BAHAN AJAR KIMIA FISIKA
Kata Pengantar
Alhamdulillahirabbil'aalamin, segala puji atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan Rahmat, Taufik dan Hidayah-Nya kepada kita semua serta berkat Rahmat, Taufik dan Hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan bahan ajar Kimia Fisika ini. Salawat beserta salam tidak lupa pula kami haturkan kehadirat Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan pencerahan kepada kita semua.
Dalam kesempatan ini kami juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada Dekan Fakultas Teknologi Pertanian serta Ketua prodi Teknologi Industri pertanian dan Ketua Prodi Teknologi Pangan yang selalu mendukung kami dalam penyusunan bahan ajar Kimia Fisika ini. Kami merasa bahwa penyusunan bahan ajar Kimia Fisika ini merupakan suatu tugas yang mulia sebagai media menyalurkan ilmu pengetahuan dan penyebaran informasi di bidang kimia fisika khususnya bagi mahasiwa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Serambi Mekkah.
Bahan ajar ini disusun berdasarkan kondisi mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian yang membutuhkan bahan ajar yang mudah dipahami dan sistematik. Kami berharap bahan ajar Kimia Fisika ini dapat memberikan pengetahuan dan informasi tentang kimia fisika dengan lebih mudah dipahami dan lebih sederhana. Kami menyadari bahwa bahan ajar ini masih memiliki kekurangan. Karena itu, kami berharap agar pembaca berkenan menyampaikan kritikan dan masukan. Akhir kata, kami berharap agar bahan ajar ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Banda Aceh, 27 Februari 2018 Penyusun
Daftar Isi
Kata Pengantar Daftar Isi Pengantar kimia fisika Materi Sifat fisik zat cair Zat padat Hukum-hukum gas Sistem dan lingkungan Termodinamika ke-0 Termodinamika ke-1 Termodinamika ke-2 Termodinamika ke-3 Daftar Pustaka
KIMIA FISIKA
Pengantar Kimia Fisika
Salfauqi Nurman, M.Si
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Tujuan Instruksional khusus
• Setelah menyelesaikan modull ini mahasiswa
mampu mengenali dan memahami tentang pengertian, sejarah dan bidang-bidang dalam kimia fisika, keterkaitan kimia fisika dengan ilmu yang lain serta aplikasi kimia fisika dalam kehidupan sehari-hari.
Kimia fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena makroskopik, mikroskopik, atom, subatom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan prinsip-prinsip dan konsep-konsep fisika.
Bidang khusus antara lain : - Termodinamika kimia, - Kimia kuantum, - Kinetika, - dll
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Kimia Fisik banyak menggunakan konsep-konsep dan prinsip - Fisika Klasik (seperti energi, entropi, suhu, tekanan,
tegangan permukaan, viskositas, hukum Coulomb, interaksi dipol),
- Fisika Kuantum (seperti foton, bilangan kuantum, spin,
kebolehjadian, prinsip ketakpastian), - Mekanika Statistik (seperti fungsi partisi, distribusi
Boltzmann).
Bagian penting dari ilmu ini termasuk termodinamika kimia, kinetika kimia, kimia kuantum, elektrokimia, kimia permukaan dan kimia padatan, dan spektroskopi. Kimia fisik juga penting bagi ilmu material modern.
Istilah "kimia fisik" mungkin pertama kali digunakan oleh Mikhail Lomonosov pada tahun 1752,
Landasan Kimia Fisik modern diletakkan pertama kali pada tahun 1876 oleh Josiah Willard Gibbs dalam
Substances, yang memuat beberapa konsep dan prinsip penting kimia fisik, seperti energi Gibbs, potensial kimia, aturan fase Gibbs.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
KIMIA FISIKA
Materi
Salfauqi Nurman, M.Si
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. Mengelompokkan perubahan materi
Perubahan fisika
Perubahan kimia
Es Air Uap air
kayukertas dibakar berubah menjadi abu
Lilin meleleh
Besi berkarat
Pelarutan garam
Nasi menjadi basi
Perubahan Fisika, yaitu
Perubahan Kimia atau
perubahan yang tidak
reaksi kimia yaitu
menghasilkan materi baru,
perubahan yang
yang berubah hanya bentuk
menghasilkan
dan wujud materi
materi baru
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
3. Mengklasifikasi materi
a. Unsur adalah zat tunggal yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi zat lain dengan reaksi kimia biasa.
b. Senyawa adalah gabungan dari beberapa unsur yang
terbentuk melalui reaksi kimia. Misal, dua atom hidrogen
dapat bergabung membentuk molekul air (H2O).
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
c. Campuran adalah gabungan beberapa zat dengan
perbandingan tidak tetap tanpa melalui reaksi kimia. Misal, air sungai, tanah, udara, makanan, minuman,
larutan garam, larutan gula, dll.
Bagan klasifikasi materi
Logam
Non Logam
Metaloid
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
fluida
• Definisi Fluida
Suatu zat yang mempunyai kemampuan ber-ubah secara kontinu apabila mengalami geseran atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil
Sifat fisik zat cair apapun.
• Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)
Salfauqi nurman, M.si
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Zat cair
parameter fisik
Cairan : mempunyai permukaan bebas dan massa nya
akan mengisi ruangan sesuai dengan volumenya
1. Density
serta tidak termampatkan.
2. Tekanan
3. Aliran Fluida
Fluida : Suatu zat yang mempunyai kemampuan
berubah secara kontinu apabila mengalami geseran
4. Viskositas
atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser
5. Tegangan Permukaan
sekecil apapun.
6. Kapilaritas
• Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
1. Density
1. Density
density (berat jenis) adalah berat suatu cairan tiap satuan volume.
dengan,
ρ = berat jenis (kgm 3 )
m = massa (kg) V = volume (m 3 )
satuan : grml, kglt, kgm 3
Alat yang dapat digunakan untuk mengukur density : picnometer, hidrometer.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
1. Density
2. tekanan
Tekanan cairan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja
Specific gravity (sg)
tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas
permukaan bidang tersebut adalah perbandingan density suatu zat
dengan density air pada temperatur yang
dimana ; p = tekanan (Nm 2 )
sama.
F = Gaya (N)
A = Luas (m 2 )
specific gravity tak bersatuan.
F h misal sg
2020 : density suatu zat dibagi
Tekanan P
A
dengan density air pada temperatur 20 ⁰C.
mg
Vg V
g gh
P
A A A
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. tekanan
2. tekanan
Volume fluida yang berada di atas titik B adalah:
V=A h;
dengan
A = luas penampang wadah
Tekanan
ρ = massa jenis fluida
Hidrostatis
Massa fluida di atas B adalah:
m=ρV =ρAh
I II III
Sedangkan gaya (berat) yang diberikan fluida itu:
F = m.g = ρ A h g
MANAKAH YANG PALING BERAT?
apabila, besarnya tekanan fluida di titik B, adalah:
Gelas yang tidak terisi air terasa ringan, sedangkan gelas yang terisi air terasa berat. Peristiwa tersebut menunjukan bahwa air (zat cair)
P =F A, maka
memberikan gaya tekan yang arahnya kebawah kepada telapak tangan. Pada fluida diam, tekanan pada suatu titik disebabkan oleh
2 ρ = massa jenis fluida (kgm )
gaya berat fluida yang di atas titik tersebut. Tekanan yang disebabkan
-2 ) g = percepatan gravitasi (m s
oleh fluida tak bergerak disebut tekanan hidrostatis.
h = kedalaman (m)
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. tekanan
2. tekanan
TEKANAN TOTAL
Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan seperti pada gambar, besarnya tekanan total atau tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida adalah
Mengapa bagian bawah yang jarak pancurannya paling jauh?
p 0 = tekanan udara luar = 1,013 × 105 Nm 2 , dan
p A = tekanan total di titik A (tekanan mutlak).
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. TEKANAN
2. TEKANAN
Hukum Pokok Hidrostatika Hukum Utama Hidrostatis menyatakan
bahwa semua titik yang berada pada bidang datar yang sama dalam fluida homogen, memiliki tekanan total yang sama.
bentuk penampang tabung berbeda, besarnya tekanan total di titik A, B, C, dan D adalah sama.
Jadi,
walaupun
Tekanan hidrostatik di semua titik yang terletak pada satu bidang mendatar di dalam satu jenis zat cair besarnya
p A =p B
sama
p 0 +ρ 1 gh 1 =p 0 +ρ 2 gh 2
A =p p B =p C
ρ 1 h 1 =ρ 2 h 2
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
2. TEKANAN
2. TEKANAN
HUKUM PASCAL
HUKUM PASCAL
MENGAPA KETIKA KITA memompa sebuah ban sepeda, ternyata ban menggelembung secara merata?
Jadi, dalam Hukum Pascal dinyatakan berikut ini.
“Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. TEKANAN
2. TEKANAN
Hukum Archimedes
Hukum Archimedes
Benda-benda yang dimasukkan pada fluida seakan akan mempunyai berat yang lebih kecil daripada
Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak
saat berada di luar fluida. Misalnya, batu terasa
lebih mudah diangkat dalam air daripada
lebih ringan ketika berada di dalam air dibandingkan
di darat?
ketika berada di udara. Berat di dalam air
Mengapa balon gas bisa naik ke atas ?
sesungguhnya tetap, tetapi air melakukan gaya
Mengapa kapal yang terbuat dari besi bisa
yang arahnya ke atas. Hal ini menyebabkan berat
terapung?
