Termodinamika Material

Transkripsi

1 Termdinamika Material Kuliah 4: Enthalphy(cnt d), Hukum II Termdinamika & Entrpi Oleh: Fajar Yusya Ramadhan (21) Ira Adelina (22) Kelmpk 11- paralel Teknik Metalurgi & Material Universitas Indnesia

2 Hukum Hess Tidak semua pengukuran perubahan entalpi suatu reaksi dapat ditentukan langsung dengan kalrimeter atau secara langsung di labratrium. Maka berdasarkan fakta tersebut muncul Hukum Hess yang dikemukakan leh serang ahli kimia berasal dari Swiss bernama Germain Henry Hess yang berbunyi: Kalr reaksi yang dibebaskan atau diperlukan pada suatu reaksi tidak bergantung pada jalannya reaksi, tetapi hanya bergantung kepada keadaan awal dan keadaan akhir reaksi. Dengan kata lain, perubahan entalpi reaksi hanya ditentukan leh kalr pereaksi dan kalr hasil reaksi. Perubahan entalpi suatu sistem tetap sama, baik berlangsung dalam satu tahap maupun beberapa tahap. ΔH reaksi =ΔH prduk - ΔH reaktan Cnth reaksi pembentukan SO 3(g) yang berlangsung dengan dua cara: a. S (s) + O 2(g) SO 3(g) H= -396 kj b. S (s) + O 2(g) SO 2(g) H= -297 kj SO 2(g) + O 2(g) SO 3(g) S (s) + O 2(g) SO 3(g) H= -99 kj H= -396 kj Dari reaksi di atas dapat diketahui bahwa nilai entalpi reaksi pembentukan SO 3(g) tetap sama baik secara satu tahap maupun secara dua tahap. ΔH memiliki ketergantungan dengan suhu, dengan cara mendeferensialkan persamaan ΔH terhadap suhu pada tekanan(p) knstan maka didapat rumus: ΔH reaksi =ΔH prduk - ΔH reaktan [ ] [ ] [ ] [ ] ( ) ( )

3 * + Setelah didapat * +, kemudian rumus tersebut diintegralkan antara suhu T 1 dan T 2 maka didapat: ( ) ( ) Hukum II Termdinamika Setelah mempelajari Hukum I Termdinamika, kita mengetahui bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan energi dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. Namun ternyata tidak semua bentuk energi dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain sesuai keinginan manusia. Ada prses perubahan energi yang dapat kembali ke bentuk awal atau dengan kata lain prses tersebut dapat dibalik. Prses termdinamika tersebut dinamakan dengan prses reversibel. Kemudian ada pula prses termdinamika yang merupakan kebalikan dari prses reversibel yaitu prses yang berlangsung secara spntan tetapi tidak dapat dibalik arahnya dinamakan dengan prses irreversibel. Cnth dari prses irreversibel adalah aliran panas dari benda panas ke benda dingin dan ekspansi bebas pada gas. Berdasarkan kedua prses tersebut maka digunakan Hukum II Termdinamika untuk menentukan apakah suatu prses berjalan secara reversibel atau ireversibel yang berbunyi: Kalr mengalir secara spntan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spntan dalam arah kebalikannya Dengan Hukum II Termdinamika kita dapat mengetahui apakah dalam suatu prses berjalan secara spntan atau tidak spntan. Beberapa manfaat dari prses spntan antara lain

