Usaha dan Proses dalam Termodinamika

USAHA SISTEM PADA LINGKUNGANNYA

Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan.

Gambar diatas, menunjukkan suatu gas di dalam silinder tertutup dengan piston (penghisap) yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai, piston akan bergerak naik sejauh Δs. Apabila luas piston A, maka usaha yang dilakukan gas untuk menaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak Δs . Gaya yang dilakukan oleh gas merupakan hasil kali tekanan P dengan luas piston A, sehingga:

W = F. Δ s

W = P.A. Δs

karena A. Δs = ΔV , maka:

W = P. ΔV atau W = P (V₂ – V₁) ....(berlaku apabila tekanan gas konstan)

keterangan:

W = usaha ( J) V₁ = volume mula-mula (m³)

P = tekanan (N/m²) V₂= volume akhir (m³)

ΔV = perubahan volume (m³)

Apabila V₂ > V₁, maka usaha akan positif (W > 0). Hal ini berarti gas (sistem) melakukan usaha terhadap lingkungan. Apabila V₂ < V₁, maka usaha akan negatif (W< 0). Hal ini berarti gas (sistem) menerima usaha dari lingkungan. Untuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak konstan, maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dirumuskan:

dW = F.d= F.P.A ds

dW = P dV

Jika volume gas berubah dari V₁ menjadi V₂, maka:

 

Besarnya usaha yang dilakukan oleh gas sama dengan luas daerah di bawah kurva pada diagram P-V

Gambar :Usaha yang dilakukan sistem dan lingkungan

Sumber:http://murninana.blogspot.com/2013/05/usaha-dan-proses-dalam-termodinamika_21.html

Termodinamika Kimia

Termodinamika Kimia
—  Cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan kalor, kerja dan bentuk lain dengan kesetimbangan dalam reqksi kimia, perubahan keadaan dan pembentukan larutan.
erat hubungannya dengan
—  Termokimia : pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan dan pembentukan larutan.
Definisi :
—  Termokimia dapat didefinisikan sebagai bagian ilmu kimia yang mempelajari dinamika atau perubahan reaksi kimia dengan mengamati panas/termal nya saja.
—  Salah satu terapan ilmu ini dalam kehidupan sehari-hari ialah reaksi kimia dalam tubuh kita dimana produksi dari energi-energi yang dibutuhkan atau dikeluarkan untuk semua tugas yang kita lakukan.
Hukum Termodinamika I (Hkm Kekekalan Energi) :
—  Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, manusia hanya mampu mengubah bentuk energi satu menjadi bentuk energi lain.
∆U   =  q   +  w
—  ∆U = perubahan energi dalam reaksi …….(joule)
—  q    = kalor ………………………………(joule)
—  w   =  kerja yang dilakukan sistem  ……..(joule)
                                Joule dapat disimbolkan dengan J
—  Kerja dapat dituliskan sebagai kerja volume dengan rumus :

—  w = kerja …………………….(J)
—  p  = tekanan ………………..(atm)
—  V = volume ………………….(liter)
Tanda minus diberikan agar sesuai dengan aturan  bahwa kerja akan diberi notasi positif jika dikenal pada sistem, dan diberi notasi negatif, jika sistem melakukan kerja.
—  Satuan internasional standar untuk energi yaitu Joule (J) diturunkan dari energi kinetik.
—  Satu joule = 1 kgm2/s2. Setara dengan jumlah energi yang dipunyai suatu benda dengan massa 2 kg dan kecepatan 1 m/detik (bila dalam satuan Inggris, benda dengan massa
4,4 lb dan kecepatan 197 ft/menit atau 2,2 mile/jam).
1 J = 1 kg m2/s2
—  Dengan diterimanya SI, sekarang juga joule (atau kilojoule) lebih disukai dan kalori didefinisi ulang dalam satuan SI.
—  Sekarang kalori dan kilokalori didefinisikan secara eksak sebagai berikut :
1 kal = 4,184 J
1 kkal = 4,184 kJ
Contoh :
—  Pembakaran dari bahan bakar seperti minyak dan batu bara dipakai untuk pembangkit listrik.
—  Bensin yang dibakar dalam mesin mobil akan menghasilkan kekuatan yang menyebabkan mobil berjalan.
—  Bila kita mempunyai kompor gas berarti kita membakar gas metan (komponen utama dari gas alam) yang menghasilkan panas untuk memasak.
—  Dan melalui urutan reaksi yang disebut metabolisme, makanan yang dimakan akan menghasilkan energi yang kita perlukan untuk tubuh agar berfungsi.
—  Hampir semua reaksi kimia selalu ada energi yang diambil atau dikeluarkan.
—  Mari kita periksa terjadinya hal ini dan bagaimana kita mengetahui adanya perubahan energi.
—  Misalkan akan melakukan reaksi kimia dalam suatu tempat tertutup sehingga tak ada panas yang dapat keluar atau masuk kedalam campuran reaksi tersebut.
—  Atau reaksi dilakukan sedemikian rupa sehingga energi total tetap sama.
—  Juga misalkan energi potensial dari hasil reaksi lebih rendah dari energi potensial pereaksi sehingga waktu reaksi terjadi ada penurunan energi potensial.


