ENTALPI ,HUKUM HESS,HUKUM II TERMODINAMIKA, ENTROPI

A.     Entalpi

Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang  satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (ΔE). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (ΔH).

ΔH = H_p – H_r

dengan:

ΔH = perubahan entalpi

H_p = entalpi produk

H_r = entalpi reaktan atau pereaksi

a. Bila H produk > H reaktan, maka ΔH bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.

b. Bila H reaktan > H produk, maka ΔH bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.

Gambar 1. Perubahan Entalpi pada Sistem

B.    Hukum Hess

Dalam perubahan entalpi, terdapat hukum yang dinamakan Hukum Hess. Hukum Hess adalah hukum yang menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi akan sama walaupun reaksi tersebut terdiri dari satu langkah atau banyak langkah. Perubahan entalpi tidak dipengaruhi oleh jalannya reaksi, melainkan hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir.

Hukum Hess mempunyai pemahaman yang sama dengan hukum kekekalan energi, yang juga dipelajari di hukum pertama termodinamika. Hukum Hess dapat digunakan untuk mencari keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi kimia. Perhatikan diagram berikut:

Gambar 2. Diagram Hukum Hess

Diagram di atas menjelaskan bahwa untuk mereaksikan A menjadi D, dapat menempuh jalur B maupun C, dengan perubahan entalpi yang sama (ΔH₁ + ΔH₂ = ΔH₃ + ΔH₄).

Jika perubahan kimia terjadi oleh beberapa jalur yang berbeda, perubahan entalpi keseluruhan tetaplah sama. Hukum Hess menyatakan bahwa entalpi merupakan fungsi keadaan. Dengan demikian ΔH untuk reaksi tunggal dapat dihitung dengan:

ΔH_reaksi = ∑ ΔH_{f (produk)} - ∑ ΔH_{f (reaktan)}

Jika perubahan entalpi bersih bernilai negatif (ΔH < 0), reaksi tersebut merupakan eksoterm dan bersifat spontan. Sedangkan jika bernilai positif (ΔH > 0), maka reaksi bersifat endoterm.

Perhatikan diagram berikut:

Pada diagram di atas, jelas bahwa jika C (s) + 2H₂ (g) + O₂ (g) direaksikan menjadi CO₂ (g) + 2H₂ (g) mempunyai perubahan entalpi sebesar -393,5 kJ. Walaupun terdapat reaksi dua langkah, tetap saja perubahan entalpi akan selalu konstan (-483,6 kJ + 90,1 kJ = -393,5 kJ).

·        Ketergantungan ΔH dengan temperatur

Pada umumnya entalpi reaksi tergantung pada temperatur walaupun dalam banyak reaksi ketergantungan ini sangat kecil sehingga sering diabaikan.

∆H untuk reaksi aA + bB → cC + dD

∆H = c HC +d HD – a HA – b HB

Bila persamaan tadi didefinisikan terhadap temperatur pada tekanan tetap didapatkan :

Ingat bahwa

C.    Hukum II Termodinamika

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".

Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.

Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".

1.      Mesin Kalor

Mesin kalor atau yang biasa disebut dengan mesin carnot adalah suatu alat yang menggunakan panas/kalor (Q) untuk dapat melakukan kerja (W). Alat ini tidak ideal, pasti ada kalor yang terbuang walaupun hanya sedikit. Ada beberapa ciri khas yang menggambarkan mesin kalor, yaitu :

·        Kalor yang dikirimkan berasal dari tempat yang panas (reservoir panas) dengan temperatur tinggi lalu dikirimkan ke mesin.

·        Kalor yang dikirimkan ke dalam mesin sebagian besar melakukan kerja oleh zat yang bekerja dari mesin, yaitu material yang ada di dalam mesin melakukan kerja.

·        Kalor sisa dari input dibuang ke temperatur yang lebih rendah yang disebut reservoir dingin