Mengenal Sifat Kimia Material
Download
1 / 39

Mengenal Sifat Kimia Material Pengertian Dasar Thermodinamika - PowerPoint PPT Presentation


  • 137 Views
  • Uploaded on

Mengenal Sifat Kimia Material Pengertian Dasar Thermodinamika. Thermodinamika merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Mengenal Sifat Kimia Material Pengertian Dasar Thermodinamika' - raven


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Mengenal Sifat Kimia Material

Pengertian Dasar Thermodinamika


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Thermodinamika merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Thermodinamika tidak membahas hal-hal mikroskopis (seperti atom, molekul) melainkan membahas besaran-besaran makroskopis yang secara langsung dapat diukur, seperti tekanan, volume, temperatur


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Sistem dan Status Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

Sistem

Sistem adalah obyek atau kawasan yang menjadi perhatian kita

Kawasan di luar sistem disebut lingkungan

lingkungan

lingkungan

bidang batas

bidang yang membatasi sistem terhadap lingkungannya.

mungkin berupa sejumlah materi atau suatu daerah yang kita bayangkan dibatasi oleh suatu bidang batas

mampu mengisolasi sistem

ataupun

memberikan suatu cara interaksi tertentu antara sistem dan lingkungannya


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

sistem

sistem

energi

energi

ada transfer energi

tidak ada transfer materi

massa sistem tidak berubah

materi

ada transfer materi

massa sistem berubah

Dengan adanya bidang batas antara sistem dan lingkungannya, beberapa kemungkinan bisa terjadi

tidak ada transfer energi

tidak ada transfer materi

sistemterisolasi

sistemtertutup

sistem terbuka


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

tidak dapat dipengaruhi oleh lingkungannya

sistemterisolasi

Perubahan-perubahan dalam sistem mungkin saja terjadi

perubahan temperatur

perubahan tekanan

Perubahan dalam sistem terisolasi

tidak dapat terus berlangsung tanpa batas

Suatu saat akan tercapai kondisi

keseimbangan internal

yaitu kondisi di mana perubahan-perubahan dalam sistem sudah tidak lagi terjadi


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistemtertutup

sistem

energi

sistem dapat berinteraksi dengan lingkungannya

perubahan dalam sistem dibarengi dengan perubahan di lingkungannya.

menuju ke

keseimbangan internal

keseimbangan eksternal.

Apabila keseimbangan telah tercapai, tidak lagi terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem dan juga tidak lagi terjadi transfer apapun antara sistem dengan lingkungannya


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Status Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

Status thermodinamik sistem

merupakan spesifikasi lengkap susunan dan sifat fisis suatu sistem.

Sifat sistem ditentukan oleh satu set tertentu peubah-peubah thermodinamik.

Tidak semua peubah thermodinamik harus diukur guna menentukan sifat sistem.

Apabila jumlah tertentu besaran fisis yang diukur dapat digunakan untuk menentukan besaran-besaran fisis yang lain maka jumlah pengukuran tersebut dikatakan sudah lengkap.

sudah dapat menentukan status sistem, walaupun jumlah itu hanya sebagian dari seluruh besaran fisis yang menentukan status.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Status Sistem mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

Jadi eksistensi sistem ditentukan oleh status-nya, sedangkan jumlah peubah yang perlu diukur agar status sistem dapat ditentukan tergantung dari sistem itu sendiri.

Pengukuran atau set pengukuran peubah yang menentukan status tersebut harus dilakukan dalam kondisi keseimbangan

Keseimbangan sistem tercapai apabila semua peubah yang menetukan sifat sistem tidak lagi berubah.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Energi

energi kinetik energi potensial

terkait gerak obyek terkait dengan posisi atau

kondisi obyek.

dapat dikonversi timbal balik

energi eksternal

Energi Internal Sistem

Energi internal, E, adalah sejumlah energi yang merupakan besaran intrinsik suatu sistem yang berada dalam keseimbangan thermodinamis

Energi internal merupakan fungsi status

Perubahan nilai suatu fungsi status hanya tergantung dari nilai awal dan nilai akhir

dan tidak tergantung dari alur perubahan dari status awal menuju status akhir


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi

Pada sistem tertutup, panas dapat menembus bidang batas bila antara sistem dan lingkungannya terdapat gradien temperatur.

Sejumlah panas dapat ditransfer dari sistem ke lingkungan

Sejumlah panas dapat ditransfer dari lingkungan ke sistem

Panas bukanlah besaran intrinsik sistem.

