Konsep Dasar Termodinamika 09

KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKAEndang SusilowatiProdi Pendidikan Kimia FKIP UNS

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 LINGKUNGANBerdasarkan 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 materi atau energi (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 spesifikVariabel ekstensif : variabel termodinamika yg tergantung pada jumlah materi. Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi, entropiVariabel Termodinamika

Proses TermodinamikaProses 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/xy) (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 dyPada 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)yxy/zy = (z/x)y(x/z)ySehingga :(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 dyBila 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)xAtau :(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)pKoefisien kompresibilitas didefinisikan sebagai laju perubahan volume sistem yang disebabkan pengaruh tekakan temperatur konstan, dirumuskan: K = -1/V (V/p)THubungan antara dan K dinyatakan: /K = (p/T)V (buktikan!!!)

Soal-soalDengan menggunakan perumusan diferensial eksak dan non eksak, tentukan apakah fungsi berikut termasuk diferensial eksak atau non eksakz = xy3 dengan z = f (x,y)z = 2y3 + 3x2 dengan z = f(x,y)V = r2h dengan V = f (r,h)Diketahui P = RT/(V-b) dengan V = f(p,T). Buktikan bahwa P, T, V merupakan fungsi keadaanTunjukkan bahwa kerja dan kalor adalah fungsi