Potensial Termodinamika

4,310 views

Published on

Materi Tugas kelompok 9 termo

Published in: Education
0 Comments
4 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,310
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
198
Comments
0
Likes
4
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Potensial Termodinamika

  1. 1. Potensial Termodinamika A. Fungsi Helmholtz dan GibbsSelain energy dalam (U) dan entropi (S) cukup banyak besaran yang dapat didefinisikanberdasarkan kombinasi U, S serta variable keadaan lainnya.Sudah didefinisikan entalpi, HAda dua fungsi penting lainnya yakni fungsi Helmholtz, F dan fungsi Gibbs, G 1. Fungsi Helmholtz (F)EntalphiH = U + PV dan fungsi F = U – TSTinjau Hukum I Termodinamika dan Hukum II Termodinamika (Tinjauan sistem) …(1)Pada volume tetap, maka V = konstan dimana dV=0 Dimana …(2)dimana T=konstan, maka TdS dapat dituliskan d(TS), maka persamaan 2 dapatdiformulasikan Formulasi inilah yang disebut fungsi Helmholtz(F) 1
  2. 2. Jika dijadikan dalam diferensial dalam T=konstan dalam tinjauan sistem dimana ,Energi bebas Helmholtz adalah kerja volum maksimum yang dihasilkan oleh suatuproses reversible yang berlangsung pada suhu tetap. 2. Fungsi GibsBerdasarkan persamaan Hukum I Termodinamika Tinjauan system Hukum II TermodinamikaPada T = tetap, maka TdS dapat ditulis sebagai d(TS)Pada V = tetap, maka PdV dapat ditulis sebagai d(PV)Persamaan 1 dapat diformulasikan karena H=U+PV 2
  3. 3. , DimanaPenurunan energi bebas Gibbs merupakan kerja maksimum selain kerja volum yangdapat dilakukan oleh sistem dalam proses yang reversibel pada suhu dan tekanan tetap.Potensial TermodinamikaDiferensial fungsi Helmholtz dan Gibbs pada system PVT tertutup:Karena , makaDari entalpi:Dengan meninjau mak:Tampak seperti medan listrik E yang berasal dari potensial listrik ɸ ; 3
  4. 4. Dari sini tampak analogi T,S,V,P sebagai “medan” dan U,F,G,H sebagai “potensial”.Oleh karena itu keempat besaran terakhir ini seringkali disebut sebagai “potensialtermodinamika”.Apabila fungsi Helmholtz F diketahui sebagai fungsi T dan V, makaVariabel lainnya dapat diketahui.Demikian juga jika G diketahui sebagai fungsi T dan P, maka B. Relasi MaxwellDari:dU = TdS − PdV; dF = − SdT − PdV ;dG = − SdT + VdP; dH = TdS + VdPKarena semuanya merupakan diferensial eksak maka: 4
  5. 5. C. Keseimbangan Pengertian suatu sisten dalam “ keadaan seimbang” yaitu apabila system tersebutdalam keadaan seimbang stabil. Definisi tentang sifat-sifat zat pada asalnya terbatashanya pada keadaan seimbang stabil, menurut definisi ini entropi, fungsi Gibbs dan lain-lain tidak berpengaruh didalamnya. Apabila sejumlah uap pada tekanan yang tetap , tetapi didalamnya tidakkterdapat inti pengembunan, misalnya debu, maka walaupun suhunya lebih rendah daripada titik embun, tidaklah akan terjadi pengembunan. Keadaan ini akan berlangsunglama dan akan disebut kestabilan metastabil. D. Syarat Keseimbangan Persyaratan khusus yang menentukan keadaan stabil, diantaranya: 1) Pada proses ireversibel adiabatik, berlau hubungan Ini berarti pada proses ireversibel adiabatik, yang terjadi secara alami, entropi system akan selalu bertambahbesar dan keadaan seimbang baru akan tercapai setelah entropi ini mencapai maksimum, tidak mengalami pertambahan lagi. Jadi syarat keseimbangannya 2) Untuk proses dengan suhu dan volume tetap Fungsi Helmhotz (F) selalu bertambah kecil. Keadaan seimbang akan dicapai bila F telah mencapai nilai minimum. 3) Proses dengan suhu dan tekanan tetap Fungsi Gibbs (G) selalu bertambah kecil. Keadaan seimbang akan dicapai bila F telah mencapai nilai minimum. 5
