no 2

Soal nomor 2
Berikan penjelasan tentang energi bebas, entalpi dan entropi, serta hubungan antara ketiganya.
Jawab
Konsep Energi Bebas
Energi bebas menyatakan banyaknya energi yang tersedia di dalam suatu sistem untuk
melakukan suatu kerja yang bermanfaat dalam suatu proses pada suhu dan tekanan konstan. Energi
bebas merupakan suatu konsep termodinamika yang berguna untuk mengetahui arah suatu
perubahan kimia atau fisika yang bersifat serta-merta (spontan). Proses serta-merta akan
menyebabkan sistem menjadi lebih stabil. Setelah kestabilan maksimum tercapai, energi bebas
tidak dapat berkurang lagi pada kondisi tersebut dan tercapailah kesetimbangan. Energi ini dapat
diukur dalam kalorimeter maupun secara listrik.
Energi Bebas Gibbs dari Segi Matematis merupakan perbedaan antara entalpi (H) dengan
energi yang tidak digunakan untuk kerja berupa entropi (S) pada temperatur absolut (T). Maka,
dapat dituliskan sebagai berikut.
𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆
Semua besaran dalam persamaan merujuk ke sistem dan T merupakan suhu sistem. Untuk
merumuskan proses kespontanan maka G merupakan fungsi keadaan:

Pada temperatur konstan:
∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇∆𝑆
 Pada temperatur dan tekanan konstan (keadaan standar):
∆𝐺° = ∆𝐻° − 𝑇∆𝑆°
Energi bebas dalam keadaan standar telah diukur untuk setiap senyawa dan telah ditabulasikan
secara global sehingga perubahan energi gibbs (ΔG) suatu reaksi anorganik, dapat dihitung dengan
rumus:
∆𝐺° = Σ∆𝐺°𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 − Σ∆𝐺°𝑅𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛
Dari persamaan tersebut dapat diketahui hal-hal seperti berikut:



