KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA

1. KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA Endang Susilowati Prodi Pendidikan Kimia FKIP UNS

5. KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA • Termodinamika mempelajari hubungan antara panas, kerja dan energiserta perubahan-perbahan yang diakibatkannya terhadap sistem • Sistem kesetimbangan dalam termodinamika 1. Kesetimbangan termal 2. Kesetimbangan mekanik 3. Kesetimbangan material Istilah – istilah penting dalam termodinamika kimia : • sistem : bagian dari alam semesta yang kita amati atau yang dipelajari • lingkungan : bagian diluar sistem yang yang masih berpengaruh ataudipengaruhi oleh sistem • Batas (boundary) : bagian yang memisahkan sistem dengan lingkungan.

6. INTERAKSI SISTEM DAN LINGKUNGAN • Berdasarkan sifat interaksi antara sistem dan lingkungan, sistem dibedakan : • Sistem terbuka, antara sistem dan lingkungan masih terjadi pertukaran energi dan materi ( dq ≠ 0 ; dm ≠ 0) • Sistem tertutup; hanya dimungkinkan adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan (dq ≠ 0 ; dm = 0) • Sistem terisolasi / tersekat ; tidakdimungkin-kan adanya perubahan materi atau energi (dq = 0 ; dm = 0)

7. Variabel Termodinamika • Variabel intensif : variabel termodinamika yg tidak tergantung pada jumlah materi. • Contoh: Temperatur, tekanan, massa jenis, titik didih, pH, Tegangan muka, Indeks bias, kekentalan, panas spesifik • Variabel ekstensif : variabel termodinamika yg tergantung pada jumlah materi. • Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi, entropi

8. Proses Termodinamika • Proses termodinamika • Operasi yang menyebabkan keadaan sistem berubah • Ada beberapa jenis proses termodinamika : • Proses Isotermis , dT = 0, tidak ada perubahan temperatur sistem • Proses Adiabatik, dq = 0, tidak ada pertukaran panas antara sistem dengan lingkungan • Proses Isobaris , dP = 0, tekanan sistem konstan • Proses Isokoris, dV = 0, tidak ada perubahan volume sistem • Proses Siklis, dU = 0, dH = 0, Sistem melakukan beberapa proses yang berbeda tetapi akhirnya kembali pada keadaan semula • Proses reversibel (Proses dapat balik ) : suatu proses yang berlangsung sedemikian hingga setiap bagian yang mengalami perubahan dikembalikan pada keadaan semula tanpa menyebabkan suatu perubahan lain. • Proses irreversibel (proses tak dapat balik) : proses yang berlangsung dalam satu tahap, arahnya tak dapat dibalik kecuali dengan tambahan energi luar

9. Fungsi Keadaan dan Fungsi Proses • • Suatu variabel termodinamika dikatakan sebagai fungsi keadaan jika hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir saja, tidak tergantung pada jalannya proses. • Contoh : entalpi (H), energi dalam (U) • • Suatu variabel termodinamika dikatakan sebagai fungsi proses jika besarnya tergantung pada jalannya proses. • contoh : kerja (w) dan Kalor (q) • Suatu variabel termodinamika dapat dibuktikan sebagai fungsi keadaan jika differensialnya bersifat eksak. Sehingga jika differensialnya tidak eksak maka variabel tersebut merupakan fungsi proses.

10. Differensial eksak • jika z = f(x,y), perubahan kecil z sebesar dx pada y konstan dinyatakan sebagai dz = (∂z/∂x)y dx • jika z = f(x,y), perubahan kecil z sebesar dy pada x konstan dinya- takan sebagai dz = (∂z/∂y)x dy Perubahan z dengan merubah secara serentak dx dan dy dinyatakan: dz = (∂z/∂x)y dx + (∂z/∂y)x dy (1.1) Jika : (∂z/∂y)y = M(x,y) (∂z/∂y)x = N(x,y) Maka persamaan (1.1) menjadi : dz = M(x, y) dx + N(x,y) dy (1.2) Differensial tersebut dikatakan eksak jika dipenuhi : (∂M/∂y)x = (∂N/∂x)y atau (1.3) (∂2z/∂ydx) = (∂2z/∂x∂y) (1.4) Persamaan (1.3) dan (1.4) ditafsirkan sebagai : variabel z sebagai fungsi x dan y jika berubah sebesar dz sebagai akibat perubahan dx dan dy akan mempunyai harga yang sama jika diubah dengan cara : - dx dulu (pada y konstan) , kemudian dy (pada x konstan) atau - dy dulu (pada x konstan), kemudian dx (pada y konstan)

11. Aturan Rantai Siklis Dari persamaan (1.1): dz = (∂z/∂x)y dx + (∂z/∂y)x dy Pada perubahan yang sangat kecil pada y konstan (dy = 0) menjadi : dzy = (∂z/∂x)y dxy (1.5) Bila dibagi dengan dzy didapat : 1 = (∂z/∂x)y∂xy/∂zy = (∂z/∂x)y(∂x/∂z)y Sehingga : (∂z/∂x)y = 1 / (∂x/∂z)y (1.6) Dari persamaan (1.1) pada z konstan (dz=0) diperoleh : 0 = (∂z/∂x)y dx + (∂z/∂y)x dy Bila dibagi dengan dyz didapat : 0 = (∂z/∂x)y (∂x/∂y)z + (∂z/∂y)x (1.7)

12. (∂z/∂x)y (∂x/∂y)z = -(∂z/∂y)x = -1 (∂z/∂y)x = -1 / (∂y/∂z)x Atau : (∂z/∂x)y(∂x/∂y)z (∂y/∂z)x = -1 Persamaan 1.8 disebut aturan siklis yang banyak berguna dalam penye- lesaian termodinamika : - (∂z/∂y)x = - (∂z/∂x)y (∂x/∂y)z - (∂z/∂y)x = -(∂z/∂x)y / (∂y/∂x)z - (∂z/∂y)x = - (∂x/∂y)z (∂x/∂z)y

13. Koefisien Ekspansifitas () dan Koefisien kompresibiltas () • Koefisien ekspansifitas didefinisikan sebagai laju perubahan volumesistem karena pengaruh suhu pada tekanan konstan, dirumuskan:  = 1/V (∂V/∂T)p • Koefisien kompresibilitas didefinisikan sebagai laju perubahan volume sistem yang disebabkan pengaruh tekakan temperatur konstan, dirumuskan: K = -1/V (∂V/∂p)T • Hubungan antara  dan K dinyatakan: /K = (∂p/∂T)V(buktikan!!!)

14. Soal-soal • Dengan menggunakan perumusan diferensial eksak dan non eksak, tentukan apakah fungsi berikut termasuk diferensial eksak atau non eksak • z = xy3 dengan z = f (x,y) • z = 2y3 + 3x2 dengan z = f(x,y) • V =  r2h dengan V = f (r,h) • Diketahui P = RT/(V-b) dengan V = f(p,T). Buktikan bahwa P, T, V merupakan fungsi keadaan • Tunjukkan bahwa kerja dan kalor adalah fungsi