Energi Bebas Gibbs
Dalam termodinamika, energi bebas Gibbs (nama yang direkomedasikan IUPAC: energi Gibbs atau fungsi Gibbs; juga dikenal sebagai entalpi bebas untuk membedakannya dari energi bebas Helmholtz) ialah suatu potensial termodinamika yang sanggup dipakai untuk menghitung kerja reversibel maksimum yang sanggup dilakukan oleh sistem termodinamika pada suhu dan tekanan konstan (isotermal, isobarik). Sama menyerupai dalam mekanika, di mana penurunan energi potensial didefinisikan sebagai kerja maksimum yang sanggup dilakukan, potensial yang berbeda juga mempunyai arti yang berbeda. Penurunan energi bebas Gibbs (J dalam SI) ialah jumlah maksimum pekerjaan non-ekspansi yang sanggup diekstraksi dari sistem termodinamika tertutup; maksimum tersebut sanggup dicapai hanya dalam proses yang sepenuhnya reversibel. Ketika sebuah sistem berubah secara reversibel dari keadaan awal ke keadaan akhir, penurunan energi bebas Gibbs sama dengan kerja yang dilakukan oleh sistem ke lingkungannya, dikurangi dengan kerja dari gaya tekanan.
Energi Gibbs (juga dirujuk sebagai G) juga merupakan potensial termodinamika yang diminimalkan ketika sistem mencapai kesetimbangan pada tekanan dan suhu konstan.
Derivasinya sehubungan dengan koordinat reaksi sistem yang hilang pada titik kesetimbangan. Dengan demikian, pengurangan G adalah kondisi yang diharapkan untuk spontanitas proses pada tekanan dan suhu konstan.
Energi bebas Gibbs, yang pada awalnya disebut energi yang tersedia, dikembangkan pada tahun 1870 oleh ilmuwan Amerika Josiah Willard Gibbs. Pada tahun 1873, Gibbs menggambarkan “energi yang tersedia” ini sebagai
Jumlah terbesar dari kerja mekanis yang sanggup diperoleh dari suatu zat pada jumlah tertentu dalam keadaan awal tertentu, tanpa meningkatkan jumlah volume atau membiarkan panas mengalir ke atau dari luar benda, kecuali menyerupai pada penutupan proses yang tersisa dalam kondisi awal mereka.
Keadaan awal benda, berdasarkan Gibbs, seharusnya sedemikian rupa sehingga “benda sanggup dibentuk untuk melewatinya dari keadaan energi yang dilepaskan melalui proses reversibel”. Pada tahun 1876 magnum opus On The Equilibrium of Heterogeneous Substances, sebuah analisis grafis dari sistem kimia multi-fasa, ia melibatkan pemikirannya perihal energi bebas kimia secara penuh.
Definisi Energi Bebas (Gibbs)
Energi bebas Gibbs didefinisikan sebagai:
yang sama dengan:
yang di mana:
- U adalah energi dalam (satuan SI: joule)
- p adalah tekanan (satuan SI: pascal)
- V adalah volume (satuan SI: m3)
- T adalah suhu (satuan SI: kelvin)
- S adalah entropi (satuan SI: joule per kelvin)
- H adalah entalpi (satuan SI: joule)
Ekspresi untuk perubahan reversibel yang sangat kecil dalam energi bebas Gibbs sebagai fungsi dari ‘variabel alamiah’ p dan T, untuk sistem sistem terbuka, mengalami operasi gaya eksternal (misalnya listrik atau magnet) Xi, yang menyebabkan parameter eksternal sistem ai mengalami perubahan sejumlah dai, sanggup diturunkan mengikuti Hukum Pertama untuk proses reversibel:
di mana:
- μi adalah potensial kimia dari komponen kimia ke-i. (satuan SI: joule per partikel atau joule per mol)
- Ni adalah jumlah partikel (atau jumlah mol) yang menyusun komponen kimia ke-i.
Hal ini merupakan satu bentuk persamaan dasar Gibbs. Dalam lisan yang sangat kecil, istilah yang melibatkan potensial kimia menyebabkan perubahan energi bebas Gibbs yang dihasilkan dari masuknya atau keluarnya partikel. Dengan kata lain, ini berlaku untuk sistem terbuka. Untuk sistem tertutup, istilah ini mungkin tidak digunakan.
Sejumlah persyaratan ekstra sanggup ditambahkan, tergantung pada sistem tertentu yang dipertimbangkan. Selain dari kerja mekanis, sebuah sistem dapat, selain itu, melaksanakan banyak jenis kerja lainnya. Misalnya, dalam lisan yang sangat kecil, energi kerja kontraktil yang terkait dengan sistem termodinamika yaitu serat kontraktil yang lebih pendek dengan jumlah −dl dibawah gaya f dapat mengasilkan istilah f dl ditambahkan. Jika kuantitas muatan −de diperoleh sistem pada suatu potensial listrik Ψ, kerja listrik yang terkait dengannya −Ψde, yang akan disertakan dalam lisan yang sangat kecil. Istilah kerja lainnya ditambahkan pada persyaratan per sistem.
