MAKALAH KIMIA FISIKA
“HUKUM GIBBS”
Dosen Pengampu: Dr. Wardatul Husna Irham, S.Si, M.Pd
Disusun oleh:
Kelompok 2 Jhorgi Dio Satria Saragih Muhammad Nawir Qalbi Nofira Atatun Ramadhani Salsabilah Zailanti Tri Marsela
Nesti Helpitiana Putri
(220204009) (220204014) (220204017) (220204023) (220204029) (220204034)
TEKNIK KIMIA
INSTITUT TEKNOLOGI SAWIT INDONESIA MEDAN
2023/2024
2 KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-Nya sehingga makalah dengan judul "Hukum Gibbs" ini dapat tersusun hingga selesai. Tidak lupa juga kami mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan dari pihak yang telah berkontribusi dengan memberikan sumbangan baik materi maupun pikirannya.
Penyusunan makalah ini bertujuan untuk memenuhi nilai tugas dalam mata kuliah Kimia Fisika. Selain itu, pembuatan makalah ini juga bertujuan agar menambah pengetahuan dan wawasan bagi para pembaca.
Karena keterbatasan pengetahuan maupun pengalaman maka kami yakin masih banyak kekurangan dalam makalah ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi kesempuraan makalah ini.
Akhir kata, semoga makalah ini dapat berguna bagi para pembaca.
Medan, 11 Desember 2023
(Kelompok 2)
3 DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... 2
DAFTAR ISI ... 3
BAB I ... 4
1.1. Latar Belakang ... 4
1.2. Rumusan Masalah ... 4
1.3. Tujuan ... 4
BAB II ... 5
2.1. Entropi ... 5
2.2. Entalpi ... 6
2.3. Hukum Gibbs ... 7
BAB III ... 11
4 BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Termodinamika merupakan ilmu yang membahas tentang energi dan entropi pada suatu sistem. Energi dalam termodinamika merupakan energi sistem, sedangkan entropi adalah ukuran gangguan pada sistem. Energi sendiri dapat masuk dan keluar dari sistem ke lingkungannya. Terkait konsep entropi, maka berdasarkan Hukum II Termodinamika dapat dijelaskan, bahwa pada setiap proses alamiah, entropi total sistem dan lingkungan selalu mengalami penambahan. Dengan kata lain suatu proses hanya dapat terjadi jika tingkat ketidakteraturan suatu keadaan menuju ketidakteraturan yang lebih besar.
Dalam bidang instrumen analitik, pemahaman termodinamika sangat penting untuk merancang dan menginterpretasi eksperimen dengan akurat. Salah satu konsep termodinamika yang paling fundamental adalah Hukum Gibbs, yang memberikan hubungan antara energi bebas Gibbs (Gibbs free energy) dengan entalpi, entropi, dan suhu suatu sistem pada tekanan konstan. Penerapan Hukum Gibbs dalam instrumen analitik dapat memberikan wawasan yang mendalam tentang kesetimbangan kimia, reaksi, dan perubahan fase dalam konteks analisis kimia.
1.2. Rumusan Masalah 1. Apa itu Entropi?
2. Apa itu Entalpi?
3. Apa itu Hukum Gibbs?
4. Baaimana hubungan Hukum Gibbs, Entropi, dan Entalpi?
5. Bagaimana penerapan Hukum Gibbs?
1.3. Tujuan
1. Memahami apa yang dimaksud dengan Entropi 2. Memahami apa yang dimaksud dengan Entalpi 3. Memahami apa itu Hukum Gibbs
4. Mengetahui hubungan antara Hukum Gibbs, Entropi, dan Entalpi 5. Memahami penggunaan Hukum Gibss
5 BAB II
PEMBAHASAN 2.1. Entropi
Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur panas/kalor (energi) dalam sistem persatuan suhu yang tidak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan seberapa besar panas/kalor (energi) yang tidak dapat dipakai untuk melakukan kerja pada proses-proses termodinamika. Pada sistem yang terisolasi, saat terjadi transfer panas, energi panas berpindah dari sistem yang bersuhu tinggi ke sistem yang bersuhu rendah, maka entropi suatu sistem yang tertutup (terisolasi), hanya berjalan ke satu arah (bukan proses reversible), ini berarti pada sistem terisolasi entropi selalu naik atau secara alamiah entropi suatu proses cenderung berkembang ke arah peningkatan entropi. Jadi hukum kedua mengharuskan adanya perubahan entropi.
Entropi merupakan ukuran dari perubahan energi atau gangguan selama proses kimia. Dinotasikan sebagai 'S', entropi selalu ditulis sebagai 'ΔS' dalam persamaan untuk mencerminkan perubahan entropi selama proses kimia. Satuan SI untuk entropi (S) adalah Joule per Kelvin (J/K), dengan suhu diukur pada skala suhu Kelvin. Entropi dihitung dengan rumusΔS = Q/T, di mana Q adalah energi panas dan T adalah suhu.