batu akan berkurang, sehingga batu terasa lebih ringan.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. TEKANAN
2. TEKANAN
PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES
PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES
Terapung
Melayang
Mengapung (V fb =V bf )
Mengapung (V fb =V bf )
W benda =F A W benda =F A W benda =F A W benda =F A
ρ b .g.V b = ρ fl g.V bf ρ b .g.V b = ρ f g.V bf ρ b = ρ f ρ b = massa jenis benda (kgm 3 ) ρ f = massa jenis fluida (kgm 3 )
V bf = volume benda yang tercelup
Jadi pada kasus ini massa jenis benda
di dalam zat cair (m 3
sama dengan massa jenis zat cair
V = volume benda (m b 3 )
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. TEKANAN
2. TEKANAN
PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES
Konversi satuan tekanan
Tenggelam
Tenggelam (W b >F a ) W benda >F A W benda >F A
ρ b .g.V b > ρ f g.V bf ρ b > ρ f
Jadi pada kasus ini massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
3. ALIRAN FLUIDA
3. ALIRAN FLUIDA
Aliran Fluida dinyatakan sebagai
Persamaan kontinuitas :
aliran massa tiap
Pada berbagai diameter aliran massa adalah
satuan waktu :
tetap.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
3. ALIRAN FLUIDA
3. ALIRAN FLUIDA
Persamaan Bernoulli
Jika density cairan tetap maka persamaan menjadi ;
“Jika kecepatan Q 1 =Q 2 fluida tinggi, maka
tekanannya rendah dan
A 1 v 1 =A 2 v 2 sebaliknya jika kecepatan fuida rendah maka
Q = Av = Vt = laju alir volumetris tekanannya tinggi”
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
3. ALIRAN FLUIDA
3. ALIRAN FLUIDA
Aplikasi pada persamaan bernoulli di terapkan untuk mengalirkan
Azas Bernoulli
air ke lantai atas, iluastrasinya seperti berikut
Fluida diam memiliki tekanan yang dinamakan tekanan hidrostatis, P = ρgh. Bagaimana dengan tekanan oleh fluida dinamis? Besarnya sesuai
dengan energi kinetik, P = ρv 2 . Pada suatu fluida
ternyata berlaku kekekalan tekanan. Kekekalan tekanan ini pertama kali dijelaskan oleh Bernoulli sehingga dikenal sebagai azas Bernoulli. Azas ini dapat dirumuskan sebagai berikut
P+ ρgh + ½ ρv 2 = kekal
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
3. ALIRAN FLUIDA
4. VISKOSITAS
Hukum Stokes
Teorema Terricolli
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum
menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu
kecepatan aliran zat cair pada lubang sama
menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan.
dengan kecepatan benda yang jatuh bebas
Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian
dari ketinggian yang sama.
dalam (internal) suatu fluida.
V= kecepatan aliran fluida pada lubang (ms) g = percepatan gravitasi (ms 2 ) h = tinggi fluida dari permukaan ( m )
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
4. VISKOSITAS
4. VISKOSITAS
Persamaan :
FA + Fs = w
Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm -2 , yang biasa disebut dengan istilah poise
F s : gaya gesekan stokes (N)
W = ρb.Vb.g
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
di mana
FA = ρf .Vb.g
r : jari-jari bola (m)
1 poise = 1 dyne det cm -2 .
v : kelajuan bola (ms)
FS = Vb.g (ρb - ρf)
Fs = 6πηrv
Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
4. VISKOSITAS
4. VISKOSITAS
Kecepatan Terminal
Untuk viskositas beberapa fluida dapat kita lihat pada tabel berikut!
Jika sebuah benda yang dijatuhkan ke dalam sebuah fluida kental, kecepatannya makin membesar
maksimum yang tetap. Kecepatan ini di namakan kecepatan terminal
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
4. VISKOSITAS
5. TEGANGAN PERMUKAAN
Dalam peristiwa sehari-hari dapat diamati seperti
• serangga dapat berjalan diatas permukaan air • jarum atau silet dapat diletakkan di atas permukaan air
dengan hati-hati • kecenderungan tetes air berbentuk bola, dsb
Fenomena ini menunjukkan permukaan air
mempunyai semacam stress tekan atau tegang muka
t = waktu tempuh batas atas – bawah
zat cair.
d = jarak batas atas - bawah
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
5. TEGANGAN PERMUKAAN
5. TEGANGAN PERMUKAAN
F
Tegangan permukaan timbul karena gaya tarik-menarik molekul-molekul zat cair yang sejajar permukaan
Gaya ini berkurang dengan meningkatnya temperatur dan berubah jika ada larutan-larutan lain. Umumnya gaya per satuan panjang diukur pada suhu 20◦C.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
6. KAPILARITAS
6. KAPILARITAS
Gejala kapiler pada meniscus cekung (air) akan naik di dalam pipa kapiler, makin kecil lubang pipa kapiler makin tinggi naiknya zat cair.
Gejala kapiler atau kapilaritas adalah peristiwa
Pada meniskus cembung (raksa) akan turun di dalam
naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler
pipa kapiler, Makin kecil lubang pipa kapiler, maka makin
disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam
rendah penurunan zat cair.Gejala kapiler tergantung pada kohesi dan adhesi.
zat cair (adhesi dan kohesi)
Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara
Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas sering
molekul-molekul di dalam suatu zat cair.
kita temui misalnya:
•
Naiknya minyak melalui sumbu kompor.
