12
MAKALAH ENTALPI, HUKUM TERMODINAMIKA II, DAN ENTROPI
TERMODINAMIKA MATERIAL 02
REGULER
KELOMPOK 12
Disusun Oleh :
Muhammad Fadlilah : 1306370335 (23)
Jang Jin Joo : 1306399071 (24)
TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
2014
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis penjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul "Entalpi, Entropi, dan Hukum II Termodinamika".
Penulisan makalah merupakan salah satu tugas yang diberikan dalam mata kuliah Termodinamika Material di Jurusan Teknik Metalurgi dan Material. Tugas ini dimulai dengan membahas apa itu entalpi, menjelaskan Hukum Hess, Hukum II termodinamika, Mesin kalor, dan entropi
Dalam Penulisan makalah ini penulis merasa masih banyak kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang penulis miliki. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini. Dan tak lupa menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan makalah ini.
Akhirnya penulis berharap semoga tugas ini bermanfaat, dan dapat memberikan ilmu yang baik bagi para pembaca. Terima kasih.
Depok, 22 September 2014
Tim Penulis
DAFTAR ISI
Kata Pengantar 2
Daftar Isi 3
Bab I Pendahuluan 4
Bab 2 Isi 5
Entalpi 5
Hukum Hess 6
Hukum II Termodinamika 7
Entropi 10
Referensi 14
BAB I
PENDAHULUAN
Termodinamika membahas tentang sistem keseimbangan (equilibrium), yang dapat digunakan untuk mengetahui besarnya energi yang diperlukan untuk mengubah suatu sistem keseimbangan, tetapi tidak dapat dipakai untuk mengetahui seberapa cepat (laju) perubahan itu terjadi karena selama proses sistem tidak berada dalam keseimbangan. Suatu sistem tersebut dapat berubah akibat dari lingkungan yang berada di sekitarnya. Sementara untuk aplikasi dalam materialnya, termodinamika membahas material yang menerima energi panas atau energi dalam bentuk yang berbeda-beda.
Dalam termodinamika, terdapat hukum-hukum yang menjadi syarat termodinamika. Di dalam hukum-hukum tersebut terdapat rumus-rumus yang berbeda pula, sesuai dengan permasalahan yang ada. Ada Hukum 0 Termodinamika atau biasa disebut sebagai Hukum awal Termodinamika, lalu ada Hukum 1 Termodinamika, Hukum 2 Termodinamika, dan Hukum 3 Termodinamika.
Di dalam Hukum 1 Termodinamika itu sendiri, menjelaskan tentang energi yang ada dalam suatu sistem dalam termodinamika. Hukum I Termodinamika juga menjelaskan tentang entalpi. Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi juga merupakan transfer panas antara sistem dan lingkungan yang ditransfer dalam kondisi tekanan konstan (isobarik).
Di dalam Hukum II Termodinamika, menjelaskan tentang entropi. Entropi merupakan suatu ukuran kalor atau energi yang tidak dapat diubah. Dalam Hukum II Termodinamika, terdapat sistem yang disebut Mesin Carnot/Kalor dan Mesin Pendingin.
BAB II
ISI
Entalpi
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (ΔE). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (ΔH).
ΔH = Hp – Hr
dengan:
ΔH = perubahan entalpi
Hp = entalpi produk
Hr = entalpi reaktan atau pereaksi
a. Bila H produk > H reaktan, maka ΔH bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.
b. Bila H reaktan > H produk, maka ΔH bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.
Gambar 1. Perubahan Entalpi pada Sistem
Hukum Hess
Dalam perubahan entalpi, terdapat hukum yang dinamakan Hukum Hess. Hukum Hess adalah hukum yang menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi akan sama walaupun reaksi tersebut terdiri dari satu langkah atau banyak langkah. Perubahan entalpi tidak dipengaruhi oleh jalannya reaksi, melainkan hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir.