Energi Gibbs yang bergantung pada suhu bagi suatu gas ideal dinyatakan dalam persamaan Gibbs–Helmholtz dan ketergantungan tekanannya sanggup dinyatakan sebagai:
jika volumenya diketahui dan bukan tekanannya maka menjadi:
atau lebih baik lagi sebagai potensial kimianya:
Dalam sistem non-ideal, fugasitas ( besaran dari suatu tekanan ekuivalen yang dinyatakan dalam dimensi tekanan sebagai pengganti tekanan p berdasarkan aturan gas ideal) ikut berperan.
Grafik energi yang tersedia (energi bebas) Willard Gibbs tahun 1873, yang menawarkan sebuah bidang tegak lurus terhadap sumbu v(volume) dan melewati titik A, yang mewakili keadaan awal benda. MN ialah cuilan permukaan energi yang dilepaskan. Qε dan Qηadalah cuilan bidang η = 0 dan ε = 0, dan karenanya sejajar sumbu ε (energi dalam) dan η(entropi), berturut-turut. AD dan AE ialah energi dan entropi benda dalam keadaan awalnya, AB dan AC adalah energi yang tersedia (energi bebas) dan kapasitas entropinya (jumlah dimana entropi benda sanggup ditingkatkan tanpa mengubah energi benda atau meningkatkan volumenya) masing-masing.
Sumber foto: Wikimedia Commons
Perubahan Energi Pembentukan Standar
Energi bebas Gibbs pembentukan standar pada suatu senyawa ialah perubahan energi bebas Gibbs yang menyertai pembentukan 1 mol zat tersebut dari unsur penyusunnya, pada keadaan standar (keadaan unsur yang paling stabil pada suhu 25 °C dan tekanan 100 kilopascal). Simbolnya ialah ΔfG˚.
Semua unsur dalam keadaan standarnya (gas oksigen diatomik, grafit, dll.) mempunyai energi bebas Gibbs pembentukan standar sama dengan nol, menyerupai tidak ada perubahan yang terlibat.
- ΔfG = ΔfG˚ + RT ln Qf ; Qf adalah hasil bagi reaksi.
Pada kesetimbangan, ΔfG = 0 dan Qf = K sehingga persamaan menjadi ΔfG˚ = −RT ln K; K adalah konstanta kesetimbangan.
Tabel zat terpilih
| Zat | Keadaan | ΔfG°(kJ/mol) | ΔfG°(kkal/mol) |
|---|---|---|---|
| NO | g | 87.6 | 20.9 |
| NO2 | g | 51.3 | 12.3 |
| N2O | g | 103.7 | 24.78 |
| H2O | g | -228.6 | −54.64 |
| H2O | l | -237.1 | −56.67 |
| CO2 | g | -394.4 | −94.26 |
| CO | g | -137.2 | −32.79 |
| CH4 | g | -50.5 | −12.1 |
| C2H6 | g | -32.0 | −7.65 |
| C3H8 | g | -23.4 | −5.59 |
| C6H6 | g | 129.7 | 29.76 |
| C6H6 | l | 124.5 | 31.00 |
Energi Bebas Gibbs Standar (ΔG°)
Menghitung ΔG°
Untuk menghitung energi bebas Gibbs standar, sanggup kita gunakan rumus di bawah ini :
ΔG° = ΔH° – TΔS°
Dengan ΔH° ialah perubahan entalpi, T dalah suhu (kelvin) dan ΔS° ialah perubahan entropi. Jika semua data rumus diatas diketahui, maka tentu kita sanggup dengan gampang mencarinya harga ΔG° bukan!
Namun harus kalian ingat ialah perubahan entropi biasanya dihitung dalam satuan energi joule sedangkan energi bebeas Gibbs dan perubahan entalpi dihitung dalam Kj. Agar tidak terjadi kesalahan jangan lupa mengubah satuan entropi dari joule menjadi kJ.
Contoh Soal Energi Bebas Gibbs
1. Jika diketahui harga ΔS = + 160,4 J/mol K dan ΔH = + 178 kJ/mol. Pada suhu berapakah reaksi diatas sanggup berlangsung spontan?
Pembahasan :
Pertama, jangan hingga lupa mengubah satuan ΔS nya ya!
ΔS = + 160,4 J/ mol K = + 160,4/1000 kJ/mol K = + 0,1604 kJ/mol K
Reaksi akan impulsif bila :
ΔH – TΔS < 0
+ 178 kJ/mol – T x (+0,1604) < 0
– T x (+0,1604) < – 178
– T < – 778/0,1604
– T < – 1110
T > 1110 K
Reaksi diatas akan impulsif bila suhu reaksi diatas 1110 K.