Sistem dan lingkungan

Klasifikasi sistem berdasarkan pertukaran energi:
—  Sistem terisolasi, bila dengan lingkungan tidak dapat mempertukarkan materi/energi
—  Sistem tertutup, bila hanya dapat mempertukarkan energi saja dengan lingkungan.
—  Sistem terbuka, bila dengan lingkungan dapat bertukar energi maupun materi.
Panas reaksi dan termokimia
—  Pelajaran mengenai panas reaksi dinamakan termokimia yang merupakan bagian dari cabang ilmu pengetahuan yang lebih besar yaitu termodinamika.
—  Sistim adalah sebagian dari alam semesta yang sedang kita pelajari.
—  Mungkin saja misalnya suatu reaksi kimia yang terjadi dalam suatu gelas kimia.
—  Di luar sistim adalah lingkungan.
Reaksi eksoterm dan endoterm
—  Perubahan panas atau kalor dalam suatu sistem dapat ditandai dengan berkurang atau bertambahnya suhu lingkungan.
—  Reaksi eksoterm merupakan reaksibyang mengeluarkan panas ke lingkungan, dengan demikian suhu        lingkungan mengalami kenaikan.
—  Reaksi endoterm merupakan reaksi yang membutuhkan panas.
—  Pada reaksi endoterm sistem menyerap panas sehingga suhu lingkungan menjadi dingin.



Reaksi eksoterm
—  Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem kelingkungan atau pada reaksi tersebut dikeluarkan panas.
—  Pada reaksi eksoterm harga ∆ H = negatif ( – )
Contoh :
—  C(s) + O2(g) à  CO2(g) + 393.5 kJ ;
∆ H = -393.5 kJ
Reaksi Eksoterm
—  Reaksi Pebakaran
1. PembakarMan gas dapur
C3H8(g) + 3O2(g) à 3CO2(g) + 4H2O(l)
2. Pembakaran kawat magnesium (Mg)
2 Mg(s) + O2(g) à 2MgO(s)
—  Reaksi Penetralan
1.   Netralisasi asam klorida dengan natrium         hidroksida
HCl(aq) + NaOH(aq) à NaCl(aq) + H2O(l)
2.   Netralisasi  asam sulfat dengan kalium             hidroksida
H2SO4(aq) + 2KOH(aq) à K2SO4(aq) + 2H2O(l)
—  Pelarutan garam alkali dalam air
1.  NaOH(s) + H2O(l) à  NaOH(aq)
2.  CaO(s) +  H2O(l) à Ca(OH)2(aq)
—  Pengenceran asam pekat
1.  H2SO4(pekat)  + H2O(l) à  H2SO4(aq)
2.  HNO3(pekat) + H2O(l) à  HNO3(aq)
—  Reaksi Logam alkali dengan air
1.  2Na(s) + H2O(l) à 2NaOH(aq) + H2(g)
2.  2K(s) + 2H2O(l) à 2KOH(aq)  +  H2(g)
Reaksi Endoterm

1. Penguraian garam karbonat

CaCO3 à  CaO(s)  +  CO2(g)

2. Pelarutan garam nitrat

KNO3(s)  +  H2O(l)  à  KNO3(aq)

3. Pelarutan garam ammonium nitrat

NH4NO3(s)  + H2O(l)  à  NH4NO3(aq)
Reaksi Endoterm
—  Pada reaksi endoterm terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau pada reaksi tersebut dibutuhkan panas.
—  Pada reaksi endoterm harga ∆ H = positif ( + )
Contoh :
—  CaCO3(s) à CaO(s) + CO2(g) – 178.5 kJ ; ∆ H = +178.5 kJ

Proses eksoterm dan proses endoterm
Entalpi (H) dan perubahan entalpi (∆ H)
Kalorimeter Bomb


