1 / 34

Proses Spontan dan Kesetimbangan Termodinamika

Proses Spontan dan Kesetimbangan Termodinamika. Referensi : Prinsip-prinsip Kimia Modern ( Oxtoby , Gillis dan Nachtrieb ). Garis Besar. Kuliah hari ini akan membahas tentang proses reaksi Apakah reaksi tersebut berlangsung secara spontan pada kondisi yang dipilih ?

latika
Download Presentation

Proses Spontan dan Kesetimbangan Termodinamika

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ProsesSpontandanKesetimbanganTermodinamika Referensi : Prinsip-prinsip Kimia Modern (Oxtoby, Gillis danNachtrieb)

  2. GarisBesar Kuliahhariiniakanmembahastentangprosesreaksi • Apakahreaksitersebutberlangsungsecaraspontanpadakondisi yang dipilih? • Jikareaksitersebutberjalanspontan, apa yang menentukannisbahantaraprodukdanreaktanpadakeadaankesetimbangan?

  3. GarisBesar • JawabanataspertanyaantersebutakanmelibatkanHukumTermodonamikaKeduadanmemperkenalkansebuahfungsibaruyaituentropi (S) • Bilaprosesspontandilakukanpada T tetapdan P tetap, keadaanspontanitasdankesetimbangandapatdinyatakandenganlebihmudahdalambentukfungsiEnergiBebas Gibbs yang diturunkandari S

  4. 1. Sifat-SifatDasarProsesSpontan

  5. ArahProsesspontan(227) • Panasmengalirdaribendapanaskebendadinginbilasalingdidekatkan • Gas berekspansikedaerah yang bertekananlebihrendah • Difusiwarnasecarameratakedalam air • Larutnyasukrosadalam air • Aseton yang menguapkeseluruhruangan • Mencampurfosforusmerahpadatdenganbromincairdanmengamatisuatureaksikimiaeksotermik

  6. Arahspontanitasuntuksetiapprosesjelasdaripengamatanawaldanakhirtanpamelihatlintasannya. • Entropimerupakanfungsikeadaanuntukmenunjukkanarahprosesspontan • Prosesspontanberjalandenganberinteraksinyaantarzatdenganmenghilangkanrintangan. Sistembertukarenergidanzat, dan volume keduasistembisaberubah • Terbentuksemestatermodinamika

  7. 2. EntropidanSpontanitas: SebuahPenafsiranStatistikMolekul

  8. Spontanitas(230) • Ketikapembatasdiangkat, gas berekspansimengisisemuaruang yang tersediakarenakonfigurasimolekul yang lebihhomogenjauhlebihbesarprobabilitasnya. Dengancara yang sama, gas tidakpernahmengalamikompresispontankedalam volume yang lebihkecil, karenakonfigurasimolekul yang tidakhomogenadalah yang paling kecilprobabilitasnyabilapembatastidakada

  9. Arahperubahanspontanadalahakibatdaribesarnyajumlahmolekuldalamsistemmakroskopik yang ditanganiolehtermodinamika • Spontanitasdialamdiakibatkanolehperilakuacakdanstatistikdarisejumlahbesarmolekul.

  10. HubunganEntropiTerhadapJumlahKeadaanMikro(230) • Keadaanmikro (Ω) merupakankeadaanmikroskopiksuatusistem, dicirikanolehdistribusikhasmolekuldiantaraposisidanmomemtum yang dapatdicapainya • Ketikapembatasdiambil, molekul-molekultersebutbebasuntuk TINGGAL ditempatmerekasemula, tetapimerekajugabebasbergerakdiseluruh volume keduagabungandaerahtersebut yang lebihbesar.

  11. Nilainumerikdarientropisuatusistemmakroskopik yang beradadalamsuatukeadaantermodinamikatertentumerupakanhasilukurdariberbagaimacamgerakan yang mungkin (artinya, berbagaimacamposisidan momentum yang mungkin) yang bisadilakukanbilasistemdijagadalamkeadaantermodinamikatertentu. Setiapperubahandalamsifat-sifatmakroskopik yang memungkinkanmolekulberpindahkeruangan yang lebihbesarataumenaikkankecepatanmolekulakanmeningkatkanentropisistem.

