Pengertian Energi Termodinamika

Termodinamika adalah disiplin logis yang mengatur informasi yang diperoleh dari uji coba yang dilakukan pada sistem dan memungkinkan kita untuk menarik kesimpulan, tanpa eksperimen lebih lanjut, tentang sifat-sifat lain dari sistem. Hal ini memungkinkan kita untuk memprediksi apakah reaksi akan dilanjutkan dan apa hasil yang maksimal mungkin. Termodinamika adalah ilmu makroskopik yang berhubungan dengan sifat-sifat seperti tekanan, suhu, dan volume. Tidak seperti mekanika kuantum, termodinamika tidak didasarkan pada model tertentu, dan oleh karena itu tidak terpengaruh oleh konsep-konsep kita mengubah atom dan molekul.

Dengan cara yang sama, persamaan yang berasal dari termodinamika tidak memberikan kita dengan interpretasi molekul fenomena yang kompleks. Selain itu, termodinamika memberitahu kita apa-apa tentang tingkat proses kecuali kemungkinan nya. Aplikasi termodinamika didasarkan pada tiga undang-undang dasar yang berhubungan dengan energi dan entropi perubahan. Hukum termodinamika tidak dapat diturunkan; validitas mereka didasarkan pada kenyataan bahwa mereka memprediksi perubahan yang konsisten dengan pengamatan eksperimental.

Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi, yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan; Oleh karena itu, total energi alam semesta adalah konstan. Lebih mudah bagi para ilmuwan untuk membagi alam semesta menjadi dua bagian: sistem (bagian dari alam semesta yang berada di bawah contoh studi-untuk, gelas larutan) dan lingkungan (sisa alam semesta). Untuk setiap proses, kemudian, perubahan energi alam semesta adalah nol. Kimiawan biasanya hanya tertarik pada apa yang terjadi pada sistem. Akibatnya, untuk suatu proses hukum pertama dapat dinyatakan sebagai

Δ U = q + w (1)

di mana Δ U adalah perubahan energi internal sistem, q adalah pertukaran panas antara sistem dan lingkungan, dan w adalah kerja yang dilakukan oleh sistem atau dilakukan pada sistem dengan lingkungan. Hukum pertama berguna dalam mempelajari energi dari proses fisik, seperti peleburan atau didih zat, dan reaksi-kimia untuk contoh, pembakaran.

Perubahan panas yang terjadi sebagai bagian dari proses diukur dengan kalorimeter. Untuk proses volume konstan, perubahan panas disamakan dengan perubahan energi internal Δ U sistem; untuk proses konstan tekanan, yang lebih umum, perubahan panas disamakan dengan perubahan dalam H entalpi Δ sistem. Entalpi H adalah fungsi termodinamika terkait erat dengan energi internal dari sistem, dan didefinisikan sebagai

H = U + PV (2)

di mana P dan V adalah tekanan dan volume sistem, masing-masing.

Hukum pertama termodinamika hanya berurusan dengan perubahan energi dan tidak dapat memprediksi arah proses. Ini meminta, misalnya: Berdasarkan himpunan kondisi tekanan, suhu, dan konsentrasi, akan reaksi tertentu terjadi? Untuk menjawab pertanyaan yang kita butuhkan fungsi termodinamika baru yang disebut entropi S.

Untuk menentukan entropi, kita perlu menggunakan konsep mekanika kuantum. Entropi sistem adalah terkait dengan distribusi energi antara tingkat energi molekul yang tersedia pada suhu tertentu. Semakin besar jumlah tingkat energi yang memiliki pekerjaan yang signifikan, semakin besar entropi.

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi alam semesta meningkat dalam proses spontan dan tidak berubah dalam proses keseimbangan. Pernyataan matematis dari hukum kedua termodinamika diberikan oleh

Δ S univ = Δ S sys + Δ S surr ≥ 0 (3)

dimana subskrip menunjukkan alam semesta, sistem, dan lingkungan masing-masing. Lebih besar dari porsi “lebih besar dari atau sama dengan” tanda sesuai dengan proses spontan, dan bagian yang sama sesuai dengan sistem pada kesetimbangan. Karena proses di dunia nyata yang spontan, entropi alam semesta karena itu terus meningkat dengan waktu.

Seperti tidak terjadi dengan energi dan entalpi, adalah mungkin untuk menentukan nilai absolut entropi dari suatu sistem. Untuk mengukur entropi zat pada suhu kamar, maka perlu menambah entropi dari nol mutlak hingga 25 ° C (77 ° F). Namun, nol mutlak tidak bisa dicapai dalam praktek. Dilema ini diatasi dengan menerapkan hukum ketiga termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari, bahan kristal yang sempurna murni adalah nol pada suhu nol mutlak. Kenaikan entropi dari suhu dicapai terendah ke atas kemudian dapat ditentukan dari pengukuran kapasitas panas dan perubahan entalpi karena fase transisi.

Pengertian Energi Termodinamika
Pengertian Energi Termodinamika

Karena tidak nyaman untuk menggunakan perubahan entropi alam semesta untuk menentukan arah reaksi, fungsi termodinamika tambahan, yang disebut energi bebas Gibbs (G), diperkenalkan untuk membantu kimiawan untuk fokus hanya pada sistem. The energi bebas Gibbs dari suatu sistem didefinisikan sebagai G = H – TS, di mana T adalah temperatur absolut.

Pada suhu dan tekanan konstan, Δ G adalah negatif untuk proses spontan, adalah positif untuk proses yang tidak menguntungkan, dan sama dengan nol untuk sistem pada kesetimbangan. Perubahan energi bebas Gibbs dapat berhubungan dengan perubahan entalpi dan entropi reaksi, dan juga untuk konstanta kesetimbangan reaksi, menurut persamaan Δ G ° = – RT ln K, di mana Δ G ° adalah perubahan energi bebas Gibbs dalam kondisi standar negara (1 bar), R adalah konstanta gas, dan K adalah konstanta kesetimbangan.

Banyak reaksi kimia dapat diklasifikasikan sebagai kinetis dikendalikan atau dikontrol termodinamika. Dalam proses kinetik menguasai produk termodinamika lebih stabil daripada reaktan, maka reaksi yang menguntungkan. Namun, laju reaksi sering sangat lambat karena hambatan energi aktivasi yang tinggi.

Konversi bentuk allotropic kurang stabil karbon, berlian, dengan grafit lebih stabil adalah contoh: Proses dapat mengambil jutaan tahun untuk menyelesaikannya. Dalam reaksi termodinamika dikontrol reaktan mungkin memiliki sejumlah kinetik diakses rute untuk mengikuti untuk membentuk produk yang berbeda, tapi apa yang akhirnya membentuk diatur oleh stabilitas termodinamika relatif.

Dalam lipat protein, misalnya, protein terdenaturasi mungkin memiliki banyak kemungkinan konformasi menengah; Namun, konformasi akhirnya mengasumsikan, yang sesuai dengan protein fisiologis berfungsi, adalah negara yang paling stabil secara termodinamika.

Loading...

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *