Hukum Ketiga TermodinamikaOleh :

Kelompok 3ANGGOTA:

• PATMALASARI (A1C411006)• MELITASARI (A1C411016)• FAHRIANOOR (A1C411018)• FAHRIATIE (A1C411024)• NURUL HIDAYAH (A1C411032)• MUHAMMAD ALFI N (A1C411038)• CAHYA REVIANA (A1C411046)• DIEHANA SARI (A1C411056)• ANISAH (A1C411070)• SITI ARBAYAH (A1C411206)• FAUZI RAHMAN (A1C411208)• SITI ZURAIDA (A1C411216)• RICKY APRIAN M (A1C409252)• M. IHSAN N (A1C409237)

Pengertian Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.

Hukum Ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suatu kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol. Pada temperatur lain selain nol mutlak, terdapat kekacau-balauan yang disebabkan oleh eksitasi termal (Keenan, et.all., 1999:496).

Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom diam dalam suatu barisan statik barbaniar, suatu keadaan dimanik yang paling teratur. Jadi, begitu sulit mendapatkan zat dalam keadaan dinamik teratur atau kristal sempurna seperti yang dibayangkan hukum ketiga termodinamika karena pada tingkat atomik setiap zat dalam kedudukannya selalu bergerak acak yang menyebabkan molekul-molekul menjadi kacau atau tidak teratur.oleh karena itu ,logika hukum ketiga ini menurut Whitehead keliru dalam hal mengkonkretkan suatu hal yang abstrak (misplaced concreteness).

Berdasarkan persamaan perubahan entropi suatu zat dapat mencapai nilai absolutnya pada suhu tertentu, sehingga pengukuran perubahan entropi dari satu suhu tersebut ke suhu lainnya.Hukum ketiga termodinamika memberikan dasar untuk menetapkan entropi absolut suatu zat, yaitu entropi setiap kristal sempurna adalah nol pada suhu nol absolut atau nol derajat Kelvin (K). Pada keadaan ini setiap atom pada posisi yang pasti dan memiliki energi dalam terendah.Entropi dan energi bebas Gibbs juga merupakan fungsi keadaan sehingga kedua besaran ini memiliki nilai pada keadaan standart, seperti halnya dengan entalphi. Hasil pengukuran standart untuk entropi dan Energi bebas Gibbs juga dilakukan pada keadaan 25oC dan dengan tekanan 1 atm.

Energi bebas Gibbs pembentukan standart memiliki arti perubahan energi bebas yang menyertai reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsur penyusunnya. Demikian pula untuk entropi standar yang dapat dipergunakan untuk menentukan entropi reaksi sebagai harga pembandingnya. Entropi dan Energi bebas Gibbs standar pembentukan, disajikan pada Tabel 10.5. Tabel 10.5. Entropi dan Energi bebas

Gibbs pembentukan standar yang diukur pada 25oC tekanan 1 atm

1.Entropi zat murni pada titik not absolut

Perhatikan persamaan Planck-Boltzmann,S = k lnW Entropi dapat dihubungkan dengan ‘kekacauan’ atau ketidakteraturan sistem. Keadaan sistem yang kacau ialah keadaan di mana partikel-partikel (molekul, atom atau ion)tersusun secara tidak teratur. Makin kacau susunan keadaan sistem, makin besar kebolehjadian keadaan sistem dan makin besar entropi. Oleh karena itu zat padat kristal pada umumnya mempunyai entropi yang relatif rendah dibandingkan dengan cairan atau gas. Gas mempunyai entropi yang paling tinggi karena keadaan sistem paling tidak teratur.Diuraikan di atas bahwa makin kacau atau tidak teratur susunan molekul, makin tinggi harga W dan entropi. Sebaliknya makin teratur susunan molekul sistem, makin rendah harga W dan entropi.