  12. Hubunganantaraentropidengangerakanmolekuldilakukanmelaluijumlahkeadaanmekanikmikroskopikataukeadaanmikro, yang dipunyaimolekuldalamsistem. • Keadaanmikromenghitungsemuakombinasiposisidan momentum yang mungkinbagi N molekuldalamsistem, bilasistemmempunyaienergi E dan volume V • Persamannya S = kBlnΩ • kBmerupakantetapan Boltzmann didefinisikansebagai R/N0, yaitunisbahantaratetapan gas umum R denganbilangan Avogadro N0

  13. Entropidanketidakteraturan • Suatusistem yang teraturmempunyaientropi yang rendahkarenamolekul-molekulnyadijaga agar hanyamenempatiposisitertentudidalamruang. Padasaatpembatasdiambilsehinggamolekul-molekulbebasbergeraklebihbanyaktempatlagi, ketidakteraturnabertambahdanentropimuncul. • Dalamzatpadat atom danmolekuldijaga agar tetapberdekatandenganposisikesetimbangan, sementaradalamkondisicairmerekadapatbergerakjauhdariposisiteratur

  14. 3. EntropidanKalor: DasarEksperimenHukumKeduaTermodinamika

  15. LatarbelakangHukumKeduaTermodinamika • Tidakada yang dapatmemindahkanpanasdarisuatusumber yang lebihdinginkesumber yang lebihpanastanpaadanyapengeluarankerja (Rudolf Clausius) • Tidakadaalat yang dapatmengubahseluruhpanas yang diambildarisebuahsumbermenjadikerjatanpamenimbulkanefeklainnya (Lord Kelvin). • Hal inimenunjukkanbahwapanasselalumengalirsecaraspontandaribenda yang lebihpanaskebenda yang lebihdingindankerjaselaludiperlukanuntukmendinginkansebuahbenda

  16. DefinisiEntropi • Hukumkeduatermodinamika: Dalamprosesspontan yang nyata, entropisemesta (sistem plus sekitarnya) harusmeningkat; ЛSuniv> 0 • Entropimerupakansifatkeadaansuatusistem yang menyatakantingkatketakteraturan; berkaitandenganjumlahkeadaanmikro yang tersediabagimolekulsistemtersebut • Dimensi J K-1 • ЛS = dqrev/T

  17. 4. PerubahanEntropidanSpontanitas

  18. ΔSsisuntukprosesIsotermal ΔS = qrev / T • Kompresi gas ideal qrev = nRTln (V2/V1) ΔS = nRTln (V2/V1) Entropiakanbertambahselamaekspansi gas danberkurangselamakompresi. Penafsiran Boltzmann secaramolekuler, besaranΩakanbertambahseiringdenganberkembangnya volume dansebaliknya

  19. TransisiFasa ΔS = qrev / Tf = ΔHfus / Tf Entropibertambahbilasuatuzatmencairataumenguapdansebaliknya. Penafsiran Boltzmann secaramolekulerbilazatpadatmencairataumenguap, sistemtersebutakansemakintidakteratur (jumlahkeadaanmikro yang bisadiaksesbertambah) danentropiakannaik

  20. Aturantrautonmenyatakanmagnitudoperubahanentropipenguapan molar zatcair ΔSvap = 88 ± 5 J K-1 mol-1

  21. ΔSsisuntukprosesSuhu yang Berubah • ΔSv = ncvln (T2/T1) (V tetap) • ΔSp = ncpln (T2/T1) (P tetap) • cp > cvsehinggaΔSp > ΔSv • Gas yang dipanaskanpada V tetapakanmengalamikenaikanΩ yang lebihbesardaripada gas yang dipanaskanpada V tetapsehinggaakanmengalamikenaikan S yang lebihbesar pula.

