6. Termodinamika

Bagian dari ilmu fisika yang mempelajari energi panas, temperatur, dan hukum-hukum
tentang perubahan energi panas menjadi energi mekanik, listrik, dan bentuk energi
lainnya
Dikembangkan sebelum teori atom dan molekul mapan, sehingga hukum-hukum
termodinamika tidak terpengaruh oleh perubahan dalam teori tentang atom, molekul,
struktur zat, dan antaraksi atom atau molekul
Pembahasannya bersifat makroskopis dalam arti menyangkut sifat kelompok atom atau
molekul individual
Penerapannya dalam bidang kimia memberikan kriteria untuk memprediksi apakah
suatu reaksi secara prinsip dapat berlangsung secara spontan atau tidak, dan pada
kondisi bagaimana suatu reaksi dapat berlangsung
Bagian dari alam semesta yang sedang kita pelajari sifat-sifatnya
Bagian dari alam semesta yang dapat berinteraksi dengan sistem
BATAS ANTARA SISTEM DAN LINGKUNGAN
DINDING
DIATERMAL (TEMBUS ENERGI)
ADIATERMAL (TIDAK TEMBUS ENERGI)
SISTEM TERBUKA
SISTEM TERTUTUP
SISTEM TERISOLASI
Sistem yang dapat mengadakan pertukaran materi dan energi dari
sistem dengan lingkungannya atau sebaliknya
HOME
Sistem yang mempunyai dinding diatermal, sehingga hanya
terjadi pertukaran energi dari sistem ke lingkungan atau
sebaliknya
HOME
Sistem yang tidak bisa mengadakan pertukaran materi dan
energi dengan lingkungannya atau sebaliknya
Kondisi-kondisi yang berhubungan dengan sistem (baik sebelum
maupun sesudah perubahan berlangsung), seperti tekanan,
temperatur, volume, jumlah mol tiap komponen sistem, energi
bebas, entalpi, energi dalam, entropi
Bila sistem kontak dengan lingkungan dan selama kontak
tidak terjadi perubahan yang berarti antara sistem dengan
lingkungannya
SEMUA PROSES SPONTAN MENUJU KE ARAH KESETIMBANGAN
SISTEM YANG TIDAK SETIMBANG DENGAN LINGKUNGANNYA CENDERUNG
BERUBAH UNTUK MENCAPAI KESETIMBANGAN DAN BERLANGSUNG SECARA
SPONTAN
Perubahan yang terjadi bergantung pada jenis sistem dan
lingkungan
Mungkin terjadi kerja, perpindahan kalor, atau menimbulkan
energi listrik
P in  P ex
PISTON
Piston Diam
P in  P ex
PISTON
terjadi penambahan volume gas di dalam pompa dan piston akan
berhenti saat Pin = Pex
Nilainya bergantung pada besarnya penambahan volume dan tekanan udara luar
W  P ex   V2  V1 
atau
W  P ex  V
energi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat berpindah dari satu
tempat ke tempat lain
akan mengalir dari sistem ke lingkungan, jika sistem mempunyai dinding
diatermal dan suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan
akan mengalir dari lingkungan ke sistem, jika sistem mempunyai dinding
diatermal dan suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem
Energi gerakan foton berupa gelombang
elektromagnetik
Mengalirnya sinar matahari ke bumi
HOME
Energi gerakan partikel materi
Aliran molekul gas atau cairan dari satu tempat ke
tempat lain
HOME
Aliran energi melalui tumbukan partikel materi yang berdekatan
secara sambung
Aliran panas pada sebatang logam yang dipanaskan
Bila sistem diberi beda potensial dari lingkungannya, maka energi listrik akan
mengalir dari lingkungan ke sistem
Bila di dalam sistem terdapat beda potensial, maka sistem dapat memberikan
energi listrik ke lingkungannya
Besarnya energi listrik (W) yang dihasilkan bergantung pada besarnya muatan (q) yang
mengalir dan beda potensial (E)
W q  E
Besaran tekanan, temperatur, volume, jumlah mol tiap komponen
sistem, energi bebas, entalpi, energi dalam, entropi
Menentukan keadaan sistem
Harganya tidak bergantung pada asal-usul sistem
Fungsi-fungsi keadaan yang dinyatakan dalam bentuk
persamaan
Menggambarkan hubungan antar beberapa fungsi