Hukum Hess mempunyai pemahaman yang sama dengan hukum kekekalan energi, yang juga dipelajari di hukum pertama termodinamika. Hukum Hess dapat digunakan untuk mencari keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi kimia. Perhatikan diagram berikut:
Gambar 2. Diagram Hukum Hess
Diagram di atas menjelaskan bahwa untuk mereaksikan A menjadi D, dapat menempuh jalur B maupun C, dengan perubahan entalpi yang sama (ΔH1 + ΔH2 = ΔH3 + ΔH4).
Jika perubahan kimia terjadi oleh beberapa jalur yang berbeda, perubahan entalpi keseluruhan tetaplah sama. Hukum Hess menyatakan bahwa entalpi merupakan fungsi keadaan. Dengan demikian ΔH untuk reaksi tunggal dapat dihitung dengan:
ΔHreaksi = ΔHf (produk) - ΔHf (reaktan)
Jika perubahan entalpi bersih bernilai negatif (ΔH < 0), reaksi tersebut merupakan eksoterm dan bersifat spontan. Sedangkan jika bernilai positif (ΔH > 0), maka reaksi bersifat endoterm.
Perhatikan diagram berikut:
Pada diagram di atas, jelas bahwa jika C (s) + 2H2 (g) + O2 (g) direaksikan menjadi CO2 (g) + 2H2 (g) mempunyai perubahan entalpi sebesar -393,5 kJ. Walaupun terdapat reaksi dua langkah, tetap saja perubahan entalpi akan selalu konstan (-483,6 kJ + 90,1 kJ = -393,5 kJ).
Ketergantungan ΔH dengan temperatur
Pada umumnya entalpi reaksi tergantung pada temperatur walaupun dalam banyak reaksi ketergantungan ini sangat kecil sehingga sering diabaikan.
H untuk reaksi aA + bB cC + dD
H = c HC +d HD – a HA – b HB
Bila persamaan tadi didefinisikan terhadap temperatur pada tekanan tetap didapatkan :
Ingat bahwa
Hukum II Termodinamika
Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, "Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".
Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".
Mesin Kalor
Mesin kalor atau yang biasa disebut dengan mesin carnot adalah suatu alat yang menggunakan panas/kalor (Q) untuk dapat melakukan kerja (W). Alat ini tidak ideal, pasti ada kalor yang terbuang walaupun hanya sedikit. Ada beberapa ciri khas yang menggambarkan mesin kalor, yaitu :
Kalor yang dikirimkan berasal dari tempat yang panas (reservoir panas) dengan temperatur tinggi lalu dikirimkan ke mesin.
Kalor yang dikirimkan ke dalam mesin sebagian besar melakukan kerja oleh zat yang bekerja dari mesin, yaitu material yang ada di dalam mesin melakukan kerja.
Kalor sisa dari input dibuang ke temperatur yang lebih rendah yang disebut reservoir dingin
Gambar 3. Skema Mesin Kalor
Mesin kalor bekerja menurut siklus carnot, siklus carnot bekerja dalam 4 tahap proses, tetapi hanya isotermal dan adiabatik.
Gambar 4. Siklus Carnot
Tahap pertama yaitu isotermal reversibel secara ekspansi atau penurunan tekanan, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan A sampai B
Tahap kedua yaitu adiabatik reversibel secara ekspansi, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan B sampai C
W = Cv (T1 – T2) = Cv (TH – TC)
Tahap ketiga yaitu isotermal reversibel secara kompresi atau penaikan tekanan, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan C sampai D
Tahap keempat yaitu adiabatik reversibel secara kompresi, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan D kembali ke A
Ketika sistem tersebut melakukan siklus, tak ada perubahan energi dalam sistem. Itu sesuai dengan Hukum I Termodinamika
QH : besarnya input kalor
QC : besarnya kalor yang dibuang
W : kerja yang dilakukan
Dalam mesin carnot, ada yang dinamakan efisiensi mesin. Efisiensi dari suatu mesin didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan (W) dengan kalor yang masuk (QH).