4 energi panas dapat menggerakkan mesin panas, ekspansi gas dapat menggerakkan pistn (mtr bakar), air terjun untuk menggerakkan turbin listrik. Hukum II Termdinamika dalam pernyataan tentang mesin kalr yang dinyatakan leh Kevin Planck berbunyi: Tidak mungkin membuat suatu mesin kalr yang bekerja dalam satu siklus yang sematamata menyerap kalr dari sebuah reservir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar. Kerja dapat diknversi langsung menjadi panas cnthnya pada pengaduk air. Tetapi hal tersebut tidak berlaku sebaliknya atau panas tidak dapat diknversi langsung menjadi kerja. Maka dibutuhkan mesin kalr untuk mengknversi panas menjadi kerja. Hukum II Termdinamika dapat dinyatakan pula dalam knsep entrpi, sebuah ukuran kuantitatif derajat ketidakteraturan atau keacakan sebuah sistem. Mesin Kalr Mesin kalr adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Pada setiap pengubahan energi panas ke energi mekanik, selalu disertai pengeluaran gas buang yang membawa sejumlah energi panas hasil pembakaran bahan bakar. Hasil pembakaran tersebut yang akan diubah ke energi mekanik. Sebuah mesin kalr dapat dikarakteristikkan sebagai berikut : 1. Mesin kalr menerima panas dari surce bertemperatur tinggi (energi matahari, furnace bahan bakar, reaktr nuklir, dll). 2. Mesin kalr mengknversi sebagian panas menjadi kerja (umumnya dalam dalam bentuk prs yang berputar) 3. Mesin kalr membuang sisa panas ke sink bertemperatur rendah. 4. Mesin kalr berperasi dalam sebuah siklus. Menurut Hukum II Termdinamika, tidak ada mesin kalr yang dapat memiliki efisiensi sebesar 100%. Untuk mengembangkan mesin kalr yang memiliki efisiensi maksimum yang masih sesuai dengan Hukum II Termdinamika, maka serang insinyur Prancis bernama Sadi Carnt ( ) menciptakan siklus pada mesin kalr yang saat ini disebut dengan siklus Carnt.

5 Siklus Carnt terdiri dari empat prses yaitu: 1. Gas berekspansi secara istermal reversibel pada suhu T H, menyerap panas Q H (A-B). 2. Ekspansi terjadi secara adiabatik reversibel sampai suhu turun ke T c (B-C). 3. Kmpresi terjadi secara istermal reversibel pada suhu T C, mengeluarkan panas Q C (C-D). 4. Kmpresi secara adiabatik kembali ke keadaan semula pada suhu T H (D-A). Pada gas ideal, energi dalam hanya bergantung pada suhu, sehingga akan knstan pada prses istermal manapun. Maka untuk prses ini didapat (A-B) : Karena prses istermal (C-D) serupa dengan prses istermal (A-B) namun dengan arah yang berbalik maka didapat: Karena lebih kecil dari, maka didapat negatif ( ), panas mengalir keluar dari gas selama kmpresi istermal pada suhu tersebut:. Maka didapat rasi kedua kuantitas kalr ( ) ( ) ( )

6 Rumus di atas dapat disederhanakan dengan menggunakan hubungan suhu-vlume untuk prses adiabatik, maka diperleh: 1 1 T H Vb TC Vc dan T H V 1 1 a TC Vd Kerja yang dilakukan leh ekspansi adiabatis reversibel (B-C) adalah: ( ) ( ) Kerja yang dilakukan leh ekspansi adiabatis reversibel (D-A) adalah: ( ) ( ) Rasi panas yang terbuang pada terhadap panas yang terserap pada adalah setara dengan rasi ( ), maka diperleh rumus efisiensi mesin Carnt adalah:

7 Rumus mesin Carnt mempunyai rumus lain yang berhubungan dengan usaha dan panas. Entrpi Pengertian Entrpi Entrpi (S) merupakan sebuah knsep termdinamika yang dikemukakan leh Rudlph Clausius pada abad ke 19. Clausius berpendapat bahwa ada hubungan spesifik antara jumlah kalr dan temperatur ketika suatu prses terjadi. S =