Gaya adhesi adalah tarik menarik antara
•
Penghisapan air dari tanah oleh akar tanaman menuju dau
molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu
melalui pembuluh kayu pada batang.
•
Air membasahi dinding kamar mandi sehingga dinding menjadi
bahan wadah di mana zat cair berada.
lembab.
•
Penghisapan air pada lantai dengan kain pel.
•
Penghisapan air pada badan setelah mandi dengan handuk.
Universitas Serambi Mekkah
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
6. KAPILARITAS
6. KAPILARITAS
2 cos
h gr
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
SOAL
SOAL
3. Air mengalir melalui pipa mendatar dengan luas penampang pada masing- masing ujungnya 200mm 2 dan 100mm 2 . Bila air mengalir dari panampang
1. Dua balok sejenis yang beratnya 24 N terletak pada lantai seperti
besar dengan kecepatan adalah 2 ms, maka kecepatan air pada penampang
ditunjukkan pada gambar. hitung tekanan masing masing balok pada
kecil adalah?
lantai ?
A
4. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05
B meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm 2 , maka volume air yang keluar
dari selang selama 1 menit adalah?
5. Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari
2m
sebuah kran seperti gambar berikut! Jika luas penampang kran dengan
4m
diameter D 2 adalah 2 cm 2 dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 ms
tentukan. Debit air dan waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
3m
2. Suatu wadah berisi raksa (massa jenis 13 600 kgm³) setinggi 76 cm. Berapa tekanan hidrostatis yang bekerja pada dasar wadah itu ?
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
SOAL
SOAL
6. Seorang anak hendak menaikkan batu
8. Perhatikan gambar berikut, air berada dalam sebuah
bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar
pipa kapiler dengan sudut kontak sebesar θ. Jika jari-jari
berikut! Jika luas penampang pipa besar adalah
pipa kapiler adalah 0,8 mm, tegangan permukaan air
250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan
0,072 Nm dan cos θ = 0,55 tentukan ketinggian air dalam
cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya
pipa kapiler! (g = 10 ms 2 ,ρ air = 1000 kgm 3 )
minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat?
9. Sebuah kelereng dengan jari-jari 0,5 cm jatuh ke dalam bak berisi oli yang memiliki koefisien viskositas 110 × 10 −3
7. Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter
N.sm 2 . Tentukan besar gesekan yang dialami kelereng jika
di bawah permukaan air. Jika massa jenis air
bergerak dengan kelajuan 5 ms?
1000 kgm 3 , percepatan gravitasi bumi 10 ms 2
dan tekanan udara luar 10 5 Nm, tentukan
10. Sebuah gotri yang berjari-jari 5,5 × 10 −3 m terjatuh ke
tekanan hidrostatis yang dialami ikan dan
dalam oli yang memiliki massa jenis 800 kgm 3 dan
tekanan total yang dialami ikan
koefisien viskositasnya 110 × 10 −3 N.sm 2 . Jika massa jenis
gotri 2700 kgm 3 , tentukan kecepatan terbesar yang dapat dicapai gotri dalam fluida?
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
RUMUS
1. P = FA 2. P = ρ.g.h
3. A 1 v 1 =A 2 V 2
4. Ep = m.g.h = ½ mv 2 -> v = √2.g.h -> Q = A.v -> V = Q.t
5. Q = A.v dan t = VQ
6. F 1 A 1 =F 2 A 2
7. P = ρ.g.h dan P = P (hidrostatis) + P (udara)
2 cos
8. H
h
gr
9. F
Zat Padat FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2 jenis padatan:
• Amorf, mempunyai titik lebur yang tidak tegas dan susunan
atomnya tidak teratur. contoh: kaca,plastik,gelas
• Kristal,mempunyai titik lebur yang tegas dan susunan atomnya
teratur. contoh: intan, berlian
Perbedaan susunan atom antara kristal dan amorf
Amorf
Kristal
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Ada 4 struktur padatan:
• Struktur logam raksasa • struktur ion raksasa • struktur molekul raksasa • struktur molekul sederhana
1. kisi ruang dan satuan sel
• Kisi ruang adalah barisan 3 dimensi teratur dari titik serupa
dalam suatu zat padat Kristal. • Satuan sel adalah bagian terkecil dari suatu kisi Kristal yang
dapat dipergunakan untuk mencirikan Kristal tersebut. • Geometri Kristal dapat dinyatakan dengan seperangkat tiga
sumbu yang disebut sumbu kristalografi.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Berdasarkan panjang sumbu kristalografi dan sudut- sudut sumbu,ada 7 sistem:
Sistem
Sumbu
Sudut
Kubus
a=b=c
α=β=γ=90°
Tetragonal
a=b≠c
Orotrombik
a≠b≠c