Kalorimeter Bomb
—  Reaksi yang terjadi dalam ”kalorimeter bomb” berada pada volume yang tetap karena bejana bomb tak dapat membesar atau mengecil. Berarti bila gas terbentuk pada reaksi di sini, tekanan akan membesar maka tekanan pada sistim dapat berubah.
—  Karena pada keadaan volume yang tetap maka panas reaksi yang diukur dengan kalorimeter bomb disebut panas reaksi pada volume tetap.
—  Panas reaksi pada tekanan tetap disebut perubahan entalpi dan reaksi dan diberikan dengan simbol ∆H.
Definisinya :
                     ∆H = H_akhir – H_mula-mula
—  ∆H, keadaan entalpi H, mula-mula dan akhir (yang sebenarnya berhubungan dengan jumlah energi yang ada pada keadaan ini) tak dapat diukur. Ini disebabkan karena jumlah energi dari sistem termasuk jumlah dari semua energi kinetik dan energi potensialnya.
Istilah yang digunakan pada perubahan entalpi :
1. Entalpi Pembentukan Standar (∆H_f^◦):
—  ∆H untuk membentuk 1 mol persenyawaan langsung dari unsurunsurnya yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm.
—  Contoh : H2(g) + 1/2 O2(g) àH2O (l) ;
                                                ∆H_f ^◦ = -285.85 kJ
2. Entalpi Penguraian Standar (∆H_d ^◦): :
—  ∆H dari penguraian 1 mol persenyawaan langsung menjadi
unsur-unsurnya (= Kebalikan dari ∆H pembentukan).
—  Contoh : H2O(l) à H2(g) + 1/2 O2(g) ;  ∆H_d^◦ = +285.85 kJ.
3. Entalpi Pembakaran Standar  (∆H_c^◦ )
—  ∆H untuk membakar 1 mol persenyawaan dengan O2 dari udara yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm. Satuan  ∆H_c^◦ adalah kj/mol.
1.  Karbon (C) terbakar sempurna menjadi CO2
2.   Hidrogen (H) terbakar sempurna menjadi H2O
                
Contoh: 
                CH4(g) + 2O2(g) à CO2(g) + 2H2O(l) ; ∆H_c^◦ = – 802 kJ.
4. Entalpi Reaksi:
—  ∆H dari suatu persamaan reaksi di mana zat-zat yang terdapat dalam persamaan reaksi dinyatakan dalam satuan mol dan koefisien-koefisien persamaan reaksi bulat sederhana.
                Contoh: 2Al + 3H2SO4 à Al2(SO4)3 + 3H2 ; ∆H = -1468 kJ
5. Entalpi Netralisasi:
—  ∆H  yang dihasilkan (selalu eksoterm) pada reaksi penetralan asam atau basa.
                Contoh: 
                NaOH(aq) + HCl(aq) à NaCl(aq) + H2O(l)  ; ∆H = -890.4 kJ/mol
6. Hukum Lavoisier-Laplace
—  “Jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan 1 mol zat dari unsur-unsurnya sama dengan jumlah kalor yang diperlukan untuk menguraikan zat tersebut menjadi unsur-unsur pembentuknya.“  Artinya : Apabila reaksi dibalik maka tanda kalor yang terbentuk  juga dibalik dari positif menjadi negatif atau sebaliknya.
                Contoh:
—  N2(g) + 3H2 à 2NH3    ∆H = – 112 kJ
—  2NH3(g)  à N2(g) + 3H2(g) ;     ∆H = + 112 kJ
HUKUM HESS
—  Menghitung ∆H reaksi menggunakan Hukum Hess.
“Jika suatu reaksi berlangsung dalam dua tahap reaksi atau lebih, maka perubahan enthalpi untuk reaksi tersebut sama dengan jumlah perubahan entalpi dari semua tahapan.”
—  Hukum Hess juga berbunyi :
“Entalpi reaksi tidak tergantung pada jalan reaksi melainkan tergantung pada hasil akhir reaksi”

1. Hukum Hess mengenai jumlah panas

2. Contoh Soal :

Diketahui diagram siklus sebagai berikut :

Maka reaksinya bisa digambarkan sebagai berikut :
2S(s) + 2O2(g)  à  2SO2(g) ; ∆H1
                2SO2(g) + O2(g)  à 2SO3(g) ; ∆H2
                2S(s) + 3O2(g)  à 2SO3(g) ; ∆H3
                Jadi ∆H3  = ∆H1  + ∆H2
SIKLUS HESS

