Mengenal Lebih Jauh Termodinamika Kimia

 

Termodinamika merupakan salah satu cabang fisika yang membahas mengenai perubahan energi p Mengenal Lebih Jauh Termodinamika Kimia

Oleh : Azis Ramadhan

@W08-AZIS


Termodinamika merupakan salah satu cabang fisika yang membicarakan mengenai pergeseran energi panas menjadi bentuk energi lain. Hukum pertama termodinamika dan aturan termodinamika kedua menjadi acuan dalam membahas perihal pergantian energi. Pengukuran di dalam termodinamika tidak dinyatakan dengan besaran mikroskopis melainkan dengan besaran makroskopis.[1] Termodinamika membicarakan perihal hubungan antara energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berafiliasi dekat dengan mekanika statistika di mana kekerabatan termodinamika berasal. Asal kata termodinamika ialah dari dua kata bahasa Yunani yaitu thermos yang artinya panas dan dynamic yang artinya pergeseran.

Kajian termodinamika kimia

            Pada ketika  tertentu,  proses  pergeseran  sebuah  metode  kimiaatau  fisika  akan  meraih  keadaan  statis,  dimana pergantian  total kondisi  sistem  sama  dengan  nol.  Kondisi  ini  terjadi  jika  telah tercapai  kesetimbangan  termodinamika  baik  antara tata cara  dengan

sistem   atau   metode   dengan   lingkungan.   Jenis   kesetimbangan termodinamika  yang  dipelajari  pada  proses  kimia  adalah  sebagai

berikut:

 

  1. Kesetimbangan  termal yang  terjadi  bila  temperatur  sama  pada setiap titik.
  2. Kesetimbangan kimia yang terjadi bila reaksi kimia dari reaktan ke produk atau sebaliknya berjalan dengan laju yang sama.
  3. Kesetimbangan  fasa  yang  terjadi  jikalau pergeseran  antar  fasa berjalan dengan laju dan jumlah materi yang serupa.

 

               Tiga klasifikasi kesetimbangan termodinamika di    atas ialah objek kajian termodinamika   kimia yang   dipelajari menurut   aturan – aturan  termodinamika. Hukum pertama termodinamika berkaitan dengan kesetimbagan termal , sedangkan aturan kedua    dan    ketiga    termodinamika berhubungan dengan kesetimbangan   kimia dan   kesetimbangan   fasa .   Ketiga hukum termodinamika ini me mbantu kimiawan untuk:

  1. Menentukan   keadaan   dimana   reaksi   kimia   memungkinkan terjadi.
  2. Mengatur dan menvariasikan besaran termodinamika sehingga diperoleh hasil reaksi yang diinginkan.
  3. Memaksimalkan   reaksi   yang   diinginkan   atau   menghambat reaksi yang tidak dii nginkan jikalau reaksi kimia mencakup beberapa jalan.
  4. Menentukan  keadaan  stabil  reaktan  dan  produk  yang  terlibat dalam reaksi kimia.

 

Fasa zat sistem kimia/fisika

Materi sebagai objek kajian termodinamika dikelompokkan ke dalam 3 jenis fasa. Masing-masingfasa   tersebut memiliki pengaruh dan respon yang berbeda terhadap besaran termodinamika. Ketiga jenis fasa tersebut ialah selaku berikut:

  1. Padat

            Gaya tarik antar partikel penyusun zat padat sungguh kuat sehingga partikel – partikel tersebut cuma bergetar pada posisi yang sama dan tetap berada dalam satu kesatuan. Jarak antar partikel yang satu dengan partikel lainnya sangat rapat, sehingga rapatan atau densitasnya sungguh besar. Sifat – sifat tersebut menjadikan zat padat tidak terlampau terpengaruh oleh pergeseran variable – variabel sistem mirip pergeseran temperatur atau tekanan

 