8 Entrpi adalah ukuran pla distribusi energi ttal sistem dikalangan atm-atm penyusunnya. Makin luas distribusinya, maka semakin tersebara dan kurang teratur strukturnya, sehingga tingkat ketersediaan energi untuk melakukan usaha semakin rendah. Jadi entrpi dapat juga dikaitkan dengan tingkat keteraturan sistem dan ketersediaan energi (energi bebas) untuk melakukan usaha. Hubungan entrpi dan Hukum II Termdinamika Seperti dalam hkum II Termdinamika, entrpi dapat membantu memprediksi apakah suatu reaksi atau prses bersifat spntan atau tidak: entrpi semesta (sistem + lingkungan) selalu naik pada prses spntan dan tidak berubah pada prses kesetimbangan. Untuk prses spntan, perubahan entrpi (ds) dari suatu sistem adalah lebih besar dibanding panas dibagi temperatur mutlak ds dq T S > 0 Berikut beberapa cnth prses-prses spntan di sekeliling kita: Air terjun jatuh ke bawah Gula larut dalam kpi Pada 1 atm, air membeku di bawah 0 0 C dan es mencair di atas 0 0 C Kalr mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin Pemuaian gas dalam lampu bhlam Besi akan berkarat jika terkena air dan ksigen Perubahan Entrpi pada Berbagai Prses 1. Prses Istermal PV = nrt

9 V = nrt/p dv = -nrt/p2 dq = du + dw pada T tetap (istermik T tetap) sehingga du = 0, maka ds dq = pdv ds = dq/t PdV T dv nr V 2. Prses Iskhrik (V tetap) S nr ln V V 2 PV = nrt dq = du = ncvdt S = dq/t = ncvdt/t = nc2lnt2/t Prses Isbarik (p tetap) dq = ncpdt S = dq/t ncpdt/t = ncplnt2/t1 Prinsip Pertambahan Entrpi Perubahan entrpi berkaitan dengan perubahan system entrpi dengan perubahan entrpi sekelilingnya atau lingkungannya. Ttal (jumlah) perubahan sistem entrpi disebut perubahan entrpi keseluruhan. Hal ini dapat dituliskan sebagai : dengan sekitarnya S keseluruhan = S system + Ssekitar 0 ds dq T rev

10 Tanda > untuk prses reversible Tanda = untuk prses ireversibel Entrpi adalah fungsi keadaan sistem dan digunakan sebagai parameter keadaan. Entrpi hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir. Perubahan entrpi paada prses adiabatik reversible selalu knstan dan prses ireversibel selalu bertambah. Entrpi pada sistem yang diislasi tidak pernah berkurang tetapi selalu bertambah. Entrpi dan Ketidakteraturan Entrpi merupakan suatu ukuran kuantitatif dari ketidakteraturan. Untuk mengenal knsep ini, tinjaulah suatu ekspansi isthermal yang sangat kecil pada gas ideal. Kita tambahkan panas dq dan membiarkan gas berekspansi secukupnya untuk menjaga suhu knstan. Kerja dw yang dilakukan leh gas setara dengan panas dq yang ditambahkan. Yaitu, dq = dw = p dv = nrtdv/v, maka dv/v = dq/nrt Gas berada dalam keadaan tidak teratur setelah berekspansi karena mlekul bergerak dalam vlume yang lebih besar dan memiliki keacakan psisi. Fraksi perubahan vlume dv/v adalah ukuran naiknya ketidakteraturan, dan persamaan di atas menunjukkan bahwa hal itu berbanding lurus dengan dq/t. S adalah entrpi system, dan perubahan entrpi yang sangat kecil ds selama prses reversible yang sangat kecil pada suhu T sebagai ds = dq/t

11 Jika jumlah panas ttal Q ditambahkan selama prses isthermal reversible pada suhu mutlak T, perubahan entrpi ttal S=S2-S1 diberikan leh S = S2 - S1 = QT Daftar Pustaka ess&hl=id&sa=x&ei=dfmevlw5dm2eugsp6ydqaw&ved=0ccyq6aewaq#v=nepa ge&q=entalpi%20hukum%20hess&f=false SP6YDQAw&ved=0CCAQ6AEwAA#v=nepage&q=entalpi%20hukum%20hess&f=false CZASNQk/edit