HUKUM TERMODINAMIKA II

Hukum II Termodinamika, Dosen : Rispiandi, ST – halaman 1

Memperkirakan Nilai So Relatif Sistem :Berdasarkan pengamatan level molekuler kita bisa memperkirakan entropi zat akibat pengaruh :1. Perubahan temperatur2. Keadaan fisik dan perubahan fasa3. Pelarutan solid atau liquid4. Pelarutan gas5. Ukuran atom atau kompleksitas molekul

1. Perubahan TemperaturEntropi (So) meningkat seiring dengan kenaikan temperaturT(K) 273 295 298So 31,0 32,9 33,1Kenaikan temperatur menunjukkan kenaikan energi kinetik rata-rata partikel

2. Keadaan Fisik dan Perubahan FasaKetika fasa yang lebih teratur berubah ke yang kurang teratur, perubahan entropi positifUntuk zat tertentu So meningkat manakala perubahan zat dari solid ke liquid ke gas

Na H2O C(grafit)So (s / l) 51,4(s) 69,9 (l) 5,7(s)So (g) 153,6 188,7 158,0

3. Pelarutan solid atau liquidEntropi solid atau liquid terlarut biasanya lebih besar dari solut murni, tetapi jenis solut dan solven dan bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi overall

NaCl AlCl3 CH3OHSo s/l 72.1(s) 167(s) 127(l)Soaq 115,1 -148 132

4. Pelarutan GasGas begitu tidak teratur dan akan menjadi lebih teratur saat dilarutkan dalam liquid atau solid. Entropi larutan gas dalam liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murni. Saat O2 (Sog = 205,0J/mol K) dilarutkan dalam air, entropi turun drastis (Soaq = 110,9 J/mol K)

5. Ukuran Atom atau Kompleksitas molekulPerbedaan entropi zat dengan fasa sama tergantung pada ukuran atom dan komplesitas molekul Li Na K Rb CsJari2 152 186 227 248 265M molar 6.941 22.99 39.10 85.47 132.9So(s) 29.1 51.4 64.7 69.5 85.2

Untuk senyawa, entropi meningkat seiring dengan kompleksitas kimia yaitu dengan semakin banyaknya jumlah atom dalam molekulHal ini berlaku untuk senyawa ionik dan kovalen

NO NO2 N2O4So (g) 211 240 304Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul

Hukum II Termodinamika, Dosen : Rispiandi, ST – halaman 2

Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu diperhitungkan bagaimana bagian dari melekul dapat bergerak terhadap bagian lainRantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan bervibrasi dengan lebih banyak cara dibanding rantai pendek

CH4 C2H6 C3H8 C4H10So 186 230 270 310

Entropi Standar Reaksi Sorxn

Sorxn = mSo

produk - nSoreaktan

m dan n adalah jumlah individual spesies diwakili oleh koefisien reaksiJika ammonia terbentuk dari komponen nya, 4 mol gas menghasilkan 2 mol gas karena gas memiliki entropi molar tinggi, terlihat entropi produk kurang dari reaktan sehingga entropi turun selama reaksiN2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)So

rxn = (2 mol NH3 x So NH3) – [(1 mol N2 x So N2) + (3 mol H2 x So H2)]So

rxn = (2 x 193) – [(1 x 191,5) + (3 x 130,6) = -197 J/K

Hk kedua menyatakan penurunan entropi sistem hanya dapat terjadi jika entropi lingkungan meningkat melebihinyaPeran penting lingkungan adalah dalam memberi panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem (lingk dapat berperan sebagai source or heat sink)Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem, diserap oleh lingkungan ini menyebabkan gerak random partikel di lingkungan meningkat sehingga entropi meningkat qsis < 0, qsurr > 0, Ssurr > 0Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan menurun, qsis > 0, qsurr < 0, Ssurr < 0Perubahan entropi lingkungan berbanding lurus dengan perubahan panas sistem dan berbanding terbalik dengan temperatur lingkungan sebelum transfer panasSsurr -qsis, dan Ssurr 1/TKombinasinya menghasilkanSsurr = -qsis/TJika proses berlangsung pada tekanan konstan, qp sama dengan H sehinggaSsurr = -Hsis/TKita dapat menghitung Ssurr dengan mengukur Hsis dan temperatur ketika perubahan terjadi

‘Universe = Sistem + Sekitar’

Contoh SoalPada 298K pembentukan ammonia memiliki So

sis negatifN2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ,Hitung So

univ dan nyatakan apakah reaksi terjadi spontan pada temperatur ini!Jika diketahui Ssistem = -199 J/K dan Hsistem = -92.6 kJ, kirakan Ssemesta.

Penyelesaian;Suniv = Ssekitar + Ssistem

Ssekitar = - H/T = - (-92.6x103 J) /298 K = 311 J/K Suniv = 311 J/K + (-199 J/K) = 122 J/K (Reaksi spontan)

Hukum II Termodinamika, Dosen : Rispiandi, ST – halaman 3

Proses Spontan ; Suniverse = Ssistem + Ssekitar 0Proses tak spontan ; Suniverse = Ssistem + Ssekitar 0Proses Keseimbangan ; Suniverse = Ssistem + Ssekitar = 0

Nilai entropi semesta bertambah di dalam poses spontan dan tidak berubah di dalam proses yang berlaku dalam keseimbangan

Perubahan Entropi terhadap perubahan Temperatur, Tekanan dan Volume :

1) U = Q – W → Q = U + W → T S = Cv dT + P dV

2) H = U + PV = Q – W + PV = Q – P dV + P dV + V dP H = Q + V dP → Q = H – V dP → T S = Cp dT – V dP

Soal-Soal :1. Besi tuang ( Cp = 0,5 kJ/kg K ) sebanyak 40 kg didinginkan dari 450 oC dengan jalan

mencelupkan ke dalam minyak ( Cp = 2,5 kJ/kg K ) sebanyak 150 kg yang temperatur semula 25oC. tentukan perubahan entropy total ?

2. Carbon dioksida mengalami perubahan dari tekanan 50 kPa, 400 K menjadi tekanan 2 Mpa, 800 K. Hitung entropi perubahan CO2 tersebut ?

3. Udara mula-mula memiliki tekanan 1 Mpa, 27oC, dikompressi secara reversible ke keadaan akhir tertentu :a. Tentukan perubahan entropi ke keadaan akhir 0,5 Mpa, 227oC ?b. Tentukan perubahan entropi ke keadaan akhir 0,5 Mpa, 180oC ?c. Tentukan temperatur akhir pada tekanan 0,5 Mpa dengan nilai entropi nol ?

4. Nitrogen diexpansi secara isentropic dari temperature 500 K sehingga volumenya berubah menjadi dua kali lipat. Hitung temperature akhir expansi dan tentukan kerja expansi ?

5. Tentukan nilai perubahan entropi untuk reaksi di bawah ini ; H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) Jika diberikan; So (H2) = 131 J/K.mol

So (Cl2) = 223 J/K.mol So (HCl) = 187 J/K.mol

6. Mana entropi yang lebih tinggi :a. 1 mol SO2(g) atau 1 mol SO3(g)b. 1 mol CO2(s) atau 1 mol CO2(g)c. 3 mol gas oksigen (O2) atau 2 mol gas ozon (O3)d. 1 mol KBr(s) atau 1 mol KBr(aq)e. Air laut pada pertengahan musim dingin 2oC atau pada pertengahan musim panas

23oCf. 1 mol CF4(g) atau 1 mol CCl4(g)

Hukum II Termodinamika, Dosen : Rispiandi, ST – halaman 4