  1. Cair

            Gaya tarik antar partikel penyusun zat cair kurang berpengaruh sehingga partikel-partikeltersebut bisa bergerak bebas dan tumpang tindih dengan partikel-partikel lainnya. Sifat-sifat tersebut menyebabkan bentuk zat cair, seperti air, minyak tanah, bensin, dan lain-lain mampu mengalir dan berganti-ubah sesuai dengan wadah yang ditempatinya. Akan namun, gaya tarik antar partikelnya masih relatif kuat untuk menahan partikel-partikel tersebut tetap dalam satu kesatuan, sehingga meskipun bentuknya dapat berganti-ubah, pada tekanan dan temperatur yang serupa volume zat cair tetap tidak berubah.

  Mengenal Kestimbangan Kimia

 

  1. Gas

            Gas adalah fasa zat yang berlainan dengan dua jenis fasa sebelumnya. Gaya tarik antar partikelnya sangat lemah sehingga jarak antar partikelnya  berjauhan, densitasnya  sangat kecil, dan menimbulkan partikel-partikel tersebut mampu bergerak bebas. Perilaku  ini mengakibatkan gas mempunyai sifat unik yang mudah diperhatikan, antara lain:

a. Volume dan bentuk sistemnya sesuai wadah.

b. Gerak  partikelnya  cepat  dan  bebas  serta  memberikan  tekanan

ke   dinding   wadah.   Semakin   banyak   partikel – partikel  gas,

tekanan sistemnya makin besar.

c. Gas dapat ditekan dengan tekanan dari luar yang menimbulkan volume  sistemnya   menyusut.   Jika   tekanan   luar   tersebut  dikurangi, volumenya akan mengembang kembali.

d. Jika   temperatur   metode   gas   bertambah,   maka   volumenya  bertambah  dan  sebaliknya  kalau    dikurangi,  volumenya  akan berkurang.

e. Jika  dua  atau  lebih  zat  berfasa  gas  diaduk  pada wadah yang sama, partikel -partikel masing – masing gas tersebut akan

terdistribusi merata.

 

Sifat – sifat  gas  yang  sudah  diuraikan  di  atas  menunjukkan  bahwa  gas merupakan tata cara kimia/fisika yang sungguh  dipengaruhi oleh pergantian volume, tekanan, temperatur, dan jumlah partikel. Variable – variabel  tersebut  saling  mensugesti.  Jika  salah  satu  variable  diubah,  maka  beberapa  variabel  yang  lain  akan  berubah.  Untuk  mengetahui  hubungan  antar  variabel – variabel  tersebut dan bagaimana  variabel – variabel  tersebut  melibatkan  fungsi  jalan  dan

menghipnotis fungsi kondisi, kajian ihwal termodinamika lebih

difokuskan pada tata cara gas.

 

Gambaran ketiga jenis fasa zat metode kimia/fisika  sebagaimana dijelaskan di atas dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Termodinamika merupakan salah satu cabang fisika yang membahas mengenai perubahan energi p Mengenal Lebih Jauh Termodinamika Kimia

