Hukum Termodinamika dalam Kimia

Hukum-hukum termodinamika, yang diterapkan pada sistem kimia, menetapkan bagaimana energi dilestarikan dalam reaksi, mengapa beberapa reaksi berlangsung secara spontan, dan bagaimana entropi mendekati batas tertentu pada nol absolut.

Definition

Hukum-hukum termodinamika dalam kimia adalah hukum termodinamika pertama, kedua, dan ketiga yang dikhususkan untuk perubahan kimia, mengatur energetika reaksi, arah reaksi spontan, dan entropi absolut zat.

Scope

Topik ini mencakup aplikasi kimia dari keempat hukum: hukum kenol dan suhu; hukum pertama yang diekspresikan melalui energi internal, entalpi, dan panas reaksi; hukum kedua yang diekspresikan melalui entropi dan ketidaksamaan Clausius sebagai kriteria spontanitas; dan hukum ketiga, yang menetapkan entropi absolut dan mendasari perhitungan konstanta kesetimbangan dari data kalorimetri. Perlakuan rinci tentang kriteria energi bebas, potensial kimia, dan kesetimbangan dikembangkan dalam topik terkait.

Core questions

• Bagaimana hukum pertama menghubungkan panas reaksi pada volume konstan dengan panas pada tekanan konstan melalui energi internal dan entalpi?
• Mengapa entropi sistem terisolasi tidak berkurang, dan bagaimana hal ini mendefinisikan spontanitas?
• Bagaimana hukum ketiga memungkinkan entropi absolut ditabulasi dan digunakan dalam perhitungan kimia?
• Bagaimana fungsi keadaan dibedakan dari kuantitas yang bergantung pada lintasan seperti panas dan kerja?

Key concepts

• Energi internal dan entalpi reaksi
• Entropi dan ketidaksamaan Clausius
• Proses reversibel dan ireversibel
• Entropi absolut dan hukum ketiga
• Fungsi keadaan versus fungsi lintasan

Key theories

Hukum pertama untuk sistem kimia

Perubahan energi internal sistem yang bereaksi sama dengan panas yang diserap dikurangi kerja yang dilakukan; pada tekanan konstan ini ditangkap oleh entalpi, menjadikan entalpi reaksi sebagai fungsi keadaan yang terukur dan tidak bergantung pada lintasan.

Hukum kedua dan ketiga sebagai kriteria dan referensi

Hukum kedua menjadikan produksi entropi sebagai kriteria universal untuk perubahan kimia spontan, sedangkan hukum ketiga menetapkan entropi kristal sempurna pada nol pada nol absolut, menyediakan entropi absolut untuk perhitungan reaksi.

Clinical relevance

Hukum-hukum ini menyediakan pencatatan untuk semua energetika kimia, mulai dari panas yang dilepaskan oleh pembakaran dan kelayakan sintesis industri hingga proses disolusi, pencampuran, dan perakitan diri biologis yang didorong oleh entropi.

History

Penggunaan kimia termodinamika berkembang dari hukum penjumlahan panas konstan Hess tahun 1840 dan formulasi hukum pertama dan kedua pada pertengahan abad kesembilan belas oleh Clausius dan Kelvin; teorema panas Nernst tahun 1906, dasar dari hukum ketiga, melengkapi kerangka kerja dengan membuat entropi absolut dapat diakses.

Key figures

• Rudolf Clausius
• Walther Nernst
• Germain Henri Hess

Seminal works

• atkins2018
• mcquarrie1997

Frequently asked questions

Mengapa para kimiawan umumnya bekerja dengan entalpi daripada energi internal?

Sebagian besar reaksi dijalankan pada tekanan atmosfer konstan daripada volume konstan, dan pada tekanan konstan panas yang dipertukarkan sama dengan perubahan entalpi, sehingga entalpi adalah fungsi energi yang paling mudah diukur dan paling nyaman untuk kimia.

Dapatkah entropi sistem kimia berkurang?

Ya, secara lokal. Suatu sistem dapat kehilangan entropi, seperti ketika gas mengembun atau padatan mengkristal, asalkan entropi lingkungan meningkat setidaknya sama besar sehingga total entropi sistem ditambah lingkungan tidak berkurang.