dasar fisika dan kimia pada eksmet

BAB II

PEMBAHASAN

II.1. Perubahan Fase

Bentuk-bentuk berbeda yang diambil oleh berbagai fase materi berlainan yaitu

wujud zat. Secara historis, pembedaan ini dibuat berdasarkan perbedaan kualitatif dalam

sifat bulk Dalam keadaan padatan zat mempertahankan bentuk dan volume; dalam

keadaan cairan zat mempertahankan volume tetapi menyesuaikan dengan bentuk wadah

tersebut; dan sedangkan gas mengembang untuk menempati volume apa pun yang

tersedia.

GAMBAR 1Perubahan Fase

Dan Berikut ini macam-macam perubahan zat yang kita ketahui:

1. Membeku merupakan proses perubahan wujud dari cair menjadi padat

2. Mencair merupakan proses perubahan wujud dari padat menjadi cair

3. Menguap merupakan proses perubahan wujud dari cair menjadi gas

II-14. Mengembun merupakan proses perubahan wujud dari gas menjadi cairII-25. Menyublim merupakan proses perubahan wujud dari padat menjadi gas

6. Menghablur merupakan proses perubahan wujud dari gas menjadi padat

Wujud zat juga dapat didefinisikan menggunakan konsep transisi fase. Sebuah

transisi fase menandakan perubahan struktur dan dapat dikenali dari perubahan drastis

dari sifat-sifatnya. Menggunakan definisi ini, wujud zat yang berbeda adalah tiap

keadaan termodinamika yang dibedakan dari keadaan lain dengan sebuah transisi fasa.

Air dapat dikatakan memiliki beberapa wujud padat yang berbeda. Munculnya sifat

superkonduktivitas dihubungkan dengan suatu transisi fase, sehingga ada keadaan

superkonduktif. Begitu pula, keadaan kristal cair dan feromagnetik ditandai oleh transisi

fase dan memiliki sifat-sifat berlainan.

II.2 Muai (expensi)

Perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau

berubah volumenya karena terkena panas (kalor). Pemuaian tiap-tiap benda akan

berbeda, tergantung pada suhu di sekitar dan koefisien muai atau daya muai dari benda

tersebut.

Perubahan panjang akibat panas ini, sebagai contoh, akan mengikuti:

di mana :

adalah panjang pada suhu t,

adalah panjang pada suhu awal,

adalah koefisien muai panjang, dan

adalah besarnya perubahan suhu.

Suatu benda akan mengalami muai panjang apabila benda itu hanya memiliki

(dominan dengan) ukuran panjangnya saja. Muai luas terjadi pada

II-3benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang dan lebar, sedangkan muai volum terjadi apabila benda itu memiliki ukuran panjang, lebar, dan tinggi.

di mana :

adalah luas (Area) pada suhu t,

adalah luas pada suhu awal,

adalah koefisien muai luas, dan

adalah besarnya perubahan suhu.

Dan untuk perubahan volum:

di mana :

adalah V(olum) pada suhu t,

adalah volum pada suhu awal,

adalah koefisien muai volum, dan

adalah besarnya perubahan suhu.

II.3 Teori Kinetic

Teori Kinetik berupaya menjelaskan sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan,

suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan

gerakannya. Intinya, teori ini menytakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh

denyut-denyut statis di antara molekul-molekul, seperti yang diduga Isaac Newton,

melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang

II-4bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori Kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau Teori Tumbukan atau Teori Kinetik pada Gas.

Dapat dituliskan rumus sebagai berikut:

P . V = n . R . T

Adapun faktor yang ada pada teori kinetic antara lain :

1. Tekanan

Tekanan dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan dari gaya yang dihasilkan

oleh molekul-molekul gas yang menabrak dinding wadah. Misalkan suatu gas denagn N

molekul, masing-masing bermassa m, terisolasi di dalam wadah yang mirip kubus bervolume

V. Ketika sebuah molekul gas menumbuk dinding wadah yang tegak lurus terhadap sumbu

koordinat x dan memantul dengan arah berlawanan pada laju yang sama (suatu tumbukan

lenting), maka momentum yang dilepaskan oleh partikel dan diraih oleh dinding adalah:

gaya yang dimunculkan partikel ini adalah:

Keseluruhan gaya yang menumbuk dinding adalah:

Jadi, gaya dapat dituliskan sebagai:

Tekanan, yakni gaya per satuan luas, dari gas dapat dituliskan sebagai:

2. Suhu dan energi kinetik

II-5Dari hukum gas ideal maka didapat rumus sebagai berikut :

PV = NkBT

dimana B adalah konstanta Boltzmann dan T adalah suhu absolut. Dan dari rumus

diatas, dihasilkan Derivat:

(2)

3. Banyaknya tumbukan dengan dinding

Jumlah tumbukan atom dengan dinding wadah tiap satuan luar tiap satuan waktu

dapat diketahui. Asumsikan pada gas ideal, derivasi dari menghasilkan persamaan

untuk jumlah seluruh tumbukan tiap satuan waktu tiap satuan luas:

4. Laju RMS molekul

Dari persamaan energi kinetik dapat ditunjukkan bahwa:

dengan v pada m/s, T pada kelvin, dan R adalah konstanta gas. Massa molar

diberikan sebagai kg/mol. Kelajuan paling mungkin adalah 81.6% dari kelajuan RMS,

dan rerata kelajuannya 92.1% (distribusi kelajuan Maxwell-Boltzmann).

