Definisi Entropi

Entropi adalah ukuran seberapa tersebar dan acak energi dan massa suatu sistem didistribusikan. Intinya, entropi adalah fungsi keadaan, seperti suhu atau tekanan, sebagai lawan dari fungsi jalur, seperti panas atau kerja.

Ini berarti bahwa ketika suatu sistem berubah dalam entropi, perubahannya hanya bergantung pada entropi keadaan awal dan akhir, daripada urutan (“jalur”) yang diambil antar keadaan.

Huruf “S” berfungsi sebagai simbol untuk entropi. Seperti yang akan kita ketahui di bagian selanjutnya, entropi memiliki banyak kegunaan bagi ahli kimia dan fisikawan dalam menentukan spontanitas suatu proses.

Entropi Tinggi Vs Entropi Rendah

Sistem dengan entropi rendah melibatkan partikel teratur dan gerakan terarah. Sebagai contohi, kita bandingkan sebuah rumah. Massa yang menyusun rumah tertata dan tepat untuk membentuk dinding dan perabotan. Setiap energi gerak mekanik, seperti air dan gas yang bergerak melalui pipa, tetap dikontrol dan diarahkan dengan ketat. Setiap energi panas tetap terkontrol juga, dengan kantong dingin tertentu, seperti lemari es, dan kantong panas, seperti oven, dengan suhu berbeda yang tidak menyebar ke seluruh rumah.

Definisi Termodinamika

Daripada berurusan dengan keadaan mikro, kebanyakan ahli kimia mengukur nilai entropis menggunakan kalorimetri sebagai gantinya. Dengan demikian, ahli kimia dapat mendefinisikan entropi secara termodinamika, menggunakan aliran panas dan suhu sistem

dS = dqrev/T

Dimana

dS = Perubahan kecil pada entropi (J/K)

dqrev = Perubahan kecil pada panas (J)

T = Suhu (Kelvin)

Rumus untuk entropi ini cenderung paling banyak digunakan saat mengukur perubahan antara dua keadaan:

Kalor yang digunakan untuk menghitung entropi adalah kalor yang dilepaskan atau diserap jika perubahan yang diberikan dilakukan secara reversibel. Sementara kalor biasanya merupakan fungsi jalur, hanya ada satu jalur reversibel di antara dua keadaan, menjadikannya fungsi keadaan semu, seperti entropi.

Kita masih menggunakan kalor reversibel bahkan ketika menghitung perubahan perubahan ireversibel antara dua keadaan. Kita dapat lebih menyederhanakan persamaan di atas tergantung pada apakah suhu berubah antara dua keadaan:

Entropi Universal

Entropi penting bagi ahli kimia dan fisikawan karena menentukan spontanitas proses. Untuk lebih memahami apa artinya ini, kita perlu melihat Hukum Kedua Termodinamika. Hukum Kedua menyatakan bahwa entropi alam semesta selalu meningkat. Setiap perubahan fisik harus meningkatkan atau tidak mengubah kekacauan alam semesta secara keseluruhan.

Tidak ada proses yang mungkin memiliki efek keseluruhan untuk mengatur dan mengarahkan massa dan energi alam semesta. Dengan mengingat hal ini, katakanlah kita memiliki dua potong logam, satu panas dan satu dingin. Sekarang, mari kita tempatkan jembatan logam konduktif, yang memungkinkan panas mengalir di antara keduanya. Panas kemudian akan mengalir antara logam panas ke dingin secara spontan, atau tanpa intervensi eksternal.

Mengapa panas tidak mengalir dari logam dingin ke logam panas, yang semakin menaikkan suhunya? Bagaimanapun, gerakan ini akan tetap mematuhi Hukum Pertama, karena tidak ada energi yang diciptakan atau dimusnahkan.

Hukum Kedua menjelaskan mengapa hal ini tidak terjadi. Tingkat entropis sistem akan berkurang karena panas terkonsentrasi di logam panas, tetapi akan meningkat jika energi panas didistribusikan secara merata di kedua logam. Jadi, panas hanya mengalir dari logam panas ke dingin, untuk memungkinkan entropi alam semesta terus meningkat.

Entropi Sistem

Pada saat entropi alam semesta harus meningkat tanpa kecuali, entropi sistem dapat menurun secara spontan. Misalnya, ambil mesin panas. Secara umum, mesin kalor bekerja dengan mengambil energi kalor dan mengubahnya menjadi kerja. Konversi ini melibatkan penurunan entropik dalam sistem karena energi panas yang tidak teratur menjadi gerakan yang teratur. Meskipun demikian, mesin panas masih berfungsi secara spontan di dunia nyata. Alasannya adalah bahwa sejumlah panas dari mesin dilepaskan ke alam semesta (yaitu wastafel dingin). Panas ini, sebagai akibat dari distribusi ke alam semesta, melibatkan peningkatan entropi yang melawan penurunan dari kerja mesin.

Sebagaimana disebutkan oleh Hukum Kedua, panas ini harus dilepaskan oleh mesin untuk mencegah penurunan entropi universal. Kembali ke contoh pertama kita, Hukum Kedua menjelaskan mengapa hutan tidak secara spontan menjadi rumah, tetapi dengan waktu yang cukup, rumah secara spontan terdegradasi menjadi hutan. Namun, hutan tetap menjadi rumah di dunia nyata. Seperti yang kita ketahui sekarang, ini karena energi kimia dihabiskan, melepaskan panas ke alam semesta, dari tubuh manusia yang melakukan kerja yang diperlukan.

Entropi Vs. Entalpi

Dalam contoh sebelumnya, ahli kimia menggunakan istilah “entalpi” untuk menggambarkan panas yang dilepaskan oleh proses yang menurunkan entropi. Entalpi adalah konsep termodinamika yang penting, tetapi berbeda dalam menentukan spontanitas termodinamika.