Dalam konteks termodinamika, semua proses sesuai dengan Hukum II Termodinamika dapat dibedakan menjadi reversible (dapat balik) dan irreversible (tidak dapat balik). Proses reversible terjadi tanpa perubahan entropi (∆S=0), sedangkan proses irreversible menyebabkan peningkatan entropi (ΔS>0). Meskipun entropi dan energi berkaitan, entropi tidak kekal dan cenderung meningkat dalam semua proses nyata. Proses yang dapat dibalik, seperti pada mesin Carnot, merupakan pengecualian di mana entropi tetap konstan. Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa entropi alam selalu meningkat, dan perubahan entropi total (ΔS) sistem dan lingkungannya selalu positif dalam proses spontan.
Siklus Carnot, sebagai mesin yang paling efisien, terdiri dari proses isotermal dan adiabatik. Efisiensi mesin Carnot (η) diberikan oleh η=1− , di mana T1 dan T2 adalah suhu awal dan akhir siklus Carnot. Mesin pendingin, seperti lemari es, memiliki
6 koefisien performansi (KP) yang menentukan kemampuan mesin tersebut. Koefisien performansi (KP) dapat dihitung menggunakan persamaan KP= , di mana Q2 adalah kalor yang diambil dari reservoir bersuhu rendah, dan W adalah usaha yang diberikan pada sistem pendingin. Semakin tinggi nilai KP, semakin baik kinerja mesin pendingin tersebut.
Contoh soal 1:
Pada dua buah sistem terjadi perpindahan panas spontan dari panas ke dingin.
Hitung perubahan total entropi jika terjadi perpindahan panas 4000 J dari sistem panas dengan suhu 𝑇𝑝 = 600 𝐾 327℃ ke sistem dingin dengan suhu 𝑇𝑑
= 250 𝐾 −23℃ . Diasumsikan tidak ada perubahan suhu pada kedua sistem.
Penyelesaian:
Digunakan persamaan: ∆Stot = Sp + Sd
Sistem dingin: ∆Sp = = = 6,67 𝐽 𝐾 Sistem panas: ∆Sd = = = 16,0 𝐽
𝐾
∆Stot = Sp + Sd
∆Stot = 9,33 2.2. Entalpi
Entalpi adalah istilah termodinamika yang mencakup jumlah energi internal suatu sistem dan energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi mengukur perubahan panas atau energi internal sistem selama reaksi kimia pada tekanan konstan.
Representasi matematis entalpi (H) adalah H= U+PV, di mana U adalah energi internal, p adalah tekanan, dan V adalah volume sistem.
Entalpi, disimbolkan sebagai ΔH, pada tekanan tetap, mewakili perubahan energi panas dalam suatu reaksi kimia. Entalpi molar, juga dikenal sebagai entalpi pembentukan, diukur dalam kJ/mol atau kJ mol-1. Perubahan entalpi (ΔH) dalam suatu reaksi dihitung sebagai selisih antara entalpi produk dan entalpi reaktan.
Reaksi eksoterm menghasilkan nilai ΔH negatif, menunjukkan pelepasan kalor, sementara reaksi endoterm menghasilkan nilai ΔH positif, menunjukkan penyerapan
7 kalor. Entalpi (H) dan kalor (Q) pada tekanan konstan dapat dianggap setara, dan perubahan entalpi (ΔH) selama suatu reaksi sama dengan perubahan kalor.
Perbedaan antara entalpi dan entropi melibatkan sifat acak dan perubahan energi sistem selama reaksi kimia. Entalpi berkaitan dengan energi total sistem, sementara entropi berkaitan dengan keacakan atau gangguan dalam sistem. Entropi merupakan ukuran aktivitas acak dalam sistem selama proses kimia, dan reaksi spontan cenderung meningkatkan entropi universal.
Kata 'entalpi' diciptakan oleh fisikawan Heike Kamerlingh Onnes, sementara kata 'entropi' diciptakan oleh fisikawan Jerman Rudolf Clausius. Entalpi dan entropi memiliki peran penting dalam memahami perubahan energi dan keacakan dalam sistem kimia.
2.3. Hukum Gibbs
Hukum Gibbs adalah suatu hukum termodinamika yang menjelaskan tentang energi bebas Gibbs. Dalam ilmu thermodinamika, delta gibbs atau energi bebas gibbs adalah potensial untuk menghitung kerja secara reversible pada kondisi suhu konstan (isothermal) dan tekanan konstan (Isobar). Energi bebas memiliki Batasan yaitu pada suhu dan tekanan konstan. Sedangkan jika yang konstan adalah suhu dan volume maka disebut energi bebas Helmholtz.
