Nama : Aprianti Ramdhani

NPM : 140210090086

Aplikasi Fisika Statistika dalam Bidang Kimia

Fisika statistik adalah ilmu yang mempelajari tentang sifat atau perilaku sistem yang

terdiri dari banyak partikel. Generalisasi perilaku partikel merupakan ciri pokok dari pendekatan

statistik. Sampai saat ini pendekatan statistik cukup memadai untuk merepresentasikan keadaan

sistem dan perilaku partikel penyusunnya. Oleh karena itu perlu disusun cara memahami

keadaan suatu sistem dan perilaku partikel pada sistem partikel yang memenuhi hukum-hukum

fisika klasik maupun fisika modern.

Sistem yang tersusun oleh partikel-partikel tidak identik (terbedakan) dan mematuhi

hukum-hukum fisika klasik dapat didekati dengan statistik klasik Maxwell-Boltzmann.

Sedangkan pada sistem yang tersusun oleh partikel-partikel identik (tidak terbedakan), hukum-

hukum fisika klasik tidak cukup memadai untuk merepresentasikan keadaan sistem dan hanya

dapat diterangkan dengan hukum-hukum fisika kuantum. Sistem semacam ini dapat didekati

dengan statistik modern, yaitu statistik Fermi-Dirac dan Bose-Einstein. Statistik Fermi-Dirac

sangat tepat untuk menerangkan perilaku partikel-partikel identik yang memenuhi larangan

Pauli, sedangkan statistik Bose-Einstein sangat tepat untuk menerangkan perilaku partikel-

partikel identik yang tidak memenuhi larangan Pauli.

Energi Fermi yaitu tingkat energi tertinggi yang terisi pada suhu 0 K disebut tingkat

Fermi atau energi Fermi. Pada suhu diatas 0 K, elektron-elektron mendapat tambahan energi

sehingga sejumlah elektron yang semula berada di bawah namun dekat dengan energi Fermi naik

ke atas dan meninggalka beberapa tingkat energi kosong yang semula ditempatinya.

Distribusi Fermi-Dirac. Dalam tinjauan ini partikel dianggap identik dan tak dapat

dibedakan satu terhadap lainnya, partikel-partikel ini juga mengikuti prinsip eksklusi Pauli

sehingga tidak lebih dari dua pastikel berada pada status yang sama. Partikel dengan sifat

demikian biasa disebut fermion (Enrico Fermi 1901-1954).

Aplikasi dari distribusi Fermi-dirac adalah untuk menghitung emisi pada logam. Ada dua

macam emisi pada logam yaitu emisi elektron dan emisi termal. Dan emisi elektron dibagi lagi

menjadi beberapa macam, yaitu emisi termoelektron, emisi dingin, emisi sekunder, emisi

fotolistrik. Emisi fotolistrik dapat disebabkan oleh cahaya yang mengenai material tertentu.

Tenaga cahaya akan diterima oleh elektron, bila tenaga ini cukup untuk mengatasi daya tarik ion

positif material maka akan terjadi emisi. Kecepatan emisi tergantung pada frekuensi cahaya

sedang jumlah emisi tergantung pada intensitas cahaya. Material yang dapat mengeluarkan emisi

bila terkena cahaya matahari ialah: seng, kalium dan logam alkali. Penggunaan emisi fotolistrik

pada sel fotolistrik dan kamera tv. Aplikasi emisi foto listrik dalam bidang kimia adalah terdapat

pada detektor dalam spektrofotometer.

Detektor merupakan komponen yang memiliki kepekaan tinggi dalam daerah spektral,

respon yang linier terhadap radiasi, waktu respon yang cepat, dapat digandakan, dan kestabilan

yang tinggi dengan tingkat noise yang rendah. Detektor merespon perubahan fotokimia (terutama

fotografi), efek fotolistrik dan efek termolistrik, dalam spektrofotometer, detektor yang

digunakan adalah detektor fotolistrik (baik berupa tabung foto atau tabung photomultiplier).

Pada spektrofotometer serapan atom (SSA), digunakan dua macam detektor yaitu

detektor cahaya atau detektor foton dan detektor infra merah serta detektor panas. Detektor foton

bekerja berdasarkan efek fotolistrik, dalam hal ini setiap foton akan membebaskan elektron (satu

foton, satu elektron) dari bahan yang sensitive terhadap cahaya. Bahan foton dapat berupa Si/Ga,

Ga/As, Cs/Na.