Monoklin
α=β=γ≠90°
Triklin
α≠β≠γ
Rombohedral
a=b=c
α=β=γ≠90°
Heksagonal
a=b≠c
α=β=γ=120°
Sistem kubus mempunyai 3 kisi titik atau satuan sel, yaitu:
• kubus sederhana • kubus berpusat muka • kubus bermuka badan
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Jumlah kisi ruang untuk seluruh sistem Kristal atau kisis bravais adalah 14, yaitu:
Sistem kristal
Kisi bravais
Kubus
Sederhana,fcc,bcc
Tetragonal Ortorombik Rombohedral(Trigonal)
Sederhana
Heksagonal Monoklin
Sederhana,berpusat dasar
Triklin
sederhana
• Bidang kisi ialah titik-titik kisi ruang yang tersusun dalam
sederet bidang sejajar dan punya jarak sama. Untuk menyatakannya digunakan Indeks Weiss atau Indeks
Miller.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
2. struktur kristal dan difraksi sinar X
• Persamaan yang menghubungkan variabel ini adalah
persamaan Bragg
2 sin
d atau
2 d hkl sin
n dengan, n
=bilangan bulat 1,2,3,…=orde pantulan λ =panjang gelombang sinar X
d =jarak antar bidang θ =jarak antar sinar datang dan bidang kisi
= jarak antar bidang indeks miller
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
3. Bidang kisi kristal kubus
• Jarak antar bidang dapat diperoleh dari pengukuran difraksi
sinar X. Jarak ini sangat penting karena menentukan sistem kristal.
• Dengan a = panjang rusuk
4. Gaya ikatan dalam kristal
• Sejumlah gaya ikatan dari berbagai jenis gaya ikatan yang ada
tercakup didalam pengikatan kristal. Sifat fisik kristal sangat bergantung pada jenis ikatan.
a. Ikatan ionik • Antara ion-ion sering terikat oleh gaya-gaya elektrostatik. Kristal
ion sangat kuat, tetapi getas dan titik leburnya tinggi. Contoh : NaCl, KCl
b. Kristal kovalen • Atom- atom saling berikatan secara kovalen dalam tiga dimensi.
Kristal kovalen kuat, keras dan mem,punyai titik leleh yang tinggi.
Contoh : struktur intan, SiC
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
c. Kristal Van der Waals • Atom atau molekul netral saling berikatan dengan
gaya Van der Waals, maka kristal Van der Waals mempunyai titik leleh yang rendah dan kekuatan kohesi juga rendah.
Contoh : kristal dari senyawa organik netral, gas mulia.
d. Ikatan logam Ikatan logam hanya terdapat antara agregat atom
yang besar. Jenis ikatan ini memberikan sifat yang khas pada logam, seperti mengkilap, dapat ditempa, pengantar kalor dan listrik yang baik dan tidak tembus cahaya.
5. Jumlah partikel per sel satuan dan volume sel satuan ( kubus )
a. Kubus sederhana Jumlah atom dalam setiap sel satuan = 8 x 18 = 1 atom (ada 8
sudut dan setiap sudut ada 18 atom)
b. Kubus berpusat muka Jumlah atom dalam setiap sel satuan
8 (sudut) x 18
= 1 atom
6 (muka) x ½ = 3 atom, jadi ada 4 atom c. Kubus berpusat badan
Jumlah atom setiap sel satuan
8 (sudut) x 18
= 1 atom
1 (badan) x 1
= 1 atom, jadi ada 2 atom
d. Volume sel satuan yang terisi (dalam persen)
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
6. Struktur Terjejal dari Raksasa logam dan sruktur ion raksasa
• Ada beberapa struktur raksasa
logam,diantaranya adalah:
a. Struktur terjejal dengan bilangan
koordinasi 12
Heksagonal terjejal Kubus terjejal
b. Struktur kubus berpusat badan
Struktur kristal ion ada hubungannya dengan perbandingan jari-jari ion,dengan anggapan bahwa ion adalah suatu bentuk bola.
Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian
Angka banding jari-jari=
Bilangan Susunan stereo kimia koordinasi
O,155 - < 0,255 3 Segitiga 0,225 – 0.414 4 Tetrahedral 0,415 - < 0,732 6 Oktahedral >0,732 – 1,00 8 Kubus
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
7. struktur molekul raksasa dan kristal molekuler
• Unsur-unsur seperti intan, grafit dan silikon dapat membentuk
ikatan kovalen dan membentuk struktur molekuler raksasa. Di dalam intan, setiap atom C merupakan pusat tetrahedral teratur yang dikelilingi oleh 4 atom C yang terletak di sudut tetrahedron. Silikon dan silikon karbida SiC juga mempunyai struktur intan.
Dalam grafit, atom-atom karbon tersusun secara heksagonal
pada lapisan datar yang sejajar. Setiap atom karbon terikat oleh ketiga karbon lainnya secara kovalen oleh tiga dari empat elektron valensinya. Elektron yang keempat terdelokasi disekeliling lapisan, dan hal inilah yang menyebabkan gravit mengkilap dan dapat menghantarkan listrik. Gravit memiliki
titik leleh yang tinggi (3730 0 C) karena ikatan kovalennya sangat
kuat.
