https://www.grc.nasa.gov/www/BGH/enthalpy.html
Hukum termodinamika
- Hukum pertama: Energi kekal, tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.
- Hukum kedua: Dalam suatu sistem yang terisolasi, proses alami bersifat spontan apabila menyebabkan peningkatan ketidakteraturan, atau entropi.
- Hukum ketiga: Entropi kristal sempurna adalah nol ketika suhu kristal sama dengan nol mutlak (0 K).
Entalpi
Entalpi adalah kandungan panas suatu sistem. Seperti yang kita ketahui, panas dapat masuk atau keluar dari sistem. Jika sistem ini merupakan reaksi kimia, perubahan panas disebut perubahan entalpi. Mengetahui apakah entalpi sistem meningkat atau menurun selama reaksi kimia merupakan faktor penting untuk memahami apakah reaksi tersebut dapat terjadi. Perubahan entalpi sistem selama reaksi kimia didefinisikan sebagai perubahan energi internalnya ditambah perubahan hasil kali tekanan dan volume sistem:
Rumus ΔH = ΔE + Δ( PV )
dimana
ΔH = perubahan entalpi
Δ E = perubahan energi internal
Δ ( PV) = perubahan Tekanan x Volume sistem
Karena entalpi merupakan fungsi keadaan dan bergantung pada perubahan antara keadaan awal dan akhir, maka berdasarkan hal ini, kita dapat mendefinisikan dua jenis reaksi kimia: eksotermik dan endotermik.
Reaksi eksotermik adalah reaksi yang melepaskan kalor dan melepaskan energi ke lingkungan. Dalam jenis reaksi ini, entalpi produk lebih rendah daripada entalpi reaktan dan akibatnya perubahan entalpi atau ∆H bernilai negatif.
Reaksi endotermik adalah reaksi yang melibatkan penyerapan kalor dari lingkungan sekitar. Di sini, entalpi produk lebih tinggi daripada entalpi reaktan dan perubahan entalpi atau '∆H' bernilai positif.
Entalpi suatu reaksi dapat dihitung sebagai berikut:
∆H = ∑ nH produk -∑ mH reaktan
di mana
Δ E = perubahan energi internal
Δ ( PV) = perubahan Tekanan x Volume sistem
Karena entalpi merupakan fungsi keadaan dan bergantung pada perubahan antara keadaan awal dan akhir, maka berdasarkan hal ini, kita dapat mendefinisikan dua jenis reaksi kimia: eksotermik dan endotermik.
Reaksi eksotermik adalah reaksi yang melepaskan kalor dan melepaskan energi ke lingkungan. Dalam jenis reaksi ini, entalpi produk lebih rendah daripada entalpi reaktan dan akibatnya perubahan entalpi atau ∆H bernilai negatif.
Reaksi endotermik adalah reaksi yang melibatkan penyerapan kalor dari lingkungan sekitar. Di sini, entalpi produk lebih tinggi daripada entalpi reaktan dan perubahan entalpi atau '∆H' bernilai positif.
Entalpi suatu reaksi dapat dihitung sebagai berikut:
∆H = ∑ nH produk -∑ mH reaktan
di mana
n = koefisien produk
m = koefisien reaktan
∑ = jumlah dari
Selain itu, perbedaan antara ∆H dan ∆E untuk suatu sistem kecil untuk reaksi yang hanya melibatkan cairan dan padatan karena, seperti yang dapat Anda bayangkan, hanya ada sedikit perubahan dalam volume sistem selama reaksi berlangsung. Namun, perbedaan ini dapat menjadi signifikan untuk reaksi yang melibatkan gas, jika ada perubahan dalam jumlah mol gas selama reaksi berlangsung.
m = koefisien reaktan
∑ = jumlah dari
Selain itu, perbedaan antara ∆H dan ∆E untuk suatu sistem kecil untuk reaksi yang hanya melibatkan cairan dan padatan karena, seperti yang dapat Anda bayangkan, hanya ada sedikit perubahan dalam volume sistem selama reaksi berlangsung. Namun, perbedaan ini dapat menjadi signifikan untuk reaksi yang melibatkan gas, jika ada perubahan dalam jumlah mol gas selama reaksi berlangsung.
Entropi
Entropi mengacu pada ukuran tingkat ketidakteraturan dalam sistem termodinamika. Entropi diukur dalam satuan joule per kelvin (J/K) dan dilambangkan dengan simbol 'S'. Untuk setiap proses spontan, entropi sistem harus meningkat. Entropi juga dihitung dalam bentuk perubahan dan didefinisikan dengan rumus berikut:
∆S = ∆Q / T
di mana:
ΔS = perubahan entropi
ΔQ = perubahan kandungan panas sistem
T = suhu sistem
Persamaan ini berlaku untuk proses yang secara termodinamika reversibel.
Ludwig Boltzmann mendefinisikan entropi sebagai ukuran jumlah kemungkinan konfigurasi mikroskopis atom dan molekul sesuai dengan keadaan makroskopis sistem. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan berikut:
S = KB di W
di mana,
S = entropi gas ideal
KB = konstanta Boltzmann
W = jumlah keadaan mikro yang sesuai dengan keadaan makro tertentu
Berdasarkan definisi ini, zat padat memiliki entropi terendah karena struktur kristalnya lebih teratur; zat cair memiliki entropi menengah karena lebih teratur daripada gas tetapi kurang teratur daripada zat padat; Gas diketahui memiliki entropi tertinggi karena paling tidak teratur.