Energi gibbs memiliki satuan joule yang diperolah dari rumus kondisi perubahan system dari kondisi awal ke kondisi akhir. Maka penurunan energi gibbs sebanding dengan kerja yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dikurang dari kerja gaya tekan. Persamaan tersebut seperti pada persamaan berikut.
∆G = ∆H − T∆S
Hubungan ∆H dan ∆S untuk memprediksi kespontanan suatu reaksi
∆H ∆S ∆G Contoh
+ - ∆G selalu positif. Reaksi spontan pada arah yang berlawanan pada semua
suhu
3O2(g) → 2O3(g)
8 + + ∆G akan negatif hanya
bila T∆S lebih besar angkanya dibandingkan
∆H dan T bernilai besar
H2(g) + I2(g) → 2HI(g)
- - ∆G akan negatif hanya bila T∆S lebih besar angkanya dibandingkan
∆H dan T bernilai keci
NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)
- + ∆G selalu negatif pada semua suhu
2 H2O2(l) → 2 H2O(l) + O2(g)
Perubahan Energi Bebas Standar
Energi bebas reaksi standar (∆G◦rxn) ialah perubahan energi-bebas untuk reaksi bila reaksi itu terjadi pada kondisi keadaan standar, artinya, bila reaktan berada dalam keadaan standarnya diubah menjadi produk dalam keadaan standarnya. Untuk menghitung ∆Gorxn maka perlu dilihat persamaan reaksinya;
aA + bB → cC + dD
sehingga perubahan ∆Gorxn untuk reaksi ini ialah:
∆Gorxn = [(c∆GofC + d∆GofD) − ( a∆GofA + b∆GofB)]
Atau
∆Gorxn = ΣnGo(produk) - ΣmGo(reaktan)
Energi bebas dan Kesetimbangan
Tidak mudah mempertahankan sistem kesetimbangan pada keadaan standar. Banyak reaksi-reaksi tidak berada pada keadaan standar, maka untuk keadaan yang demikian arah reaksi tidak dapat diprediksi hanya dengan nilai
∆G◦,melainkan harus menggakan energi bebas actual ∆G. Hubungan ∆G dan
∆G◦ yang diturunkan dari termodinamika ialah
∆G = ∆G
o+ RT ln Q
Dimana : ∆Go tetap pada suhu tertentu T = suhu mutlak reaksi
9 R = konstanta gas (8,314 J/K)
Q = koefisien reaksi
Pada kesetimbangan, berdasarkan defnisi, ∆G = 0 dan Q = K, dimana K adalah konstanta kesetimbangan, maka
∆G = ∆G
o+ RT ln Q 0 = 4 G
o+ RT ln Q
∆G
o= −RT ln Q
Dalam persamaan ini Kp digunakan untuk gas dan Kc untuk reaksi dalam larutan.
Contoh soal 2:
Kalor lebur molar dan kalor penguapan molar benzena masing-masing 10.9kJ/mol dan 31.0kJ/mol. Hitung perubahan entropi untuk transisi padatan → cairan dan cairan → uap untuk benzena. Pada tekanan 1 atm, benzena meleleh pada 5.5∘C dan mendidih pada 80.1∘C.
Jawaban a) △Sfus
△G = △H−T△S
karena pada titik leleh, padatan benzena dan cairan benzena berada pada kesetimbangan. Jadi, △G = 0
△G△S=△H−T△S
= △H−T△S
= ∆ = , ( , × ) = 39,1 J/K. mol b) △Suap
demikian pula, pada titik didih △G = 0 dan kita dapatkan
△S =∆ = ( × ) = 87,8 J/K. mol
10 Contoh soal 3:
Pada industri ammonia sejumlah gas nitrogen direaksikan dengan gas hidrogen agar membentuk gas ammonia. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)
jika diketahui perubahan energi bebas standar dari reaksi tersebut sebesar −33.2kJ dan konstanta kesetimbangan, Kp ialah 6.5×105 pada 25oC. Dalam suatu percobaan, tekanan awal adalah P.H2=0.250 atm, P.N2=0.870 atm danP.NH3=12.9 atm. Tentukan
△G dan prediksi arah reaksi!
Jawaban:
△G =△Go +RT lnQ
= △Go + RT ln
( )( )
= -33,2 × 1000J
mol + 8,314J
K (298K)ln
, ( , )( , )
= −33.2×103J/mol+23,3×103J/mol
= −9.9×103J/mol= −9.9kJ/mol
Karena ΔG bernilai negatif, reaksi bersih berlangsung dari kiri ke kanan.