2. Perhatikan reaksi pembakaran metana berikut ini :
CH4(g) + O2(g) ==> CO2(g) + 2H2O(l)
Jika diketahui harga perubahan entropinya ialah – 242,2 J/K mol dan perubahan entalpinya – 890,4 kJ/mol, hitunglah harga perubahan energi bebas gibs standar pada suhu 25 degC?
Pembahasan :
Langkah pertama yang akan kita lakukan ialah mengubah satuan perubahan entropi dari J ke kJ.
1 kJ = 1000 j
ΔS° = – 242,2 J/K mol = – 242,2/1000 kJ/ K mol = – 0,2422 kJ/mol K
Kemudian suhu juga harus kita ubah menjadi satuan Kelvin.
K = C + 273 = 25 + 273 = 298 K
Nah, sesudah itu gres masukkan data ke rumus menghitung perubahan energi bebas Gibbs standar :
ΔG° = ΔH° – TΔS°
= – 890,4 kJ/mol – 298 K x -0,2422kJ/mol K
= (- 890,4 + 72,1756 ) kJ/mol
= – 818,2244 kJ/mol
Hubungan Kespontangan Reaksi dengan ΔG
Reaksi berjalan impulsif atau tidak, sanggup kita lihat dari tanda perubahan energi bebas Gibss, ΔG – nya. Jika ΔG bernilai positif maka reaksi tidak impulsif atau tidak sanggup terjadi. Tetapi bila tanda ΔG reaksi ialah negatif, maka reaksi sanggup berlangsung dengan spontan.
Kadang – kadang kespontanan reaksi juga dilihat dari harga perubahan entropi, ΔS – nya. Yang perlu diingat ialah tanda kespontanan reaksi bila dilihat dari harga ΔS ialah kebalikan dari ΔG. Jika ΔS bertanda + dan ΔG bertanda negatif, maka reaksi tersebut berlangsung dengan spontan.
Memprediksi pada Suhu Berapa Reaksi Dapat Berlangsung Spontan
Dari persamaan menghitung ΔG :
ΔG = ΔH – TΔS
Kita tahu bahwa reaksi sanggup berlangsung impulsif bila harga ΔG nya bertanda negatif atau lebih kecil dari 0. Secara matematika sanggup kita buat sebagai beriku :
ΔG < 0
Jika kita gabungkan persamaan satu dengan yang kedua, maka kesudahannya ialah sebagai berikut :
ΔG < 0
ΔH – TΔS < 0
Menggunakan persamaan diatas, kita sanggup mencari pada suhu berapakah suatu reaksi berlangsung spontan.
Bacaan Lainnya
- Tabel Periodik Lengkap Dengan Daftar Unsur Kimia Berdasarkan Nama, Warna dan Jenis
- Unsur, Senyawa dan Campuran Kimia – Beserta Penjelasan & Rumus
- Rumus Fisika: Alat optik: Lup, Mikroskop, Teropong Bintang, Energi, Frekuensi, Gaya, Gerak, Getaran, Kalor, Massa jenis, Medan magnet, Mekanika fluida, Momen Inersia, Panjang gelombang, Pemuaian, Percepatan (akselerasi), Radioaktif, Rangkaian listrik, Relativitas, Tekanan, Usaha Termodinamika, Vektor
- Bagaimana Albert Einstein mendapat rumus E=mc² ?
- Cara Mengemudi Aman Pada Saat Mudik atau Liburan Panjang
- Jenis Virus Komputer – Cara Gratis Mengatasi Dengan Windows Defender
- Cara Menghentikan Penindasan Bullying
- Cara menjaga keluarga Anda kondusif dari t3r0ris – Ahli anti-teror menerbitkan panduan praktis
- Apakah Anda Memerlukan Asuransi Jiwa? – Cara Memilih Asuransi Jiwa Untuk Pembeli Yang Pintar
- 10 Cara Memotivasi Anak Untuk Belajar Agar Menjadi Pintar
- Daftar Jenis Kanker: Pemahaman Kanker, Mengenal Dasar-Dasar, Contoh Kanker, Bentuk, Klasifikasi, Sel dan Pemahaman Penyakit Kanker Lebih Jelas
- Penyebab Dan Cara Mengatasi Iritasi Atau Lecet Akibat Pembalut Wanita
- Sistem Reproduksi Manusia, Hewan dan Tumbuhan
- Cara Mengenal Karakter Orang Dari 5 Pertanyaan Berikut Ini
- Kepalan Tangan Menandakan Karakter Anda & Kepalan nomer berapa yang Anda miliki?
Apakah Anda mempunyai sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan atau jasa Anda kini juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com
3 Langkah super mudah: tulis iklan Anda, beri foto & terbitkan! semuanya di Toko Pinter
Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai
Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar bila Anda mengunduh aplikasi kita!
Siapa bilang mau pandai harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan info yang menciptakan Anda menjadi lebih smart!
Sumber bacaan: Purdue University, ThoughtCo
Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz |Matematika|IPA | Geografi & Sejarah|Info Unik|Lainnya
Sumber aciknadzirah.blogspot.com