makalah kimia

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Saat ini sebagian besar  mahasiswa menganggap pelajaran kimia itu adalah pelajaran yang sulit untuk dipahami,apalagi program studi yag bukan khusus kimia. Maka dengan itu upaya – upaya dilakukan untuk mempermudah kita melakukan pembelajaran dikelas.Begitupun alasan atau latar belakang pembuatan makalah ini adalah untuk menunjang kita dalam proses pembelajaran.sehingga dosen melakukan upaya dengan cara membagi kelompok-kelompok kecil dengan membagi-bagi tugas membuat makalah sesuai silabus pelajaran yang akan disampaikan dosen tertentu,dengan ini,sebagian kecil pelajaran insya Allah sudah mampu dimengerti anggoya kelompok bersangkutan,serta untuk hal lain dalam  pembelajaran akan disampaikan kelompok lain dan lebih jelasnya lagi oleh dosen mata kuliah.

Melalui makalah ini kami sebagi penulis berusaha mengupas mengenai  materi yang ditugaskan dosen pengampu yaitu tentang “Hukum Termodinamika II dan Energi Bebas”.

Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut.

Proses spontan adalah waktu-evolusi dari sebuah sistem di mana ia melepaskan energi bebas (biasanya sebagai panas) dan bergerak ke keadaan, energi yang lebih rendah lebih termodinamika stabil.

Untuk lebih memahami mengenai “Hukum Termodinamika II dan Energi Bebas” ini dapat dilihat pada bagian pembahasan dalam makalah ini.

B.     RUMUSAN MASALAH

1.        Bagaimana bunyi hukum termodinamika II ?

2.         Apa perannya Hukum Termodinamika II terhadap kehidupan ?

3.         Bagaimana hubungannya Hukum Termodinamika II terhadap kimia ?

4.         Apa sajakah proses – proses pada energi bebas ?

5.         Bagaimana perubahan yang terjadi akibat dari energi bebas

C.   TUJUAN

1.        Menjelaskan Hukum Termodinamika II.

2.        Menjelaskan peranan Hukum Termodinamika terhadap kehidupan.

3.        Menjelaskan hubungan Hukum Termodinamika II terhadap kimia.

4.        Menguraikan proses-proses pada energi bebas.

5.        Menjelaskan perubahan yang terjadi akibat dari energi bebas.

D.    BATASAN MASALAH

            Pembahasan mengenai “Hukum Termodinamika II dan Energi bebas” mempunyai cakupan yang sangat luas. Jadi adapun batasan masalah dalam makalah ini adalah merujuk pada rumusan maslah yang telah di cantumkan di atas.

BAB II

ISI

A.    HUKUM TERMODINAMIKA II

Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor

1. Proses Spontan dan Tak Spontan

                        Proses Spontan : proses yang dapat berlangsung dengan sendirinya dan tidak dapat balik tanpa pengaruh dari luar . Contoh :

            a. Panas, selalu mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

            b. Gas mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah

c. Air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah.

Manfaat Proses Spontan :                             

•           Energi panas dapat menggerakkan mesin panas

•           Ekspansi gas dapat menggerakkan piston (motor bakar)

•           Air terjun untuk menggerakkan turbin listrik.

Karakter proses spontan :

·         Semua proses spontan berlangsung dari energi potensial tinggi ke energi potensial yang lebih rendah

·         Reaksi kimia akan berlangsung secara spontan apabila reaksinya eksoterm. Jadi diikuti penurunan entalpi. Untuk hal ini entalpi sebagai energi potensial kimia. 

·         Jika entalpi reaktan lebih tinggi dari entalpi zat hasil, sehingga ΔH negatif, maka reaksi bersifat spontan.

·         Reaksi endoterm dapat juga berlangsung spontan. Prosesnya berlangsung terus hingga tercapai keadaan setimbang.

          contoh : air menguap secara spontan ke atmosfer. Jumlah air yang menguap = uap yang kembali mengembun.

•         Reaksi yang dapat balik juga dapat terjadi secara spontan. Contoh : H₂ bereaksi dengan Cl₂ membentuk HCl. Sebaliknya HCl akan terurai menjadi H₂ dan Cl₂ sampai terjadi keadaan setimbang.

•         Proses menuju ke keadaan setimbang juga merupakan proses spontan.

•         Kesimpulan : Semua perubahan spontan berlangsung dengan arah tertentu.

Proses tak spontan : proses yang tidak dapat berlangsung tanpa pengaruh dari luar. Contoh : panas tak dapat mengalir dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa pengaruh dari luar.

ENTROPI  (s)

Selain perubahan entalpi, perubahan kimia maupun fisika melibatkan perubahan dalam kekacaubalauan (disorder) relatif dari atom-atom, molekul-molekul ataupun ion-ion. Kekacaubalauan (ketidakteraturan) suatu sistim disebut ENTROPI.

