KESETIMBANGAN TERMODINAMIK

Suatu benda dikatakan berada dalam keadaan kesetimbangan termodinamik bila nilai dari besaran-besaran keadaan makroskopiknya tidak lagi berubah dalam jangka waktu yang cukup lama. Termodinamika hanya akan meninjau besaran-besaran keadaan setelah sistem berada dalam kesetimbangan termodinamik. Bahkan besaran-besaran termodinamika hanya terde nisi dalam keadaan kesetimbangan termodinamik. Termodinamika tidak meninjau proses bagaimana suatu sistem berubah mencapai kondisi kesetimbangan termodinamiknya, karena itu tidak ada variabel waktu dalam relasi-relasi termodinamika. Kondisi kesetimbangan termodinamika jelas adalah suatu yang sangat jauh dari realita, karena bagaimanapun suatu benda tidak akan dapat lepas dari interaksinya dengan lingkungan, sehingga tidak mungkin nilai besaran-besaran makroskopiknya benar-benar tidak berubah. Tetapi kondisi mendekati kesetimbangan termodinamika sudah cukup untuk dapat diterapkannya relasi-relasi termodinamika. Sebagai contoh hukum radiasi benda hitam dapat diterapkan pada matahari ataupun bintang walaupun mereka tidak benar-benar dalam keadaan kesetimbangan termodinamik. Sehingga dengan menganalisa spektrum gelombang elektromagnetik yang dipancarkan matahari ataupun bintang, dapat diduga besar temperatur permukaannya


Kesetimbangan mekanis terjadi apabila tidak ada gaya yang takberimbang di bagian dalam sistem, dan juga antara sistem dan lingkungannya. Dalam kesetimbangan termal, semua bagian sistembertemperatur sama, dan sistem juga memiliki suhu yang sama dengan lingkungannya. Dalam kesetimbangan kimia, suatu sistem tidak mengalami perubahan spontan dalam struktur internalnya, seperti reaksi kimia. Sistem dalam kesetimbangan kimia juga tidak mengalami perpindahan materi dari satu bagian sistem ke bagian sistem lainnya, seperti difusi atau pelarutan.
Bila ketiga syarat kesetimbangan tersebut tidak dipenuhi, maka sistem termodinamik disebut berada dalam keadaan tidak setimbang.



Gambaran
Termodinamika klasik meliputi keadaan kesetimbangan dinamis. Keadaan lokal dari suatu sistem pada kesetimbangan termodinamika ditentukan oleh nilai dari parameter intensifnya, seperti tekanan dan suhu. Untuk lebih spesifik, kesetimbangan termodinamika dikarakteristikkan oleh potensial termodinamika minimum, seperti energi bebas Helmhlotz, yaitu sistem pada suhu dan volume sama:

A = U - TS;
atau energi bebas Gibbs, yaitu sistem dengan tekanan dan suhu tetap:

G = H - TS.
di mana T = suhu, S = entropi, U = energi dalam dan H= entalpi. Energi bebas Helmholtz sering dinotasikan dengan simbol F, tetapi penggunaan A dipilih oleh IUPAC [2]. Proses yang mengatur suatu kesetimbangan termodinamika disebut termalisasi. Suatu contoh adalah suatu sistem dengan partikel yang berinteraksi tidak terganggu oleh pengaruh luar. Dengan interaksi, mereka akan menggabungkan energi/momentum di antara mereka dan mencapai suatu keadaan di mana statistik umum tidak berubah terhadap waktu.
Keadaan Kesetimbangan
Dengan melihat bentuk turunan dari potensial termodinamika, hubungan berikut dapat diturunkan:

Untuk sistem terisolasi sempurna, ΔS = 0 pada kesetimbangan.

Untuk sistem dengan suhu dan volume tetap, ΔA = o pada kesetimbangan.

sistem dengan suhu dan tekanan tetap, ΔG = 0 pada kesetimbangan.

Jenis lain dari kesetimbangan yang dicapai adalah sebagai berikut:

Dua sistem dalam kesetimbangan termal saat suhu sama.

Dua sistem dalam kesetimbangan mekanik saat tekanan mereka sama.

Dua sistem dalam kesetimbangan difusi saat potensial kimia mereka sama.

Semua pengaruh seimbang.