Potensial termodinamika

Potensial Termodinamika (atau lebih tepatnya, energi potensial termodinamika) ^[1] ^[2] adalah besaran skalar yang digunakan untuk menunjukkan keadaan termodinamika suatu sistem. Penemuan konsep termodinamika berawal dari upaya para ilmuwan pada abad ke-19 M untuk menciptakan mesin yang mampu menghasilkan perubahan energi.^[3] Energi potensial menunjukkan besarnya kekuatan pada termodinamika itu sendiri. Potensial termodinamik adalah suatu fungsi keadaan (state function) yang secara bersama-sama dengan persamaan keadaan (equation of state) yang relevan digunakan untuk mendeskripsikan perilaku sistem termodinamik.^[4] Potensial termodinamik yang umum digunakan adalah energi dalam ( U ), energi bebas Helmholtz ( H ), energi bebas Gibbs ( G ) , entalpi ( H ) dan potensial grand. Proses termodinamik melibatkan peubah dan fungsi termodinamik tertentu. Seperti halnya dalam mekanika, di mana energi potensial didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan usaha, potensi yang berbeda juga mempunyai arti yang berbeda. Peninjauan fisika mengenai energi potensial tercermin menggunakan energi dalam U (V,T) sebagai potensial termodinamik. Sedangkan dalam kimia digunakan entalpi H (P,T).

Termodinamika mengandung gaya eksternal, seperti gravitasi. Gaya eksternal (gravitasi) dianggap memberikan berkontribusi terhadap energi total, bukan hanya berpengaruh terhadap potensi termodinamika. Misalnya, fluida kerja dalam mesin uap yang berada di puncak Gunung Everest akan memiliki nilai energi total yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan yang ada di dasar Palung Mariana. Namun demikian, keduanya memiliki nilai potensial termodinamika yang sama. Hal ini karena energi potensial gravitasi termasuk dalam energi total, bukan potensi termodinamika seperti energi dalam.

Sejarah Penemuan

Konsep potensial termodinamika diperkenalkan oleh Pierre Duhem pada tahun 1886. Dilanjutkan dengan gagasan-gagasan seorang yang berasal dari Amerika Serikat, Josiah Willard Gibbs dalam makalahnya menggunakan istilah fungsi fundamental. Makalah yang ditulis oleh Gibbs merupakan serial dengan judul On the Equilibrium of Heterogeneous Substances. Makalah ini masuk dalam salah satu prestasi ilmiah terbesar pada abad ke-19.

Bentuk Potensial Termodinamika

Entalpi (H)

Entalpi (H) merupakan hukum termodinamika yang dapat mendefinisikan jumlah energi internal, volume dan tekanan termal suatu zat.^[3] Untuk mengukur entalpi suatu sistem diperlukan menentukan titik acuan terlebih dahulu, kemudian dilanjutkan dengan mengukur perubahan entalpi (ΔH). Dalam menentukan nilai perubahan entalpi (ΔH), terdapat dua kemungkinan yakni perubahan positif dan perubahan negatif. Perubahan positif menunjukkan reaksi endoterm dan perubahan negatif menunjujkkan reaksi eksoterm. Perubahan entalpi (ΔH) disebut juga sebagai perubahan energi dalam sistem ditambahkan dengan hasil kerja yang dilakukan oleh sistem ke suatu lingkungan.

Entalpi (H) memiliki satuan SI yakni Joule (J), didefinisikan sebagai berikut:

H = U + PV

Koordinat alamnya :

dH = F dS + V dP

Perubahan Entalphi (ΔH) ketika sistem mengalami proses infinitesimal:

dH = dU + PdV + VdP

Dari Hukum ke-1, untuk proses yang reversibel :

TdS = dU + P dV

Maka ditulis :

dH = T dS + V dP

Karena S dan P sebagai koordinat alami dari H maka ditulis H = H(S,P) dan persamaannya :

(dSdH)P=T

(dSdH)P=V

Adapun Fungsi Entalphi (H) ini ialah dapat melukiskan sifat – sifat zat murni. Sifat tersebut dapat dilukiskan dengan diagram H-S-P, yang menunjukkan suatu permukaan dengan T dan V menyatakan nilai kemiringan fungsi H tersebut.

Energi Dalam

Energi dalam ( $U$ ) merupakan suatu energi konfigurasi sistem gaya konservatif tertentu (energi yang menyebabkan adanya potensial) dan hanya memiliki arti sehubungan dengan sekumpulan referensi (atau data) tertentu. Bentuk nyata dari semua potensi energi termodinamika lainnya dapat diturunkan melalui Transformasi Legendre dari pernyataan $U$ . Hal ini memberikan penjelasan bahwa, setiap potensi termodinamika setara dengan potensi termodinamika lainnya. Menerangkan tentang masing-masing potensi merupakan pernyataan yang berbeda dari potensi lainnya. Energi dalam ( $U$ ) dapat dinyatakan sebagai fungsi dari varibelvariabel ekstensif, yaitu entropi S, volume V, dan jumlah partikel N sebagai konsekwensi atas Hukum I Termodinamika, U = U (S, V, N).^[5]

Referensi

^ ISO/IEC 80000-5, Quantities an units, Part 5 - Thermodynamics, item 5-20.4 Helmholtz energy, Helmholtz function
^ ISO/IEC 80000-5, Quantities an units, Part 5 - Thermodynamics, item 5-20.5, Gibbs energy, Gibbs function
^ ^a ^b N, Restu (2023-01-02). "Pengertian Entalpi, Jenis, dan Rumusnya Dalam Ilmu Kimia". Gramedia Literasi. Diakses tanggal 2024-02-21.
^ Indrayana, I Putu Tedy (2022). Termodinamika Tinjauan Teoritis dan Praktis. Bandung: Indie Press. ISBN 978-623-99127-6-5.
^ Amaku, M; Coutinho, F. A. B; Oliveira, L.N (2020). "Thermodynamic Potentials and Natural Variables". Scielo Brazil.

[ISO_80000-5_20.4-1] ISO/IEC 80000-5, Quantities an units, Part 5 - Thermodynamics, item 5-20.4 Helmholtz energy, Helmholtz function

[ISO_80000-5_20.5-2] ISO/IEC 80000-5, Quantities an units, Part 5 - Thermodynamics, item 5-20.5, Gibbs energy, Gibbs function

[:0-3] N, Restu (2023-01-02). "Pengertian Entalpi, Jenis, dan Rumusnya Dalam Ilmu Kimia". Gramedia Literasi. Diakses tanggal 2024-02-21.

[4] Indrayana, I Putu Tedy (2022). Termodinamika Tinjauan Teoritis dan Praktis. Bandung: Indie Press. ISBN 978-623-99127-6-5.

[5] Amaku, M; Coutinho, F. A. B; Oliveira, L.N (2020). "Thermodynamic Potentials and Natural Variables". Scielo Brazil.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]