PROSES TERMODINAMIK: JENIS DAN CONTOH - KIMIA - 2026

Proses termodinamik adalah fenomena fizikal atau kimia yang melibatkan aliran haba (tenaga) atau bekerja antara sistem dan persekitarannya. Ketika berbicara mengenai panas, gambaran api secara rasional terlintas di fikiran, yang merupakan manifestasi klasik proses yang membebaskan banyak tenaga terma.

Sistem ini boleh menjadi makroskopik (kereta api, roket, gunung berapi) dan mikroskopik (atom, bakteria, molekul, titik kuantum, dll.). Ini dipisahkan dari alam semesta yang lain untuk mempertimbangkan haba atau kerja yang memasuki atau meninggalkannya.

Namun, bukan sahaja aliran panas ada, tetapi sistem juga dapat menghasilkan perubahan pada beberapa pemboleh ubah di lingkungannya sebagai tindak balas terhadap fenomena yang dipertimbangkan. Menurut undang-undang termodinamik, mesti ada pertukaran antara tindak balas dan haba sehingga jirim dan tenaga sentiasa terpelihara.

Perkara di atas adalah sah untuk sistem makroskopik dan mikroskopik. Perbezaan antara yang pertama dan yang terakhir adalah pemboleh ubah yang dipertimbangkan untuk menentukan keadaan tenaga mereka (pada dasarnya, awal dan akhir).

Walau bagaimanapun, model termodinamik berusaha menghubungkan kedua-dua dunia dengan mengawal pemboleh ubah seperti tekanan, isipadu dan suhu sistem, menjaga beberapa pemalar ini untuk mengkaji kesan yang lain.

Model pertama yang memungkinkan pendekatan ini adalah gas ideal (PV = nRT), di mana n adalah bilangan mol, yang apabila dibahagi dengan isipadu V memberikan isipadu molar.

Kemudian, menyatakan perubahan antara sistem-persekitaran sebagai fungsi dari pemboleh ubah ini, yang lain dapat didefinisikan, seperti kerja (PV = W), penting untuk mesin dan proses industri.

Sebaliknya, untuk fenomena kimia, jenis pemboleh ubah termodinamik lain lebih menarik. Ini berkaitan secara langsung dengan pembebasan atau penyerapan tenaga, dan bergantung pada sifat intrinsik molekul: pembentukan dan jenis ikatan.

Sistem dan fenomena dalam proses termodinamik

Pada gambar atas tiga jenis sistem ditunjukkan: tertutup, terbuka dan adiabatik.

Dalam sistem tertutup tidak ada pemindahan jirim antara ia dan sekitarnya, sehingga tidak ada masalah yang dapat masuk atau keluar; namun, tenaga dapat melintasi batas kotak. Dengan kata lain: fenomena F dapat melepaskan atau menyerap tenaga, sehingga mengubah apa yang ada di luar kotak.

Sebaliknya, dalam sistem terbuka cakrawala sistem mempunyai garis putus-putus mereka, yang bermaksud bahawa kedua-dua tenaga dan jirim dapat datang dan pergi di antara ia dan sekitarnya.

Akhirnya, dalam sistem terpencil, pertukaran jirim dan tenaga antara ia dan sekitarnya adalah sifar; untuk alasan ini, dalam gambar kotak ketiga tertutup gelembung. Adalah perlu untuk menjelaskan bahawa persekitarannya boleh menjadi alam semesta yang lain, dan kajian ini adalah kajian yang menentukan sejauh mana mempertimbangkan skop sistem.

Fenomena fizikal dan kimia

Apa secara khusus fenomena F? Ditunjukkan oleh huruf F dan dalam lingkaran kuning, fenomena itu adalah perubahan yang berlaku dan boleh menjadi modifikasi fizikal jirim, atau transformasinya.

Apakah perbezaannya? Secara ringkas: yang pertama tidak memutuskan atau membuat pautan baru, sementara yang kedua tidak.

Oleh itu, proses termodinamik dapat dipertimbangkan mengikut sama ada fenomena itu fizikal atau kimia. Walau bagaimanapun, keduanya sama-sama mengalami perubahan pada sifat molekul atau atom.

Contoh fenomena fizikal

Pemanasan air di dalam periuk menyebabkan peningkatan perlanggaran antara molekulnya, ke titik di mana tekanan wapnya sama dengan tekanan atmosfera, dan kemudian perubahan fasa dari cecair menjadi gas terjadi. Dengan kata lain: air menguap.

Di sini molekul air tidak memutuskan ikatannya, tetapi mereka mengalami perubahan yang bertenaga; atau apa yang sama, tenaga dalaman U air diubah suai.

Apakah pemboleh ubah termodinamik untuk kes ini? Tekanan atmosfera P _ex , produk suhu pembakaran gas memasak dan isi padu air.

Tekanan atmosfera tetap, tetapi suhu air tidak, kerana ia memanas; juga isipadu, kerana molekulnya mengembang di angkasa. Ini adalah contoh fenomena fizikal dalam proses isobar; iaitu sistem termodinamik pada tekanan berterusan.

Bagaimana jika anda memasukkan air dengan sebiji kacang ke dalam periuk tekanan? Dalam kes ini, isipadu tetap berterusan (selagi tekanan tidak dilepaskan ketika kacang dimasak), tetapi tekanan dan suhu berubah.

Ini kerana gas yang dihasilkan tidak dapat melarikan diri dan memantul dari dinding periuk dan permukaan cecair. Kami kemudian bercakap mengenai fenomena fizikal yang lain tetapi dalam proses isokorik.