Ia bisa masuk ke sistem dan juga bisa keluar dari sistem.

q diberi tanda positif jika ia masuk ke sistem

q diberi tanda negatif jika ia keluar dari sistem


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

Kerja

Kerja adalah bentuk energi yang ditranfer antara sistem dengan lingkungannya karena ada interaksi gaya antara sistem dan lingkungannya.

Kerja, dengan simbol w, juga bukan besaran intrinsik sistem; bisa masuk ataupun keluar dari sistem

w diberi tanda positif jika ia masuk ke sistem

w diberi tanda negatif jika ia keluar dari sistem


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Konservasi Energi

Energi total sistem dan lingkungannya adalah terkonservasi

Energi tidak dapat hilang begitu saja ataupun diperoleh dari sesuatu yang tidak ada; namun energi dapat terkonversi dari satu bentuk ke bentuk yang lain


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Pertama mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

dan

Enthalpi


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Pertama mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

sistem

Hukum Thermodinamika Pertama atau Hukum Kekekalan Energi

sistemterisolasi

Jika status sistem berubah melalui alur (cara) perubahan tertentu, maka energi internal sistem ini berubah.

dan sistem kembali pada status semula melalui alur perubahan yang berbeda energi internal akan kembali pada nilai awalnya

B

E

A

status

Perubahan neto dari energi internal adalah nol sebab jika tidak, akan menyalahi prinsip konservasi energi.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Pertama mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Perubahan nilai hanya tergantung dari nilai awal dan nilai akhir

Perubahan energi internal, yang mengikuti terjadinya perubahan status sistem, tidak tergantung dari alur perubahan status tetapi hanya tergantung dari status awal dan status akhir

Setiap besaran yang merupakan fungsi bernilai tunggal dari status thermodinamik adalah fungsi status.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Enthalpi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Apabila hanya tekanan atmosfer yang bekerja pada sistem, maka jika energi panas sebesar dqmasuk ke sistem, energi internal sistem berubah sebesar

perubahan volume sistem

 kerja pada lingkungan PdV

tekanan atmosfer  konstan

Maka dimunculkan peubah baru, yang sudah memperhitungkan V , yang disebut enthalpi

Membuat P konstan tidak sulit dilakukan namun membuat V konstan sangat sulit

P dan V adalah peubah thermodinamik yang menentukan status sistem, sedangkan E adalah fungsi status, maka H juga fungsi bernilai tunggal dari status

enthalpi

H juga fungsi status


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Enthalpi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Contoh:

Perubahan Enthalpi Pada Reaksi Kimia

  • Jika Hakhir > Hawal maka H > 0

  •  Terjadi transfer energi ke sistem

  • penambahan enthalpi pada sistem

  • proses endothermis

  • Jika Hakhir < Hawal maka H < 0

  • Terjadi transfer energi ke lingkungan

  • enthalpi sistem berkurang

  • proses eksothermis

Dalam reaksi kimia,

 reagen (reactant) merupakan status awal sistem

 hasil reaksi merupakan status akhir sistem


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Enthalpi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Hukum Hess

Apabila suatu reaksi kimia merupakan jumlah dua atau lebih reaksi, maka perubahan enthalpi total untuk seluruh proses merupakan jumlah dari perubahan enthalpi reaksi-reaksi pendukungnya.

Hukum Hess merupakan konsekuensi dari hukum kekekalan energi.

Hukum Hess terjadi karena perubahan enthalpi untuk suatu reaksi adalah fungsi status, suatu besaran yang nilainya ditentukan oleh status sistem.

Perubahan enthalpi yang terjadi baik pada proses fisika maupun proses kimia tidak tergantung pada alur proses dari status awal ke status akhir

Perubahan enthalpi hanya tergantung pada enthalpi pada status awal dan pada status akhir.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Proses mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Reversible dan Irreversible


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Proses mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopisReversible dan Irreversible

Proses Reversible

Jika suatu sistem bergeser dari status keseimbangannya, sistem ini menjalani suatu proses dan selama proses berlangsung sifat-sifat sistem berubah sampai tercapai keseimbangan status yang baru.

Proses reversible merupakan suatu proses perubahan yang bebas dari desipasi (rugi) energi dan dapat ditelusur balik dengan tepat.

Sulit ditemui suatu proses yang reversible namun jika proses berlangsung sedemikian rupa sehingga pergeseran keseimbangan sangat kecil maka proses ini dapat dianggap sebagai proses yang reversible

Proses reversible dianggap dapat berlangsung dalam arah yang berlawanan mengikuti alur proses yang semula diikuti.