HUKUM KEDUA DAN  KETIGA TERMODINAMIKA

            A. Hukum kedua termodinamikaHukum     pertama     termodinamika     sudah     menerangkan korelasi  dan  jenis-jenis  energi  yang  terlibat  dalam  sebuah  proses. Penjelasantersebut    sungguh    membantu    dalam    memilih besarnya   energi   yang   terlibat   sehingga   suatu    proses   dapat diramalkan  apakah  dapat  mencapai kesetimbanganenergi  atau tidak.   Akan   tetapi,   hukum   hal   tersebut   belum   cukup   untuk menerangkan  spontanitas  suatu  proses,  tergolong  arahnya  apakah reversibel atau irreversibelSuatu  proses  pergantian  dianggap  spontan  bila  proses tersebut  meraih  kesetimbangan  tanpa  masukan  energi  dari  luar metode. Sebaliknya,   proses   pergantian   dianggap   non   spontan bila  proses  tersebut  memerlukan  masukan  energi  dari  luar tata cara.     Bila     keadaan     sehabis     perubahan     tersebut     dapat dikembalikan   kembali   ke   keadaan   sebelum   perubahan   tanpa menimbulkan pergeseran lain, baik di dalam maupun di luar tata cara, maka   proses   pergantian   tersebut   bersifat   reversible.   Namun pergeseran tanpa mengakibatkan perubahan lainnya mustahil dijumpai    dalam    kehidupan    sehari-hari, sehingga    biasanya pergantian di alam yakni perubahan irreversibel.Untuk mengkaji spontanitas dan reversibilitas suatu proses diharapkan   rumusan   hukum   termodinamika   yang   gres,   ialah hukum  kedua  termodinamika.  Hukum  ini  dibangun  menurut  2 fakta yang esensial, yaitu:

  Kenapa Kita Mesti Mengetahui Ilmu Kimia ?

1.Semua  proses  yang  terjadi  di  alam  cuma  bergerak  pada  satu arah, dan mustahil sebaliknya secara impulsif.

2.Jika  proses  tersebut  bekerja  memakai  energi  kalor,  maka tidak   semua   kalor   tersebut   mampu   diubah   menjadi   energi kinetik.

Sebagai  acuan,  jikalau    kita  melemparkan  gelas  ke  lantai  dan  secara spontan  pecah,  maka  tidak  mungkin mengulangi  proses  untuk  dari yang   sebaliknya   untuk   menciptakan   gelas   tersebut   utuh   kembali. Contoh kedua, jika kita memindahkan suatu benda, maka interaksi benda   tersebut   dengan   lingkungannya   mengakibatkan   hilangnya sejumlah kalor.  

Berdasarkan  2  fakta  tersebut,  beberapa  jago  merumuskan pernyataan hukum kedua termodinamika, sebagai berikut:

            1.Rudolf   Clausius(1822-1888)   menyatakan   rumusan   Clausiustentang  aturan  II  termodinamika  dengan  pernyataan  anutan kalor:  ”kalor mengalir secara spontan dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah dan tidak mengalir secara  impulsif dalam arah kebalikannya”.

            2.Kelvindan Planckmenyatakan  rumusan  Kelvin-Plancktentang hukum II termodinamika perihal mesin kalor: ”tidak  mungkin membuat  sebuah  mesin  kalor  yang  bekerja  dalam  suatu  siklus yang  semata-mata  menyerap  kalor  dari  sebuahreservoir  dan mengganti semuanya menjadi kerjaluar”.

Dengan   demikian   dapat   dirumuskan   penyataan aturan kedua   termodinamikasecara  lazim:  ”tidak   ada   proses   yang mampu  berjalan  terus-menerus  dengan  menyerap  kalor  dan mengkonversikan  seluruh  kalor  yang    diserap  tersebut  menjadi kerja  tanpa  hasil  samping,   yakni  adanya  kalor  yang  hilang”. Konsekuensi hukum ini memunculkan besaran termodinamika baru yang berhubungan dengan kalor yang hilang tersebut, yaitu entropi(S).

            B. EntropiKalor  yang   hilang   pada   suatu   proses   dapat   dinyatakan dengan   suatu   variabel   keadaan   termodinamika   yang   disebut entropi,  adalah  ukuran  jumlah  energi  atau  kalor  yang  tidak  dapat diubah   menjadi kerja.   Proses   irreversibel   (seperti   pendinginan hingga   mencapai   temperatur   yang   sama   dengan   temperatur lingkungan   dan   pemuaian   bebas   gas)   yaitu   proses   impulsif, sehingga  proses  tersebut  diikuti  peningkatan  entropi.  Sementara  itu, proses   reversibel   ialah  proses   yang   sebanding   sehingga   tidak menimbulkan pergantian entropi.Jika  sebuah  sistem  pada  temperatur  tertentu  mengalami proses reversibel atau irreversibel dengan donasi sejumlah kalor (dq),  maka  pergantian  entropi  tata cara  tersebut  dirumuskan  sesuai persamaan