  6. 6. 4) Proses dengan entropi dan volume tetap Energy dalam (U) selalu bertambah kecil. Keadaan seimbang akan dicapai bila F telah mencapai nilai minimum. 5) Proses dengan tekanan dan entropi tetap Entripi (H) selalu bertambah kecil. Keadaan seimbang akan dicapai bila F telah mencapai nilai minimum. E. Keseimbangan Antar Fase Jika zat cair dan uapnya dalam keadaan seimbang, maka uap itu dikatakan dalamkeadaan jenuh. Ini berarti bahwa banyaknya molekul yang menguap sama denganmolekul yang mengembun. Keadan seimbang ini berkaitan dengan nilai tekanan dansuhu tertentu. Jika suhu T tetap, maka tekanan P juga tetap, walaupun volumenya Vberubah. Sebeb adanya perubahan volume ini diikuti oleh adanya molekul-molekulyang menguap atau mengembun. Oleh karena itu suatu zat dalam beberapa fase yangberada dalam keadaan seimbang mempunyai derajat kebebasan yang lebih kecil daripada zat itu dalam satu fase. Dua fase dalam keadaan seimbang, memiliki beberapa syarat, diantaranya: 1. Suhu kedua fesa harus sama, yaitu Syarat ini perlu karena apabila tidak dipenuhi, maka akan ada arus kapasitas yang mengalir dari fase yang suhunya lebih tinggi ke fase yang suhunya lebih rendah. 2. Tekanan kedua fase harus sama, Syarat ini perlu karena apabila tidak dipenuhi, maka akan terjadi arus di molekul-molekul dari fase yang tekanannya lebih tinggi ke fase yang tekanannya lebih rendah. 3. Fungsi Gibbs jenis kedua fase harus sama, . Fungsi ini tergantung pada suhu dan tekanan, jadi dan . Tetapi 6
  7. 7. Maka F. Persamaan Clausius-Clapeyron Persamaan Clausius-Clapeyron adalah suatu hubungan yang penting yangmelukiskan bagaimana tekanan berubah dengan suhu untuk system yang terdiri atas duafase dalam keseimbangan. Andaikan suatu cairan dengan uapnya dalam keseimbanganpada tekanan p dan suhu T, sehingga gc = gu. pada suhu T + dT tekanannya adalah p +dp dan fungsi Gibbs jenisnya menjadi gc + dgc dan gu + dgu. Tetapi jika cairan dan uapitu dalam keadaan yang baru ini juga dalam keseimbangan, maka dgc harus samadengan dgu.Telah diperoleh bahwa Dg= -s dT + v dpJadi dalam keseimbangan ang baru ini, berlaku -sc dT + vc dp = -su dT + vu dp atau (su – sc) dT = (vu – vc) dpAkan tetapi selisih entropi jenis ini, (su – sc) sama dengan bahang transformasi (bahangpenguapan) 1cu dibagi dengan suhu T, sehinggaPersamaan ini disebut persamaan Clausius-Clapeyron untuk keseimbangan uap cair-uap.Secara geometrik persamaan ini menunjukan kemiringan (slope) gariskeseimbangan antara fase cair dan uap pada diagram p-T yang dinyatakan dalam panas 7
  8. 8. transformas, suhu dan volume jenis masing-masing fase. Dengan melakukan penalaranyang sama, maka dapat diperolehBahang transformasi berubah dengan suhu, namun selalu positif kecuali untuk He3pada suhu ya ng lebih rendah dari 0,3 K. suhu T selalu positif dan volume jenis uapselalu lebih besar dati pada volume jenis cairan dan zat padat, sehingga vu- vc dan vu –vp selalu positif. Oleh karena itu kemiringan pada kurva tekanan uap dan kurva tekanansublimasi, yaitu dan , selalu positif. Namun volume jenis pada fase dapatmungkin lebih besaratau lebih kecil dari pada volume jenispada fase cair. Karena itukemiringan pada garis keseimbangan padat-cair, mungkin positif mungkin pula negatif.Inilah sebabnya mengapa bidang p-v-T suatu zat seperti air, yang mengembang tatkalamembeku, berbeda dengan bidang p-v-T zat lain yang mengerut ketika membeku.Faktor vc- vp adalah negatif untuk zat yang mengembang