11 BAB III
PENUTUP 1. Entropi:
Entropi merupakan besaran termodinamika yang mengukur panas atau energi dalam sistem pada suhu tertentu yang tidak dapat digunakan untuk melakukan usaha.
Pada sistem terisolasi, entropi selalu meningkat, sesuai dengan Hukum Kedua Termodinamika.
Entropi dihitung dengan rumus ΔS = Q/T, di mana Q adalah energi panas dan T adalah suhu.
Proses reversible memiliki perubahan entropi nol, sementara proses irreversible menyebabkan peningkatan entropi,
2. Entalpi:
Entalpi mengukur perubahan panas atau energi internal sistem selama reaksi kimia pada tekanan konstan.
Representasi matematis entalpi adalah H = U + pV, di mana U adalah energi internal, p adalah tekanan, dan V adalah volume.
Reaksi eksoterm menghasilkan nilai ΔH negatif, menunjukkan pelepasan kalor, sedangkan reaksi endoterm menghasilkan nilai ΔH positif, menunjukkan penyerapan kalor.
3. Hukum Gibbs:
Hukum Gibbs menjelaskan tentang energi bebas Gibbs, yang merupakan potensial untuk melakukan kerja pada kondisi suhu dan tekanan konstan.
Persamaan ΔG = ΔH - TΔS digunakan untuk memprediksi spontanitas suatu reaksi.
ΔG < 0 menunjukkan reaksi spontan ke arah kedepan, ΔG > 0 menunjukkan reaksi nonspontan, dan ΔG = 0 menunjukkan sistem berada dalam kesetimbangan.
Perubahan energi bebas standar (∆G°rxn) dihitung pada kondisi standar dan berkaitan dengan kesetimbangan suatu reaksi.
12
Energi bebas reaksi standar (∆G°rxn) adalah perubahan energi bebas untuk reaksi pada kondisi standar.
Hubungan antara ∆G dan ∆G° ditentukan oleh persamaan ∆G = ∆G° + RT ln Q, di mana Q adalah konsentrasi reaktan dan produk pada suatu kondisi tertentu.
Makalah ini memberikan pemahaman tentang konsep-konsep termodinamika seperti entropi, entalpi, hukum Gibbs, dan perubahan energi bebas standar dalam konteks reaksi kimia dan kondisi tertentu.
13 BIBLIOGRAPHY
Anonim. (2021, December 1). Gibbs free energy and spontaneity. Retrieved from Khan Academy: h ps://www.khanacademy.org/
Anonim. (n.d.). Modul, Rumus, & Soal Entropi & Energi Bebas Gibbs. Retrieved from Wardaya College: h ps://www.wardayacollege.com/
Dahm, K. D., & Visco, D. P. (2015). Fundamentals of Chemical Engineering Thermodynamics.
Canada: Cengage Learning.
Lower, S. (2021, December 1). Free Energy: The Gibbs Func on (Gibbs Energy). Retrieved from Saylor Academy: earn.saylor.org
Mukhamad, N. (2021). Gas dan Termodinamika. Samarinda: Media Nusa Crea ve.
Smith, J. M., Van Ness, H. C., Abbo , M. M., & Swihart, M. T. (2018). INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING THERMODYNAMICS. New York: McGraw-Hill Educa on.
14 KELOMPOK: 1
1. Bagaimana Hukum Gibbs digunakan dalam perhitungan pemurnian bahan kimia?
Sertakan contoh perhitungan untuk memberikan gambaran.
Hukum Gibbs dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:
ΔG = ΔH - TΔS dimana: ΔG = perubahan energi bebas system
ΔH = perubahan entalpi system T = suhu absolut dalam Kelvin ΔS = perubahan entropi system
Misalkan kita ingin memurnikan air dengan menghilangkan kontaminan garam dapur (NaCl). Reaksi pemurnian yang terjadi adalah sebagai berikut:
NaCl(aq) + H2O(l) → NaCl(aq) + H2O(l)
Kita dapat menghitung ΔG dengan menggunakan data termokimia yang diberikan.
Misalkan; ΔH = -3 kJ/mol, ΔS = 10 J/(mol·K), dan suhu T = 298 K.
ΔG = ΔH – TΔS
= -3 kJ/mol - (298 K) (10 J/(mol·K))
= -3 kJ/mol - 2980 J/mol
= -5.98 kJ/mol
Dalam contoh ini, ΔG negatif (-5.98 kJ/mol), yang menunjukkan bahwa reaksi pemurnian air dengan menghilangkan garam dapur akan terjadi secara spontan.
Ini menunjukkan bahwa pemurnian air dari garam dapur dapat berhasil dilakukan.
