
dS°S°= 1/3= 1/3 ααT T 33 ....……… (42)(42) persamaan (42) mengungkapkan bahwa, pada temperatur rendah, entropi standar persamaan (42) mengungkapkan bahwa, pada temperatur rendah, entropi standar sama dengan sepertiga harga
sama dengan sepertiga harga C C p p..
3.
3. Fungsi Fungsi Energi Bebas Energi Bebas HelmholtzHelmholtz
Bagi suatu perubahan kecil yang berlangsung tak reversibel pada temperatur Bagi suatu perubahan kecil yang berlangsung tak reversibel pada temperatur T T berlaku: berlaku: d dSS>> δδq/T atauq/T atau δδq -q -T T ddSS<0 ..<0 ..……….………. (43)(43) T T dT dT Cp Cp T T S S p p
T T p p T T C C d d T T S S 0 0 0 0 ln lnkalau sistem hanya dapat melakukan kerja volume, maka persamaan (43) dapat kalau sistem hanya dapat melakukan kerja volume, maka persamaan (43) dapat diubah menjadi
diubah menjadi d
dU U ++ p pddV V --T T ddSS < 0 ..< 0 ..……….………. (44)(44) pada volume tetap, d
pada volume tetap, dV V = 0, sehingga= 0, sehingga d
dU U -- T T ddSS< 0 atau d(< 0 atau d(U U — — TSTS))T,pT,p < 0< 0 ………(45)(45)
fungsi
fungsi U - TS,U - TS, yang merupakan fungsi keadaan, disebut energi bebas Helmholtz,yang merupakan fungsi keadaan, disebut energi bebas Helmholtz, A A,, A=U-TS
A=U-TS ………....………..………..(46)(46) Bila persamaan (46) dideferensiasi, diperoleh
Bila persamaan (46) dideferensiasi, diperoleh d
d A A= d= dU U -- T T ddSS-- SSddT T
bagi proses yang berjalan reversibel dan isoterm, bagi proses yang berjalan reversibel dan isoterm, d
d A A== δδW ..W ..……….………. (47)(47) jadi penurunan energi bebas helmholtz,
- jadi penurunan energi bebas helmholtz, - ∆ ∆ A A, ialah kerja maksimum yang dapat, ialah kerja maksimum yang dapat dihasilkan dan suatu proses yang dikerjakan secara isoterm.
dihasilkan dan suatu proses yang dikerjakan secara isoterm.
4.
4. Fungsi Fungsi Energi Bebas Energi Bebas GibbsGibbs
Kebanyakan proses biasanya dikerjakan pada temperatur dan tekanan tetap. Kebanyakan proses biasanya dikerjakan pada temperatur dan tekanan tetap. Pada kondisi ini, persamaan (44) dapat ditulis dalam bentuk,
Pada kondisi ini, persamaan (44) dapat ditulis dalam bentuk, d(
d(U U — — pV pV — — TSTS))T,pT,p < 0 .< 0 .……… (48)(48)
besaran
besaran U + PV U + PV — — TSTS merupakan fungsi keadaan, disebut energi bebasmerupakan fungsi keadaan, disebut energi bebas GibbsGibbs,,GG.. G =U+PV
G =U+PV — — TS =H -TS =A + PV TS =H -TS =A + PV ………..………..(49)(49) Jadi, suatu proses yang berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap disertai
Jadi, suatu proses yang berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap disertai dengan penurunan energi bebar Gibbs,
(d
(dGG))T,pT,p < 0 (hanya kerja volume)< 0 (hanya kerja volume) ………...………...(50)(50)
Suatu persamaan penting yang mengkaitkan
Suatu persamaan penting yang mengkaitkan ∆ ∆ H H ,, ∆ ∆SS dandan ∆ ∆GGdapat diturunkan sebagaidapat diturunkan sebagai berikut,
berikut, ∆
RANGKUMAN RANGKUMAN
Kespontanan suatu reaksi kimia tertentu dapat terjadi tidak hanya bergantung Kespontanan suatu reaksi kimia tertentu dapat terjadi tidak hanya bergantung pada perubahan entalpi,
pada perubahan entalpi, ∆∆ H H ,, tetapi juga pada temperatur dan perubahan entropi,tetapi juga pada temperatur dan perubahan entropi, ∆∆SS,, yang mengukur perubahan dalam derajat ketidakteraturan suatu sistem. Entropi yang mengukur perubahan dalam derajat ketidakteraturan suatu sistem. Entropi cenderung mencapai harga maksimum yang dimungkinkan oleh besarnya energi cenderung mencapai harga maksimum yang dimungkinkan oleh besarnya energi dalam sistem. Hal ini diungkapkan dalam hukum kedua termodinamika. Pada 0 K dalam sistem. Hal ini diungkapkan dalam hukum kedua termodinamika. Pada 0 K (suhu mutlak) nilai entropi pada semua zat nyata adalah nol, dan ini merupakan (suhu mutlak) nilai entropi pada semua zat nyata adalah nol, dan ini merupakan hukum ketiga termodinamika.
hukum ketiga termodinamika.