—  Karena entalpi adalah fungsi keadaan, maka besaran ∆H dari reaksi kimia tak tergantung dari lintasan yang dijalani pereaksi untuk membentuk hasil reaksi.
—  Untuk melihat pentingnya pelajaran mengenai panas dari reaksi ini, kita lihat perubahan yang sudah dikenal yaitu penguapan dari air pada titik didihnya.
—  Khususnya, kita perhatikan perubahan 1 mol cairan air, H2O(l) menjadi 1 mol air berupa gas, H2O(g) pada 1000C dan tekanan 1 atm.
Contoh :
Diketahui reaksi :
C(s) + O2(g)  à  CO2(g)          ∆H  = – 94 kJ (reaksi 1)
2H2(g) + O2(g) à  2H2O(g)    ∆H = – 136 kJ (Reaksi 2)
3C(s)  +  4H2(g) à  C3H8 (g)  ∆H  = – 24 kJ  (reaksi 3)
Tentukan ∆H pada reaksi  :
C3H8(g)  +  5O2 (g) à 3CO2(g)  + 4H2O(g)
Jawab :
—  Menyesuaikan masing-masing reaksi (1),(2), dan (3) dengan pertanyaan.
—  Lihatlah C3H8(g)  +  5O2 (g) à 3CO2(g) + 4H2O(g)
—  Reaksi (1) dikalikan 3 (agar CO2 menjadi 3CO2)
—  Reaksi (2) dikalikan 2 (agar  2H2O menjadi 4H2O)
—  Reaksi (3) dibalik, maka tanda H menjadi + (agar C3H8 menjadi disebelah kiri )
—  Jadi ;
3C(s) + 3O2 à 3CO2(g)     ∆H  = – 282 kJ
4H2(g) + 2O2 –> 4H2O(g) ∆H  = – 272 kJ
C3H8(g)  à 3C(s) + 4H2(g) ∆H  =    24 kJ       +
C3H8(g)+5O2(g)à3CO2(g)+4H2O(g) ∆H= – 530 kJ

1. Berdasarkan Tabel entalpi Pembentukan

Kalor suatu reaksi juga dapat ditentukan dari data entalpi pembentukan (∆H_f^◦) zat-zat pereaksi dan zat-zat hasil reaksi.
∆H _reaksi  = ∑ ∆H_f^◦_produk  - ∑ ∆H_f^◦_reaktan
Misalnya :
mAB + nCD à pAD + qCB   ∆H = ?
 ∆H _reaksi   = (p. ∆H_f^◦ AD + q ∆H_f^◦  CB)- (m ∆H_f^◦ AB + n . ∆H_f^◦ CD)

1. Energi Ikatan

Reaksi kimia merupakan proses pemutusan dan pembentukan ikatan, proses ini selalu disertai perubahan energi.
Energi yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan kimia dalam suatu molekul gas menjadi atom-atomnya dalam fase gas disebut  energi ikatan  atau energi disosiasi (D).
Untuk molekul kompleks, energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul itu sehingga membentuk atom-atom bebas disebut energi atomisasi.

1. Kalor Pembakaran Bahan Bakar

Reaksi kimia yang digunakan untuk menghasilkan energi adalah Reaksi Pembakaran, yaitu reaksi yang cepat antara bahan bakar dengan oksigen disertai terjadinya api.
Jenis bahan bakar : bahan bakar fosil (gas alam), minyak bumi, batu bara.

PEMANFAATAN RADIASI MATAHARI UNTUK ENERGI

Pemanfaatan Radiasi Matahari Untuk Energi

Kumpulan Artikel - 102 - Energi Matahari / Surya / SolarArray Cetak Array PDF Sekilas Listrik Tenaga SuryaEnergi yang berasal dari radiasi matahari merupakan potensi energi terbesar dan terjamin keberadaannya di muka bumi. Berbeda dengan sumber energi lainnya, energi matahari bisa dijumpai di seluruh permukaan bumi. Pemanfaatan radiasi matahari sama sekali tidak menimbulkan polusi ke atmosfer. Perlu diketahui bahwa berbagai sumber energi seperti tenaga angin, bio-fuel, tenaga air, dsb, sesungguhnya juga berasal dari energi matahari. Pemanfaatan radiasi matahari umumnya terbagi dalam dua jenis, yakni termal dan photovoltaic. Pada sistem termal, radiasi matahari digunakan untuk memanaskan fluida atau zat tertentu yang selanjutnya fluida atau zat tersebut dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Sedangkan pada sistem photovoltaic, radiasi matahari yang mengenai permukaan semikonduktor akan menyebabkan loncatan elektron yang selanjutnya menimbulkan arus listrik.     Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah suatu system yang terdiri dari satu satuan peralatan untuk membangkitkan daya listrik dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi listrik  dasar yaitu dengan mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik melalui konversi photovoltaic sel surya. Adapun sel surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC). Modul surya (photovoltaic) merupakan perangkat yang berbentuk pipih adalah suatu unit rangkaian lengkap yang tersusun dari sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri atau parallel. Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum, maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari, karena matahari mempunyai lintasan dengan sudut tertentu.    Modul surya yang menghasilkan tegangan rendah arus searah (DC)) merupakan tegangan kerja PLTS berupa energi listrik yang disalurkan untuk disimpan di dalam aki (battery) melalui pengatur (controller) pada siang hari atau disebut terjadinya pengisian (charging) dan dimanfaatkan pemakaiannya untuk beberapa beban listrik sebagai penerangan pada malam hari. Selama ini kita selalu dimanjakan oleh Pemerintah dengan diberikan subsidi atas harga BBM dan listrik PLN. Namun dengan kecenderungan naiknya harga minyak mentah di pasar global dalam beberapa bulan terakhir yang nampaknya sulit untuk turun lagi karena keterbatasan sumber minyak yang ada dan banyaknya pihak-pihak yang berkepentingan, dapat dipastikan akan berdampak berupa pengurangan subsidi atas harga BBM yang  pada gilirannya berakibat pada kenaikan tarif PLN.    

