Entropi dan Hukum Ketiga Termodinamika

PAPER

Entropi dan Hukum Ketiga Termodinamika

Oleh:

Nama Lengkap     : Hildawati

NIM             : H0418321

Kelas                     : Fisika 2018

Mata Kuliah         : Termodinamika

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SULAWESI BARAT

2020

BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hal penting tentang hukum ketiga termodinamika ialah bahwa hukum ini memungkinkan kita menentukan entropi mutlak suatu zat. Dimulai dengan mengetahui bahwa entropi suatu zat kristal murni adalah nol pada suhu 0 K, kita dapat mengukur peningkatan entropi zat bila dipanaskan, katakanlah pada 298 K. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suatu kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol.

Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom suatu barisan static barbaniar, suatu keadaan dinamik yang paling teratur. Jadi, begitu sulit mendapatkan zat dalam keadaan dinamik teratur atau Kristal sempurna seperti yang dibayangkan hukum ketiga termodinamika karena pada tingkat atomic setiap zat dalam kedudukannya selalu bergerak acak yang menyebabkan molekul-molekul menjadi kacau atau tidak teratur. Oleh karena itu, logika hukum ketiga ini menurut whitehead keliru dalam hal mengkonkretkan suatu hal yang abstrak. 

B. Rumusan Masalah

Bagaimana itu entropi dan hukum ketiga termodinamika?

C. Tujuan Penulisan

Untuk mengetahui entropi dan hukum ketiga termodinamika.

BAB II
PEMBAHASAN

A. Entropi dan Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa: “suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.” 

Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom diam dalam suatu barisan statik barbaniar. Suatu keadaan dinamik yang paling teratur. Zat padat ini merupakan tingkat wujud materi yang amat langka dan terdapat di alam sebagai planet dan meteorit. Kristal suatu zat padat sebenarnya seperti statik atau diam saja. Pada tingkat atomik, masing-masing atom itu sebenarnya bergetar di sekitar tempat kedudukannya dengan arah acak. Getaran semakin berkurang jika suhu kristal diturunkan alias didinginkan. Jika dibiarkan, getaran itu akan menjadi semakin giat, benda menjadi panas dan akhirnya membuat molekul-molekul itu terlepas satu sama lain sehingga relatif saling bebas membentuk zat cair. 

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suatu Kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol pada temperatur lain selain nol mutlak, terdapat kekacau-balauan yang disebabkan oleh eksitasi termal. Susunan paling teratur dari zat ialah zat kristalin sempurna pada nol mutlak (0 K), dimana pada susunan seperti ini atom atau molekul paling sulit bergerak. Jadi, entropi paling rendah yang dapat dicapai setiap zat ialah entropi dari suatu kristal sempurna pada nol mutlak. Berdasarkan hukum ketiga termodinamika, entropi kristal sempurna adalah nol pada suhu nol mutlak. Jika suhu meningkat, kebebasan gerak juga meningkat. Jadi, entropi pada suhu di atas 0 K lebih besar dari nol. Dan jika kristal terkotori atau ada cacat, entropinya lebih besar dari nol meskipun pada 0 K sebab susunannya tidak akan teratur secara sempurna.

Hukum ketiga termodinamika memungkinkan kita menentukan entropi mutlak suatu zat. Dimulai dengan mengetahui bahwa entropi suatu zat kristal murni adalah nol pada suhu 0 K, kita dapat mengukur peningkatan entropi zat bila dipanaskan, katakanlah pada 298 K. Perubahan entropi, ∆S, diberikan oleh:

∆S=Sf-Si

∆S=Sf

Karena Si adalah nol. Entropi zat pada 298 K, adalah ∆S atau Sf yang disebut entropi mutlak karena merupakan nilai sejati (true) dan bukan nilai yang diturunkan dengan menggunakan acuan sembarang. Jadi, nilai entropi yang dikutip sejauh ini adalah entropi mutlak. Sebaliknya, kita tak dapat mengetahui energi mutlak atau entalpi mutlak suatu zat karena nilai nol dari energi atau entalpi tidak didefinisikan. Perhatikan Gambar berikut.

Gambar diatas menunjukkan perubahan (peningkatan) entropi suatu zat terhadap suhu. Pada nol mutlak, nilai entropi zat adalah nol (dengan asumsi zat kristal sempurna). Sewaktu di panaskan, entropi meningkat secara bertahap karena gerakan molekul semakin besar. Pada titik leleh, entropi naik cukup tinggi karena terbentuknya keadaan cairan yang lebih acak. Pemanasan lebih lanjut meningkatkan entropi cairan lagi karena meningkatnya gerakan molekul. Pada titik didih terjadi peningkatan entropi yang besar akibat transisi dari cairan ke gas. Di atas suhu itu, entropi gas terus meningkat dengan meningkatnya suhu.