Dalam suatu proses yang berlangsung pada temperatur dan tekanan konstan, Dalam suatu proses yang berlangsung pada temperatur dan tekanan konstan, komponen perubahan entalpi total yang dihubungkan dengan perubahan entropi komponen perubahan entalpi total yang dihubungkan dengan perubahan entropi sistem dianggap sebagai energi yang tak dapat digunakan untuk melakukan kerja sistem dianggap sebagai energi yang tak dapat digunakan untuk melakukan kerja yang berguna. Komponen sisanya, yang dianggap sebagal energi yang dapat yang berguna. Komponen sisanya, yang dianggap sebagal energi yang dapat melakukan kerja yang berguna, adalah perubahan energi bebas Gibbs,
melakukan kerja yang berguna, adalah perubahan energi bebas Gibbs, ∆∆G,G, daridari sistem. Perubahan energi bebas suatu reaksi dapat dihitung dari selisih harga energi sistem. Perubahan energi bebas suatu reaksi dapat dihitung dari selisih harga energi bebas pembentukan standar dari pereaksi dan produk.
SOAL-SOAL LATIHAN SOAL-SOAL LATIHAN
Petunjuk: Jawablah pertanyaan berikut ini dengan singkat dan benar Petunjuk: Jawablah pertanyaan berikut ini dengan singkat dan benar
1. Diskusikan perubahan manakah dibawah ini yang menimbulkan peningkatan 1. Diskusikan perubahan manakah dibawah ini yang menimbulkan peningkatan
entropi sistem? entropi sistem? a. kenaikan suhu a. kenaikan suhu
b. pembentukan produk gas dari pereaksi berupa padatan b. pembentukan produk gas dari pereaksi berupa padatan c. pembentukan endapan dalam larutan
c. pembentukan endapan dalam larutan d. peningkatan volume sistem
d. peningkatan volume sistem e. pengembunan uap air
e. pengembunan uap air 2. Di
2. Diskusikan tanda untuk ∆skusikan tanda untuk ∆SSbagi reaksi berikut ini:bagi reaksi berikut ini: a. HCl
a. HCl(g)(g)→ H→ H(g)(g)+ Cl+ Cl(g)(g) c. Hc. H22(g)(g) + O+ O22(g)(g) → H→ H22OO(l)(l)
b. C
b. C(s)(s) + O+ O22(g)(g)→ CO→ CO22(g)(g) d. COd. CO22(g)(g) + CaO+ CaO(s)(s) → CaCO→ CaCO33(s)(s)
e. NH
e. NH33(g)(g)+ HCl+ HCl(g)(g) → NH4Cl→ NH4Cl(s)(s)
f. CaO
f. CaO(s)(s) + 2NH+ 2NH44ClCl(s)(s) → CaCl→ CaCl22(s)(s)+ NH+ NH33(g)(g)+ H+ H22OO(g)(g)
3. Satu mol gas ideal dimuaikan secara isotermal dan reversibel dari 1 liter hingga 10 3. Satu mol gas ideal dimuaikan secara isotermal dan reversibel dari 1 liter hingga 10
liter pada 300 K. Jika diketahui bahwa energi dalam gas ideal hanya bergantung liter pada 300 K. Jika diketahui bahwa energi dalam gas ideal hanya bergantung pada suhu, hitung q, w, ∆
pada suhu, hitung q, w, ∆U U , ∆, ∆ H H , ∆, ∆SS, dan ∆, dan ∆GGbagi proses ini.bagi proses ini.
4. Diskusikan kemungkinan mereduksikan kadmium sulfida menjadi logam dengan 4. Diskusikan kemungkinan mereduksikan kadmium sulfida menjadi logam dengan
menggunakan hidrogen pada suhu 1100
menggunakan hidrogen pada suhu 1100 °°C. Gunakan data berikut (pada 1100C. Gunakan data berikut (pada 1100 °°C)C) Cd
Cd(g)(g)+ ½ S+ ½ S22(g)(g)→ CdS→ CdS(g)(g) ∆∆GG°°= -127 kJ= -127 kJ
H
KESETIMBANGAN KIMIA KESETIMBANGAN KIMIA
Studi tentang peristiwa kimia menyangkut tiga aspek penting, yaitu mengapa Studi tentang peristiwa kimia menyangkut tiga aspek penting, yaitu mengapa suatu reaksi dapat berjalan pada kondisi tertentu, bagaimana dan dengan kecepatan suatu reaksi dapat berjalan pada kondisi tertentu, bagaimana dan dengan kecepatan berapa suatu reaksi berjalan dan bilamana reaksi itu selesai. Suatu reaksi akan berapa suatu reaksi berjalan dan bilamana reaksi itu selesai. Suatu reaksi akan
mencapai kesetimbangan apabila memiliki kecepatan reaksi yang sama besar dalam mencapai kesetimbangan apabila memiliki kecepatan reaksi yang sama besar dalam kedua arah. Dalam hal ini reaksi masih berjalan terus sampai konsentrasi hasil reaksi kedua arah. Dalam hal ini reaksi masih berjalan terus sampai konsentrasi hasil reaksi dan pereaksi tidak berubah dengan waktu.
dan pereaksi tidak berubah dengan waktu.
