Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika

 

Beberapa proses kimia terjadi bahkan walau tidak ada perubahan energi total. Coba perhatikan tabung yang memuat gas, terhubung dengan selang yang berujung pada penutup. Penutup ini menghalangi gas pindah ke tabung buang. Bila penutup ini dilepaskan, gas akan masuk ke tabung buang. Pengembangan ini sesuai dengan pengamatan kalau gas selalu mengembang mengisi volume yang ada. Saat suhu kedua tabung sama, energi gas sebelum dan sesudah pengembangan menjadi sama. Reaksi balik tidak terjadi.

Reaksi spontan terjadi bila keadaan terbawa pada kondisi kekacauan yang lebih besar. Dalam volume yang mengembang, molekul gas individual memiliki derajat kebebasan yang lebih besar untuk bergerak sehingga lebih tidak teratur. Ukuran ketidak teraturan sistem disebut dengan istilah entropi.

Pada suhu nol mutlak, semua gerakan atom dan molekul berhenti, dan ketidak teraturan – dan entropi – zat padat sempurna demikian adalah nol. (Entropi nol pada suhu nol sesuai dengan hukum ketiga termodinamika). Semua zat diatas nol mutlak akan memiliki nilai entropi positif yang terus bertambah seiring meningkatnya suhu. Saat sebuah zat panas mendingin, energi termal yang terlepas darinya lewat ke udara sekitar, yang berada pada suhu lebih rendah. Saat entropi zat yang mendingin menurun, entropi udara sekitar meningkat. Faktanya, peningkatan entropi di udara lebih besar daripada penurunan entropi pada zat yang mendingin. Ini sesuai dengan hukum kedua termodinamika, yang mengatakan kalau entropi sistem dan lingkungannya selalu meningkat dalam reaksi spontan. Jadi hukum pertama dan kedua termodinamika menunjukkan kalau, untuk semua proses perubahan kimia di alam semesta, energi selalu kekal namun entropi selalu meningkat.

Penerapan hukum termodinamika pada sistem kimia memungkinkan ahli kimia meramalkan perilaku reaksi kimia. Saat energi dan entropi membantu pembentukan molekul hasil, molekul pereaksi akan bertindak untuk membentuk molekul hasil hingga keseimbangan tercapai antara hasil reaksi dan pereaksi. Rasio hasil reaksi dengan pereaksi diberi istilah tetapan keseimbangan, yaitu sebuah fungsi selisih entropi dan energi antara kedua zat. Walau begitu, termodinamika tidak dapat meramalkan kecepatan reaksi. Untuk reaksi yang cepat, campuran hasil reaksi dan pereaksi yang seimbang dapat diperoleh dalam waktu seperseribu detik atau kurang; untuk reaksi yang lambat, waktunya bisa mencapai ratusan tahun.