konsep dasar termodinamika 09
DESCRIPTION
pptTRANSCRIPT
KONSEP-KONSEP DASAR KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKATERMODINAMIKA
Endang 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 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 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 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