ketika membeku dan positifuntuk zat yang menguncup ketika membeku. Karena itu bidang-bidang keseimbanganpadat-cair atau proyeksinya, yang berupa garis pada bidang p-T miring ke kiri-atasuntuk zat seperti air yang mengembang ketika membeku, dan miring ke kanan-atasuntuk zat yang menguncup ketika membeku. Tetapi proyksi bidang cair-uap dan padat-uap, selalu mempunyai kemiringan yang positif. Untuk perubahan suhu ΔT dan perubahan tekanan Δp yang tidak terlalu besar,maka bahang transformasi dan volume jenis dapat dianggap tetap besarnya, dankemiringan pada garis keseimbangan lebih kurang sama dengan nisbah (ratio)perubahan tekanan Δp denga perubahan suhu ΔT, yaitu Δp/ΔT. Demikianlah makabahang transformasi pada sebarang suhu dapat dicari secara pendekatan daripengukuran tekanan keseimbangan pada dua suhu yang berdekatan, jika volume jenisyang bersangkutan diketahui. Sebaliknya jika tekanan keseimbangan dan bahangtransformasi diketahui pada sebarang suhu, maka tekanan pada suhu yang berdekatan 8
  9. 9. dapat dihitung. Dalam perhitungan semacam ini biasanya diandaikan bahwa uapbekelakuan sebagai gas sempurna.Untuk mengintegralkan persamaan clausius-clapeyron dan untuk memperolehpernyataan bagi tekanan itu sendiri sebagai fungsi suhu maka bahang transformasi danvolume jenis harus diketahui sebagai fungsi suhu.hal ini merupakan masalah yangpenting dalam kimia fisika. Jika perubahan bahang transformasi dapat diabaikan, danjika salah satu fase adalah uap yang dapat dianggap sebagsi gas sempurna, lagi pulavolume jenis fase padat dan cair dapat diabaikan terhadap jenis uap, makapengintegralan dapat segera dilakukan. atau G. Hukum ketiga Termodinamika Suatu reaksi kimia diandaikan di dalam sebuah bejana pada tekanan tetap P. bejana itu berhubungan dengan sebuah reservoir yang suhunya T seperti terlihat pada gambar. 9
  10. 10. Jika suhu naik karena reaksi ini, maka sejumlah bahang G akan mengalir kedalam reservoir , sehingga suhu bejana dengan isinya akan turun kembali menjadi T.Dari definisi besaran H, maka : (sebab P tetap). Jaditanda negative digunakan karena bahang keluar dari system. Dalam hal ini Q adalahbahang reaksi. Andaikan reaksi kimia itu adalah Selanjutnya diandaikan pula bahwa H1 adalah entalpi untuk zat sebelum reaksi,yaitu Ag dan HCl, dan H2 entalpi zat setelah bereaksi , yaitu AgCl dan H2. proses(reaksi) spontan akan terjadi, bila ΔG negative atau ΔG˂0. Atau Jadi Yang dapat ditulis lagi menjadi Nernst menyatakan dari hasil eksperimen yang dilakukan oleh Thomsen dan Berthelot dan juga eksperimen yang dilakukan secara hati-hati dengan sel 10
  11. 11. galvanik, bahwa dalam suatu reaksi kimia ΔG umumnya mendekati ΔH lebih rapat lagi bila suhunya diturunkan, bahkan pada suhu-suhu yang tinggi, ia mengusulkan sebagai suatu asas umum bahwa apabila suhu mendekati nol, maka bukan hanya ΔG dan ΔH mendekati kesamaan, tetepi laju perubahannya dengan suhupun mendekati nol, Jadi dan Akan tetapi Maka “ Disekitar suhu nol mutlak, semua reaksi dalam zat cair atau padat yang berada dalam keetimbangan dakhil, berlangsung tanpa perubahan entropi”. Dalam tahun 1911, Planck membuat sutu hipotesis sebagai berikut pada suhu T→0, bukan hanya beda entropi yang sama dengan nol tetapi entropi setiap zat padat atau cair dalam kesetimbangan dakhil pada suhu nol mutlak adalah nol. Jadi Dikenal sebagai Hukum Ketiga Termodinamika.Hukun ketiga Termodinamika juga mengandung arti bahwa tidak mungkin untukmenurunkan suhu suau system menjadi nol dengan sejumlah operasi yang terhingga. 11

×