2. Energi bebas Gibbs merupakan suatu potensial termodinamika yang dapat digunakan untuk menghitung kerja reversibel maksimum yang dapat dilakukan oleh sistem termodinamika pada suhu dan tekanan konstan. Bagaimana cara menghitung kerja revesible maksimum jika terjadi terjadi penurunan energi bebas Gibbs
Untuk menghitung kerja reversibel maksimum (W max) ketika terjadi penurunan energi bebas Gibbs (ΔG), kita dapat menggunakan persamaan:
Wmax = -ΔG
15 Dalam persamaan ini, Wmax adalah kerja reversibel maksimum yang dapat dilakukan oleh sistem, sedangkan ΔG adalah perubahan energi bebas Gibbs.
Misalkan kita memiliki sistem termodinamika di mana terjadi penurunan energi bebas Gibbs sebesar 50 kJ/mol. Maka, untuk menghitung kerja reversibel maksimum yang dapat dilakukan oleh sistem, kita dapat menggunakan persamaan:
Wmax = -ΔG
= -(-50 kJ/mol)
= 50 kJ/mol
Dalam contoh ini, kerja reversibel maksimum yang dapat dilakukan oleh sistem adalah sebesar 50 kJ/mol.
3. Bagaimana Hukum Gibbs membantu kita memahami pengaruh suhu terhadap kesetimbangan sistem kimia? Sertakan contoh perhitungan untuk mendukung jawaban Anda.
Dalam persamaan Hukum Gibbs:
ΔG = ΔH – TΔS
Pada suhu konstan, pengaruh suhu terhadap kesetimbangan sistem kimia dapat dilihat melalui perubahan ΔG. Jika ΔG negatif, reaksi akan cenderung bergerak ke arah produk dan berlangsung secara spontan. Jika ΔG positif, reaksi akan cenderung bergerak ke arah reaktan dan tidak akan berlangsung secara spontan.
Jika ΔG sama dengan nol, sistem berada dalam kesetimbangan.
Misalkan kita memiliki reaksi kimia sederhana seperti:
A + B ⇌ C + D Dengan data termokimia sebagai berikut:
ΔH = -100 kJ/mol ΔS = -200 J/(mol·K) T = 298 K (suhu konstan)
Dalam contoh ini, ΔG negatif (-40.4 kJ/mol), yang menunjukkan bahwa pada suhu konstan, reaksi cenderung bergerak ke arah produk dan berlangsung secara spontan. Ini menunjukkan bahwa pada suhu tersebut, sistem akan mencapai kesetimbangan dengan lebih banyak produk dibentuk daripada reaktan.
16 4. Berikan contoh perhitungan menggunakan Hukum Gibbs untuk menjelaskan kesetimbangan fasa dalam sistem kimia. Jelaskan langkah-langkah perhitungannya.
Misalkan kita ingin mempelajari kesetimbangan fasa antara es dan air pada suhu tertentu. Kita dapat menggunakan persamaan Hukum Gibbs untuk menghitung perubahan energi bebas (ΔG) pada suhu tersebut.
Misalkan ΔG° untuk reaksi perubahan fasa H2O(s) ⇌ H2O(l) adalah 10 kJ/mol, dan suhu T adalah 273 K.
ΔG = ΔG° + RT ln(Q)
= 10 kJ/mol + (273 K)(8.314 J/(mol·K)) ln(1)
= 10 kJ/mol + 2271 J/mol ln(1)
= 10 kJ/mol
Dalam contoh ini, ΔG positif (10 kJ/mol), yang menunjukkan bahwa pada suhu tersebut, reaksi perubahan fasa dari es ke air tidak akan terjadi secara spontan.
Ini menunjukkan bahwa pada suhu tersebut, sistem akan mencapai kesetimbangan fasa di mana es dan air akan berada dalam keseimbangan.
5. Dalam teori hukum Gibbs menggunakan dua koordinat, entropi dan volume untuk merepresentasikan keadaan benda. Coba gambarkan dan jelaskan gimana maksud dari koordinat tersebut
Grafik energi Gibbs menunjukkan sebuah bidang tegak lurus terhadap sumbu v (volume) dan melewati titik A, yang mewakili keadaan awal benda. MN adalah bagian permukaan energi yang dilepaskan. Qε dan Qη adalah bagian bidang η = 0 dan ε = 0, dan karenanya sejajar sumbu ε (energi dalam) dan η (entropi), berturut-turut. AD dan AE adalah energi dan entropi benda dalam keadaan awalnya, AB dan AC adalah energi yang tersedia (energi bebas) dan kapasitas entropinya (jumlah dimana
17 entropi benda dapat ditingkatkan tanpa mengubah energi benda atau meningkatkan volumenya) masing-masing.
KELOMPOK 3
1. Suatu sistem termodinamika terdiri dari dua fasa, yaitu fase cair dan fase gas. Pada suhu dan tekanan konstan, sistem tersebut berada dalam keadaan kesetimbangan.Bagaimana hubungan antara energi bebas Gibbs masing-masing fase?
