Kuliah13
Teks Hlm 725-730

KESPONTANAN PROSES

Proses Spontan - Proses yang BERLAKU serta merta pada set keadaan tertentu (misalnya suhu, tekanan, dan kepekatan tertentu).

Proses Tak Spontan - Proses yang TAK BERLAKU serta merta pada set keadaan tertentu (misalnya suhu, tekanan, dan kepekatan tertentu).

SERTA MERTA tidak bermakna sekelip mata. Ia mungkin mengambil masa beberapa nanosaat atau mungkin bertahun-tahun.

Contoh-contoh:

1. Air hujan menuruni bukit; tidak sebaliknya.

2. Gula melarut di dalam air serta merta; tidak sebaliknya, i.e., larutan gula tidak menghablur (pada keadaan gula melarut).

3. Air membeku sebaik sahaja berada pada suhu di bawah 0ºC (di bawah tekanan 1 atm), dan ais melebur apabila bersuhu melebihi 0ºC.

4. Haba berpindah dari objek yang lebih panas ke objek yang lebih sejuk.

5. Logam natrium bertindak balas dengan kuat serta merta apabila dimasukkan ke dalam air.

6. Besi yang terdedah kepada atmosfera berkarat.

7. Gas mengembang serta merta ke dalam ruang vakum.

Apakah "driving force" yang menyebabkan sesuatu proses itu spontan atau tidak?

Tenaga?

2H₂(g) + O₂(g) ------> 2H₂O(c), ∆Hº = –571.6 kJ (Eksotermik)

CH₄(g) + 2O₂(g) -----> CO₂(g) + 2H₂O(c), ∆Hº = –890.4 kJ (Eksotermik)

2HgO(p) -----> 2Hg(c) + O₂(g), ∆Hº = 90.7 kJ (Endotermik)

NH₄NO₃(p) + (ak) -----> NH₄⁺NO₃^-(ak), ∆Hº = 25 kJ (Endotermik)

C(intan) -----> C(grafit), ∆Hº = –1.88 kJ (Eksotermik)

Jadi perubahan entalpi ∆Hº tidak menjanjikan sesuatu proses itu spontan atau tidak.

ENTROPI

Suatu bentuk tenaga yang berkaitan dengan ukuran KECELARUAN (KERAWAKAN) - beralwanan dengan DARJAH KETERTIBAN - sesuatu sistem. Simbol S. Sistem yang lebih bercelaru mempunyai entropi yang lebih tinggi, berbanding dengan sistem yang lebih teratur atau tersusun, i.e., darjah ketertibannya lebih tinggi.

Sistem yang Bercelaru - Darjah Ketertiban Rendah - Darjah Kerawakan Tinggi - Entropi Tinggi

Sistem yang Bertertib - Darjah Ketertiban Tinggi - Darjah Kerawakan Rendah - Entropi Rendah

S_pepejal < S_cecair << S_gas

Entropi berkaitan dengan KEBARANGKALIAN untuk berlaku sedemikian.

Kebarangkalian Tinggi - Entropi Tinggi

Contoh: (Rujuk Rajah 18.1)

Bagi keadaan (a)

Bermula cuma dengan SATU MOLEKUL gas,
Kebarangkalian untuk menemui molekul berkenaan SAMA ADA dalam bebuli kiri ATAU kanan
ialah P(1) = 0.5 + 0.5 = 1.0

Kalau ada DUA MOLEKUL
Kebarangkalian untuk menemui molekul berkenaan SAMA ADA dalam bebuli kiri ATAU kanan
ialah P(2) = 1.0 × 1.0 = 1.0

Sterusnya TIGA MOLEKUL

P(3) = 1.0 × 1.0 × 1.0 = 1.0³ = 1.0

n MOLEKUL

P(n) = 1.0ⁿ = 1.0

SATU MOL MOLEKUL

P(6.023×10²³) = 1.0**6.023×10²³ = 1.0

Kebarangkalian adalah tinggi, proses spontan

Bagi keadaan (b)

Bermula cuma dengan SATU MOLEKUL gas,
Kebarangkalian untuk menemui molekul berkenaan DI DALAM BEBULI kanan
ialah P(1) = 0.5

Kalau ada DUA MOLEKUL
Kebarangkalian untuk menemui molekul berkenaan DI DALAM BEBULI kanan
ialah P(2) = 0.5 × 0.5 = 0.25

TIGA MOLEKUL

P(3) = 0.5 × 0.5 × 0.5 = 0.5³ = 0.125

100 MOLEKUL

P(100) = 0.5 × 0.5 × 0.5 … = 0.5¹⁰⁰ = 8×10^-31

n MOLEKUL

P(n) = 0.5ⁿ = [semakin kecil apabila n semakin besar; menuju sifar apabila n besar tak terhingga]

SATU MOL MOLEKUL

P(6.023×10²³) = 0.5**6.023×10²³ = 0

Kebarangkalian untuk proses (b) berlaku adalah SIFAR (Proses tidak spontan)

Beberapa perubahan yang berlaku dengan penambahan entropi.

