Kimia Fisik Pertemuan 1

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIFAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS JAMBIUNIVERSITAS JAMBI

PRODI D3 KIMIA ANALISIS dan D3 PRODI D3 KIMIA ANALISIS dan D3 KIMIA INDUSTRIKIMIA INDUSTRI

Pengampu :Diah Mastutik, S.Pd., M.Si

HeriYanti, S.T., M.T., M.Eng

Mata KuliahKIMIA FISIKA

Silabus Matakuliah Kimia Fisika

1.Pendahuluan2.Konsep Dasar Kimia Fisika3.Persamaan Keadaan Gas Sempurna4.Persamaan Keadaan Gas Nyata5.Hukum ke- 0 dan Hukum I Termodinamika (Hukum ke o Termodinamika, Kerja ekspansi, Kerja kompresi, Proses siklus isotermal, energi dan hukum I termodinamika, perubahan energi internal, perubahan keadaan pada volume konstan, perubahan keadaan pada tekanan konstan, hubungan antara Cp dan Cv, perubahan keadaan adiabatis)6.Mid Semester

Bahan Bu Heriyanti

1. Panas Reaksi 2. Pengantar Hukum II

Termodinamika3. Sifat-sifat Entropi dan Hukum

III Termodinamika4. Keseimbangan dan

Spontanitas5. Ujian Akhir Semester

Penilaian Akhir

1. Nilai Ujian Mid 30% (pemahaman, ketepatan, kejujuran)

2. Nilai Ujian Akhir 30% (pemahaman, ketepatan, kejujuran)

3. Nilai Praktikum 30% (kehadiran min n-2, keaktifan, responsi, laporan, ujian praktikum)

4. Tugas dan Absen 10% (tugas kelompok, quiz, keaktifan, kehadiran min 75%)

KONSEP-KONSEP DASAR KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKATERMODINAMIKA

Diah Mastutik, S.Pd., M.SiProdi KimiaFakultas Sains dan Teknologi

KIMIA FISIKAKIMIA FISIKA

• Termodinamika mempelajari hubungan antara panas, kerja dan energi serta perubahan-perbahan yang diakibatkannya terhadap sistem

• Sistem kesetimbangan dalam termodinamika1. Kesetimbangan termal2. Kesetimbangan mekanik3. Kesetimbangan material

Istilah – istilah penting dalam termodinamika kimia :• sistem : bagian dari alam semesta yang kita amati atau yang

dipelajari• lingkungan : bagian diluar sistem yang yang masih berpengaruh

atau dipengaruhi oleh sistem• Batas (boundary) : bagian yang memisahkan sistem dengan

lingkungan.

KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA

INTERAKSI SISTEM DAN LINGKUNGAN

• Berdasarkan sifat interaksi antara sistem dan lingkungan, sistem dibedakan :– Sistem terbuka, antara sistem dan

lingkungan masih terjadi pertukaran energi dan materi ( dq ≠ 0 ; dm ≠ 0)

– Sistem tertutup; hanya dimungkinkan adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan (dq ≠ 0 ; dm = 0)

– Sistem terisolasi / tersekat ; tidak dimungkin-kan adanya perubahan energi atau materi (dq = 0 ; dm = 0)

• Variabel intensif : variabel termodinamika yg tidak tergantung pada jumlah materi.

Contoh: Temperatur, tekanan, massa jenis, titik didih, pH, Tegangan muka, Indeks bias, kekentalan, panas spesifik

• Variabel ekstensif : variabel termodinamika yg tergantung pada jumlah materi.

Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi, entropi

Variabel Termodinamika

Proses TermodinamikaProses Termodinamika

Proses termodinamika Operasi yang menyebabkan keadaan sistem berubah

Ada beberapa jenis proses termodinamika :Proses Isotermis , dT = 0, tidak ada perubahan temperatur sistemProses Adiabatik, dq = 0, tidak ada pertukaran panas antara sistem dengan

lingkunganProses Isobaris , dP = 0, tekanan sistem konstanProses Isokoris, dV = 0, tidak ada perubahan volume sistemProses Siklis, dU = 0, dH = 0, Sistem melakukan beberapa proses yang

berbeda tetapi akhirnya kembali pada keadaan semula Proses reversibel (Proses dapat balik ) : suatu proses yang berlangsung

sedemikian hingga setiap bagian yang mengalami perubahan dikembalikan pada keadaan semula tanpa menyebabkan suatu perubahan lain.