Dalam keadaan kesetimbangan, ΔG sistem harus sama dengan nol (ΔG = 0), yang berarti energi bebas Gibbs dari fase cair harus sama dengan energi bebas Gibbs dari fase gas.
2. Jelaskan bagaimana Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi perubahan energi bebas pada proses pembentukan larutan!
Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi perubahan energi bebas (ΔG) pada proses pembentukan larutan melalui konsep kelarutan. Kelarutan adalah kemampuan suatu zat untuk larut dalam pelarut pada kondisi tertentu.Jika ΔG negatif (ΔG < 0), maka larutan akan terbentuk secara spontan dan kelarutan zat tersebut dalam pelarut akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Jika ΔG positif (ΔG > 0), maka larutan tidak akan terbentuk secara spontan dan kelarutan zat tersebut dalam pelarut akan menurun seiring dengan peningkatan suhu.
3. Jelaskan bagaimana Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi perubahan energi bebas pada suatu reaksi kimia yang terjadi pada kondisi non- standar
Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi perubahan energi bebas (ΔG) pada suatu reaksi kimia yang terjadi pada kondisi non-standar melalui persamaan Hukum Gibbs yang disesuaikan. Persamaan Hukum Gibbs yang disesuaikan dinyatakan sebagai berikut:
ΔG = ΔG° + RT ln(Q)
Dimana: ΔG = perubahan energi bebas Gibbs pada kondisi non-standar ΔG° = perubahan energi bebas Gibbs standar pada kondisi standar
(biasanya pada suhu 298 K dan tekanan 1 atm).
R = konstanta gas ideal (8,314 J/(mol·K)).
T = suhu absolut dalam Kelvin.
18 Q = nilai koefisien aktivitas (aktivitas reaktan dan produk) yang
diperhitungkan pada kondisi non-standar
4. Bagaimana Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi perubahan entropi dan entalpi dalam suatu reaksi kimia?
Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi perubahan entropi (ΔS) dan entalpi (ΔH) dalam suatu reaksi kimia melalui persamaan Hukum Gibbs yang dinyatakan sebagai berikut:
ΔG = ΔH - TΔS
Dimana: ΔG = perubahan energi bebas Gibbs dalam suatu reaksi kimia.
ΔH = perubahan entalpi dalam reaksi kimia.
ΔS = perubahan entropi dalam reaksi kimia.
T = suhu absolut dalam Kelvin.
5. Jelaskan bagaimana Hukum Gibbs dapat digunakan untuk memprediksi apakah suatu reaksi kimia akan terjadi secara spontan atau tidak!
Jika ΔG negatif (ΔG < 0), itu menunjukkan bahwa reaksi akan terjadi secara spontan dan dapat melepaskan energi. Jika ΔG positif (ΔG > 0), itu menunjukkan bahwa reaksi tidak akan terjadi secara spontan dan membutuhkan energi untuk terjadi. Jika ΔG sama dengan nol (ΔG = 0), itu menunjukkan keseimbangan termodinamika antara reaktan dan produk.
KELOMPOK 4 1. H2(g)+I2(g)→2HI(g)
Reaksi ini akan dihasilkan secara _____ pada suhu tinggi dan ______ pada suhu rendah
Reaksi tersebut akan berlangsung secara spontan pada suhu yang tinggi dan tidak spontan jika reaksi terjadi pada suhu rendah.
2. Dalam hukum Gibbs apakah reaksi yang ireversible bisa berubah menjadi reversible? Jika iya, saat apa perubahannya?
Sepemahaman kami sebagai pembawa materi hal ini tidak dapat terjadi.
3. Dalam hukum gibbs apakah reaksi yang spontan bisa menjadi reaksi yang tidak spontan? Jika iya kapan perubahan tersebut terjadi?
Reaksi yang spontan dapat menjadi tidak spontan bergantung dengan suhu, perubahan entalpi dan entropi.
19 4. Hitunglah prubahan energi standar untuk reaksi di bawah ini pada 25oC!
