Kelompok 4:

1. Fitria Nurul Farida              : 210603110061

2. Dewi Masrukha                   : 210603110083

3. Nanda Ayu Fajriah              : 210603110072

Fungsi Keadaan dan Deferensial

Dalam kimia fisik terdapat istilah termodinamika kimia. Termodinamika kimia merupakan studi ilmiah mengenai interkonversi kalor dan jenis energi yang lain. Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang hukum yang mengatur perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain, mengetahui aliran dan kemampuan energi dalam melakukan suatu usaha. Pada dasarnya termodinamika membahas suatu sistem kesetimbangan, yang digunakan untuk mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah suatu sistem dari keadaan setimbang.

Termodinamika kimia berhubungan dengan perubahan keadaan dari sistem, Perubahan keadaan dari suatu sistem disebut dengan fungsi keadaan.  Fungsi keadaan merupakan sifat yang ditentukan oleh perubahan kondisi suatu sistem terlepas bagaimana kondisi tersebut tercapai. Pada saat keadaan dari sistem berubah, besarnya perubahan fungsi keadaan hanya bergantung pada keadaan awal (initial) dan keadaan akhir (final) dari sistem dan bukan pada bagaimana perubahan itu dilakukan.

Fungsi keadaan tidak tergantung pada penyiapan suatu cuplikan. Energi, tekanan, volume dan suhu merupakan fungsi keadaan sebab besaran harganya hanya bergantung pada keadaan sistem, bukan pada asal-usulnya. Energi internal juga merupakan fungsi keadaan. Energi internal merupakan perpindahan energi antara sistem dengan lingkungan. Energi internal hanya bergantung pada kondisi sistem, tidak ditentukan jalur yang dilalui sistem. Dengan begitu ΔE hanya bergantung pada dan . Contoh lain yang termasuk fungsi keadaan adalah entalpi, entropi, potensial kimia, dan energi bebas gibbs.

Setiap fungsi keadaan dapat dinyatakan sebagai fungsi dari suatu variable yang cukup untuk menentukan keadaan sistem.

Untuk gas ideal, fungsi keadaan =

            V = V (n, T, P)

            P = P (n, T, V) atau

            T = T (n, P, V)

 

 

Contoh soal dan pembahasan

1.      Dalam tabung yang tertutup, volumenya dapat berubah-ubah dengan tutup yang dapat bergerak mula-mula memiliki volume 1,2 lt. Pada saat itu tekanannya diukur 1 atm dan suhunya 27^O. Jika tutup tabung ditekan sehingga tekanan gas menjadi 1,2 atm ternyata volume gas menjadi 1,1 lt. Berapakah suhu gas tersebut?

Diketahui:

V₁ = 1,2 lt

P₁ = 1 atm

T₁ = 27O + 273 = 300 K

V₂ = 1,1 lt

P₂ = 1,2 atm

Ditanyakan: T₂ =….?

Jawab:

Jadi, gas tersebut adalah 57⁰C

2.      Satu mol gas berada dalam tabung yang volumenya 50 liter. Bila suhu gas itu 227^oC, berapa tekanan gas?

Diketahui:

n = 1 mol

V = 50 L = 5 . 10^-2 m³

R = 8,31.10³ J/kmol K

T = 227^oC = (227 + 273) K = 500 K

Ditanyakan: p = ....?

3. Massa air sebesar 5 kg yang mula-mula berada dalam kesetimbangan termal dengan atmosfer pada 20°C sampai 4°C, didinginkan pada tekanan konsstan sampai 4°C dengan memakai pompa kalor yang bekerja antara air dan atmosfir. Berapa kerja minimum yang diperlukan ? Untuk air C_p= 4,184 kJ.kg^-¹ ºC^-1

Penyelesaian:

Kerja minimum diperlukan jika proes ini reversibel dan kita dapaat membayangkan serangkaian pompa-pompa kalor reversibel yang bekerja untuk mengeluarkan kalor dari air pada berbagai level suhu selagi air mendingin dari 20°C sampai 4°C dan membuang kalor ke atmosfer pada T_o = 20 +273,15=293,15 K. Setiap pompa kalor mengeluarkan sebagian kalor Q dan mengurangi suhu air secara bagian per bagian. Untuk sebuah pompa kalor reversibel memberikan persamaan:

Sekarang notasi T_h menjadi T_o, suhu air sebagai tambahan, pengeluaran sebagian jumlah kalor Q yang dengan dilakukannya sebagian jumlah kerja W untuk suhu T tertentu, memerlukan persamaan yang ditulis dalam bentuk diferensial jadi

Dengan S' dan H' merupakan perubahan-perubahan sifat air. Keduanya dihitung menurut H'=mC_p T yang muncul apabila C_p konstan.

 

4. Berapa kerja minimum yang diperlukan untuk membentuk permukaan berkenaan dengan titik kabut air dengan jari-jari 5 m ?. Anggap bahwa 0,001m' air pada 50° C. tegangan permukaan air pada 50° C adalah 0,063 Nm'.

Penyelesaian:

Rasio permukaan terhadap volume sebuah tetes yaitu :

Dengan radius bola. Untuk volume 0,001 m³ dan jari-jari 5 x 10^-6 m

Jadi, kerja sebesar 3,78 J harus dilakukan pada air

 

Untuk mengetahui lebih jelasnya silahkan menonton video di link tersebut:

https://youtu.be/l6v3Xt7B-Sk

 

DAFTAR PUSTAKA

Suryantari., R. (2013). Problem Solving dengan Metode Identifikasi Variabel berdasarkan Skema: Tinjauan terhadap Formulasi Hukum Pertama Termodinamika. Jurnal Fisika Indonesia.No: 49, Vol XVII.

Nurhadi M. 2021. Gas dan Termodinamika. Malang : Media Nusa Creative.

La Kilo, A. (2018). Kimia Anorganik: Struktur dan Kereaktifan.