Peleburan dan Pendidihan Meninggikan Entropi

S_gas > S_cecair > S_pepejal kerana dengan jumlah zarah yang sama, zarah dalam gas "memiliki" ruang yang paling besar, pergerakan paling rawak. Zarah di dalam pepejal bergerak secara getaran sahaja, tidak secara anjakan. Jadi keadaan paling bertertib di dalam pepejal.

Pepejal berstruktur bertertib. Pelarutan memecahkan ketertiban ini. Jadi pelarutan merupakan perubahan dengan entropi positif. Namun demikian, dalam pelarutan mungkin berlaku "pensolvatan". Ini merupakan sejenis ketertiban, jadi mungkin berlaku sedikit pengurangan entropi.

Ion kecil dan bercas tinggi seperti ion Al³⁺ mungkin terhidrat dengan kuat sehingga penurunan entropinya boleh mengatasi peningkatan entropi oleh pelarutan, menjadikan perubahan entropi keseluruhan adalah -ve untuk ion ini.

Entropi bertambah apabila suhu meningkat. Tenaga kinetik bertambah. Molekul bergetar/bergerak semakin pantas/semakin beragam. Sistem semakin bercelaru. Entropi bertambah.

Intan mempunyai entropi yang lebih rendah daripada grafit, kerana penyusunan atom karbon di dalam intan sangat bertertib berbanding dengan di dalam grafit.

Jisim Molar

Perbandingan He dengan Ne (dalam keadaan gas). Neon mempunyai entropi yang lebih besar kerana jisim molarnya yang lebih besar. Jisim yang lebih besar lebih sukar untuk distrukturkan menjadi lebih bertertib.

Entropi adalah magnitud yang bersifat keadaan.

Berbeza dengan entalpi, entropi mutlak boleh diperolehi. Lihat Jadual 18.1 Hlm 728 sebagai contoh.

Entropi piawai adalah entropi pada 1 atm dan 25ºC.

Unit biasanya JK^-1mol^-1.

Tutoran: Pelajari Example 18.1 hlm 730.

Hukum Termodinamik Kedua (HT2)

Entropi jumlah adalah bertambah dalam proses spontan, dan kekal tidak berubah dalam proses yang berada dalam keseimbangan.

Syarat kespontanan tidak menghadkan kepada mana-mana sistem atau persekitaran yang perubahan entropinya positif. Yang disyaratkan adalah perubahan entropi jumlah mestilah positif.

Jika perubahan entropi jumlahnya negatif, maka, perubahan tersebut tidak spontan - sebaliknya, perubahan kebalikannya adalah yang spontan.

Bagi tindak balas am,

aA + bB -----> cC + dD

Entropi tindak balas adalah,

Dalam keadaan piawai,

Entropi piawai bagi banyak bahan telah dihitung dan boleh dirujuk. Lihat Appendix 3 hlm A-8 sebagai contoh.

Contoh:

Hitung perubahan entropi piawai tindak balas (Lihat Appendix 3 hlm A-8 untuk data entropi sebatian)

CaCO₃(p) -----> CaO(p) + CO₂(g)

Tutoran: Pelajari Example 18.2 dan 18.3 Hlm 731-733.

Sebaliknya dalam proses ENDOTERMIK, haba diserap daripada persekitaran. Kelincahan zarah di dalam persekitaran berkurang sedikit. Akibatnya ENTROPI PERSEKITARAN MENURUN.

Dengan demikian, (i):

Tanda -ve menunjukkan entalpi ΔH adalah daripada sistem kepada persekitaran.

(ii): Magnitud perubahan entropi persekitaran BERKADAR SONGSANG KEPADA SUHU, T.

Jika suhu persekitaran telah sedia tinggi, maka perubahan entropinya akibat perubahan entropi sistem tentulah tidak begitu tinggi, kerana entropinya telah sedia tinggi.

Sebaliknya jika suhu persekitaran adalah rendah, maka perubahan entropi persekitaran akibat perubahan entropi sistem itu tentulah signifikan.

Gabungan faktor (i) dan (ii) menghasilkan:

Contoh:

Proses Haber. Termodinamik meramalkan ia adalah spontan. Ia tidak meramalkan kadar tindak balas berkenaan. Dalam praktis, proses ini sangat perlahan pada keadaan piawai.

HUKUM TERMODINAMIK KETIGA

Entropi bahan berhablur sempurna adalah sifar pada suhu sifar mutlak.

Hukum ini membolehkan entropi mutlak dihitung.

Tutoran

Buat latihan pada hlm 750

Latihan 18.1 - 18.14

__________________________________________________________________