Partikel-patikel dalam kristal molekuler terikat gaya Van Der
Waals. Padatan (kristal molekuler) mudah menguap serta mempunyai energi kisi yang rendah. Kristal molekular umumnya lunak, kristal mudahny terdistorsi dan titik lelehnya rendah.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
8. Energi kisi
• Energi kisi adalah energi yang terjadi pada pembentukan 1
mol kristal ionik dari ion – ion lainnyadalam keadaan gas. Born dan Meyer merumuskan besarnya energi kisi sebagai berikut :
• Dimana :
Z -1 dan Z -2
= muatan kation dan anion
r 0 = jarak kesetimbangan antara dua ion terdekat yang
berlawanan muatan n i =tetapan eksponen born A = tetapan madelung e = muatan elektron
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
9. Penentuan tetapan avogadro
• Tetapan avogadro dapat ditentukan dengan dtfraksi sinar X.
Hasil studi terhadap kristal NaCl dengan difraksi sinar X menunjukan bahwa panjang rusuk sel adalah 0,564 nm, kristal NaCl berbentuk kubus berpusat muka, yang setiap sel satuannya 4 ion + dan 4 ion Cl - .
Jika massa jenis atom Na = 2,1653 g cm -3 , maka dengan menggunakan rumus dibawah ini, harga tetapan Avogadro dapat dientukan
Tetapan Av
=
Tetapan Av
=
= 6.0155. 10 23 .
• Tetapan avogadro merupakan banyaknya obyek yang
terdapat dalam 1 mol zat.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
KIMIA FISIKA Hukum-hukum Gas
Salfauqi Nurman, M.Si
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Gas
• Gas adalah salah satu dari 3 keadaan materi • Gas mempunyai sifat khusus yang tidak dimiliki
oleh zat cair, zat padat. • Sifat gas yang menarik : tidak tergantung darr
memperlihatkan sifat yang hampir sama . • Sifat gas dinyatakan dalam hukum-hukum gas
• Hukum ini berlaku untuk gas ideal dan untuk
gas nyata (non ideal)
Sifat-sifat Gas
Molekul-molekul gas jaraknya berjauhan sehingga gaya tariknya
lemah. Gaya tarik yang lemah gas bergerak bebas bergerak
cepat ke segala arah,saling bertumbukan satu sama lain, termasuk dengan dinding wadahnya TEKANAN
Molekul gas cepat sekali berdifusibercampur satu dg lainnya
cepat homogen. Gas tidak mempunyai bentuk dan volume tertentu Ukuran molekul sangat kecil, jaraknya renggang sensitif
terhadap perubahan tekanan dan suhu. Gas mudah dimampatkan (compressed), dikembangkan (expanded),
dapat mengisi semua bagian ruang yang ditempatinya = volume gas adalah volume wadahnya
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Banyaknya gas ditetapkan dengan VOLUME nya, Karen Volume berubah-ubah tergantung tekanan dan suhu, sehingga kedua FAKTOR tersebut harus diukur .
1. TEKANAN = Gaya yg bekerja pada suatu bidang per satuan luas
Satuan SI gaya = NewtonN Luas bidang = m 2
Satuan Tekanan = Nm 2 =Nm -2
Satuan gaya dalam SI = Pascal (Pa)
1 Pa = gaya sebsar 1 N yang bekerja pada bidang seluas 1 m 2
Untuk membandingkan Volume gas, maka tekanan dan suhu harus diambil pada keadaan yang sama. Biasanya yang digunakan adalah KEADAAN STANDAR (STP = Standard Temperature and Pressure) yang dinyatakan sebagai keadaan pada suhu 0 o
C dan Tekanan 1 atm (760
mmHg)
Berdasarkan SIFATnya GAS ada 2 :
1. Gas IDEAL = yaitu gas hipotetis yagn mengikuti semua hukum- hukum Gas
2. Gas NYATA = yaitu gas yang ada dalam kehidupan sehari-hari (N2, CO2,O2 dll) yamg mengikuti hukum gas pada tekanan rendah
Gas ideal sebenarnya tidak ada, tetapi sifat-sifatnya bisa didekati oleh gas nyata yang bersifat inert (mis : He, Ne, Ar) pada tekanan rendah dan suhu tinggi.