Efek Rumah Kaca

Efek rumah kaca, yang pertama kali diusulkan oleh Joseph Fourier pada 1824, merupakan proses pemanasan permukaan suatu benda langit (terutama planet atau satelit) yang disebabkan oleh komposisi dan keadaan atmosfernya.

Mars, Venus, dan benda langit beratmosfer lainnya (seperti satelit alami Saturnus, Titan) memiliki efek rumah kaca, tapi artikel ini hanya membahas pengaruh di Bumi. Efek rumah kaca untuk masing-masing benda langit tadi akan dibahas di masing-masing artikel.

Efek rumah kaca dapat digunakan untuk menunjuk dua hal berbeda: efek rumah kaca alami yang terjadi secara alami di bumi, dan efek rumah kaca ditingkatkan yang terjadi akibat aktivitas manusia (lihat juga pemanasan global). Yang belakang diterima oleh semua; yang pertama diterima kebanyakan oleh ilmuwan, meskipun ada beberapa perbedaan pendapat.

APA SIH PENYEBABNYA?

Efek rumah kaca disebabkan karena naiknya konsentrasi gas karbon dioksida (CO2) dan gas-gas lainnya di atmosfer. Kenaikan konsentrasi gas CO2 ini disebabkan oleh kenaikan pembakaran bahan bakar minyak, batu bara dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan-tumbuhan dan laut untuk menyerapnya.

Energi yang masuk ke Bumi:

• 25% dipantulkan oleh awan atau partikel lain di atmosfer

• 25% diserap awan

• 45% diserap permukaan bumi

• 5% dipantulkan kembali oleh permukaan bumi

Energi yang diserap dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi inframerah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar inframerah yang dipancarkan bumi tertahan oleh awan dan gas CO2 dan gas lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan bumi. Dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan, dengan adanya efek rumah kaca perbedaan suhu antara siang dan malam di bumi tidak terlalu jauh berbeda.

Selain gas CO2, yang dapat menimbulkan efek rumah kaca adalah belerang dioksida, nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) serta beberapa senyawa organik seperti gas metana dan klorofluorokarbon (CFC). Gas-gas tersebut memegang peranan penting dalam meningkatkan efek rumah kaca.

APA SIH AKIBAT NYA ?

Meningkatnya suhu permukaan bumi akan mengakibatkan adanya perubahan iklim yang sangat ekstrem di bumi. Hal ini dapat mengakibatkan terganggunya hutan dan ekosistemlainnya, sehingga mengurangi kemampuannya untuk menyerap karbon dioksida di atmosfer. Pemanasan global mengakibatkan mencairnya gunung-gunung es di daerah kutub yang dapat menimbulkan naiknya permukaan air laut. Efek rumah kaca juga akan mengakibatkan meningkatnya suhu air laut sehingga air laut mengembang dan terjadi kenaikan permukaan laut yang mengakibatkan negara kepulauan akan mendapatkan pengaruh yang sangat besar.

Menurut perhitungan simulasi, efek rumah kaca telah meningkatkan suhu rata-rata bumi 1-5 °C. Bila kecenderungan peningkatan gas rumah kaca tetap seperti sekarang akan menyebabkan peningkatan pemanasan global antara 1,5-4,5 °C sekitar tahun 2030. Dengan meningkatnya konsentrasi gas CO2 di atmosfer, maka akan semakin banyak gelombang panas yang dipantulkan dari permukaan bumi diserap atmosfer. Hal ini akan mengakibatkan suhu permukaan bumi menjadi meningkat.