Untuk sebagian besar reaksi kimia, terdapat beberapa perubahan besar dalam energi dan entalpi, dan ini menjadi ketertarikan mengenai bagaimana reaksi yang terjadi saat T dan P dalam keadaan konstan.
Hal ini merupakan kondisi dimana sebagian besar percobaan dilakukan di laboratorium yang mana sistem secara bebas dapat menukar panas dengan lingkungan pada suhu kamar, dan dapat meluas atau berkontraksi pada suatu volume agar tetap berada pada tekanan atmosfir. Suhu dan tekanan yang konstan juga merupakan kondisi umum untuk proses kehidupan. Kita membutuhkan kriteria spontanitas yang sesuai dengan sistem untuk kondisi ini. Variabel termodinamika baru dari keadaan, energi bebas Gibbs, berguna dalam situasi ini. Energi bebas Gibbs, G, didefinisikan sebagi kombinasi dari entalpi, suhu dan entropi (Tinoco, 1995).
Sekarang perhatikan kesetimbangan material untuk kondisi T dan P konstan, dP=0, dT=0 Untuk menggambarkan dP dan dT dengan dw P dV, kita tambahkan dan kurangi dengan S dT dan V dP (Levine,2009):
dU ≤ T dS + S dT - P dV + V dP - V dP
dU ≤ d(TS) - S dT – d(PV) + V dP
d(U + pV – TS) ≤ - S dT + V dP
d(H – TS) ≤ - S dT + V dP
Hal ini merupakan kondisi dimana sebagian besar percobaan dilakukan di laboratorium yang mana sistem secara bebas dapat menukar panas dengan lingkungan pada suhu kamar, dan dapat meluas atau berkontraksi pada suatu volume agar tetap berada pada tekanan atmosfir. Suhu dan tekanan yang konstan juga merupakan kondisi umum untuk proses kehidupan. Kita membutuhkan kriteria spontanitas yang sesuai dengan sistem untuk kondisi ini. Variabel termodinamika baru dari keadaan, energi bebas Gibbs, berguna dalam situasi ini. Energi bebas Gibbs, G, didefinisikan sebagi kombinasi dari entalpi, suhu dan entropi (Tinoco, 1995).
Sekarang perhatikan kesetimbangan material untuk kondisi T dan P konstan, dP=0, dT=0 Untuk menggambarkan dP dan dT dengan dw P dV, kita tambahkan dan kurangi dengan S dT dan V dP (Levine,2009):
dU ≤ T dS + S dT - P dV + V dP - V dP
dU ≤ d(TS) - S dT – d(PV) + V dP
d(U + pV – TS) ≤ - S dT + V dP
d(H – TS) ≤ - S dT + V dP
Oleh karena itu, untuk perubahan material pada T dan P konstan dalam sistem tertutup, dilakukan secara mekanis dan dalam kesetimbangan termal serta hanya mampu untuk melakukan kerja P-V, sehingga (Levine,2009):
d(H – TS) ≤ 0 (T dan P konstan)
Dimana tanda kesetaraan berlaku pada kesetimbangan.
Dengan demikian, fungsi keadaan H dan TS terus menurun selama terjadi perubahan material saat T dan P konstan sampai kesetimbangan tercapai. Pada kondisi setimbang saat T dan P konstan dalam sistem tertutup, kerja P-V hanya untuk meminimalkan sistem keadaan fungsi H dan TS. Sehingga Gibbs di rumuskan sebagai berikut (Levine,2009):
G = H – TS
Karena G ditentukan oleh variabel H, T, dan S, serta H dan TS, jumlah keduanya meningkat sebanding dengan meningkatnya jumlah material, energi bebas Gibbs dapat dikatakan sebagai variabel keadaan yang luas dan memiliki unit yang sama dengan entalpi dan energi. Dan berikutnya dapat dilihat bahwa jika ΔG untuk suatu proses saat kondisi P dan T konstan adalah negatif, maka prses dapat terjadi secara spontan; jika ΔG untuk suatu proses saat kondisi P dan T konstan adalah positif, maka proses tidak akan terjadi secara spontan; dan jika ΔG untuk suatu proses saat kondisi P dan T konstan adalah nol, maka sistem berada pada kondisi ekuilibrium (Tinoco, 1995).
