Fungsi Keadaan Dan Diferensial

Fungsi keadaan yaitu sifat-sifat yang tidak tergantung pada penyiapan cuplikan atau tidak bergantung pada proses, karena sifat tersebut tergantung pada keadaan akhir sistem, bukan pada bagaimana keadaan tersebut diperoleh. Contohnya adalah tekanan, energi dalam, dan kapasitas kalor. Sedangkan fungsi jalan yaitu sifat-sifat yang berhubungan dengan penyiapan keadaan atau bergantung pada proses bagaimana keadaan tersebut diperoleh bukan pada keadaan akhirnya. Contohnya adalah kerja yang dilakukan dalam penyiapan suatu keadaan atau energi yang dipindahkan sebagai kalor (Atkins,1996)

Untuk mulai melihat pentingnya perbedaan antara fungsi keadaan dan fungsi jalan dengan mengingat implikasinya pada Hukum Pertama. Suatu fungsi keadaan perubahan entalpi dari suatu proses perubahan dari keadaan awal ke keadaan akhir, tetapi tidak bergantung pada jalan antara kedua keadaan itu. Dinyatakan tidak bergantung pada jalan ini dengan mengatakan bahwa dU adalah Diferensial Eksak, dapat dinyatakan dengan (Fatimah,2015) :

 
dU = ∆U = Uakhir –Uawal
contoh serupa adalah perubahan entalpi, perubahan fungsi Gibs dan perubahan entropi :
dH = ∆H = Hakhir – Hawal
dG = ∆G = Gakhir – Gawal
    dS = ∆S = Sakhir – Sawal
Sebaliknya, fungsi jalan adalah fungsi yang bergantung pada proses bagaimana keadaan tersebut diperoleh. Sebagai contoh kerja, adalah fungsi jalan sehingga secara sistematis :
    dW ≠ Wakhir - Wawal
demikian halnya dengan perubahan kalor :
 
dq ≠ qakhir - qawal
Terdapat perbedaan antara persamaan ini dengan persamaan yang sebelumnya. Pertama, tidak ditulis ∆q karena q bukan fungsi keadaan dan energi yang diberikan sebagai kalor tidak dapat dinyatakan dengan qakhir - qawal. Kedua, harus menentukan jalan integrasi karena q bergantung pada jalan yang dipilih (jalan adiabatik mempunyai q = 0 sedangkan jalan nonadiabatik antara dua keadaan yang sama mempunyai q ≠ 0). Ketergantungan pada jalan ini dengan menyatakan bahwa dq adalah Diferensial Tak Eksak ¬(Fatimah,2015).
Kembali ke persamaan hukum pertama termodinamika :
    dU = dq + dw
jika pada suatu sistem terjadi perubahan energi internal, maka perubahan itu dapat diwujudkan dalam perubhan kalor (dq) dan perubahan kerja (dw) ¬(Fatimah,2015). Untuk sistem tersebut, kerja dW dapat dinyatakan sebagai dW = pdV . Dengan demikian, hukum pertama termodinamika dalam bentuk diferensial menjadi (Ruwanto,2005) :
    dU = dq – pdV

Perubahan Energi Dalam (dU atau ∆U)
    Sebagaimana yang sudah dibahas, perubahan energi internal merupakan diferensial eksak. U adalah fungsi volume dan temperature. Jika temperature tetap V berubah menjadi V+dV maka U berubah menjadi (Atkins,1996) :
    
Koefisien  , yaitu V kemiringan U terhadap V pada temperatur tetap adalah turunan parsial U terhadap V. tetapi T yang berubah menjadi T + dT pada volume tetap, energi dalam berubah menjadi (Atkins,1996) :
 
Jika diambil peubah dari perubahan energi internal ini adalah volume (V) dan temperatur (T), maka besarnya perubahan energi internal dapat dinyatakan sebagai (Fatimah,2015) :
 
Selisih energi dalam U’ dan U adalah jumlah yang sangat kecil, dU. Dengan demikian persamaan terakhir diperoleh :
 
Maksud dari persamaan tersebut adalah besarnya perubahan energi internal tergantung kepada perubahan temperature (dT) dan perubahan volume (dV) dan juga ditentukan oleh koefisien ketergantungan energi internal pada perubahan temperature dengan kondisi volume konstan serta ketergantungan energi internal pada perubahan volume dengan kondisi temperatur konstan   (Fatimah,2015). Interpretasi dari persamaan diatas yaitu dalam sistem tertutup dengan komposisi tetap, perubahan energi dalam yang sangat kecil sebanding dengan perubahan volume dan temperature yang sangat kecil, koefisien perbandingannya merupakan turunan parsialnya (Atkins,1996).
    Besarnya perubahan energi internal pada perubahan temperatur dengan kondisi volume tetap sendiri umumnya secara fisik disebut sebagai kapasitas panas pada volume tetap atau Cv, sehingga persamaan tersebut dapat dinyatakan sebagai (Fatimah,2015) :

 

Koefisien yang ke dua   merupakan ukuran ketergantungan perubahan energi terhadap perubahan volume dalam kondisi temperatur konstan yang diberi nama . Sehingga persamaan dapat dinyatakan sebagai :
 

Khusus untuk gas ideal, besarnya   = 0, ini dikarenakan salah satu sifat gas ideal adalah tidak memiliki interaksi tarik-menarik dan tolak-menolak sehingga jika dilakukan suatu perubahan volume tidak terjadi perubahan energi didalamnya (Fatimah,2015).




DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga
Fatimah, Is. 2015. Kimia Fisika. Yogyakarta : Deepublish
Ruwanto, Bambang. 2005. Asas – Asas Fisika. Bogor : Yudhistira

By : Chintya p 16630057