Proses Irreversible

Proses irreversible (tidak reversible) merupakan proses yang dalam perjalanannya mengalami rugi (desipasi) energi sehingga tidak mungkin ditelusur balik secara tepat.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Proses mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopisReversible dan Irreversible

Teorema Clausius

Dalam proses reversible

Dalam proses irreversible

Proses reversible merupakan proses yang paling efisien, tanpa rugi (desipasi) energi

Proses irreversible memiliki efisiensi lebih rendah


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Entropi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Hukum Thermodinamika Ke-dua

Hukum Thermodinamika Ke-tiga


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Entropi mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Proses reversible

Tanda ini menyatakan bahwa proses berlangsung dalam satu siklus

Untuk proses reversible yang berjalan tidak penuh satu siklus, melainkan berjalan dari status A ke status B dapat dituliskan

qrev adalah panas yang masuk ke sistem pada proses reversible.

Karena masuknya energi panas menyebabkan enthalpi sistem meningkat sedangkan enthalpi merupakan fungsi status maka

juga merupakan fungsi status

S adalah peubah status yang disebut entropi


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Ke-dua mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Proses reversible adalah yang paling efisien

Ada rugi energi

Tak ada rugi energi

Proses yang umum terjadi adalaqh proses irreversible 

Panas dq yang kita berikan ke sistem pada umumnya adalah dqirrev

Dengan pemberian panas, entropi sistem berubah sebesar dSsistem dan sesuai dengan definisinya maka

tanpa mempedulikan apakah proses yang terjadi reversible atau irreversible


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Ke-dua mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Dalam sistem tertutup, jika dq cukup kecil maka pergeseran status yang terjadi di lingkungan akan kembali ke status semula. Dengan mengabaikan perubahan-perubahan kecil lain yang mungkin juga terjadi, proses di lingkungan dapat dianggap reversible. Perubahan entropi lingkungan menjadi

Perubahan entropi neto

yang akan bernilai positif jika proses yang terjadi adalah proses irreversible karena dalam proses irreversibledq < dqrev

Proses reversible hanya akan terjadi jika dSneto = 0


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Ke-dua mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Suatu proses spontan adalah proses yang terjadi secara alamiah.

Proses ini merupakan proses irreversible, karena jika tidak proses spontan tidak akan terjadi.

Karena proses spontan adalah proses irreversible di mana dSneto> 0 maka dalam proses spontan total entropi selalu bertambah.

Ini adalah pernyataan Hukum Thermodinamika Kedua.

Kita ingat bahwa proses reversible adalah proses yang hampir tidak bergeser dari keseimbangannya atau dengan kata lain tidak ada perubahan yang cukup bisa diamati. Oleh karena itu proses spontan tidak mungkin reversible atau selalu irreversible.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Hukum Thermodinamika Ke-tiga mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Dengan mengingat relasi

dq = CPdT,

kapasitas panas pada tekanan konstan

Atas usulan Planck, Nernst pada 1906 menyatakan bahwa pada temperatur 0 K entropi dari semua sistem harus sama. Konstanta universal ini di-set sama dengan nol sehingga

Persamaan ini biasa disebut sebagai Hukum Thermodinamika Ke-tiga

Persamaan ini memungkinkan dilakukannya perhitungan nilai absolut entropi dari suatu sistem dengan membuat batas bawah integrasi adalah 0 K.

maka entropi S pada temperatur T dari suatu sistem adalah


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Arah Reaksi Kimia mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Proses reaksi dari beberapa reagen menghasilkan hasil reaksi.

Apabila A+B tetap dominan terhadap C dalam waktu yang lama, maka disebut reaksi nonspontan

Jika C dominan terhadap A+B dalam waktu yang tidak lama, maka reaksi tersebut disebut reaksi spontan

diperlukan upaya tertentu agar diperoleh C yang dominan

Reaksi spontan disebut juga product-favored reaction

Reaksi nonspontan disebut juga reactant-favored reaction

Pada umumnya, reaksi eksothermis yang terjadi pada temperatur kamar adalah

reaksi spontan.

Energi potensial yang tersimpan dalam sejumlah (relatif) kecil atom / molekul reagen menyebar ke sejumlah (relatif) besar atom / molekul hasil reaksi dan atom / molekul lingkungannya.

Penyebaran energi lebih mungkin terjadi daripada pemusatan (konsentrasi) energi.