Proses irreversibel (proses tak dapat balik) : proses yang berlangsung dalam satu tahap, arahnya tak dapat dibalik kecuali dengan tambahan energi luar

• Suatu variabel termodinamika dikatakan sebagai fungsi keadaan jika hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir saja, tidak tergantung pada jalannya proses.

Contoh : entalpi (H), energi dalam (U)• Suatu variabel termodinamika dikatakan sebagai fungsi proses jika besarnya tergantung pada jalannya proses.

contoh : kerja (w) dan Kalor (q)• Suatu variabel termodinamika dapat dibuktikan sebagai fungsi keadaan jika differensialnya bersifat eksak. Sehingga jika differensialnya tidak eksak maka variabel tersebut merupakan fungsi proses.

Fungsi Keadaan dan Fungsi Proses

Differensial eksak• jika z = f(x,y), perubahan kecil z sebesar dx pada y konstan

dinyatakan sebagai dz = (∂z/∂x)y dx• jika z = f(x,y), perubahan kecil z sebesar dy pada x konstan dinya-

takan sebagai dz = (∂z/∂y)x dyPerubahan z dengan merubah secara serentak dx dan dy dinyatakan:

dz = (∂z/∂x)y dx + (∂z/∂y)x dy (1.1)

Jika : (∂z/∂y)y = M(x,y)

(∂z/∂y)x = N(x,y)Maka persamaan (1.1) menjadi :

dz = M(x, y) dx + N(x,y) dy (1.2)Differensial tersebut dikatakan eksak jika dipenuhi :

(∂M/∂y)x = (∂N/∂x)y atau (1.3)

(∂2z/∂ydx) = (∂2z/∂x∂y) (1.4)Persamaan (1.3) dan (1.4) ditafsirkan sebagai : variabel z sebagai fungsi x dan y jika berubah sebesar dz sebagai akibat perubahan dx dan dy akan mempunyai harga yang sama jika diubah dengan cara :

- dx dulu (pada y konstan) , kemudian dy (pada x konstan) atau- dy dulu (pada x konstan), kemudian dx (pada y konstan)

Dari persamaan (1.1):dz = (∂z/∂x)y dx + (∂z/∂y)x dy

Pada perubahan yang sangat kecil pada y konstan (dy = 0) menjadi :

dzy = (∂z/∂x)y dxy (1.5)Bila dibagi dengan dzy didapat :

1 = (∂z/∂x)y∂xy/∂zy = (∂z/∂x)y(∂x/∂z)y

Sehingga :(∂z/∂x)y = 1 / (∂x/∂z)y (1.6)

Dari persamaan (1.1) pada z konstan (dz=0) diperoleh :0 = (∂z/∂x)y dx + (∂z/∂y)x dy

Bila dibagi dengan dyz didapat :0 = (∂z/∂x)y (∂x/∂y)z + (∂z/∂y)x (1.7)

Aturan Rantai Siklis

(∂z/∂x)y (∂x/∂y)z = -(∂z/∂y)x = -1 (∂z/∂y)x = -1 / (∂y/∂z)x

Atau :

(∂z/∂x)y(∂x/∂y)z (∂y/∂z)x = -1

Persamaan 1.8 disebut aturan siklis yang banyak berguna dalam penye-lesaian termodinamika :

- (∂z/∂y)x = - (∂z/∂x)y (∂x/∂y)z

- (∂z/∂y)x = -(∂z/∂x)y / (∂y/∂x)z

- (∂z/∂y)x = - (∂x/∂y)z (∂x/∂z)y

Koefisien Ekspansifitas () dan Koefisien kompresibiltas ()

• Koefisien ekspansifitas didefinisikan sebagai laju perubahan volume sistem karena pengaruh suhu pada tekanan konstan, dirumuskan:

= 1/V (∂V/∂T)p

• Koefisien kompresibilitas didefinisikan sebagai laju perubahan volume sistem yang disebabkan pengaruh tekakan temperatur konstan, dirumuskan:

K = -1/V (∂V/∂p)T

• Hubungan antara dan K dinyatakan:

/K = (∂p/∂T)V (buktikan!!!)

Soal-soal

1. Dengan menggunakan perumusan diferensial eksak dan non eksak, tentukan apakah fungsi berikut termasuk diferensial eksak atau non eksak

z = xy3 dengan z = f (x,y)z = 2y3 + 3x2 dengan z = f(x,y)V = r2h dengan V = f (r,h)

2. Diketahui P = RT/(V-b) dengan V = f(p,T). Buktikan bahwa P, T, V merupakan fungsi keadaan

3. Tunjukkan bahwa kerja dan kalor adalah fungsi