  Bijak Energi Mulai Kini Demi Era Depan Yang Bagus

5.1.TdqS………………………………………………
……………………(5.1)

            Perubahan entropi ∆S hanya tergantung pada keadaan tamat dan kondisi awal. Satuan entropi dalam sistem SI ialah J K-1. Persamaan   5.1   menjelaskan   secara   matematis   hukum kedua  termodinamika  selaku   pergeseran  entropi  tata cara  sesuai persamaan 5.2.

dSalam semesta≥ O…………………………………………………………(5.2)

dimana:dSalam semesta= dSsistem+ d Slingkungan………………………………….(5.3)

Artinya,   proses   reversibel   tidak   mengubah   entropi   total   alam semesta (∆Salam  semesta=  0),  tetapi  setiap  proses  irreversibel  senantiasa memaksimalkan entropi alamsemesta (∆Salam semesta≥ 0).

            Contoh   proses   irreversibeldalam   kehidupan   sehari-hari yang menyebabkan ΔS> 0 yaitu selaku berikut:

1.Padatan menjadi cairan atau larutan,

2.Cairan menjadi gas.

3.Jumlah molekul gas dalam sebuah reaksi kimia meningkat.

4.Temperatur zat bertambah.Rumusan   entropi   dalam   keadaan   statis   disebut rumus Boltzmannyang dirumuskan sesuai persamaan 5.4

Sln………………………………………………………………….(5.4)

dimana  k  =  1.381  x  10-23J  K-1disebut  tetapan  Boltzmann.  Tetapan ini  terkait  dengan  tetapan  gas  ideal,  yakni R  =  NAk.  Persamaan  5.4 menawarkan  entropi  berbading  lurus  dengan  W,  ialah  banyaknya jalan  supaya  energi  tata cara  mampu  diraih  dengan  penyusunan  ulang atom-atom  atau  molekul-molekul  diantara  kondisi-keadaan  yang ada.    Hal    ini    memberikan    bahwa    entropi menggambarkanketidakteraturan komponen-komponen tata cara.

            Berdasarkan  persamaan  5.2  dan  5.4,  mampu  ditarik kesimpulan bahwa   entropi   proses   yang   berjalan   impulsif   dalam   sebuah sistem  yang  terisolasi akan  meningkat.  Dengan  demikian  hukum kedua  termodinamika  dapat  pula  dinyatakan:  “derajat ketidakteraturan dalam alam semesta akan senantiasa meningkat”.

            Entropi   adalah   besaran   ekstensif,   sehingga   jika   dibagi dengan jumlah massa m atau jumlahmol n menjadi entropi jenis (s) sesuai persamaan 5.5.

S=atau   nSs…………………………………………………..(5.5)

 

 

Kesimpulan

Reaksi  kimia merupakan proses yang selalu melibatkan energi, baik membutuhkan atau melepaskan energi. Bidang ilmu kimia yang mempelajari desain ini secara teoritikal dan eksperimental disebut termodinamika kimia. Konsep ini sungguh penting bagi seorang    kimiawan untuk mempelajari dan  mengeksplorasi sebuah reaksi kimia. Namun, kekurangan sumber belajar telah mempersulit banyak kimiawan, baik mahasiswa, guru, dosen, atau peneliti untuk mengerti desain ilmu ini.

 

Referensi :

https://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika

Nolly.  Termokimia,diakses dari http://www.kimiadb2.webs.com/MateriBab2Sem10910.doc pada tanggal 30 Juni 2010.

Rahayu,  S.  I,  2006. Termodinamika  (Azas  Dasar  dan  Terapan Kimia).Penerbit ITB: Bandung.