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Arah Reaksi Kimia mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Di samping energi, materi yang sangat terkonsentrasi juga cenderung untuk menyebar

Dengan demikian ada dua cara untuk suatu sistem menuju kepada status yang lebih mungkin terjadi, yaitu

1). melalui penyebaran energi ke sejumlah partikel

yang lebih besar;

2). melalui penyebaran partikel sehingga susunan

partikel menjadi lebih acak.

Dengan dua cara tersebut

ada empat kemungkinan proses

yang bisa terjadi


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Arah Reaksi Kimia mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

a). Jika reaksi adalah eksothermis dan susunan materi menjadi lebih acak, maka reaksi ini merupakan reaksi spontan pada semua temperatur.

b). Jika reaksi adalah eksothermis tetapi susunan materi menjadi lebih teratur, maka reaksi ini cenderung merupakan reaksi spontan pada suhu kamar akan tetapi menjadi reaksi nonspontan pada temperatur tinggi. Hal ini berarti bahwa penyebaran energi dalam proses terjadinya reaksi kimia lebih berperan dibandingkan dengan penyebaran partikel

c). Jika reaksi adalah endothermis dan susunan materi menjadi lebih acak, maka reaksi ini cenderung merupakan reaksi nonspontan pada temperatur kamar tetapi cenderung menjadi spontan pada temperatur tinggi.

d). Jika reaksi adalah endothermis dan susunan materi menjadi lebih teratur, maka tidak terjadi penyebaran energi maupun penyebaran partikel yang berarti proses reaksi cenderung nonspontan pada semua temperatur.

Karena reaksi spontan merupakan proses irreversible di mana terjadi kenaikan entropi maka kenaikan entropi menjadi pula ukuran/indikator penyebaran partikel


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Arah Reaksi Kimia mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Kapasitas Panas dan Nilai Absolut Entropi

Konstanta Untuk Menetukan Kapasitas Panas Padatan

cal/mole/K [12].

Entropi Absolut Pada Kondisi Standar

cal/mole derajat [12]


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi Bebas mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

(free energies)


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi Bebas mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Kelvin memformulasikan bahwa pada umumnya alam tidak memperkenankan panas dikonversikan menjadi kerja tanpa disertai oleh perubahan besaran yang lain.

Kalau formulasi Kelvin ini kita bandingkan dengan pernyataan Hukum Thermodinamika Ke-dua, maka besaran lain yang berubah yang menyertai konversi panas menjadi kerja adalah perubahan entropi.

Perubahan neto entropi, yang selalu meningkat dalam suatu proses, merupakan energi yang tidak dapat diubah menjadi kerja, atau biasa disebut energi yang tak dapat diperoleh (unavailable energy).


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi Bebas mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Sesuai Hukum Thermodinamika Pertama, jika kita masukkan energi panas ke dalam sistem dengan maksud untuk mengekstraknya menjadi kerja maka yang bisa kita peroleh dalam bentuk kerja adalah energi yang masuk ke sistem dikurangi energi yang tak bisa diperoleh, yang terkait dengan entropi.

Karena mengubah energi menjadi kerja adalah proses irreversible, sedangkan dalam proses irreversible entropi selalu meningkat, maka energi yang tak dapat diperoleh adalah

TS

temperatur

entropi

Energi yang bisa diperoleh disebut energi bebas yang diformulasikan oleh Helmholtz sebagai

Hemholtz Free Energy


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi Bebas mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Hemholtz Free Energy

Jika temperatur konstan dan tidak ada kerja yang dilakukan oleh sistem pada lingkungan maupun dari lingkungan pada sistem, maka

Karena

Jadi pada proses isothermal di mana tidak ada kerja, energi bebas Helmholtz menurun dalam semua proses alamiah dan mencapai nilai minimum setelah mencapai keseimbangan


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Energi Bebas mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

tekanan atmosfer

Gibbs Free Energy

Gibbs mengajukan formulasi energi bebas, yang selanjutnya disebut energi bebas Gibbs (Gibbs Free Energy), G, dengan memanfaatkan definisi enthalpi

Jika tekanan dan temperatur konstan (yang tidak terlalu sulit untuk dilakukan), maka

Jadi jika temperatur dan tekanan dibuat konstan, energi bebas Gibb mencapai minimum pada kondisi keseimbangan

Pada proses irreversible


Mengenal sifat kimia material pengertian dasar thermodinamika

Course Ware mencakup permasalahan transfer energi dalam skala makroskopis

Mengenal Sifat Kimia Material

#1 Pengertian Dasar Thermodinamika

Sudaryatno Sudirham