Statistika Bose-Einstein menentukan distribusi statistik bagi boson pada berbagai tingkat

energi di dalam kesetimbangan termal. Tidak seperti fermion, boson adalah materi berspin bulat

sehingga tidak mematuhi larangan Pauli; sejumlah besar materi boson dapat menempati keadaan

yang sama pada saat yang sama pula. Hal itu dapat menjelaskan mengapa pada suhu rendah

boson dapat berperilaku sangat berbeda dengan fermion; semua materi akan menggumpal

bersama-sama pada keadaan energi yang paling rendah. Proses yang demikian itu disebut

sebagai “kondensasi Bose-Einstein”, misalnya pada fenomena superfluida di dalam helium cair.

Superfluida didasari oleh kemajuan teknologi cair-cair menggunakan superkritis, kritis

atau mendekati kritis seperti CO2 dan gas biner lainnya. Penerapan pada bidang kimia ada pada

kromatografi fluida super kritis, dimana digunakan CO2 superfluida sebagai fase gerak untuk

proses pemisahan. Metode ini digunakan untuk pemisahan komponen-komponen pada unsur

yang mudah terurai pada suhu yang tinggi.

Aplikasi lain dari kondensasi Bose-Einstein adalah superkonduktor. Superkonduktor

merupakan material yang dapat menghantarkan arus listrik tanpa adanya hambatan, sehingga

dapat mengalirkan arus listrik tanpa kehilangan daya sedikitpun. Superkonduktor adalah unsure

atau alloy metal yang jika didinginkan sampai mendekati suhu nol mutlak (0 K), menjadi hilang

tahanannya.

Perkembangan bahan superkonduktor dari saat pertama kali ditemukan sampai sekarang

dapat diikuti pada table di bawah ini:

Bahan Tc(K)

Raksa (Hg)

Timbal (Pb)

Niobium nitrida

Niobium-3-timah

Al0,8Ge0,2Nb3

Niobium germanium

Lanthanum barium tembaga oksida

Yitrium barium tembaga oksida (1-

2-3 atau YBCO)

Thalium barium kalsium tembaga

oksida

4,2

7,2

16,0

18,1

20,7

23,2

28

93

125

Pada bidang kimia, telah dilakukan sintesis superkonduktor BPSCCO/Ag dengan

menggunakan metode reaksi padatan, langkahnya yaitu menggerus bahan sampai benar-benar

halus, dikalsinasi, digerus ulang, dipeletisasi, disinterring dan dikarakterisasi dengan uji

Meissner, uji Tc dan uji XRD. Sampel superkonduktor BPSCCO/Ag ini dibuat sebanyak 2

sampel dengan rumus kimia yang berbeda yaitu Bi1,6Pb0,4Sr2Ca2Cu3AgxO10+δ dengan nilai x= 0,5

dan 1,0.

Distribusi Maxwell-Boltzmann menggambarkan kecepatan partikel dalam gas, di mana

partikel bergerak bebas antara tumbukan kecil , tetapi tidak berinteraksi satu sama lain, sebagai

fungsi suhu dari sistem, massa partikel, dan kecepatan partikel. Distribusi Maxwell-Boltzmann

berlaku untuk gas ideal di dalam kesetimbangan termodinamika dengan efek kuantum yang

dapat diabaikan dan di kecepatan non-relativistik.

Karena energi aktivasi memegang peranan penting dalam menentukan suatu tumbukan

menghasilkan reaksi, hal ini sangat berguna untuk menentukan bagaimana macam bagian

partikel berada untuk mendapatkan energi yang cukup ketika mereka bertumbukan.

Di dalam berbagai sistem, keberadaan partikel-partikel akan memiliki berbagai variasi besar

energi. Untuk gas, dapat diperlihatkan melalui diagram yang disebut dengan Distribusi Maxwell-

Boltzmann dimana setiap kumpulan beberapa partikel memiliki energinya masing-masing.

Luas dibawah kurva merupakan ukuran banyaknya partikel berada.

Ketika reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan guna memperoleh energi

yang sama atau lebih besar daripada energi aktivasi untuk melangsungkan reaksi. Dan untuk

mengetahui dimana energi aktivasi berlangsung didapat dari distribusi Mazwell-Boltzmann.

Perhatikan bahwa sebagian besar dari partikel-partikel tidak memiliki energi yang cukup

untuk bereaksi ketika mereka bertumbukan. Untuk membuat mereka bereaksi kita dapat

mengubah bentuk dari kurva atau memindahkan aktivasi energi lebih ke kanan.

Daftar Pustaka

Csuros M. 1997. Environmental Sampling and Analysis Lab Manual. CRC Press. Hal. 23-27

Wei YJ, Li KA, Tong SY. 1997. A linear regression method for the study of the coomassie

brilliant blue protein assay. Talanta 44(5): 923-930.

Triyono, W. 2011. Spektrofotometri Ultra Violet Visibel. http://waris-triyono.blogspot.com/

2011/12/spektrofotometri-ultra-violet-visibeluv.html

Rizqi, D. 2012. Archive. http://rizqidiaz.blogspot.com/2012_01_01_archive.html