Hubungan antara entalpi dan entropi
Untuk mendefinisikan hubungan yang ada antara entropi dan entalpi, kita perlu memperkenalkan konsep baru: Energi bebas Gibbs
Energi Bebas Gibbs digunakan untuk mengukur jumlah energi yang tersedia yang dihasilkan oleh reaksi kimia. Karena reaksi biasanya bergantung pada suhu, dan terkadang bekerja jauh lebih baik pada beberapa suhu daripada suhu lainnya, nilai ΔGf° yang diketahui hanya berlaku pada suhu 25°C (298,15 K).
Mirip dengan persamaan untuk ΔH dan ΔS untuk suatu sistem, ΔG didefinisikan sebagai perbedaan antara jumlah nilai energi bebas pembentukan produk dan reaktan:
ΔG reaksi = ΣΔG produk - ΔΣG reaktan
atau disederhanakan
ΔG = ΣΔG - ΔΣG
Jika reaksi tidak spontan, ΔG-nya akan positif. Jika reaksi spontan, ΔG-nya akan negatif.
Penting untuk dicatat bahwa reaksi spontan tidak selalu berarti bahwa reaksi tertentu berlangsung dengan kecepatan tinggi. Reaksi spontan dapat memakan waktu lama untuk selesai. Contoh klasiknya adalah pengaratan logam.
Kembali ke entalpi dan entropi, kita dapat mendefinisikan hubungan antara kedua nilai ini, menghubungkannya dengan energi bebas Gibbs. Untuk semua suhu, termasuk 25°C, persamaan berikut dapat digunakan untuk menentukan spontanitas reaksi kimia:
ΔG = ΔH – TΔS
Persamaan ini hanya berlaku jika:Suhu dalam satuan Kelvin, diperoleh dengan menambahkan 273,15 ke suhu Celsius.
S reaksi diubah menjadi kJ/K.
Nilai yang dihitung untuk ΔG dianggap sebagai perkiraan, terutama karena suhu bergerak menjauh dari 25°C karena ΔH dan ΔS akan bervariasi terhadap suhu. Perubahan ΔS akan berdampak lebih kecil pada ΔG. Hal ini karena ΔS diukur dalam satuan J/K dan ketika dikonversi ke kJ/K, nilainya kecil secara numerik. Perubahan kecil pada ΔH dapat berdampak besar pada ΔG.
ΔQ = perubahan kandungan panas sistem
T = suhu sistem
Persamaan ini berlaku untuk proses yang secara termodinamika reversibel.
Ludwig Boltzmann mendefinisikan entropi sebagai ukuran jumlah kemungkinan konfigurasi mikroskopis atom dan molekul sesuai dengan keadaan makroskopis sistem. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan berikut:
S = KB di W
di mana,
S = entropi gas ideal
KB = konstanta Boltzmann
W = jumlah keadaan mikro yang sesuai dengan keadaan makro tertentu
Berdasarkan definisi ini, zat padat memiliki entropi terendah karena struktur kristalnya lebih teratur; zat cair memiliki entropi menengah karena lebih teratur daripada gas tetapi kurang teratur daripada zat padat; Gas diketahui memiliki entropi tertinggi karena paling tidak teratur.
Hubungan antara entalpi dan entropi
Untuk mendefinisikan hubungan yang ada antara entropi dan entalpi, kita perlu memperkenalkan konsep baru: Energi bebas Gibbs
Energi Bebas Gibbs digunakan untuk mengukur jumlah energi yang tersedia yang dihasilkan oleh reaksi kimia. Karena reaksi biasanya bergantung pada suhu, dan terkadang bekerja jauh lebih baik pada beberapa suhu daripada suhu lainnya, nilai ΔGf° yang diketahui hanya berlaku pada suhu 25°C (298,15 K).
Mirip dengan persamaan untuk ΔH dan ΔS untuk suatu sistem, ΔG didefinisikan sebagai perbedaan antara jumlah nilai energi bebas pembentukan produk dan reaktan:
ΔG reaksi = ΣΔG produk - ΔΣG reaktan
atau disederhanakan
ΔG = ΣΔG - ΔΣG
Jika reaksi tidak spontan, ΔG-nya akan positif. Jika reaksi spontan, ΔG-nya akan negatif.
Penting untuk dicatat bahwa reaksi spontan tidak selalu berarti bahwa reaksi tertentu berlangsung dengan kecepatan tinggi. Reaksi spontan dapat memakan waktu lama untuk selesai. Contoh klasiknya adalah pengaratan logam.
Kembali ke entalpi dan entropi, kita dapat mendefinisikan hubungan antara kedua nilai ini, menghubungkannya dengan energi bebas Gibbs. Untuk semua suhu, termasuk 25°C, persamaan berikut dapat digunakan untuk menentukan spontanitas reaksi kimia:
ΔG = ΔH – TΔS
Persamaan ini hanya berlaku jika:Suhu dalam satuan Kelvin, diperoleh dengan menambahkan 273,15 ke suhu Celsius.
S reaksi diubah menjadi kJ/K.
Nilai yang dihitung untuk ΔG dianggap sebagai perkiraan, terutama karena suhu bergerak menjauh dari 25°C karena ΔH dan ΔS akan bervariasi terhadap suhu. Perubahan ΔS akan berdampak lebih kecil pada ΔG. Hal ini karena ΔS diukur dalam satuan J/K dan ketika dikonversi ke kJ/K, nilainya kecil secara numerik. Perubahan kecil pada ΔH dapat berdampak besar pada ΔG.
--------------------------------------------------------------------------