Contoh :

•         Gas yang diwadahi dalam suatu labu 1 L memiliki entropi lebih besar daripada gas dengan kuantitas yang sama ditempatkan dalam labu 10 ml.

•         Natrium Klorida dalam bentuk ion-ion gas mempunyai entropi lebih tinggi daripada bentuk kristal padat.

•         Air (cair) pada suhu 0^oC mempunyai entropi lebih tinggi dari pada es dengan temperatur yang sama.          

Jumlah entropi di alam semesta selalu meningkat

Makin tidak teratur : S semakin meningkat.

—  RUMUS ENTROPI

—  ∆S = q_rev

               T

—  Jika entropi dari sistem meningkat pada waktu es meleleh, maka entropi akan menurun pada waktu air membeku. Maka :

—  ∆S_total = ∆S_semesta = ∆S_sistem + ∆S_sekeliling > 0

ENERGI BEBAS GIBBS

•         Menunjukkan perubahan entropi total dari sistem

•         Batasan à suhu dan tekanan tetap

                                      G = H – TS

                                    DG = DH – TDS (suhu tetap)

                                    DG = - TDS (tekanan tetap)

Proses spontan : DS_semesta = DS_sis + DS_ling > 0

Untuk proses suhu-konstan: DG_sis = DH_sis -TDS_sis

DG < 0     Reaksi spontan dalam arah maju.

DG > 0     Rx nonspontan, reaksi ini spontan dlm arahberlawanan

DG = 0     Reaksi dalam kesetimbangan.

S_semesta > 0 proses spontan             G < 0 proses spontan

S_semesta < 0 proses nonspontan       G > 0 proses nonspontan

S_semesta = 0 proses  kesetimbangan    G = 0 proses kesetimbangan

—  RUMUS ENTROPI

—  ∆S = q_rev

               T

—  Jika entropi dari sistem meningkat pada waktu es meleleh, maka entropi akan menurun pada waktu air membeku. Maka :

∆S_total = ∆S_semesta = ∆S_sistem + ∆S_sekeliling > 0

ENERGI BEBAS DAN PERUBAHAN SPONTAN

—  Perubahan entropi total merupakan kriteria yang berlaku untuk spontanitas.

—  Perubahan entropi sekeliling merupakan pekerjaan yang rumit, yang diperlukan adalah kriteria yang lepas dari keliling dan dapat diterapkan pada sistem itu saja.

—  ∆S_sem = ∆S_sis - ∆H_sis/T

—  Perkalian dengan T menghasilkan

—  T ∆S_sem = T ∆S_sis - ∆H_sis = - (∆H_sis - T ∆S_sis)

—  - T∆S_sem = ∆H_sis - T ∆S_sis

—  suku di sebelah kanan hanya mengandung besaran untuk sistem dan di sebelah kiri muncul suku ∆S_sem untuk proses spontan harus bernilai positif.

—  Persamaan tersebut, kriteria dasar bagi perubahan spontan, namun melalui sifat termodinamika yang baru dikenal dengan energi bebas Gibbs (G), maka :

—  G = H - TS

—  Jika perubahan dilakukan pada T dan P tetap, maka

—  ∆G = ∆H - T ∆S……maka

—  ∆G = - T ∆S_sem

—  Karena kriteria untuk spontan ialah ∆S_sem >0 untuk proses yang berlangsung pada P dan T tetap dalam sistem tertutup, perubahan spontan diiringi dengan penurunan energi bebas, atau ∆G < 0

PERUBAHAN ENERGI BEBAS STANDAR (∆G°)

—  Sebagaimana fungsi termodinamika lainnya, energi bebas zat kimia tergantung pada keadaannya. Maka perlu ditentukan keadaan standarnya.

—  Padatan (zat murni pada tekanan 1 atm)

—  Cairan (zat murni pada tekanan 1 atm)

—  Gas (gas ideal pada tekanan parsial 1 atm)

—  Zat terlarut / solut (larutan ideal pada 1 M)

—  Untuk reaksi yang senyawanya terbentuk dari unsur-unsurnya maka ∆G°_rxn dan energi bebas standar pembentukan ∆G°_f°

—  ∆G° = ∆H - T ∆S

ENERGI BEBAS DAN KESETIMBANGAN

—  Telah diketahui bahwa untuk proses spontan ∆G < 0 dan ∆G > 0 pada proses nonspontan, maka bagaimana jika ∆G = 0?

—  Keadaan ∆G = 0 adalah keadaan kesetimbangan. Berarti ada kecenderungan yang sama untuk proses ke arah kiri dan kanan.

—  Hubungan antara ∆G° dengan K adalah

∆G° = -2,303 RT log K