Hukum Pertama Termodinamika

advertisement
KIMIA FISIKA I
NANIK DWI NURHAYATI,S.SI, M.SI
nanikdn.staff.uns.ac.id
nanikdn.staff.fkip.uns.ac.id
nan[email protected]
081556431053 / (0271) 821585
HUKUM TERMODINAMIKA
HUKUM TERMODINAMIKA KE NOL
HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA
HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA
HUKUM TERMODINAMIKA KETIGA
Bagaimana perubahan entropi tiap-tiap
proses di bawah ini?
(a) Kondensasi uap air
Keacakan menurun
entropi menurun (DS < 0)
(b) Pembentukan kristal sukrosa dari larutan superjenuh
Keacakan menurun
entropi menurun (DS < 0)
(c) Pemanasan gas hidrogen dari 600C sampai 800C
Keacakan meningkat
entropi meningkat (DS > 0)
(d) Penyubliman es kering
Keacakan meningkat
entropi meningkat (DS > 0)
18.2
Perubahan Entropi dan Kesetimbangan

Hk kedua
penurunan entropi sistem hanya dpt
terjadi jika entropi ling meningkat melebihinya

Peran penting lingkungan
memberi panas ke
sistem atau mengambilnya dari sistem

Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem,
diserap oleh lingkungan menyebabkan gerak random
partikel dilingkungan meningkat entropi meningkat qsis
< 0, qsurr > 0, DSsurr > 0
Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan
lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan
menurun,
qsis > 0, qsurr < 0, DSsurr < 0
Eksotermik
Fe O (s) + 2 Al(s) ---> 2 Fe(s) + Al O (s)
2 3
∆H = - 848 kJ 2 3
Eksotermik dan Endotermik

Reaksi Eksotermik
C6H12O6(s) + 6O2(g)  6CO2(g) + 6H2O(g) + kalor
CaO(s) + CO2(g)  CaCO3(s) + kalor

Reaksi Endotermik
Kalor + Ba(OH)2·8H2O(s) + 2NH4NO3(s) 
Ba2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NH3(aq) + 10H2O(l)
Tanda dari
H dan Kespontanan
Semua reaksi pembakaran adalah spontan dan eksotermik:
CH4 (g) + 2 O2 (g)
CO2 (g) + 2 H2O(g)
Horxn = -802 kJ
Besi berkarat secara spontan and eksotermik:
2 Fe(s) + 32 O2 (g)
Fe2O3 (s)
Horxn = -826 kJ
Senyawaion sca spontan membentuk unsurnya dgn melepas kalor:
Na(s)
1
+ 2 Cl2 (g)
NaCl(s)
Horxn = -411 kJ
Pd tekanan normal, air membeku di bawah 0°C dan mencair di atas 0°C.
keduanya adalah proses spontan, namun yang pertama termasuk eksotermik
sedangkan yang kedua termasuk endotermik.
H2O(l)
H2O(s)
H2O(s)
H2O(l)
Horxn = -6,02 kJ
(eksotermik; spontan pada T < 0oC)
Horxn = +6,02 kJ
(endotermik; spontan pada T > 0oC)
Mengapa perubahan Terjadi ?
Proses spontan, Berlangsung dg sendirinya “secara alami” tanpa
memerlukan pemicu
Water spontaneously freezes at temperatures below 0o C
Proses tidak spontan, Diperlukan sesuatu untuk bisa berlangsung
Kapan reaksi berlangsung spontan ?
Kespontanan suatu reaksi dapat ditentukan dg mempelajari
termodinamika
Termodinamika dapat digunakan untuk menghitung kerja yang
dihasilkan dari beberapa reaksi kimia
Dua faktor yang dapat menetukan kespontanan reaksi yaitu
entalphi dan entropi
Perubahan mengarah kekesetimbangan scr spontan, DSuniv > 0
Ketika kesetimbangan tercapai shg DSuniv = 0.
Pada titik ini perubahan entropi sistem diikuti perubahan entropi
lingkungan (DSsurr ) dlm jumlah yang sama tetapi berbeda tanda
Entropi, Kespontanan, kesetimbangan
Hukum termodinamika kedua - entropi semesta
(sistem + lingkungan) selalu naik pada proses spontan
dan tidak berubah pada proses kesetimbangan.
Ssemesta = Ssis + Sling > 0
proses spontan
Ssemesta = Ssis + Sling = 0
proses kesetimbangan
Suniverse = Ssistem + Slingkungan
Kesetimbangan D Suniverse = DSsistem + DSlingkungan = 0
DSsis = -DSsurr
NH4NO3 in water—an entropy
driven process.
∆Suniverse =∆Ssystem + ∆Ssurroundings
DSuniv = DSsis + DSsurr





