-Entropi

Hukum kedua termodinamika lebih dinyatakan dalam fungsi keadaan lain,yakni entropi (S),entropi pada hukum kedua  diperbolehkan untuk mengenali perubahan spontan .

Hukum kedua :Entropi suatu sistem yang terisolasi bertambah  selama ada perubahan spontan dengan rumus : ∆Stot >0

-Definisi statis entropi

Definisi statis entropi dirumuskan : S = k ln W

Dengan k sebagai tetapan boltzman dengan nilai k=1,318 x 10^23 J /K,dan W adalah banyaknya jalan agar energi sistem adalah  penyusunan atom –atom dalam keadaan yang ada.

-Definisi termodinamika dari entropi 

Dalam perumusan entropi dalam lingkungan dS’digambarkkan dengan resevoir termal  yang besar dengan temperatur tetap T.Andaikan ,beban yang dijatuhkan dihubungkan dengan resevoir  dan ketika beban turun,sejumlah kalor dq’ dipindahkan ke resevoir.Makin besar pula gerakan termal yang ditimbulkan,maka dapat dirumuskan dS’~dq’ ,karena kualitas energi turun lebih jauh jika energi itu dipindahkan  ke resevoir dingin  ketimbang resevoir panas ,maka dapat dirumuskan

dS’=dq’/T’ dalam hal perubahan adiabatik dirumuskan ∆S’ = 0 jika q’ = 0

Jika reaksi kimia berlangsung dalam sistem dengan perubahan  entalpi  ∆H,kalor yang memasuki lingkungan pada tekanan tetap  adalah q’ = -∆H,sehingga perumusannya menjadi: ∆S’=-ΔH/T’

-Perubahan entropi sistem

Untuk menghitung entropi sistem kita mengambil strategi dengan menggunakkan lingkungan untuk mengembalikan sistem ke keadaan awalnya,oleh karena itu temperatur  lingkungan sama dengan temperatur sistem atau bisa dirumuskan T’=T.Dalam keadaan reversibel entropi mengalami perubahan sebesar –dS dan energinya pun  berubah sebesar – dqrev  .Energi ini berasal dari lingkungan, maka lingkungan mengalami perubahan energi  dq’= -dqrev dan entropinya berubah sebesar dS’ = dqrev/T .Walaupun demikian,perubahan entropi total sistem global ,terisolasi selama pemulihan  bernilai nol .Oleh karena itu: -dS+ dqrev/T=0 atau  dqrev/T=dS. Untuk perubahan  yang  dapat diukur,perubahan entropi  adalah jumlah dari  perubahan – perubahan sangat kecil

-Perubahan entropi tak-reversibel

Jika pada suatu sistem dalam kontak termal dan kontak mekanis dengan lingkungannya,maka semua perubahan keadaan disertai dengan perubahan entropi sistem dS dan perubahan entropi lingkungannya dS’.Secara umum ,perubahnan entropi keseluruhan bernilai lebih dari nol,karena prosesnya mungkin tak reversibel :

dS + dS’ ≥ 0 atau dS ≥ -dS’,karena dS’ = -dq/T,maka dS≥dq/T,ketaksaman ini disebut ketaksamaan Clausius, lalu kita akan membahas tentang 2 pertambahan entropi,yakni : pemuaian bebas gas dan pendinginan benda panas.

Pemuaian spontan

Mula –mula kita misalkan sistem mengalami perubahan adiabatik  tak-reversibel .Maka dq=0 dan dengan ketaksamaan Clausius  dS > 0.

Pada keadaan tak reversibel dq = -dw,karena gas memuai bebas  keruang hampa,gas tidak melakukan kerja ;sehingga dw =0,yang  berarti dq =0,oleh karena itu dS>0.

Untuk entropi dalam lingkungan dirumuskan dengan dS’=0 ,dari  entropi dalam sistem dan lingkungan dapat kita simpulkan bahwa: dStot>0

Dengan demikian,proses-proses itu spontan.

Pendinginan spontan

Bayangkan pemindahan energi sebagai kalor dari satu resevoir  besar sumber pada temperatur tinggi Th ke resevoir lain  wadah yang suhunya lebih rendah Tc ,maka dapat dirumuskan

Pada proses pendinginan ini bersifat spontan.

-Perubahan entropi yang menyertai proses-proses khusus

Entropi transisi fasa temperatur transisi

Pada tekanan tetap disimpulkan qrev =Δ Htrs  ,maka ∆S=Δ Htrs/Tt ,dalam transisi eksoterm perubahan entropi bernilai negatif ,jika  transisinya endoterm ,perubahan entropinya bernilai positif

Pemuaian gas sempurna

Pada pemuaian gas sempurna terjadi perubahan entropi gas  sempurna yang memuai secara isotermal dari Vi  ke Vf dan  dirumuskan  dengan ∆S = nR ln (Vf/Vi) , bentuk ini berlaku baik  dalam keadaan  reversibel maupun tak-reversibel,maka perubahan  entropi  lingkungan adalah

∆S’ = -nR ln  (Vf/Vi)

karna tak ada kerja yang dilakukan dan jika temperatur tetap ,maka tak ada kalor yang dipindahkan antar sistem dan lingkungannya . Jadi perubahan entropi keseluruhan dari sistem  global terisolasi  adalah

ΔStot= nR ln (Vf/Vi)

Perubahan entropi jika sistem dipanaskan

Dari persamaan entropi sebelumnya S()=S()+ ,jika perubahan  entropi  dalam tekanan tetap maka dqrev= Cp  dT, lalu kita  dapat merumuskan demikian juga pada volume tetap

Pengukuran Entropi

Entropi sistem pada temperaturT dapat dihubungkan dengan  entropi pada T = 0 dengan mengukur kapasitas kalor pada  temperatur berbeda –beda ,maka pada setiap transisi dirumuskan

Salah satu masalah dalam pengukuran entropi adalah sukarnya  mengukur kapasitas kalor di dekat  T=0.Ada dasar –dasar teori  yang menganggap kapasitas kalor sebanding  dengan jika T rendah ,dan ini merupakan dasar dari ekstrapolasi Debye,dalam metode ini   diukur sampai temperatur serendah mungkin.