ΔG < 0, reaksi berjalan secara spontan
ΔG > 0, reaksi berjalan tidak spontan
ΔG = 0, reaksi dalam keadaan setimbang
ΔG dapat diekspresikan dalam suatu reaksi kimia:
𝑎𝐴+𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 +𝑑𝐷
Maka, energi bebas dari reaksi tersebut adalah:
∆𝐺 = ∆𝐺° + 𝑅𝑇𝑙𝑛(𝑄)
atau
[𝐶]𝑐 [𝐷]𝑑
∆𝐺 = ∆𝐺° + 𝑅𝑇𝑙𝑛( 𝑎 𝑏 )
[𝐴] [𝐵]
Ket: Q adalah hasil bagi Produk/Reaktan
Energi bebas Gibbs pembentukan standar pada suatu senyawa adalah perubahan energi bebas
Gibbs yang menyertai pembentukan 1 mol zat tersebut dari unsur penyusunnya, pada keadaan
standar (keadaan unsur yang paling stabil pada suhu 25 °C dan tekanan 1 atmosfer). Simbolnya
adalah ΔG˚.
Semua unsur dalam keadaan standarnya (gas diatomik, grafit, dll.) memiliki energi bebas
Gibbs pembentukan standar sama dengan nol, seperti tidak ada perubahan yang terlibat.
Pada kesetimbangan, ΔG = 0 dan Q = Keq sehingga persamaan menjadi:
∆𝐺° = −𝑅𝑇𝑙𝑛(𝐾)
Dengan:
∆𝐺°= Energi bebas suatu zat pada tekanan 1 atm (J/mol)
T = Suhu absolut (K)
R = Konstanta gas (0,082 L atm/mol K)
K = Konstanta Kesetimbangan
Faktor-faktor Pembentukan Energi Bebas Gibbs
Energi bebas menunjukkan perubahan entropi total dari sistem. Terdapat dua faktor pendorong
yang menyebabkan reaksi kimia terjadi adalah :
1. Pembentukan produk yang lebih stabil (energi rendah) dari reaktan yang kurang stabil
(energi tinggi) di dalam reaksi eksotermis (ΔH <0).
2. Pembentukan produk yang mempunyai entropi lebih tinggi dari reaktan (ΔS>0)
Entalpi
Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi dari suatu sistem
termodinamika. Entalpi adalah properti ekstensif yang berarti untuk sistem homogen, besarnya
berbanding lurus dengan ukuran sistem. Satuan SI dari entalpi adalah joule, namun digunakan juga
satuan British thermal unit dan kalor. Entalpi dalam suatu sistem yang homogen didefinisikan
sebagai:
𝐻 = 𝑈 +P𝑉
dimana H adalah entalpi sistem, U adalah energi dalam, P adalah tekanan dari sistem, dan V adalah
volume sistem.
Total entalpi (H) tidak bisa diukur langsung. Sama seperti pada mekanika klasik, hanya
perubahannya yang dapat dinilai. Entalpi merupakan potensial termodinamika, maka untuk
mengukur entalpi suatu sistem, kita harus menentukan titik reference terlebih dahulu, baru kita
dapat mengukur perubahan entalpi ΔH. . Perubahan ΔH bernilai positif untuk reaksi endoterm dan
negatif untuk eksoterm.
Untuk proses dengan tekanan konstan, ΔH sama dengan perubahan energi dalam sistem
ditambah kerja yang dilakukan sistem pada lingkungannya. Maka, perubahan entalpi pada kondisi
ini adalah panas yang diserap atau dilepas melalui reaksi kimia atau perpindahan panas eksternal.
Maka dapat dirumuskan:
Dimana:
∆H
= perubahan entalpi (KJ/mol)
Q
= kalor (J)
W
= kerja (J)
∆𝐻 = 𝑄 − 𝑊
tanda:
-Q
+Q
-W
+W
= kalor dikeluarkan dari sistem
= kalor diterima sistem
= sistem melakukan kerja
= sistem menerima kerja
Untuk sistem tak homogen, entalpi adalah penjumlahan entalpi dari beberapa subsistem:
𝐻 = Σ𝑘 𝐻𝑘
dengan k merujuk pada beberapa subsistem.
Entropi
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa: “Entropi total sebuah sistem harus
meningkat bila proses ingin berlangsung spontan”. Entropi merupakan derajat ketidakteraturan
atau keteracakan pada sistem. Semakin besar ketidakteraturan sistem, maka semakin besar pula
entropinya. Entropi akan mencapai taraf maksimal di dalam sistem seiring sistem mendekati
keadaan seimbang yang sejati. Dalam kondisi suhu dan tekanan konstan, hubungan antara
perubahan energi bebas (ΔG) pada sebuah sistem yang bereaksi, dengan perubahan entropi
semesta (sistem dan lingkungan) (ΔS).
Jika suatu reaksi kimia berjalan menuju kearah keseimbangan, maka ∆S selalu meningkat,
sehingga ∆S selalu berharga positif dalam keadaan yang nyata. Ketika ∆S semesta meningkat
selama reaksi, ∆G sistem yang sedang bereaksi mengalami penurunan. Oleh sebab itu ∆G sistem
yang sedang bereaksi selalu bertanda negatif, bila peningkatan entalpi (∆G) tidak melampaui
peningkatan entropi.
Kespontanan reaksi juga bergantung pada ketidakteraturan molekul (∆𝑆). Tingkat
ketidakteraturan suatu molekul dipengaruhi oleh berbagai faktor. Entropi dipengaruhi oleh fasa.
Ketika suatu objek berfasa solid atau liquid berubah fasa menjadi gas maka entropi akan
meningkat. Kedua, entropi akan meningkat jika objek berfasa liquid atau solid larut dalam air.
Lalu peningkatan masa molekular atom juga akan meningkatkan entropi. Kemudian jenis ikatan
senyawa akan mempengaruhi nilai entropinya. Selanjutnya adalah kompleksitas struktur senyawa
dapat berpengaruh kepada besar kecilnya nilai entropi.
Berdasarkan persamaan energi bebas Gibbd kita dapat menyatakan bahwa jika ∆𝐻 semakin
negatif (eksotermik) dan ∆𝑆 semakin positif (semakin tidak beraturan) maka nilai energi gibs akan
semakin negatif, artinya reaksi berjalan dengan spontan dan ketersediaan energi akan semakin
banyak.
Hubungan antara perubahan entropi lingkungan dengan perubahan entalpi sistem dapat
dinyatakan:
∆𝑆𝑠𝑢𝑟𝑟 =
−∆𝐻
𝑇
Oleh karena ΔH merupakan perubahan entalpi pada sistem, maka nilai positif atau negatif akan
berpengaruh.


Dalam reaksi eksotermis: sistem melepaskan energi ke lingkungan. Karena ΔH negatif,
maka ΔSsurr bernilai positif.
Dalam reaksi endotermis: sistem mengambil energi dari lingkungan. Karena ΔH positif,
maka ΔSsurr bernilai negatif.
Tabel X. Hubungan Antara Entropi, Entalpi, dan Energi Bebas Gibbs dan Pengaruhnya ke
Reaksi
(Sumber: https://fdokumen.com/document/termodinamika-entropi-dan-hk-kedua.html)
Daftar Pustaka
Dincer,
Y.,
-,
Bioenergetics,
<http://194.27.141.99/dosya-depo/ders-notlari/yildizdincer/BIOENERGETICS.ppt>, diakses pada 24 September 2019
Goenarso, D., -, Modul 1: Proses Kehidupan di Dalam Sel, <repository.ut.ac.id>, diakses pada 29
September 2019
Nelson, D.L. dan Michael M.C., 2008, Principles of Biochemistry, New York, W.H. Freeman and
Company
Page, D.S., 1997, Prinsip-Prinsip Biokimia (Terjemahan), Edisi kedua, Jakarta, Penerbit Erlangga
Sukmawati, N. M. S., 2016, Bioenergetika, <simdos.unud.ac.id>, diakses pada 29 September 2019