Entropi yang Menyertai Proses-Proses Khusus Fatin Oktavianti 16630105

Entropi transisi fasa temperatur transisi Karena terjadi perubahan derajat keteraturan molekular ketika suatu zat membeku atau mendidih, kita dapat mengharapkan adanya perubahan entropi. Pada temperatur transisi Tt (seperti titik beku), sistem ada dalam kesetimbangan (contoh : pada titik beku, padatan dan cairan ada dalam kesetimbangan) dan temperatur sistem sama dengan temperatur lingkungan. Oleh karena itu, energi dipindahkan sebegai kalor antar sistem dan lingkungannya secara reversibel dan isotermal. Karena pada tekanan tetap q = ∆Htrs, perubahan entropi sistem adalah : ∆S = ∆𝐻𝑡𝑟𝑠 𝑇𝑡 Jika transisi fase bersifat eksoterm (∆Htrs < 0, seperti pada pembekuan), perubahan entropi bernilai negatif. Hal ini sesuai dengan sistem yang menjadi lebih teratur. Jika transisinya endoterm (∆Htrs > 0, seperti pada pelelehan), perubahan entropinya bernilai positif, sesuai dengan sistem yang menjadi lebih tak teratur. Pelelehan dan penguapan adalah proses endoterm, sehingga keduanya diikuti dengan kenaikan entropi sistem. Hal ini sesuai dengan cairan yang menjadi lebih tak teratur ketimbang padatan, dan gas lebih tak teratur ketimbang cairan.

Pemuaian gas sempurna Perubahan entropi gas sempurna yang memuai secara isotermal dari Vi ke Vf : ∆S = n.R ln 𝑉𝑓 𝑉𝑖 Bentuk ini berlaku baik untuk perubahan keadaan secara reversibel maupun tak-reversibel (karena S termasuk fungsi keadaan dan tidak bergantung pada jalan). Jika perubahannya reversibel, perubahan entropi lingkungan (yang berada dalam kesetimbangan termal dan kesetimbangan mekanis denagn sistemnya) haruslah sedemikian rupa agar ∆stotal = 0. Oleh karena itu, dalam hal ini, perubahan entropi lingkungan adalah : ∆S’ = -n.R ln 𝑉𝑓 𝑉𝑖 Jika tak ada kerja dilakukan (w = 0), dan jika temperatur tetap (berarti ∆U = 0), tak ada energi yang dipindahkan antar sistem dan lingkungannya sebagai kalor (q = 0). Akibatnya, entropi lingkungan tidak berubah. Entropi sistem berubah dengan jumlah yang sama seperti sebelumnya (persamaaan 2, karena entropi termasuk fungsi keadaan), sehingga perubahan entropi keseluruhan dari sistem global terisolasi adalah : Bentuk ini adalah bentuk eksplisit untuk menghitung sejauh mana entropi sistem global terisolasi bertambah selama perubahan tak-reversibel.

Perubahan entropi jika sistem dipanaskan Menghitung entropi sistem pada temperatur Tf dari nilainya pada Ti : S(Tf) = S(Ti) + 𝑇𝑖 𝑇𝑓 𝑑𝑞 𝑟𝑒𝑣 𝑇 Perubahan entropi jika sistem dikenai tekanan tetap (seperti di atmosfer) selama pemanasan. Definisi kapasitas kalor : dqrev = Cp dT, selama sistem tidak melakukan kerja bukan pemuaian. Tekanan tetap : S(Tf) = S(Ti) + 𝑇i 𝑇𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 𝑇 Volume tetap : S(Tf) = S(Ti) + 𝑇i 𝑇𝑓 𝐶𝑣 𝑑𝑇 𝑇 Bentuk ini memungkinkan kita untuk mengetahui entropi suatu zat pada sembarang temperatur, asalkan kapasitas kalor sudah diukur pada rentang tertentu. Untuk gas, sering terjadi Cp tidak bergatung pada temperatur di sekitar rentang menengah sehingga pada tekanan uap : S(Tf) = S(Ti) + Cp 𝑇i 𝑇𝑓 𝑑𝑇 𝑇 = S(Ti) + Cp ln 𝑇𝑓 𝑇𝑖

Pengukuran entropi Entropi sistem pada temperatur T dapat dihubungkan dengan entropi pada T = 0 dengan mengukur kapasitas kalor Cp pada temperatur berbeda-beda dan mengevaluasi integral pada persamaan 3. Pada setiap transisi fase, entropi harus ditambahkan (∆Htrs/Tt). Misalnya, jika suatu zat meleleh pada temperatur Tf dan mendidih pada temperatur Tb, entropi diatas temperatur didihnya adalah : S(T) = S(0) + 0 𝑇𝑓 𝐶𝑝(𝑝𝑎𝑑𝑎𝑡𝑎𝑛) 𝑑𝑇 𝑇 + 𝐻𝑓𝑢𝑠 𝑇𝑓 + 0 𝑇1 𝐶𝑝(𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛) 𝑑𝑇 𝑇 + ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 𝑇𝑏 + 0 𝑇1 𝐶𝑝(𝑔𝑎𝑠) 𝑑𝑇 𝑇 Semua sifat yang diperlukan, kecuali S(0), dapat diukur secara kalorimetri, dan integral- integralnya dapat dievaluasi secara grafis, atau yang sekarang lebih umum adalah dengan integrasi numerik pada komputer. Hal ini digambarkan bahwa pada daerah di bawah kurva Cp/T terhadap T adalah integral yang diperlukan. Karena dT/T = d ln T, prosedur alternatif adalah dengan membuat grafik antara Cp terhadap ln T.