Pengantar Termodinamika

Sisi seru dari Brady bab 19 dan Halliday bab 20

Termodinamika mungkin bukan kata yang asing bagi kalian. Yang tentang gas-gas itu kan? Dihitung volumenya, tekanannya, suhunya. Kalau di kimia nentuin ΔH, ΔG, ΔS reaksi2 yg gak keliatan. Gabut gak sih? Ngapain nentuin kecepatan partikel gas sama ΔH nya? ΔH artinya apa lagi?

Tapi tahukah kalian, hukum-hukum termodinamika adalah hukum yang sangat penting bagi alam ini, mengalahkan Hukum Newton yg sudah runtuh dan mungkin setara dengan relativitas Einstein dan mekanika kuantum.

Bukan hanya untuk menghitung efisiensi mesin atau menentukan kespontanan reaksi. Lebih dari itu, arah berjalannya waktu, prediksi akhir alam semesta, mengapa kehidupan bisa terjadi, bahkan tujuan dari hidup, bisa dijawab oleh termodinamika.

Entalpi

Di fisika, pada bab termodinamika, kalian akan banyak menemukan E atau U (energi dalam)*. Sedangkan di kimia, sangat jarang ditemui E/U, adanya ΔH (entalpi). Dua2nya satuannya Joule kan, sama2 energi. Beda atau sama sih?

Di fisika, energi dalam (E/U) adalah energi yang dimiliki benda akibat suhunya*. Fisikawan cukup puas dengan besaran ini. Sedangkan entalpi (H) adalah energi dalam ditambah usaha yg diperlukan untuk 'mengusir' partikel2 lain agar kita bisa taruh gas atau larutan yang ingin diamati (mirip gaya apung, gaya akibat benda tercelup telah 'mengusir' cairan dari tempat seharusnya). Jadi kalau E hanya memperhitungkan suhunya, entalpi memperhitungkan suhu dan volumenya. Persamaan matematisnya

H = E + PV

Nah sekarang pertanyaannya, kenapa ahli kimia ciptain entalpi dan gak pakai energi dalam saja? Para ahli kimia sering mengamati reaksi kimia, dan umumnya reaksinya berlangsung pada tekanan tetap 1 atm (jadi mereka gak perlu repot2 mengatur tekanan, cukup dengan tekanan atmosfer biasa). Biasanya yang diamati dari E dan H hanya perubahannya, nilai sebenarnya gak penting, karena perubahannya yg berpengaruh pada usaha dan kalor yg dihasilkan. Secara matematis,

ΔH = ΔE + Δ(PV)

Karena tekanan tekanan tetap, dan perubahan energi = kalor ± usaha**,

ΔH = q(p) ± W + PΔV = q(p) - PΔV + PΔV
ΔH = q(p)

dengan q(p) kalor pada tekanan tetap

Jadilah persamaan sangat simpel, perubahan entalpi sama dengan kalor (pada tekanan tetap). Gak perlu ngitung volume, tekanan, usaha seperti menghitung ΔE.

Ajaib bgt ya, kok bisa? Misal kalian memberi kalor pada sesuatu. Otomatis suhunya naik, tapi sebagian kalor juga diubah jadi usaha dengan menambah volume benda. Jadi E bertambah dan ada W juga. Nah kalau menghitung ΔE, kita harus tau besar kalor, lalu dikoreksi dengan besar usaha (ΔE = q - W). Nah ini ribet. Kalau pada entalpi, naiknya volume dan suhu ini dianggap sebagai perubahan entalpi (ingat entalpi memperhitungkan suhu dan volume). Jadi semua kalor diubah jadi naiknya entalpi. (Perlu diingat, semua proses dari paragraf 7 terjadi pada tekanan konstan).

Mengapa fisikawan cukup puas dengan E? Karena di fisika, mekanika (pergerakan) merupakan hal utama utk dipelajari, dan ini diwujudkan dalam usaha (W), seperti untuk memutar turbin atau mendorong piston dalam mobil. Sehingga digunakan E karena mengikutkan q dan W. Sedangkan ahli kimia tidak tertarik mencari perubahan volume dan usaha larutan, jadi H lebih disukai.

Sekarang pertanyaannya, kenapa entalpi disimbolkan H? Seperti kita lihat, entalpi sangat erat berkaitan dengan kalor, dan kalor dalam bahasa Inggris disebut Heat. Ya begitulah.

*Ini menarik juga, Halliday menghidari menggunakan simbol U (energi potensial) untuk energi dalam. Bukankah keduanya sama? Mari kita tinjau, apa itu suhu? Ya, derajat panas atau dingin suatu benda, tetapi sebenarnya apa yg membuat benda panas/dingin? Saat kita pegang kompor panas, sebenarnya kita ngerasain apa sih? Secara molekuler suhu artinya seberapa cepat benda bergerak, bisa berpindah tempat, berputar, bergetar, dll. Jadi energi dalam adalah energi kinetik dari partikel2 dalam suatu benda, bukan energi potensial.

**Di fisika, usaha positif artinya gaya searah dengan perpindahan. Di kimia, usaha positif artinya usaha yang dilakukan terhadap sistem. Karena itu ada perbedaan, di fisika W = +PΔV dan ΔE = q - W, di kimia W = -PΔV dan ΔE = q + W.

Entropi

Berikut video tentang termodinamika dan entropi yang lebih seru dari Brady dan Halliday

Pengantar tentang entropi

Playlist tentang entropi dan dihubungkan dengan waktu, sebab-akibat, hidup, dll.
https://www.youtube.com/playlist?list=PLoaVOjvkzQtyZF-2VpJrxPz7bxK_p1Dd2

Tiga kemungkinan kiamat terjadi, no. 2 dari tinjauan termodinamika, no. 1 dan 3 dari kosmologi (cabang ilmu astronomi tentang alam semesta secara keseluruhan)

Apa tujuan hidup menurut ilmu fisika?

Yang mau belajar entropi secara advanced dan mendalam...