keadaan
Pada umumnya di dalam termodinamika yang menjadi pusat perhatian kita adalah
proses yang berlangsung di dalam sistem dan hubungan antara sistem tersebut dengan
lingkungannya
 PROSES ADIABATIS
Proses yang tidak diikuti oleh pemindahan panas dari sistem ke
lingkungan atau sebaliknya
 PROSES ISOTERMAL
Selama proses berlangsung terjadi pemindahan panas dari sistem ke
lingkungan atau sebaliknya, sehingga temperatur sistem konstan
selama proses berlangsung
Energi yang tersimpan di dalam suatu sistem
Total energi yang dimiliki sistem sebagai akibat dari energi kinetik
(vibrasi, rotasi, dan translasi) atom-atom, ion, atau molekul yang ada di
dalam sistem itu, ditambah energi potensial yang timbul akibat antar aksi
antar partikel yang membentuk sistem
Jika sistem menerima energi, dikatakan bahwa energi dalam dari
sistem naik
Jika sistem melepaskan energi, dikatakan bahwa energi dalam
dari sistem turun
ENERGI DALAM SUATU SISTEM TIDAK DAPAT DIHITUNG
YANG DAPAT DIUKUR ADALAH PERUBAHAN ENERGI
DALAM SUATU SISTEM
U  U 2  U 1
(diketahui dari perubahan suhu sistem)
JIKA SUHU SISTEM NAIK (T2>T1), MAKA GERAKAN
PARTIKEL DI DALAM SISTEM LEBIH CEPAT, INI BERARTI
BAHWA ENERGI DALAM SISTEM NAIK (ΔU > 0)
JIKA SUHU SISTEM TURUN (T2<T1), MAKA GERAKAN
PARTIKEL DI DALAM SISTEM LEBIH LAMBAT, INI BERARTI
BAHWA ENERGI DALAM SISTEM TURUN (ΔU < 0)
menyatakan hubungan energi sistem dengan lingkungannya jika terjadi
suatu peristiwa
Jika sistem kemasukan energi, maka lingkungan kehilangan energi
dengan jumlah yang sama
Jika lingkungan kemasukan energi, maka sistem kehilangan energi
dengan jumlah yang sama
dipanaskan
T akhir
 T awal
Vakhir
 Vawal
energi dalam gas bertambah dan sistem melakukan kerja
Kalor (q) yang diberikan kepada sistem, sebagian disimpan sebagai energi dalam
(ΔU) dan sebagian lagi diubah menjadi kerja (W)
q  U  W
q  U  W
ENERGI TIDAK DAPAT DICIPTAKAN ATAU
DIMUSNAHKAN, TETAPI DAPAT DIUBAH DARI SATU
BENTUK KE BENTUK YANG LAIN
q  U  W
Jika kalor masuk ke dalam sistem, maka q > 0
Jika kalor keluar dari dalam sistem, maka q < 0
Jika sistem melakukan kerja (ekspansi), maka W < 0
Jika lingkungan melakukan kerja (kompresi), maka W > 0
EKSPANSI
SISTEM MELAKUKAN KERJA
W < 0 (W berharga negatif)
W  P ex  V
W   P  V
W   P  V
W = kerja (liter × atm)
ΔV = perubahan volume (liter)
P = tekanan yang melawan gerakan piston (atm)
Untuk proses ekspansi, P = Pex
Untuk proses kompresi, P = Pin
PROSES YANG BERLANGSUNG PADA SUHU
TETAP (T1 = T2)
ENERGI DALAM SISTEM KONSTAN ΔU =
0
U  0
q  U  W
q  W
Kalor yang diberikan kepada sistem atau dilepas sistem
semuanya diubah menjadi kerja
HOME
PROSES YANG BERLANGSUNG PADA
VOLUME TETAP (V1 = V2 ATAU ΔV = 0)
W   P  V
W  0
SISTEM TIDAK MELAKUKAN KERJA
W  0
q  U  W
q V  U
Seluruh panas yang diserap atau dilepaskan digunakan
untuk menaikan atau menurunkan energi dalam sistem
tersebut
HOME
PROSES YANG TIDAK MENYERAP ATAU
MELEPASKAN KALOR (q = 0)
q  U  W
0  U  W
U  W
Perubahan energi dalam sistem dipakai untuk
menghasilkan kerja
q  U  W
JIKA SELAMA PERUBAHAN, TIDAK ADA KALOR YANG MENGALIR DARI SISTEM KE
LINGKUNGAN ATAU SEBALIKNYA (q = 0), JUGA TIDAK ADA KEREJA YANG DILAKUKAN
SISTEM TERHADAP LINGKUNGAN ATAU SEBALIKNYA (W = 0)
U  0
0  U  0
Energi dalam sistem konstan
REAKSI KIMIA UMUMNYA BERLANGSUNG PADA TEKANAN TETAP
(DALAM BEJANA TERMUKA)
PANAS YANG DISERAP ATAU DILEPASKAN OLEH SISTEM TIDAK SAMA
DENGAN ΔU ATAU qV
UNTUK MENYATAKAN EFEK PANAS BAGI REAKSI KIMIA YANG
BERLANGSUNG PADA TEKANAN TETAP, PERLU DIDEFINISIKAN FUNGSI
KEADAAN BARU
P 1  P 2 atau
P  0
H  U  PV
H  U   PV 
q  U  W atau
U  q  W