5.

II-6Banyaknya tumbukan dengan dinding

6. Laju RMS molekul

Dari energy kinetic di atas maka dapat ditulis rumus sebagai berikut:

II.4 Teori Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan')

adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika

berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika

berasal.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi,

termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses

reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya

merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam

termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses

termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika,

yaitu:

a. Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

”Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem

ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya”

b. Hukum Pertama Termodinamika

II-7“Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap system”

c. Hukum kedua Termodinamika

“Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa

total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat

seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya”

d. Hukum ketiga Termodinamika

“Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini

menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua

proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini

juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur

nol absolut bernilai nol”

GAMBAR 2Termodinamika

II.5 Suhu dan Kalor

a. Suhu

II-8Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

Sebuah peta global jangka panjang suhu udara permukaan rata-rata bulanan

dalam proyeksi Mollweide.

Suhu juga disebut temperatur yang diukur dengan alat termometer. Empat

macam termometer yang paling dikenal adalah Celsius, Reumur, Fahrenheit dan

Kelvin.

Karena dari Kelvin ke derajat Celsius, Kelvin dimulai dari 273 derajat, bukan

dari -273 derajat. Dan derajat Celsius dimulai dari 0 derajat. Suhu Kelvin sama

perbandingan nya dengan derajat Celsius yaitu 5:5, maka dari itu, untuk mengubah

suhu tersebut ke suhu yang lain, sebaiknya menggunakan atau mengubahnya ke

derajat Celsius terlebih dahulu, karena jika kita menggunakan Kelvin akan lebih

rumit untuk mengubahnya ke suhu yang lain.

Contoh:

dan .

b. Kalor

Panas, bahang, atau kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu.

Satuan SI untuk panas adalah joule.

II-9Panas bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiap benda memiliki energi dalam yang berhubungan dengan gerak acak dari atom-atom atau molekul penyusunnya.

Energi dalam ini berbanding lurus terhadap suhu benda. Ketika dua benda

dengan suhu berbeda bergandengan, mereka akan bertukar energi internal sampai

suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan adalah jumlah

energi yang tertukar. Kesalahan umum untuk menyamakan panas dan energi internal.

Perbedaanya adalah panas dihubungkan dengan pertukaran energi internal dan kerja

yang dilakukan oleh sistem. Mengerti perbedaan ini dibutuhkan untuk mengerti

hukum pertama termodinamika.

Ketika suatu benda melepas panas ke sekitarnya, Q < 0. Ketika benda

menyerap panas dari sekitarnya, Q > 0.

Jumlah panas, kecepatan penyaluran panas, dan flux panas semua dinotasikan

dengan perbedaan permutasi huruf Q. Mereka biasanya diganti dalam konteks yang

berbeda.

Jumlah panas dinotasikan sebagai Q, dan diukur dalam joule dalam satuan SI.

di mana:

adalah banyaknya kalor (jumlah panas) dalam joule

adalah massa benda dalam kg

adalah kalor jenis dalam joule/kg °C, dan

adalah besarnya perubahan suhu dalam °C.

Kecepatan penyaluran panas, atau penyaluran panas per unit, ditandai

II.6 Suhu Campuran

II-10Pada dasarnÿa, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan, kedua benda tersebut mencapai suhu ÿang sama. Misalnÿa terdapat 2 benda, sebut saja benda A dan benda ß. Pada mulanÿa benda A memiliki suhu tinggi (benda A panas) sedangkan benda ß memiliki suhu rendah (ßenda ß dingin). Setelah bersentuhan cukup lama, kedua benda tersebut mencapai suhu ÿang sama. Dalam hal ini, benda A dan benda ß dikatakan berada dalam keseimbangan termal.

t =

dimana:

adalah massa benda dalam kgt adalah temperaturadalah kalor jenis dalam joule/kg °C,

Adapaun bunyi hukum suhu campuran adalah sebagai berikut:

“Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga

benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.”

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan

karunia-Nya yang begitu melimpah sehingga Penulis dapat menyelesaikan tulisan ini pada

waktunya.

Pada kesempatan ini, Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ir. A. Taufik Arief, MS. selaku dosen pengasuh mata kuliah Ekstraksi Metalurgi.

2. Rekan-rekan yang telah membantu penulisan tulisan ini.

Penulis sadar bahwa dalam tulisan ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu,

kritik dan saran yang bersifat membangun sangat bermanfaat untuk penyempurnaan tulisan

ini.

Akhir kata Penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat untuk memajukan ilmu

pengetahuan dan teknologi.

Palembang, September 2011 Penulis,

Anggha Putra Pratama

iii