Gas disebut IDEAL : jika pada molekul-molekulnya tidak terjadi interaksigaya tarik menarik dan tidak memerlukan ruang
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Teori ini mula2 diberikan oleh Bernoulli (1738), disempurnakan oleh
Clausius, Boltzmann, Van der Waals dan Jeans
1. Gas td atas partikel2 yg kecil (dicrete) yg disebut molekul, masa dan besarnya sama utk tiap2 jenis gas
2. Molk2 ini sll bergerak ke segala arah dan sll bertumbukan dg molk2 lain serta dg dinding2 bejana
3. Tumbukan molk dg dinding bejana menyebabkan tekn pd dinding, yaitu gayasatuan luas
4. Krn tekn gas tdk tergtg waktu pd tekn dan suhu ttt, mk pd tumbukan tdk ada tenaga yg hilangtumbukan bersft elastis sempurna
Teroi Kinetik Gas
Teori ini mula-mula diberikan oleh Bernoulli (1738),
disempurnakan oleh Clausius, Boltzmann, Van der Waals dan Jeans
Gas terdiri atas partikel-partikel yang kecil (dicrete) yang
disebut molekul, massa dan besarnya sama untuk tiap-tiap jenis gas
Moleluk-molekul ini selalu bergerak ke segala arah dan
selalu bertumbukan dengan molekul-molekul lain serta dengan dinding wadah
Tumbukan molekul dengan dinding wadah menyebabkan
tekanan pada dinding, yaitu gayasatuan luas Karena tekanan gas tidak tergantung waktu maka pada
tumbukan tidak ada tenaga yang hilangtumbukan bersifat elastis sempurna
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Teroi Kinetik Gas
• Pada tekanan yang relatif rendah, jarak antara
molekul-molekul jauh lebih besar dari pada diameter molekul itu sendiri, sehingga gaya tarik antara
molekul dapat diabaikan • Karen molekul sangat kecil dibanding dengan jarak
antara molekul, maka volume molekul dapat diabaikan dan molekul dianggap sebagai TITIK-TITIK BERMASSA
• Temperatur absolut berbanding lurus dengan tenaga
kinetik rata-rata dari semua molekul dalam sistem
Hukum Boyle
Pada suhu tetap, volume dari sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanannya
V = 1P pada suhu tetap
V = kP (k = konstanta = tetapan) atau PV = konstan, dapat dinyatakan
P 1 V 1 =P 2 V 2 atau V 1 = P 1
2 V P 2
P1, V1 = tekanan dan volume awal
P2, V2 = tekanan dan volume akhir
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Contoh : Sejumlah tertentu gas diekspansikan dari tekanan 720
mmHg menjadi 618 mmHg pada suhu tetap. Jika volume mula-mula 3,73 L, hitung volume akhir gas tersebut :
Jawab :
P 1 V 1 =P 2 V 2
V2 = P1V1 = (720)(3,73) = 4,3 L
P2 618
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Hukum Charles – Gay Lussac
Pada tekanan tetap, volume suatu gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya
V = T pada tekanan tetap
V = k (k konstant)
T Hasil penemuan Charles ini kemudian dijadikan dasar
untuk mendefinisikan suatu skala suhu yang baru yang dikenal sebagai skala suhu nol absolut atau SKALA KELVIN
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Hubungan skala Celcius dengan skala Kelvin dinyatakan sebagai :
K= o C + 273,15 = K= o C + 273
K = suhu absolutkelvin
o
C = suhu Celcius
Secara terpisah Gay Lussac (1802) : Pada tekanan tetap, semua gas bila dipanaskan maka
volumenya akan bertambah 1273,15 kali volumenya pada 0 o C
Hukum Charles
Pada tekanan konstan, volume sejumlah tertentu gas sebanding dengan suhu absolutnya.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Hubungan yang ditemukan oleh Charles pada tahun 1787 dan dikenal sebagai Hukum Charles.
Secara grafik, hukum Charles dapat dilihat pada gambar.
Hubungan antara Celcius dengan skala Kelvin adalah: K= °C + 273,15 K = suhu absolut °C = suhu dalam derajat Celcius
Sama hal-nya dengan hukum Boyle, hukum Charles juga berlaku untuk gas ideal
Terlihat bahwa apabila garis-garis grafik diekstrapolasikan hingga memotong sumbu X (suhu), maka garis-garis grafik tersebut akan memotong di satu titik yang sama yaitu – 273,15 °C.
Titik ini dikenal sebagai suhu nol absolute yang nantinya dijadikan sebagai skala Kelvin.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Contoh :
Seorang ilmuan yang mempelajari sifat hidrogen pada suhu rendah mengambil volume 2,50 liter hidrogen pada tekanan atmosfer dan suhu 25 °C dan mendinginkan gas itu pada tekanan tetap sampai – 200 °C. Perkirakan besar volume hidrogen!
Penyelesaian :
Langkah pertama untuk mengkonversikan suhu ke Kelvin:
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Jika V 0 adalah volume gas pada 0 o
C, dan V adalah volume
gas pada t o
C, maka akan diperoleh hubungan :
t
273 , 15 t
= V 1
= V o
273 , 15
273 , 15
Bila T1 = (273,15 + t) dan T = (273,15+0), masing- masing suhu dalam derajat Kelvin ( o K), maka :
V 1 =V T 1 atau V 1 =T 1
T V T Contoh : Suatu gas neon dalam suatu wadah 200 mL pada 100 o C,
jika suhu diturunkan sampai 0 o C pada tekanan tetap, hitung volume akhir gas.