Kesetimbangan kimia merupakan suatu kesetimbangan dinamik. Suatu aspek Kesetimbangan kimia merupakan suatu kesetimbangan dinamik. Suatu aspek penting dalam kesetimbangan kimia ialah kedudukan kesetimbangan. Kedudukan penting dalam kesetimbangan kimia ialah kedudukan kesetimbangan. Kedudukan kesetimbangan menentukan jumlah hasil reaksi yang dapat diperoleh dari suatu reaksi kesetimbangan menentukan jumlah hasil reaksi yang dapat diperoleh dari suatu reaksi dan dinyatakan secara kuantitatif dengan tetapan kesetimbangan.
dan dinyatakan secara kuantitatif dengan tetapan kesetimbangan. 1.
1. Reaksi Kimia Reaksi Kimia sebagai suatu Sistem sebagai suatu Sistem dengan Komposisi yang Berubah-ubahdengan Komposisi yang Berubah-ubah a. Koordinat reaksi
a. Koordinat reaksi
Dalam sistem di mana terjadi reaksi kimia, komposisi selalu berubah-ubah Dalam sistem di mana terjadi reaksi kimia, komposisi selalu berubah-ubah oleh karena ada zat yang berkurang (pereaksi) dan ada yang bertambah (produk). oleh karena ada zat yang berkurang (pereaksi) dan ada yang bertambah (produk). Pada setiap saat, jumlah mol dan tiap zat dalam campuran reaksi bergantung pada Pada setiap saat, jumlah mol dan tiap zat dalam campuran reaksi bergantung pada jumlah reaksi yang terjadi
jumlah reaksi yang terjadi Perhatikan reaksi umum,
Perhatikan reaksi umum, vvaaA +A + vvbb BB vvccC +C +vvdd DD
dengan A dan B ialah zat-zat pereaksi, C dan D ialah zat-zat hasil reaksi, dan
dengan A dan B ialah zat-zat pereaksi, C dan D ialah zat-zat hasil reaksi, dan vvaa,,vvbb ,,
vvccdandanvvdd adalah koefisien reaksi. Bilaadalah koefisien reaksi. Bila vvaa mol A bereaksi denganmol A bereaksi dengan vvbb mol B, maka akanmol B, maka akan
terbentuk
b. Syarat bagi Kesetimbangan Kimia b. Syarat bagi Kesetimbangan Kimia
Sistem berada dalam kesetimbangan, bila
Sistem berada dalam kesetimbangan, bila ∆∆GG== ∑∑vviiμμii = 0 ..= 0 ..……….………. (52)(52)
contoh reaksi, contoh reaksi, N
N22(g)(g)+ 3H+ 3H22(g)(g) 2NH2NH33(g)(g)
mencapai kesetimbangan pada T dan P tetap, kalau mencapai kesetimbangan pada T dan P tetap, kalau ∆ ∆GG= 2 μ= 2 μ -- 2 2 μ μ + + 3 3 μ = μ = 00 NH NH 3 3 NN22 HH22 di mana
di mana μ = potensial kimiaμ = potensial kimia
c. Isotermal Reaksi c. Isotermal Reaksi
Dalam raksi kimia yang dilakukankan pada
Dalam raksi kimia yang dilakukankan pada PP dandanT t T t etap, energi bebas Gibbsetap, energi bebas Gibbs ditentukan oleh konsentrasi atau keaktifan zat-zat dalam campuran reaksi. Kaitan ditentukan oleh konsentrasi atau keaktifan zat-zat dalam campuran reaksi. Kaitan antara
antara ∆∆GG reaksj dengan keaktifan dapat diturunkan sebagai berikut.reaksj dengan keaktifan dapat diturunkan sebagai berikut. Perhatikan kembali reaksi umum,
Perhatikan kembali reaksi umum, vvaa A +A +vvbb BB vvccC +C + vvd d DD
∆
∆GG== vvcc μμ CC ++ vvd d μμ DD-- vvaa μμ AA ++ vvbb μμBB
karena
karena μμii == μμiioo + RT ln+ RT lnvvii, maka pada tekanan dan temperatur tetap, berlaku, maka pada tekanan dan temperatur tetap, berlaku
……….
………. ………(53)(53)
Persamaan ini terkenal sebagai reaksi isotermal
Persamaan ini terkenal sebagai reaksi isotermal van’t Hoff van’t Hoff yang menyatakanyang menyatakan
perubahan energi bebas Gibbs, pada setiap saat, sebagai fungsi dan keaktifan zat-zat perubahan energi bebas Gibbs, pada setiap saat, sebagai fungsi dan keaktifan zat-zat dalam reaksi, bila reaksi berjalan pada T dan P tetap.
dalam reaksi, bila reaksi berjalan pada T dan P tetap. ∆∆GG ° ialah perubahan energi° ialah perubahan energi babas Gibbs standar, yaitu harga
babas Gibbs standar, yaitu harga ∆∆GGpada keaktifan zat,pada keaktifan zat, aaii, = 1., = 1.