Pada Tekanan konstan DSsurr = -DHsis/T
DSuniv = DSsis - DHsis/T
Jika kedua sisi dikalikan –T maka
-TDSuniv = DHsis - TDSsis atau -TDSuniv = DGsis
DSuniv > 0 spontan  DG < 0
DSuniv < 0 non spontan  DG > 0
DSuniv = 0 setimbang  DG = 0
Entropy
∆S = q/T
where q = heat transferred in phase
change
For H2O (liq) ---> H2O(g)
∆H = q = + 40,700 J/mol
q
40, 700 J/mol
DS =
=
= + 109 J/K • mol
T
373.15 K
Kesetimbangan Uap Air
Penguapan 1 mol air pada 100oC (373 K)
H2O(l:373 K)  H2O(g: 373 K)
DSosis = So H2O(g) – So H2O(l)
= 195,9 – 86,8 = 109,1 J/K
Sistem menjadi lebih tidak teratur
DSsurr = -DHosis/T = -DHovap/T
= -40,7 x 103 J/373 K = -109 J/K
DSuniv = 109 J/K + (-109 J/K) = 0


Saat kesetimbangan tercapai, proses reaksi
berlangsung spontan baik arah maju maupun balik
2 H2(g) + O2(g) ---> 2 H2O(liq)
∆Sosystem = -326.9 J/K
DS
o
surroundi ngs
qsurroundi ngs
-DH system
=
=
T
T
∆Horxn = ∆Hosystem = -571.7 kJ
DS
o
surroundi ngs
- (-571.7 kJ)(1000 J/kJ)
=
298.15 K
∆Sosurroundings = +1917 J/K
Entropi Standar / So
So
Entropi dari suatu zat pd keadaan standar
Perbedaan antara nilai entropi kristal sempurna zat pada
0 K dan keadaan standarnya pd temperatur yg lebih tgi
-Tekanan 1 atmosfer
- temperatur yang diketahui pada 25oC
-Satuan untuk So adalah J/K mol
Standard Molar Entropies
Standard Molar Entropies
Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (DSsis)
Entropi reaksi standar (DS0 ) adalah perubahan
entropi
rxn
untuk reaksi yang terjadi pada1 atm dan 250C.
aA + bB
DS0rxn =
cC + dD
[ cS0(C) + dS0(D) ] - [ aS0(A) + bS0(B) ]
DS0rxn = S nS0(produk)
- S mS0(reaktan)
Contoh soal :
1. Berapakah perubahan entropi standar untuk reaksi
2CO (g) + O2 (g)
2CO2 (g) pada 250C?
S0(CO) = 197,9 J/K•mol
S0(CO2) = 213,6 J/K•mol
S0(O2) = 205,0 J/K•mol
DS0rxn = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]
DS0rxn = 427,2 – [395,8 + 205,0] = -173,6 J/K•mol
18.3
PERHITUNGAN ENTROPI
Contoh soal :
1. Berapakah perubahan entropi standar untuk
reaksi
2CO (g) + O2 (g)
2CO2 (g) pada 250C?
S0(CO) = 197,9 J/K•mol
S0(O2) = 205,0 J/K•mol
S0(CO2) = 213,6 J/K•mol
DS0rxn = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]
DS0rxn = 427,2 – [395,8 + 205,0] = -173,6 J/K•mol
Proses Reversibel
Sistem dan lingk dlm kesetimbangn termal
S = q /T
dS = dq/T
q = qrev
dq = dqrev
dS = dqrev/T
∆S = qrev /T
PROSES IRREVERSIBEL

Pada proses reversibel  variabel yang berubah
hanya satu

Pada proses irreversibel  variabel yang berubah
lebih dari satu

Perhitungan entropi pada proses irreversibel
dilakukan dengan menghitung entropi pada tahap –
tahap reversibel
22/07/2017
DSuniv = DSsis + DSsurr
DSuniv > 0
DSuniv = DSsis + DSsurr > 0
DSsis > - DSsurr
dSsis > - dSsurr
dS > dq/T
Ketidaksamaan Clausius
Proses Adiabatik dq = 0, tdk ada kalor yg dipindah
Hk 1…. dU = dq + dW
dW = 0 dan dq = 0
dSuniv > 0
Reaksi spontan
Download