2C6H6(l)+15O2(g)→12CO2(g)+6H2O(l)
ΔGof C6H6 = 124,5 kJ ΔGof O2 = 0 kJ ΔGof CO2 = -394,4 kJ ΔGof H2O = -237,2 Kj
ΔGo = [ΣnΔGof produk] - [ΣmΔGof reaktan]
ΔGo = [12(ΔGof CO2)+6(ΔGof H2O)] – [2(ΔGof C6H6)+15(ΔGof O2)]
= [12(-394,4)+6(-237,2)] – [2(124,5)+15(0)]
= -6405kJ
5. Rumus perubahan energi bebas standar___
Perubahan energi bebas standar (ΔGo) dapat dirumuskan dengan:
ΔGo = [ΣnΔGof produk] - [ΣmΔGof reaktan]
KELOMPOK 5
1. Apa yang anda pahami tentang energi jelaskan secara terperinci?
Energi adalah konsep yang digunakan untuk menggambarkan kemampuan suatu sistem untuk melakukan kerja atau menyebabkan perubahan. Secara umum, energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja atau menghasilkan perubahan dalam suatu sistem. Satuan pengukuran dalam Sistem Satuan Internasional (SI) energi adalah joule, yaitu energi yang dipindahkan ke suatu benda dengan cara memindahkannya sejauh satu meter melawan gaya satu newton. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi dapat diubah bentuknya, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Energi dapat disimpan dalam bentuk internal energi atau energi dalam, energi kinetic, dan energi potensial. Energi dapat di transfer dalam bentuk panas (Q) dan kerja (W).
2. Bagaimana Anda menjelaskan konsep Hukum Gibbs dalam termodinamika?
Hukum Gibbs dalam termodinamika, juga dikenal sebagai persamaan Gibbs, adalah salah satu hukum fundamental yang digunakan untuk memahami perubahan energi dalam sistem kimia. Hukum ini ditemukan oleh ahli fisika dan kimiawan Amerika, Josiah Willard Gibbs. Hukum Gibbs menyatakan hubungan antara perubahan energi bebas Gibbs (G), entalpi (H), entropi (S), dan suhu (T)
20 dalam suatu sistem. Hukum ini dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:
ΔG = ΔH - TΔS
Dimana: ΔG = perubahan energi bebas Gibbs dalam sistem.
ΔH = perubahan entalpi dalam sistem.
ΔS = perubahan entropi dalam sistem T = suhu absolut dalam Kelvin.
Hukum Gibbs memberikan pemahaman tentang apakah suatu reaksi kimia akan terjadi secara spontan atau tidak. Jika ΔG negatif (ΔG < 0), itu menunjukkan bahwa reaksi akan terjadi secara spontan dan dapat melepaskan energi. Jika ΔG positif (ΔG > 0), itu menunjukkan bahwa reaksi tidak akan terjadi secara spontan dan membutuhkan energi untuk terjadi. Jika ΔG sama dengan nol (ΔG = 0), itu menunjukkan keseimbangan termodinamika antara reaktan dan produk.
3. Bagaimana cara menghitung hukum Gibbs?
Hukum Gibbs dapat dihitung dengan menggunakan persamaan yang menghubungkan perubahan energi bebas Gibbs (ΔG), perubahan entalpi (ΔH), perubahan entropi (ΔS), dan suhu absolut (T). Persamaan Hukum Gibbs dinyatakan sebagai berikut:
ΔG = ΔH - TΔS
4. bagaimana hubungan energi bebas gibbs terhadap stabilitas?
Jika ΔG bernilai negatif (ΔG < 0), itu menunjukkan bahwa sistem memiliki energi bebas yang rendah dan cenderung menuju ke keadaan yang lebih stabil. Dalam hal ini, reaksi atau proses tersebut akan terjadi secara spontan dan mengarah ke keadaan yang lebih stabil.
Sebaliknya, jika ΔG bernilai positif (ΔG > 0), itu menunjukkan bahwa sistem memiliki energi bebas yang tinggi dan cenderung menuju ke keadaan yang kurang stabil. Dalam hal ini, reaksi atau proses tersebut tidak akan terjadi secara spontan dan membutuhkan energi tambahan untuk mencapai keadaan yang lebih stabil.
Ketika ΔG sama dengan nol (ΔG = 0), itu menunjukkan bahwa sistem berada dalam keseimbangan termodinamika antara reaktan dan produk. Dalam kondisi ini, energi bebas sistem tidak berubah dengan waktu, dan sistem berada dalam keadaan yang paling stabil.
21 5. Bagaimana hukum gibbs berkontribusi dalam memahami perilaku solusi
dan campuran kimia?
Hukum Gibbs memberikan kontribusi penting dalam memahami perilaku solusi dan campuran kimia melalui konsep-konsep seperti potensial kimia, keseimbangan fase, dan efek suhu pada kelarutan.
KELOMPOK 6
1. Bagaimana sel eletrokimia digunakan dalam proses elektrolisis?
Sel elektrokimia digunakan dalam proses elektrolisis untuk mengubah reaksi redoks yang tidak spontan menjadi reaksi spontan dengan menggunakan energi listrik. Proses elektrolisis melibatkan penggunaan arus listrik untuk mendorong reaksi redoks yang terjadi di dalam sel elektrokimia.