Jika G1, H1, dan S1 mewakili fungsi termodinamika untuk sistem di keadaan awal dan G2, H2, dan S2 pada keadaan akhir saat suhu konstan, sehingga perubahan energi bebas Gibbs adalah (Benson,2009):
G2 – G1 = ΔG = (H2 – H1) – T(S2 – S1)
Atau ΔG = ΔH - T ΔS
Variasi perubahan energi bebas dengan variasi suhu dan tekanan, sekarang dapat dipertimbangkan menjadi,
G = H – TS karena H = V + PV
G = U + PV – TS
Setelah terdiferensiasi menjadi,
dG = dU + PdV + VdP – TdS – SdT
Dari hukum pertama,
dq = dU + PdV
Dan untuk poses reversibel,
dS = dq/T
Dengan menggabungkan persamaan-persamaan sebelumnya didapatkan:
dG = VdP – SdT
Sponanitas Reaksi Endoterm
Fungsi Gibbs yang juga dikenal sebagai energi bebas Gibbs, lebih umum dalam kimia dibandingkan dengan fungsi Helmholtz. Penggambaran peranan G ditunjukkan oleh adanya reaksi endoterm spontan. Karena pada reaksi seperti ini H bertambah maka sistem naik secara spontan keadaan entalpi lebih tinggi, dan dH > 0. Reaksi itu spontan sehingga menunjukkan bahwa dG < 0 walaupun dH > 0. Ini pasti berarti entropi sistem bertambah sedemikian banyaknya sehingga T dS sangat positif dan melebihi dH dalam dG = dH – T dS. Oleh karen aitu, reaksi endoterm dikendalikan oleh penambahan enropi sistem, dan perubahan entropi mengatasi pengurangan entropi lingkungan yang ditimbulkan oleh aliran kalor ke dalam sistem (dS’= -dH/T) (Atkins, 1996).
Fungsi Gibbs Molar Standar
Entropi reaksi standar dan entalpi reaksi dapat digabungkan untuk memperoleh fungsi Gibbs reaksi standar ΔG⁰ (Atkins, 1996):
ΔG⁰ = ΔH⁰ - T ΔS⁰
Seperti entalpi reaksi, fungsi Gibbs pembentukan standar ΔG⁰f baiik untuk didefinisikan.
Fungsi Gibbs pembentukan standar adalah fungsi Gibbs reaksi standar untuk pembentukan senyawa dan unsur-unsurnya pada keadaan referensinya
Entalpi pembentukan standar unsur-unsur bernilai nol, karena pembentukannya adalah reaksi “nol” seperti dalam:
Cl2(g) → Cl2(g) ΔG⁰f = 0
Pemilihan nilai-nilai G⁰f untuk senyaa-senyaa dicantumkan pada tabel berikut (Atkins, 2006) :
Dari nilai-nilai itu, kita mudah memperoleh fungsi Gibbs reaksi standar yaitu dengan mengambil kombinasi yang sesuai (Atkins, 1996):
ΔG⁰ =
VJ ΔG⁰f (J)
Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.
Atkins, P. W and Paula J. D. 2006. Physical Chemistry Eighth Edition. New York : Oford University Press.
Benson, Christopher. 2009. Physical Chemistry First Edition. Delhi : Global Media.
Levine, Ira N. 2009. Physical Chemistry Sixth Edition. New York : McGraw-Hill.
Tinoco, Ignato, dkk. 1995. Physical Chemistry Principles And Appications In Biological Sciences. United States Of America : Pearson Education.
d(H – TS) ≤ 0 (T dan P konstan)
Dimana tanda kesetaraan berlaku pada kesetimbangan.