Atau bisa juga dalam bentuk
Entropi
Entropi merupakan sifat keadaan suatu sistem yang menyatakan tingkat ketidakteraturan, berkaitan dengan jumlah keadaan mikro yang tersedia bagi molekul sistem tersebut. entropi juga dapat didefinisikan sebagai kecenderungan sistem untuk berproses ke arah tertentu. Entropi dapat dihasilkan, tetapi tidak dapat dimusnahkan.
Entalpi tidak dapat memprediksi apakah reaksi spontan atau tidak. Tetapi Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa total entropi sistem dan lingkungannya selalu bertambah untuk proses spontan. Entropi meningkat seiring dengan kebebasan dari molekul untuk bergerak.entropi dilambangkan dengan huruf (S)
S(g) > S(l) > S(s)
Gambar 5. Besar Entropi pada Padat, Cair, dan Gas
Entropi dan Hukum II Termodinamika
Hukum II termodinamika kedua:
Entropi semesta (sistem + lingkungan) selalu naik pada proses spontan dan tidak berubah pada proses kesetimbangan. Untuk proses spontan,perubahan entropi (dS) dari suatu sistem adalah lebih besar dibanding panas dibagi temp mutlak
DSsemesta = DSsis + DSling > 0 proses spontan
Sementara untuk proses reversibel, yaitu :
DSsemesta = DSsis + DSling = 0 proses kesetimbangan
Proses pada tekanan tetap
Panas yang mengalir ke benda QP = CP dT
Sehingga pada tekanan tetap, perubahan entropi akan naik
Reservoir, pada suhu tetap T2
Perubahan entropi pada saat suhu tetap T2 menjadi semakin kecil, tetapi perubahan entropinya tetap positif.
Hubungan antara hukum I Termodinamika dengan Hukum II Termodinamika yaitu
Hukum I : dQ = dU + dW dW = PdV
Hukum II : dQRev = TdS
Sehingga TdS = dU + PdV
Hubungan energi dalam (U) dengan entropi (S) dan volume (V)
dU = TdS – PdV
dU = TdS – PdV didiferensial dengan volume konstan terhadap suhu (T)
Sementara itu, entalpi juga dapat dihubungkan dengan entropi, yaitu :
H = U + PV
dH = dU + PdV + VdP……. TdS = dU + PdV
dH = TdS - PdV + PdV + VdP
dH = TdS + VdP
lalu didiferensialkan dengan tekanan tetap terhadap suhu (T)
Entropi pada gas ideal
dU = TdS – PdV
dS = dU/T + PdV/T
dS = CvdT/T+ nRdV/V
dS = Cv d lnT + nR d lnV
Pada proses adiabatik reversibel
Q =0
S = 0
Perubahan entropi dengan gas ideal pada proses isotermal
T = 0 ; U = 0
dQ = dW = PdV
dS = dQ/T
Standard molar entropi
Standar molar entropi adalah entropi dari 1 mol zat murni pada tekanan 1 atm dan pada suhu 25°C. reaksi entropi standar yaitu :
S° = nS°(products) – nS°(reactants)
Entropi dalam reaksi kimia
Jika ada reaksi aA + bB cC + dD (25oC)
S0t = S0produk - S0reaktan
= (cS0C + d S0D) – (aS0A + b S0B)
Referensi
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_sma1/kelas-2/entalpi-dan-perubahan-entalpi-%CE%B4h/
http://www.ilmukimia.org/2014/08/hukum-hess.html
http://www.ilmukimia.org/2013/02/entropi.html
http://ppmplp.files.wordpress.com/2010/10/4-entropi-spontanitas-reaksi.ppt
http://hikam.freevar.com/kuliah/termo/pdf_bab/thmd04.pdf
