KIMIA FISIKA I NANIK DWI NURHAYATI,S.SI, M.SI nanikdn.staff.uns.ac.id nanikdn.staff.fkip.uns.ac.id nanikdn@uns.ac.id 081556431053 / (0271) 821585

HUKUM TERMODINAMIKA HUKUM TERMODINAMIKA KE NOL HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA HUKUM TERMODINAMIKA KETIGA

Hukum Termodinamika Kedua dan Entropi

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, Ssurr > 0 Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan menurun, qsis > 0, qsurr < 0, Ssurr < 0

Eksotermik Fe2O3(s) + 2 Al(s) ---> 2 Fe(s) + Al2O3(s) ∆H = - 848 kJ

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) + O2 (g) Fe2O3 (s) 3 2 Horxn = -826 kJ Senyawaion sca spontan membentuk unsurnya dgn melepas kalor: 1 2 Horxn = -411 kJ Na(s) + Cl2 (g) NaCl(s) 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) Horxn = -6,02 kJ (eksotermik; spontan pada T < 0oC) H2O(s) H2O(l) 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, Suniv > 0 Ketika kesetimbangan tercapai shg Suniv = 0. Pada titik ini perubahan entropi sistem diikuti perubahan entropi lingkungan (Ssurr ) 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  Suniverse = Ssistem + Slingkungan = 0 Ssis = -Ssurr

∆Suniverse =∆Ssystem + ∆Ssurroundings NH4NO3 in water—an entropy driven process. ∆Suniverse =∆Ssystem + ∆Ssurroundings

Suniv = Ssis + Ssurr Pada Tekanan konstan Ssurr = -Hsis/T Suniv = Ssis - Hsis/T Jika kedua sisi dikalikan –T maka -TSuniv = Hsis - TSsis atau -TSuniv = Gsis Suniv > 0 spontan  G < 0 Suniv < 0 non spontan  G > 0 Suniv = 0 setimbang  G = 0

Entropy For H2O (liq) ---> H2O(g) ∆H = q = + 40,700 J/mol ∆S = q/T where q = heat transferred in phase change For H2O (liq) ---> H2O(g) ∆H = q = + 40,700 J/mol

Kesetimbangan Uap Air Penguapan 1 mol air pada 100oC (373 K) H2O(l:373 K)  H2O(g: 373 K) Sosis = So H2O(g) – So H2O(l) = 195,9 – 86,8 = 109,1 J/K Sistem menjadi lebih tidak teratur Ssurr = -Hosis/T = -Hovap/T = -40,7 x 103 J/373 K = -109 J/K Suniv = 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 ∆Horxn = ∆Hosystem = -571.7 kJ ∆Sosurroundings = +1917 J/K

So Entropi dari suatu zat pd keadaan standar 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 untuk reaksi yang terjadi pada1 atm dan 250C. rxn aA + bB cC + dD DS0 rxn dS0(D) cS0(C) = [ + ] - bS0(B) aS0(A) DS0 rxn 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 DS0 rxn = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)] DS0 rxn = 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(CO2) = 213,6 J/K•mol S0(O2) = 205,0 J/K•mol DS0 rxn = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)] DS0 rxn = 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 13/04/2017

Suniv = Ssis + Ssurr > 0 Ssis > - Ssurr 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