 PV
  P V  V P
H  q P  W   P V  VP  
H  q
P
W   P V
P  0
  P V   P V
H  q P
Kalor yang diserap atau dilepaskan sistem pada tekanan luar tetap sama
dengan perubahan entalpinya
BERGANTUNG PADA KEADAAN AWAL DAN KEADAAN
AKHIR YAITU H1 DAN H2
H  H 2  H 1
H  H 2  H 1 
H 2  H 1  H  0
H 2  H 1  H  0
H 2  H 1  H  0
UNTUK REAKSI YANG HANYA MELIBATKAN ZAT PADAT DAN
ZAT CAIR, Δ(PV) SANGAT KECIL (MENDEKATI HARGA 0)
H  U   PV 
H  U  0
H  U
JIKA REAKSI MENGHASILKAN ATAU MENGGUNAKAN GAS
PV  nRT 
H  U   PV 
H  U  n RT
dengan :
Δn = perubahan jumlah mol gas akibat reaksi kimia
Δn = ∑mol (gas) hasil reaksi - ∑mol (gas) pereaksi
R = 1,987 kal/mol.0K = 8,314 J/mol.0K
Keadaan akhir ini mempunyai derajat ketidak teraturan yang lebih tinggi, karena molekulmolekul gas terdistribusi secara lebih luas dan mempunyai derajat kebebasan gerak yang lebih
tinggi
Terdapat kecenderungan di alam bahwa proses berlangsung spontan ke arah
keadaan sistem yang lebih tidak teratur (keadaan dengan derajat ketidak teraturan
lebih tinggi)
DERAJAT KETIDAK TERATURAN SISTEM DISEBUT
ENTROPI
BERBANDING LURUS DENGAN BESARAN
ENERGI PANAS q
BERBANDING TERBALIK DENGAN
TEMPERATUR T
(ΔS
)
q
S 
T
DALAM SETIAP PROSES SPONTAN, SELALU TERJADI PENINGKATAN ENTROPI ALAM SEMESTA
S total  0
S total  S sistem
 S lingkungan
PENINGKATAN ENTROPI TOTAL MERUPAKAN HASIL DARI PENAMBAHAN ENTROPI SISTEM DAN
LINGKUNGAN
PERUBAHAN ENTROPI LINGKUNGAN DIAKIBATKAN OLEH PANAS
YANG DILEPASKAN KE LINGKUNGAN (qlingkungan) DIBAGI TEMPERATUR
(T) PADA SAAT PERPINDAHAN PANAS TEJADI
S lingkungan
q lingkungan

T
UNTUK PROSES PADA P DAN T KONSTAN
H lingkungan
 q lingkungan
S lingkungan
q lingkungan

T
S lingkungan
H lingkungan

T
Jika lingkungan melepaskan panas, berarti sistem menerima panas
Jika lingkungan menerima panas, berarti sistem melepaskan panas
H
S lingkungan
S lingkungan
lingkungan
  H sistem
H lingkungan

T
 H sistem

T

S total
 S sistem
 S lingkungan
S total
 S sistem

S total

T S sistem
T
T S sistem
S total

T S total
 T S sistem
T S total
T S total
 S lingkungan
H sistem
T

H sistem
T
 H sistem
T
 H sistem
   T S sistem
 H sistem
  H sistem  T S sistem



 H sistem
T
Perubahan akan berlangsung spontan jika ΔStotal > 0
T S total
  H sistem
 T S sistem

Supaya proses dapat berlangsung spontan, maka TΔStotal > 0
Supaya proses dapat berlangsung spontan, maka (ΔHsistem
– TΔSsistem) < 0
G  H  TS
G  H   TS 
G  H   T S  S T 
Pada P dan T konstan
G  H  T  S
Untuk proses spontan, ΔG harus berharga
negatif (ΔG < 0) pada P dan T konstan
Untuk sistem yang mempunyai ΔH < 0 (eksoterm) dan ΔS > 0 (perubahan
menyebabkan bertambahnya ketidak teraturan)
G  H  T  S
ΔG < 0 pada segala temperatur
Perubahan akan berlangsung spontan pada segala temperatur
Untuk sistem yang mempunyai ΔH < 0 (eksoterm) dan ΔS < 0
G  H  T  S
ΔG < 0 pada temperatur rendah
Perubahan akan berlangsung spontan pada temperatur rendah
Untuk sistem yang mempunyai ΔH > 0 (endoterm) dan ΔS < 0
G  H  T  S
ΔG > 0 pada segala temperatur
Perubahan tidak akan berlangsung spontan pada segala temperatur
Untuk sistem yang mempunyai ΔH > 0 (endoterm) dan ΔS > 0
G  H  T  S
ΔG < 0 pada temperatur tinggi
Perubahan akan berlangsung spontan pada temperatur tinggi