Senin, 07 September 2015

Pengantar Kuliah Termodinamika



Termodinamika kimia merupakan studi tentang prinsip-prinsip, konsep-konsep dan atau hukum-hukum termodinamika yang diterapkan pada sistem kimia. Ada dua aspek yang dipelajari, yaitu: (1) perhitungan/penentuan kalor reaksi dan (2) studi tentang arah proses dan kesetimbangan kimia.

Pada dasarnya fokus perhatian dalam termodinamika adalah alam semesta secara keseluruhan. Namun pada suatu saat tertentu hanya sebagian saja dari alam semesta yang diperhatikan. Bagian dari alam emesta yang pada saat tertentu menjadi perhatian dan terhadapnya diterapkan metode-metode termodinamika disebut sebagai sistem termodinamika atau disingkat menjadi sistem. Di luar dari sistem dinamakan lingkugan, dimana batas antara keduanya disebut sebagai dinding sistem.

Antara sistem dengan lingkungan dapat terjadi interaksi berupa pertukaran energi dan atau materi, sehingga dikenal adanya sistem tersekat, sistem tertutup dan sistem terbuka. Keadaan sistem ditentukan oleh sejumlah parameter atau variable sistem. Sistem yang dipelajari adalah sistem gas. Sehingga pembahasan tentang termodinamika kimia diawali dengan Gas. Seperti kita ketahui, keadaan setiap gas ditentukan oleh sejumlah parameter, yaitu: volume (V), tekanan (P), suhu (T) dan jumlah mol (n). Hubungan keempat parameter ini dinyatakan sebagai suatu fungsi keadaan dalam volume, V  =  V (n,T,P).

Dari fungsi volume tersebut dapat diturunkan menjadi persamaan keadaan gas ideal (PV= nRT) yang merupakan integrasi dari Hukum Avogadro, Hukum Boyle dan Hukum Gay-Lussac. Persamaan gas ideal juga berlaku untuk campuran gas-gas ideal dengan catatan bahwa P merupakan tekanan total dan n menyatakan jumlah mol total.
Dalam termodinamika kimia dikenal beberapa fungsi keadaan, yaitu:
1.    Energi dalam (U)
2.    Entalpi (H)
3.    Entropi (S)
4.    Energi bebas Gibbs (G)
5.    Energi bebas Helmholtz (A)

Sistem dalam termodinamika dapat mengalami perubahan dari satu keadaan ke keadaan lain melalui proses yang bersifat reversible maupun irreversible. Proses perubahan sistem dapat berlangsung secara isothermal, isobar, isokhor, isentrop maupun adiabatik. Proses perubahan reversible akan menghasilkan kerja maksimum, dimana kerja (w) adalah setiap bentuk energi yang bukan kalor yang dipertukarkan antara sistem dengan lingkungan. Sedangkan kalor (q) adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipertukarkan oleh sistem dan lingkungan karena adanya perbedaan suhu. Energi didefinisikan sebagi kemampuan sistem untuk melakukan kerja. Setiap sistem memiliki sejumlah energi yang merupakan jumlah total dari berbagai bentuk energi kinetic dan energi potensial yang disebut sebagai energi dalam (U).

Hubungan antara perubahan energi dalam dengan kalor dan kerja merupakan konsep empiris yang mengandung makna bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Konsep ini dikenal sebagai Hukum I Termodinamika, ΔU = q + w

Pada volume tetap, kalor yang diserap sistem dari lingkungan sama dengan peningkatan energi dalam, qv = ΔU. Sedangkan pada tekanan tetap, kalor yang diserap sistem dari lingkungan sama dengan peningkatan entalpi, qp = ΔH.

Perubahan entalpi (ΔH), dapat ditentukan melalui: (1) percobaan di laboratorium menggunakan calorimeter dan (2) secara perhitungan dengan hukum Hess, berdasarkan data entalpi pembentukan standar dan pendekatan energi ikatan.  

Hukum II Termodinamika lahir dari pengalaman bahwa kalor tidak dapat diubah seluruhnya menjadi kerja yang setara dan bahwa semua proses spontan mempunyai arah tertentu. Pembahasan diawali dengan proses lingkar Carnot yang mlahirkan efisiensi mesin dan konsep entropi. Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa semua proses yang terjadi di alam semesta berlangsung ke arah peningkatan entropi.

Entropi kristal murni pada suhu nol absolut adalah nol, dikenal sebagai Hukum III Termodinamika. Pada suhu nol absolut (T = 0K), tidak terjadi pergerakan atom, tidak ada kekacauan termal dan struktur kristalin dianggap sempurna. Hukum III Termodinamika memungkinkan perhitungan mutlak entropi dari setiap zat.

Dari ketiga hukum termodinamika dan pembahasan mengenai kriteria kespontanan suatu reaksi kimia maka muncul fungsi keadaan lain, yaitu energi bebas Helmholtz dan energi bebas Gibbs. Dikatakan bahwa penurunan energi bebas Helmholtz merupakan kerja maksimum yang dihasilkan oleh suatu proses reversible pada suhu dan volume tetap. Sedangkan penurunan energi bebas Gibbs merupakan kerja maksimum yang dihasilkan oleh suatu proses reversible pada suhu dan tekanan tetap.

Materi kuliah Termodinamika Kimia dapat diunduh pada link berikut: termodinamika.pdf
Dan baca selengkapnya pada buku referensi yang disarankan.
Selamat belajar semoga bermanfaat. (MP)

1 komentar:

  1. Saya jadi ingat ibu adibah aduh adia kedaan adiabatik. Boleh bu di share kan metode metode pembelajaran yg cihuy gt. Biar guru guru muda ini jd tambah kece

    BalasHapus