Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

TERMODINAMIKA ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "TERMODINAMIKA ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI."— Transcript presentasi:

1 TERMODINAMIKA ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI

2 Entropi dan Ketidakteraturan Redistribusi partikel gas dalam wadah terjadi tanpa perubahan energi dalam total sistem, semua susunan ekivalen Jumlah cara komponen sistem dapat disusun tanpa merubah energi sistem terkait erat dengan kuantitas entropi (S) Entropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya sedikit seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yang kecil atau entropi rendah Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya banyak seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tinggi

3 Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem menjadi semakin tidak teratur, random dan energi sistem lebih terdistribusi pada range lebih besar S disorder > S order Seperti halnya energi dalam atau entalpi, entropi juga fungsi keadaan yaitu hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir tidak pada bagaimana proses terjadinya  S sis = S final – S initial Jika entropi meningkat maka  S sis akan positif, sebaliknya jika entropi turun, maka  S sis akan negatif

4 Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika Apa yang menentukan arah perubahan spontan? Sistem alami cenderung kearah tidak teratur, random, distribusi partikel kurang teratur Beberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (es meleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (air membeku) secara spontan Dengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dalam arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan). Ini yang disebut dengan hukum kedua termodinamika Hukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropi sistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontan entropi total sistem dan lingkungan harus positif  S univ =  S sis +  S surr > 0

5 Entropi Molar Standar Entropi (S) berhubungan dengan jumlah cara (W) sistem dapat tersusun tanpa merubah energi dalam Tahun 1877 Ludwig Boltzmann menguraikan hubungan ini secara kuantitatif S = k ln W Dimana k adalah konstanta Blotzmann (R/N A )  1,38x J/K Tidak seperti entalpi, entropi memiliki nilai mutlak dengan menerapkan hukum ketiga Termodinamika yang menyatakan kristal sempurna memiliki entropi nol pada temperatur nol absolut S sis = 0 pada 0 K Pada nol absolut, semua partikel pada kristal memiliki energi minimum sehingga hanya ada satu cara mereka tersusun Nilai entropi biasanya dibandingkan pada keadaan standar dengan T tertentu, untuk gas pada 1 atm, larutan 1 M, dan zat murni pada keadaan paling stabil untuk padat dan cair Entropi merupakan besaran ekstensif sehingga tergantung pada jumlah oleh karena itu dikenalkan dengan entropi molar standar dalam satuan J/mol K

6 Memperkirakan Nilai S o Relatif Sistem Berdasarkan pengamatan level molekuler kita bisa memperkirakan entropi zat akibat pengaruh 1.Perubahan temperatur 2.Keadaan fisik dan perubahan fasa 3.Pelarutan solid atau liquid 4.Pelarutan gas 5.Ukuran atom atau kompleksitas molekul

7 1. Perubahan Temperatur S o meningkat seiring dengan kenaikan temperatur T(K) S o 31,032,933,1 Kenaikan temperatur menunjukkan kenaikan energi kinetik rata-rata partikel

8 2. Keadaan Fisik dan Perubahan Fasa Ketika fasa yang lebih teratur berubah ke yang kurang teratur, perubahan entropi positif Untuk zat tertentu S o meningkat manakala perubahan zat dari solid ke liquid ke gas NaH 2 OC(grafit) S o (s / l)51,4(s)69,9 (l)5,7(s) S o (g)153,6188,7158,0

9

10 3. Pelarutan solid atau liquid Entropi solid atau liquid terlarut biasanya lebih besar dari solut murni, tetapi jenis solut dan solven dan bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi overall NaClAlCl 3 CH 3 OH S o s/l72.1(s)167(s)127(l) S o aq115,

11 4. Pelarutan Gas Gas begitu tidak teratur dan akan menjadi lebih teratur saat dilarutkan dalam liquid atau solid Entropi larutan gas dalam liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murni Saat O 2 (S o g = 205,0J/mol K) dilarutkan dalam air, entropi turun drastis (S o aq = 110,9 J/mol K)

12 5. Ukuran Atom atau Kompleksitas molekul Perbedaan entropi zat dengan fasa sama tergantung pada ukuran atom dan komplesitas molekul Li Na K Rb Cs Jari M molar S o (s)

13 Untuk senyawa, entropi meningkat seiring dengan kompleksitas kimia yaitu dengan semakin banyaknya jumlah atom dalam molekul Hal ini berlaku untuk senyawa ionik dan kovalen NONO 2 N 2 O 4 S o (g) Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul

14 Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu diperhitungkan bagaimana bagian dari melekul dapat bergerak terhadap bagian lain Rantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan bervibrasi dengan lebih banyak cara dibanding rantai pendek CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 S o

15 Latihan Mana entropi yang lebih tinggi 1 mol SO 2 (g) atau 1 mol SO 3 (g) 1 mol CO 2 (s) atau 1 mol CO 2 (g) 3 mol gas oksigen (O 2 ) atau 2 mol gas ozon (O 3 ) 1 mol KBr(s) atau 1 mol KBr(aq) Air laut pada pertengahan musim dingin 2 o C atau pada pertengahan musim panas 23 o C 1 mol CF 4 (g) atau 1 mol CCl 4 (g)