Contoh fenomena kimia

Disebutkan bahawa terdapat pemboleh ubah termodinamik yang melekat pada faktor mikroskopik, seperti struktur molekul atau atom. Apakah pemboleh ubah ini? Enthalpy (H), entropi (S), tenaga dalaman (U), dan tenaga bebas Gibbs (S).

Pemboleh ubah intrinsik jirim ini didefinisikan dan dinyatakan dalam bentuk termodinamik pemboleh ubah makroskopik (P, T dan V), mengikut model matematik yang dipilih (secara amnya gas ideal). Terima kasih untuk kajian termodinamik ini dapat dijalankan mengenai fenomena kimia.

Sebagai contoh, anda ingin mengkaji tindak balas kimia jenis A + B => C, tetapi tindak balas hanya berlaku pada suhu 70 ºC. Selanjutnya, pada suhu di atas 100 ºC, bukannya C dihasilkan, D.

Dalam keadaan ini, reaktor (pemasangan tempat tindak balas berlaku) mesti menjamin suhu tetap sekitar 70 ºC, sehingga prosesnya adalah isotermal.

Jenis dan contoh proses termodinamik

Proses Adiabatik

Mereka adalah di mana tidak ada pemindahan bersih antara sistem dan sekitarnya. Ini dalam jangka masa panjang dijamin oleh sistem terpencil (kotak di dalam gelembung).

Contoh

Contohnya ialah kalorimeter, yang menentukan jumlah haba yang dibebaskan atau diserap dari tindak balas kimia (pembakaran, pelarutan, pengoksidaan, dll.).

Dalam fenomena fizikal adalah pergerakan yang dihasilkan oleh gas panas kerana tekanan yang diberikan pada omboh. Begitu juga, ketika arus udara memberikan tekanan pada permukaan terestrial, suhunya meningkat ketika terpaksa mengembang.

Sebaliknya, jika permukaan yang lain bersifat gas dan mempunyai ketumpatan yang lebih rendah, suhunya akan menurun apabila merasakan tekanan yang lebih tinggi, memaksa zarahnya mengembun.

Proses adiabatik sangat sesuai untuk banyak proses industri, di mana kehilangan haba yang lebih rendah bermaksud prestasi yang lebih rendah yang ditunjukkan dalam kos. Untuk menganggapnya seperti itu, aliran haba mestilah sifar atau jumlah haba yang memasuki sistem mestilah sama dengan yang memasuki sistem.

Proses isotermal

Proses isotermal adalah semua proses di mana suhu sistem tetap berterusan. Ia melakukan ini dengan melakukan kerja, sehingga pemboleh ubah lain (P dan V) berbeza dari masa ke masa.

Contoh

Contoh proses termodinamik jenis ini tidak terkira banyaknya. Pada hakikatnya, banyak aktiviti sel berlaku pada suhu tetap (pertukaran ion dan air merentasi membran sel). Dalam tindak balas kimia, semua yang membentuk keseimbangan terma dianggap sebagai proses isotermal.

Metabolisme manusia berjaya mengekalkan suhu badan yang tetap (kira-kira 37ºC) melalui pelbagai tindak balas kimia. Ini dicapai berkat tenaga yang diperoleh dari makanan.

Perubahan fasa juga merupakan proses isotermal. Contohnya, apabila cecair membeku, ia akan melepaskan haba, mencegah suhu terus menurun hingga benar-benar berada dalam fasa pepejal. Apabila ini berlaku, suhu dapat terus menurun, kerana pepejal tidak lagi membebaskan tenaga.

Dalam sistem yang melibatkan gas ideal, perubahan tenaga dalaman U adalah sifar, jadi semua haba digunakan untuk melakukan kerja.

Proses isobaric

Dalam proses-proses ini tekanan dalam sistem tetap berterusan, berbeza-beza isipadu dan suhunya. Secara umum, mereka dapat terjadi pada sistem terbuka ke atmosfer, atau dalam sistem tertutup yang batasnya dapat berubah bentuk dengan peningkatan volume, dengan cara yang dapat mengatasi kenaikan tekanan.

Contoh

Dalam silinder di dalam mesin, ketika gas dipanaskan, ia mendorong omboh, yang mengubah isipadu sistem.

Sekiranya tidak demikian, tekanan akan meningkat, karena sistem ini tidak dapat mengurangi perlanggaran spesies gas pada dinding silinder.

Proses isokorik

Dalam proses isokorik isipadu tetap berterusan. Ia juga boleh dianggap sebagai sistem di mana sistem tidak menghasilkan karya (W = 0).

Pada dasarnya, itu adalah fenomena fizikal atau kimia yang dikaji di dalam mana-mana wadah, sama ada dengan pergolakan atau tidak.

Contoh

Contoh proses ini adalah memasak makanan, penyediaan kopi, penyejukan botol ais krim, penghabluran gula, pembubaran endapan yang kurang larut, kromatografi pertukaran ion, dan lain-lain.

Rujukan

1. Jones, Andrew Zimmerman. (2016, 17 September). Apakah Proses Termodinamik? Diambil dari: thinkco.com
2. J. Wilkes. (2014). Proses termodinamik. . Diambil dari :ursus.washington.edu
3. Kajian (9 Ogos 2016). Proses Thermodynamic: Isobaric, Isochoric, Isothermal & Adiabatic. Diambil dari: study.com
4. Kevin Wandrei. (2018). Apa Contoh Contoh Hukum Termodinamik Pertama & Kedua? Hearst Seattle Media, LLC. Diambil dari: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). Hukum Kedua Termodinamik. Diambil dari: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamik. . Diambil dari: wright.edu