Kalau suatu zat murni didinginkan hingga dekat 0 K, semua gerakan translasi dan rotasi terhenti dan molekul-molekul mengambil kedudukan tertentu dalam kisi kristal. Molekul hanya memiliki energi vibrasi yang sama besar sehingga berada dalam keadaan kuantum tunggal. Ditinjau dan kedudukan dan distribusi energi, penyusunan molekul-molekul dalam suatu kristal yang sempurna pad 0 K hanya dapat dilaksanakan dengan satu cara. Dalam hal ini W = 1 dan ln W = 0, sehingga menurut persamaan boltzmann S = 0. Jadi, entropi suatu kristal murni yang sempurna ialah nol pada 0 K. Pernyataan ini terkenal sebagai Hukum Ketiga Temomedinamika. Ungkapan matematik nya adalah0ST=0 == 0

2.Perhitungan Entropi Mutlak

Entropi zat murni, pada temperatur T, dapat dihitung dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan hukum ketiga termodinamika dan data termokimia dan dengan metoda mekanika statistik dari data spektroskopi. Di sini hanya dibicarakan cara yang pertama. Dari persamaan [∂S/∂T]p = Cp dT /T (p tetap) jika diintegrasi persamaan ini menghasilkan,0 TST = ∫ Cp d lnT 0Secara eksperimen, kapasitas kalor Cp hanya dapat ditentukan hingga 15 K. Untuk memudahkan ektrapolasi hingga 0 °C biasanya dipergunakan ‘hukum pangkat tiga’ Debye,Cp = α T3 Substitusi dari persamaan ini ke dalam persamaan ST = ∫ Cp d lnT menghasilkan, dS0 = α T2 dT ( p tetap) yang dapat diintegrasi dari temperatur 0 hingga T menjadidS° = 1/3 α T3 persamaan di atas mengungkapkan bahwa, pada temperatur rendah, entropi standar sama dengan sepertiga harga Cp.

3.Fungsi energi bebas gibbs

Besaran U + PV – TS merupakan fungsi keadaan,disebut energi bebas gibbsG =U + PV – TS = H – TS = A + PVPada suhu tetap, ∆G =∆H – T ∆SPersamaan penting ini memberikan hubungan antara ∆H,∆S,dan ∆G pada suhu yang sama.

Contoh perhitungan entropi mutlak dan energi bebas gibbs

1. Hitung perubahan entropi untuk 10 mol gas amonia dari 27 hingga 527 pada tekanan tetap.Cp = 29,9 + 2,61.10 -3

TJK-1 mol -1

dS = dT = 29,9 ln + 2,61.10-3 (T2 – T1) = 29,9 ln + 2,61.10-3 (800 – 300)= 30,64 JK-1 mol -1

Untuk 10 mol, ∆S = 306,4 J/K 

2. CaO + CO2 →CaCO3 ∆H298 = -178,3 kJ ∆S298 = -160,5 J/K  ∆G298 =∆H298 - ∆S 298 = -178,3 – 298 (-160,5).10 -3 = -130,5 kJ

RANGKUMAN

Apakah suatu reaksi kimia tertentu dapat terjadi secara sertamerta (spontan) atau tidak, tidak hanya bergantung pada perubahan entalpi, ∆H, tetapi juga pada temperatur dan perubahan entropi, ∆S, yang mengukur perubahan dalam derajat ketidakteraturan suatu sistem. Kecendrungan entropi yang selalu mencapai harga maksimum yang dimungkinkan oleh energi dalam sistem. Hal ini diungkapkan dalam hukum kedua termodinamika dan adanya harga positif dari entropi mutlak dan semua zat nyata adalah suatu akibat dari hukum ketiga termodinamika. Dalam suatu proses yang berlangsung pada temperatur dan tekanan konstan, komponen perubahan entalpi total yang dihubungkan dengan perubahan dalam entropi sistem dianggap sebagai energi yang tak dapat melakukan kerja yang berguna. Komponen sisanya, yang dianggap sebagal energi yang dapat melakukan kerja yang berguna, adalah perubahan energi bebas Gibbs, ∆G, dari sistem. Perubahan ini dapat dihitung dan harga-harga energi bebas pembentukan standar dan pereaksi dan produk.