16 Entropi Standar Reaksi  S o rxn  S o rxn =  mS o produk -  nS o reaktan m dan n adalah jumlah individual spesies diwakili oleh koefisien reaksi Jika ammonia terbentuk dari komponen nya, 4 mol gas menghasilkan 2 mol gas karena gas memiliki entropi molar tinggi, terlihat entropi produk kurang dari reaktan sehingga entropi turun selama reaksi N 2 (g) + 3H 2 (g)  2NH 3 (g)  S o rxn = (2 mol NH 3 x S o NH 3 ) – [(1 mol N 2 x S o N 2 ) + (3 mol H 2 x S o H 2 )]  S o rxn = (2 x 193) – [(1 x 191,5) + (3 x 130,6) = -197 J/K

17 Hk kedua menyatakan penurunan entropi sistem hanya dapat terjadi jika entropi lingkungan meningkat melebihinya Peran penting lingkungan adalah dalam memberi panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem (lingk dapat berperan sebagai source or heat sink) Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem, diserap oleh lingkungan ini menyebabkan gerak random partikel dilingkungan meningkat sehingga entropi meningkat q sis 0,  S surr > 0 Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan menurun, q sis > 0, q surr < 0,  S surr < 0

18 Perubahan entropi lingkungan berbanding lurus dengan perubahan panas sistem dan berbanding terbalik dengan temperatur lingkungan sebelum transfer panas  S surr  -q sis, dan  S surr  1/T Kombinasinya menghasilkan  S surr = -q sis /T Jika proses berlangsung pada tekanan konstan, q p sama dengan  H sehingga  S surr = -  H sis /T Kita dapat menghitung  S surr dengan mengukur  H sis dan temperatur ketika perubahan terjadi

19 Contoh Soal Pada 298K pembentukan ammonia memiliki  S o sis negatif N 2 (g) + 3H 2 (g)  2NH 3 (g)  S o sis = -197 J/K Hitung  S o univ dan nyatakan apakah reaksi terjadi spontan pada temperatur ini! Apakah oksidasi FeO(s) menjadi Fe 2 O 3 (s) terjadi secara spontan pada 298 K?

20 Perubahan Entropi dan Keadaan Kesetimbangan Perubahan mengarah kekesetimbangan secara spontan,  S univ > 0 Ketika kesetimbangan tercapai tidak ada lagi daya untuk mendorong perubahan sehingga  S univ = 0. Pada titik ini perubahan entropi pada sistem diikuti perubahan entropi lingkungan dalam jumlah yang sama tetapi berbeda tanda Pada kesetimbangan  S univ =  S sis +  S surr = 0 Atau  S sis = -  S surr

21 Kesetimbangan Uap Air Penguapan 1 mol air pada 100 o C (373 K) H 2 O(l:373 K)  H 2 O(g: 373 K)  S o sis = S o H 2 O(g) – S o H 2 O(l) = 195,9 – 86,8 = 109,1 J/K Sistem menjadi lebih tidak teratur  S surr = -  H o sis /T = -  H o vap /T = -40,7 x 10 3 J/373 K = -109 J/K  S univ = 109 J/K + (-109 J/K) = 0 Saat kesetimbangan tercapai, proses reaksi berlangsung spontan baik arah maju maupun balik

22 Eksotermik dan Endotermik Spontan Reaksi Eksotermik C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g)  6CO 2 (g) + 6H 2 O(g) + kalor CaO(s) + CO 2 (g)  CaCO 3 (s) + kalor Reaksi Endotermik Kalor + Ba(OH) 2 ·8H 2 O(s) + 2NH 4 NO 3 (s)  Ba 2+ (aq) + 2NO 3 - (aq) + 2NH 3 (aq) + 10H 2 O(l)

23 Entropi, Energi Bebas dan Kerja Spontanitas dapat ditentukan dengan mengukur  S sis dan  S surr, tetapi akan lebih mudah jika kita memiliki satu parameter saja untuk menentukan spontanitas Energi bebas Gibbs (G) adalah fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi dari sistem G = H – TS Diajukan oleh Josiah Willard Gibbs 1877

24  S univ =  S sis +  S surr Pada Tekanan konstan  S surr = -  H sis /T  S univ =  S sis -  H sis /T Jika kedua sisi dikalikan –T maka -T  S univ =  H sis - T  S sis atau -T  S univ =  G sis  S univ > 0 spontan   G < 0  S univ 0  S univ = 0 setimbang   G = 0

25 Menghitung Perubahan Energi Bebas Standar  G o sis =  H o sis - T  S o sis Energi bebas Gibbs juga dapat dihitung (karena ia fungsi keadaan) dari energi bebas produk dan reaktan  G o rxn =  m  G o f(produk) -  n  G o f(reaktan) Catatan :  G o f suatu unsur pada keadaan standarnya adalah nol


Download ppt "TERMODINAMIKA ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google