  22. ΔS untukLingkungan • Kapasitaspanaslingkunganharussangatbesarsehinggapanas yang dipindahkanselamaprosestidakmengubahsuhubejana. Panas yang didapatkanolehlingkunganselamaprosesadalahpanas yang hilangdarisistem. Jikaprosespada P tetap, maka qling = -ΔHsis • Perubahanentropilingkungan ΔS ling = -ΔHsis/ Tling • Jikaproseseksotermikmakaentropilingkunganakanpositif, dansebaliknya

  23. ΔStotuntukSistemditambahLingkungan • Pendinginanspontansuatubendapanas bilasebuahlogampanasdidinginkandenganmencelupkansecaratiba-tibakedalamsebuahbejanadingin, makaterjadiprosesspontanmengalirnyapanasdarilogamkebejanasampaisuhukeduanyasama. Prosesinidisertaidengankenaikanentropi total untuksemestatermodinamikprosestersebut. ∆Stotal = ∆Slogam + ∆Sbejana

  24. Ekspansitakreversibeldarisuatu gas ideal kerja yang dilakukanolehsistem (-w) bilamelakukanekspansiisotermaltakreversibelselalulebihkecildaripadaekspansi yang dilakukansecarareversibel w = -⌡PekstdV selamaekspansiPekstlebihkecildaripadatekanan gas P. Untukekspansirevesibel, Peksthanyasedikitlebihkecil (sehinggasistemselalumendekatikesetimbangan), tetapiuntukekspansitakreversibelPekstterukurlebibkecil. Lihatgambar 8.7

  25. Termodinamikaalamdarisuatuproses (yaitusistemditambahlingkungan)dalamsistemterisolasi • Dalamsebuahprosesreversibel, entropi total sistemdenganlingkungantidakberubah • Dalamprosestakreversibel, entropi total sistemdenganlingkunganpastibertambah • Sebuahprosesdimana ∆Stotal< 0 tidakmungkinterjadi

  26. 5. HukumKetigaTermodinamika

  27. HukumKetigaTermodinamika Dalamsetiapprosestermodinamika yang hanyamelibatkanfasamurnipadakesetimbangan, perubahanentropi ∆S mendekatinolpadasuhunolmutlak; juga, entropizatkristalinmendekatinol Entropidarisetiapzatmurni (unsuratausenyawa) dalamkeadaankesetimbanganmendekatinolpadasuhunolabsolut

  28. Penafsiranmikroskopikentropi (berdasarkanmekanikakuantumdantermodinamikastatistik) menjelaskanbahwapadasaatsuhumendekatinilainolabsolut, jumlahkeadaanmikro yang adapadasuatuzatpadakeadaankesetimbanganturundengancepatmendekatisatu, sehinggaentropiabsolut yang didefinisikansebagai kb lnΩharusmendekatinol

  29. EntropiKeadaanStandar So • Entropireaksistandar (∆So) merupakanperubahanentropiuntukreaksi yang menghasilkanprodukdalamkeadaanstandar, darireaktan yang jugaberadadalamkeadaanstandarnya (25oC dan 1 atm) • Dimensi J K-1 mol-1

  30. 6. EnergiBebas Gibbs

  31. ∆Stot > 0 reaksispontan • ∆Stot = 0 reaksireversibel • ∆Stot < 0 tidakmungkin • ∆Stotmerupakankriteriaumumuntukmengkajispontanitasatauketidakmungkinansuatuproses, membutuhkanperhitunganperubahanentropiuntuklingkungandansistem • G = energibebas Gibbs digunakanuntukmenghitung ∆Stotdenganmudah

  32. PengembanganEnergiBebas Gibbs • Padatekanantetap, ∆Hsis = qp, sehinggapanas yang dipindahkankelingkunganadalah –qp = -∆Hsis. Jikalingkungandijagapadasuhutetapselamaproses, perpindahanpanasharusmempunyaipengaruh yang samapadalingkunganseperti yang akanterjadiuntukperpindahanreversibeldarijumlahpanas yang sama. ∆Sling = -∆Hsis/T ∆Stot = ∆Ssis + ∆Sling = ∆Ssis –(∆Hsis/T) = -(∆Hsis - T∆Ssis)/T

  33. Karena T tetap, maka ∆Stot = -∆(Hsis – T Ssis)/T G = H – TS ∆Stot = -∆Gsis/T karenasuhuabsolut T selalupositif, ∆Stotdan ∆Gsisharusmempunyaitanda yang berlawananuntukproses yang terjadipada T dan P tetap, sehingga • ∆Gsis < 0 prosesspontan • ∆Gsis = 0 prosesreversibel • ∆Gsis > 0 prosestakspontan

  34. SUDAH PUSINGGGGGGGGGG

More Related