1. Dalil kalor Nernst

Dalil kalor Nernst, yaitu :

“perubahan entropi dalam suatu transformasi, mendekati nol, ketika temperatur mendekati nol : ∆S🡪0 ketika T🡪0”

Dari dalil Nernst ini jika kita mengganggap entropi unsur-unsur dalam bentuk kristal sempurnanya bernilai nol pada T=0, semua kristal sempurna senyawa-senyawa juga mempunyai entropi sebesar nol pada T=0 (karena perubahan entropi yang menyertai pembentukan senyawa-senyawa, seperti halnya semua transformasi, bernilai nol). Karena itu, semua kristal sempurna dianggap mempunyai entropi nol pada T=0. Kesimpulan ini dinyatakan dengan hukum ketiga Termodinamika. 

Hukum ketiga: Jika entropi semua unsur dalam keadaan stabilnya pada T=0 diambil sama dengan nol, semua zat mempunyai entropi positif yang pada T=0 dapat menjadi nol, dan untuk semua zat kristal sempurna termasuk senyawa-senyawa entropinya menjadi nol.

Perhatikan, bahwa hukum ketiga tidak menyatakan bahwa entropi adalah nol pada T=0, hukum itu hanya menyiratkan bahwa semua material sempurna mempunyai entropi yang sama. Sejauh menyangkut termodinamika, memilih nilai umum ini sebagai nol hanyalah untuk kemudahan.

2. Entropi Hukum ketiga 

Perhatikan persamaan Planck-Boltzmann,

S=k In W

Entropi dapat dihubungkan dengan kekacauan atau ketidakteraturan system. Keadaan system yang kacau ialah keadaan dimana partikel-partikel (molekul, atom atau ion) tersusun secara tidak teratur. Makin kacau susunan keadaan system, makin besar kebolehjadian keaadan system dan makin besar entropi. Oleh karena itu, zat padat Kristal pada umumnya mempunyai entropi yang relative rendah dibandingkan dengan cairan atau gas. Gas mempunyai entropi yang paling tinggi karena keadaan  system paling tidak teratur. Diuraikan di atas bahwa makin kacau atau tidak teratur susunan molekul, makin tinggi harga W dan entropi. Sebaliknya makin teratur susunan molekul system, makin rendah harga W dan entropi. 

Kalau suatu zat murni didinginkan hingga dekat 0 K, semua gerakan translasi dan rotasi terhenti dan molekul-molekul mengambil kedudukan tertentu dalam kisi Kristal. Molekul hanya memiliki energy vibrasi yang sama besar sehingga berada dalam keadaan kuantum tunggal. Ditinjau dari kedudukan dan distribusi energy, penyusunan molekul-molekul dalam suatu Kristal yang sempurna pada 0 K hanya dapat dilaksanakan dengan satu cara. Dalam hal ini W=1 dan In W=0, sehingga menurut persamaan Boltzmann S=0. Jadi, entropi suatu Kristal murni yang sempurna ialah nol pada 0 K. Pernyataan ini terkenal sebagai Hukum Ketiga Termodinamika.

3. Aplikasi hukum ketiga termodinamika

Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala molekular. Jika gerakan ini dihentikan, maka suhu material tersebut akan mencapai 0 derajat kelvin. Aplikasinya yakni kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang mengganggu aliran electron.

BAB III
PENUTUP

A. Kesimpulan 

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa: “suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.” Hukum ini juga menyatakan bahwa suatu Kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol pada temperature lain selain nol mutlak, terdapat kekacau-balauan yang disebabkan oleh eksitasi termal.

Suatu zat dapat mencapai nilai absolutnya pada suhu tertentu, sehinga pengukuran perubahan entropi dari satu suhu memberikan dasar untuk menetapkan entropi absolut suatu zat, yaitu entropi setiap Kristal sempurna adalah nol pada suhu nol absolut atau nol derajat Kelvin (K). Pernyataan ini terkenal sebagai Hukum Ketiga Termodinamika .

DAFTAR PUSTAKA

Jannah, Mifathul. 2017. Hukum Ketiga Termodinamika di http://kimiakar.blogspot.com/2017/12/hukum-ketiga-termodinamika_8.html?m=1 (diakses 30 april 2020)

Umb, Irfan. 2014. Entropi dan Hukum Ketiga Termodinamika di https://www.slideshare.net/lupaname/entropi-dan-hukum-ketiga-termodinamika-41029613 (diakses 21 april 2020)