Dengan demikian, fungsi keadaan H dan TS terus menurun selama terjadi perubahan material saat T dan P konstan sampai kesetimbangan tercapai. Pada kondisi setimbang saat T dan P konstan dalam sistem tertutup, kerja P-V hanya untuk meminimalkan sistem keadaan fungsi H dan TS. Sehingga Gibbs di rumuskan sebagai berikut (Levine,2009):
G = H – TS
Karena G ditentukan oleh variabel H, T, dan S, serta H dan TS, jumlah keduanya meningkat sebanding dengan meningkatnya jumlah material, energi bebas Gibbs dapat dikatakan sebagai variabel keadaan yang luas dan memiliki unit yang sama dengan entalpi dan energi. Dan berikutnya dapat dilihat bahwa jika ΔG untuk suatu proses saat kondisi P dan T konstan adalah negatif, maka prses dapat terjadi secara spontan; jika ΔG untuk suatu proses saat kondisi P dan T konstan adalah positif, maka proses tidak akan terjadi secara spontan; dan jika ΔG untuk suatu proses saat kondisi P dan T konstan adalah nol, maka sistem berada pada kondisi ekuilibrium (Tinoco, 1995).
Jika G1, H1, dan S1 mewakili fungsi termodinamika untuk sistem di keadaan awal dan G2, H2, dan S2 pada keadaan akhir saat suhu konstan, sehingga perubahan energi bebas Gibbs adalah (Benson,2009):
G2 – G1 = ΔG = (H2 – H1) – T(S2 – S1)
Atau ΔG = ΔH - T ΔS
Variasi perubahan energi bebas dengan variasi suhu dan tekanan, sekarang dapat dipertimbangkan menjadi,
G = H – TS karena H = V + PV
G = U + PV – TS
Setelah terdiferensiasi menjadi,
dG = dU + PdV + VdP – TdS – SdT
Dari hukum pertama,
dq = dU + PdV
Dan untuk poses reversibel,
dS = dq/T
Dengan menggabungkan persamaan-persamaan sebelumnya didapatkan:
dG = VdP – SdT
Sponanitas Reaksi Endoterm
Fungsi Gibbs yang juga dikenal sebagai energi bebas Gibbs, lebih umum dalam kimia dibandingkan dengan fungsi Helmholtz. Penggambaran peranan G ditunjukkan oleh adanya reaksi endoterm spontan. Karena pada reaksi seperti ini H bertambah maka sistem naik secara spontan keadaan entalpi lebih tinggi, dan dH > 0. Reaksi itu spontan sehingga menunjukkan bahwa dG < 0 walaupun dH > 0. Ini pasti berarti entropi sistem bertambah sedemikian banyaknya sehingga T dS sangat positif dan melebihi dH dalam dG = dH – T dS. Oleh karen aitu, reaksi endoterm dikendalikan oleh penambahan enropi sistem, dan perubahan entropi mengatasi pengurangan entropi lingkungan yang ditimbulkan oleh aliran kalor ke dalam sistem (dS’= -dH/T) (Atkins, 1996).
Fungsi Gibbs Molar Standar
Entropi reaksi standar dan entalpi reaksi dapat digabungkan untuk memperoleh fungsi Gibbs reaksi standar ΔG⁰ (Atkins, 1996):
ΔG⁰ = ΔH⁰ - T ΔS⁰
Seperti entalpi reaksi, fungsi Gibbs pembentukan standar ΔG⁰f baiik untuk didefinisikan.
Fungsi Gibbs pembentukan standar adalah fungsi Gibbs reaksi standar untuk pembentukan senyawa dan unsur-unsurnya pada keadaan referensinya
Entalpi pembentukan standar unsur-unsur bernilai nol, karena pembentukannya adalah reaksi “nol” seperti dalam:
Cl2(g) → Cl2(g) ΔG⁰f = 0
Pemilihan nilai-nilai G⁰f untuk senyaa-senyaa dicantumkan pada tabel berikut (Atkins, 2006) :
Dari nilai-nilai itu, kita mudah memperoleh fungsi Gibbs reaksi standar yaitu dengan mengambil kombinasi yang sesuai (Atkins, 1996):
ΔG⁰ =
VJ ΔG⁰f (J)Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.
Atkins, P. W and Paula J. D. 2006. Physical Chemistry Eighth Edition. New York : Oford University Press.
Benson, Christopher. 2009. Physical Chemistry First Edition. Delhi : Global Media.
Levine, Ira N. 2009. Physical Chemistry Sixth Edition. New York : McGraw-Hill.
Tinoco, Ignato, dkk. 1995. Physical Chemistry Principles And Appications In Biological Sciences. United States Of America : Pearson Education.
By : Vinna Siti Hardianti Fauzi 16630076
.jpeg)