2. Jelaskan perbedaan antara sel elektrokimia volta dan sel elektrokimia elektrolisis!
Pembeda Elektrokimia volta Elektrokimia elektrolisis
Fungsi Menghasilkan arus
listrik secara spontan melalui reaksi redoks yang terjadi secara spontan.
Menggunakan arus listrik eksternal untuk memaksa reaksi redoks yang tidak spontan.
Arus listrik Dihasilkan secara spontan melalui reaksi redoks yang terjadi di dalam sel
Diberikan secara eksternal ke sel untuk memaksa terjadinya reaksi redoks yang tidak spontan.
Elektroda Terdiri dari anoda (elektroda negatif) dan katoda (elektroda positif)
Terdiri dari anoda (elektroda positif) dan katoda (elektroda negatif).
Reaksi redoks Pada anoda, oksidasi terjadi dan elektron
Pada anoda, oksidasi terjadi dan elektron
22 dilepaskan ke katoda.
Pada katoda, reduksi terjadi dan elektron diterima dari anoda
dilepaskan ke sirkuit eksternal. Pada katoda, reduksi terjadi dan elektron diterima dari sirkuit eksternal.
3. Jelaskan bagimana potesial sel elektrokimia diukur dan apa yang mempengaruhi potensial elektrokimia!
Potensial sel elektrokimia, yang juga dikenal sebagai potensial sel atau potensial elektrokimia, mengukur kemampuan sel untuk menghasilkan atau menyerap energi listrik. Potensial sel diukur dalam satuan volt (V) atau millivolt (mV). Potensial sel elektrokimia dapat diukur menggunakan alat yang disebut voltmeter atau potentiometer. Beberapa factor yang mempengaruhi potensial elektrokimia:
a. Potensial standar/potensial standar sel(E0) b. Potensial elektroda
c. Konsentrasi d. Suhu e. Tekanan
4. Berikan contoh pengukuran potensial sel elektrokimia pada suatu reaksi redoks!
Sel Daniell terdiri dari elektroda seng (Zn) sebagai anoda dan elektroda tembaga (Cu) sebagai katoda, yang terendam dalam larutan elektrolit yang mengandung ion-ion seng dan ion-ion tembaga.
Pada elektroda-anoda (Zn):
Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
Pada elektroda-katoda (Cu):
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
Potensial elektrokimia sel Daniell dapat diukur dengan menggunakan voltmeter atau potentiometer. Ketika voltmeter dihubungkan ke elektroda seng (anoda) dan elektroda tembaga (katoda), akan terbentuk perbedaan potensial antara kedua elektroda. Hasil pengukuran potensial sel Daniell pada suhu 25°C
23 dengan elektroda seng sebagai anoda dan elektroda tembaga sebagai katoda adalah sekitar +0,76 V. Ini menunjukkan bahwa sel Daniell memiliki potensial positif, yang menunjukkan bahwa reaksi redoks terjadi secara spontan dan arus listrik mengalir dari elektroda seng ke elektroda tembaga.
5. Jelaskan peran elektrokimia dan bagaimana elektroda dipilih untuk digunakan dalam sel elektrokimia!
Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari interaksi antara reaksi kimia dan aliran listrik. Elektrokimia melibatkan penggunaan sel elektrokimia, di mana reaksi redoks terjadi di anoda dan katoda, yang dipisahkan oleh larutan elektrolit. Beberapa factor yang perlu dipertimbangkan dalam memilih elektroda, atara lain:
a. Reaktivitas Elektroda: Elektroda harus memiliki reaktivitas yang sesuai dengan spesies yang terlibat dalam reaksi redoks yang diinginkan.
Elektroda yang digunakan sebagai anoda harus mampu mengalami oksidasi, sementara elektroda yang digunakan sebagai katoda harus mampu mengalami reduksi.
b. Potensial Elektroda: Untuk memastikan reaksi redoks yang diinginkan terjadi, elektroda harus dipilih sesuai dengan potensial yang sesuai.
c. Kestabilan Elektroda: Elektroda harus stabil dan tidak bereaksi dengan larutan elektrolit atau spesies lain yang terlibat dalam reaksi kimia.
Elektroda yang tidak stabil dapat menghasilkan reaksi samping yang tidak diinginkan dan mengganggu hasil eksperimen.
d. Konduktivitas Elektroda: Elektroda harus memiliki konduktivitas listrik yang baik agar dapat memfasilitasi aliran arus listrik melalui sel elektrokimia. Material elektroda yang umum digunakan adalah logam atau karbon yang memiliki konduktivitas yang tinggi.
e. Biaya dan Ketersediaan: Biaya dan ketersediaan elektroda juga perlu dipertimbangkan. Beberapa elektroda mungkin lebih mahal atau sulit ditemukan, sedangkan yang lain lebih terjangkau dan mudah didapatkan.
