TUGAS REKAYASA IDE TERMODINAMIKA
ENTALPI DAN ENTROPI DALAM HUKUM TERMODINAMIKA II
KELOMPOK V : NUR HUDA SHADRIANI SIMANULLANG
NIM
:
4151121050
PEPI RAHMAYANI
NIM
:
4151121052
PIDAYANTI NASUTION
NIM
:
4152121036
SULASTRI
NIM
:
4152121043
FISIKA 2015 DIK D FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2016
1
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan petunjuk, bimbingan dan kekuatan lahir batin sehingga makalah rekayasa ide ini dapat kami selesaikan. Kami ucapkan terima kasih kepada Bapak dosen pengampu mata kuliah Termodinamika yang telah memberi arahan dan bimbingan kepada kami sehingga terselesaikanlah makalah ini. Makalah ini dibuat sebagai salah satu tugas mata kuliah Termodinamika, makalah ini memuat materi tentang “Entalpi, Entropi, dan Hukum II Termodinamika”. Kami telah berusaha semaksimal mungkin untuk membuat makalah ini dengan sebaik- baiknya. Namun ibarat pepatah “tak ada gading yang tak retak”. Kami menyadari masih banyak kekurangan. Untuk itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran demi peningkatan dan penyempurnaan makalah ini. Akhirnya semoga makalah ini dapat memberi manfaat bagi para mahasiswa khususnya yang mengikuti mata kuliah Termodinamika. Amin . Medan, November 2016 Penyusun
Kelompok V
2
DAFTAR ISI
COVER .......................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .................................................................................
ii
DAFTAR ISI ..............................................................................................
iii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1 Latar Belakang .................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................
2
1.3 Tujuan ..............................................................................................
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................
3
2.1 Entalpi...............................................................................................
3
2.2 Hukum Hess….. ...............................................................................
4
2.3 Hukum II Termodinamika….............................................................
6
2.4 Mesin Kalor.......................................................................................
7
2.5 Entropi..............................................................................................
10
2.6 Perbedaan Entalpi dan Entropi..........................................................
11
2.7 Entropi dan hukum II Termodinamika..............................................
12
BAB III KESIMPULAN................................................................................ 14 4.1 Kesimpulan ......................................................................................
14
DAFTAR PUSTAKA
3
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG
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 ti dak 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 ener gi 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.
4
1.2 RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana menjelaskan tentang Entropi tersebut 2. Apa Teori Dasar dari pengertian Entropi 3. Bagaimana bunyi hukum II termodinamika 4. Apa hubungan antara Entalpi dengan Hukum II termodinamika
1.3 TUJUAN REKAYASA IDE 1. Dapat memahami apa itu Entalpi 2. Dapat mengetahui Teori Dasar Entalpi 3. Dapat memahami Proses entalpi dalam siklus carnot 4. Dapa mengetahui hubungan Entalpi dengan Termodinamika
5
BAB II ISI 2.1 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 H p = 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
6
2.2 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 (ΔH 1 + 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
7
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
8
2.3 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". 2.4 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 :
9
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
10
Tahap pertama yaitu isotermal reversibel secara ekspansi atau penurunan
tekanan, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan A sampai B
Q
W
Q H W ab nRT H ln
V b V a
Tahap kedua yaitu adiabatik reversibel secara eks pansi, 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 U Q W 0
Q
Q Q H QC Q H
Q W
W Q Q H QC
W
W Q H
QH
: besarnya input kalor
QC
: besarnya kalor yang dibuang
W
: kerja yang dilakukan
QC
QC
Dalam mesin carnot, ada yang dinamakan efisiensi mesin. Efisiensi dari suatu mesin didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan (W) dengan kalor yang masuk (Q H).
11
W Q H
QC
W
Q H
Q H
QC
Q H
1
QC Q H
Atau bisa juga dalam bentuk
2.5 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, te tapi 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
12
2.6 Perbedaan Entalpi Dan Entropi
Apa perbedaan antara Entalpi dan entropi? 1. Entalpi adalah perpindahan kalor berlangsung dalam tekanan konstan. Entropi memberikan gambaran tentang keacakan suatu sistem. 2. Dalam reaksi, perubahan entalpi bisa positif atau negatif. Reaksi spontan terjadi dalam rangka untuk meningkatkan entropi universal. 3. Entalpi adalah energi yang dilepaskan atau diserap selama re aksi. 4. Entalpi terkait dengan hukum pertama termodinamika yang mengatakan, “Energi dapat tidak diciptakan atau dihancurkan.” Tapi entropi secara langsung berkaitan dengan hukum kedua termodinamika.
2.7 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
dS
dQ T
DS semesta = DS sis + DS ling > 0
proses spontan.
Sementara untuk proses reversibel, yaitu :
dS
dQrev T
DS semesta = DS sis + DS ling = 0
proses kesetimbangan
13
Proses pada tekanan tetap
QP = CP dT
Panas yang mengalir ke benda '
dS T 2
S benda C P T 1
d q T dT T
C P ln
T 2 T 1
Sehingga pada tekanan tetap, perubahan entropi akan naik
Reservoir, pada suhu tetap T 2 S reservoir
Q T 2
C P
T 2
T 1
T 2
T T T S total S benda S reservoir C P ln 2 2 1 T 1 T 2 Perubahan entropi pada saat suhu tetap T 2 menjadi semakin kecil, tetapi perubahan entropinya tetap positif. Hubungan antara hukum I Termodinamika dengan Hukum II Termodinamika yaitu Hukum I
: dQ = dU + dW
Hukum II
: dQRev = TdS
TdS = dU + PdV
Sehingga
dW = PdV
Hubungan energi dalam (U) dengan entropi (S) dan volume (V)
dU
U U dS s dV S v V
dU = TdS – PdV dU = TdS – PdV didiferensial dengan volume konstan terhadap suhu (T)
14
U S V T P T v T v T v
U S T T v T v U S T C v T v T v
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)
H S P T V T p T p T p H S T C P T P T P
Entropi pada gas ideal
dU = TdS – PdV dS = dU/T + PdV/T dS = C vdT/T+ nRdV/V dS = Cv d lnT + nR d lnV S C v ln
T 2 T 1
nR ln
V 2 V 1
15
S C p ln
T 2 T 1
nR ln
P 2 P 1
Pada proses adiabatik reversibel
dS
dQrev
∆Q =0
T ∆S = 0
Perubahan entropi dengan gas ideal pada proses isotermal △T
=0 ;
△U
=0
dQ = dW = PdV dS = dQ/T dS
PdV
T
nR
S nR ln
dV V
V 2 V 1
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 0
S t
aA + bB cC + dD
(25oC)
= S0 produk - S0reaktan
= (cS0C + d S0D) – (aS0A + b S0B)
16
BAB III PENUTUP 3.1 KESIMPULAN
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. 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. 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".
17
Daftar Pustaka 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
18