Jawab :
V 1 =V T 1
T = (200) (0+273) = 146,4 mL
(100+273)
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Contoh soal :
Sebuah tanki baja berisi gas CO
2 pd suhu 27
o
C dan
tekanan 12,0 atm. Hitung tekanaa gas dalam tanki bila suhu dinaikkan menjadi 100 o C.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Hukum Avogadro
Pada suhu dan tekanan sama, semua gas yangg volumenya sama mengandung jumlah molekul yang sama
Semua gas yang jumlah molekulnya sama akan mempunyai volume yang sama, asal diukur pada suhu dan tekanan yang sama
V=n V = konstan
atau
n
n = juml mol gas
Avogadro
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
1 mol setiap gas memiliki jumlah molekul yang sama
(6,02X10 23 molekul = bilangan. AVOGADRO)
Jika diukur pada keadaan STP, 1 mol tiap gas mempunyai volume yang sama = 22,414 L = Volume. AVOGADRO = Volume. MOLAR
1 mol gas (STP) = 22,4 L
Jika Vm adalah Volume molar gas, maka volume n mol gas pada P dan T yang sama adalah :
V = n X Vm
Contoh :
Pada suhu dan tekanan tertentu, 11 g gas CO 2 memiliki 2,5 L.
Pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan :
a. volume. 1 mol CO 2 (C = 12, O =16)
b. Volume. 1 mol N 2
b. Sesuai hukum Avogadro, 1 mol setiap gas mempunyai
volume yang sama pada P dan T yang sama
1 mol CO 2 = 10 L, maka 1 mol N 2 = 10 L
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Hukum Gas Ideal
Kombinasi dalam satu pernyataan hukum Boyle, Charles, Gay Lussac dan Avogadro diperoleh persamaan baru :
V = nT atau PV = R
Disebut persamaan GAS IDEAL
Robert Boyle pada tahun 1622 melakukan percobaan dengan menggunakan
Ia
udara.
menyatakan
bahwa
volume
sejumlah tertentu gas pada suhu
Boyle
yang konstan berbanding terbalik dengan tekanan yang dialami gas tersebut.
Hubungan
tersebut
dikenal sebagai Hukum Boyle, secara matematis dapat dinyatakan
Persamaan berlaku untuk gas-gas yang
sebagai berikut :
bersifat ideal.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Contoh : Silinder panjang pada pompa sepeda mempunyai volume
1131 cm 3 dan diisi dengan udara pada tekanan 1,02 atm.
Katup keluar ditutup dan tangkai pompa didorong sampai
volume udara 517 cm 3 . Hitunglah tekanan di dalam
pompa.
Kurva hubungan antara P – V dan 1P – V
Penyelesaian :
Perhatikan bahwa suhu dan jumlah gas tidak dinyatakan pada soal ini, jadi nilainya 22,414 L atm tidak dapat digunakan untuk tetapan C. bagaimanapun, yang diperlukan adalah pengandaian bahwa suhu tidak
berubah sewaktu tangkai pompa didorong. Jika P 1 dan P 2 merupakan tekanan awal dan akhir, dan V 1 dan V 2
adalah volume awal dan akhir, maka:
P 1 .V 1 =P 2 .V 2
Sebab suhu dan jumlah udara dalam pompa tidak berubah. Substitusi menghasilkan :
(1,02atm)(1131cm 3 )=P 2 (517cm 3 ) Sehingga P 2 dapat
diselesaikan:
P 2 = 2,23 atm
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Untuk satu jenis gas pada 2 keadaan yang dibandingkan (P,V dan T), maka n adalah tetap, persamaannya menjadi :
PV = nR (suatu tetapan) T
Atau
PV = konstan T
P1V1 = P2V2 (n = tetap)
T 1 2 T
Atau
T 1 dan T 2 adalah suhu, dalam KELVIN P 1 dan P 2 , satuan tekanan
V 1 dan V 2 , satuan volume
Tetapan Gas R
Berdasarkan persamaan gas ideal, R adalah tetapan universal bagi semua jenis gas yang besarnya dapat ditentukan. Dengan mengambil hipotesis Avogadro,bahwa volume tertentu gas pada suhu dan tekanan yang sama akan mengandung jumlah molekul yang sama, berarti untuk V,P dan T yang tetap maka memiliki nilai n yang tetap.
Untuk memudahkan perhitungan, nilai numerik R dihitung untuk
1 mol gas pada STP ( 0oC, 1 atm), volume = 22,414 L sehingga:
R = PV = (1 atm) (22,414L) = 0,08206 L atm mol -1 K -1
nT (1 mol) (273,15K)
Harga R dapat dinyatakan dengan satuan lain
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Harga R dalam satuan lain
Tipe satuan Harga R
Satuan
-1 Mekanik -1 0,08206 L atm mol K -1 SI -1 8,314 Joule mol K
7 -1 Cgs -1 8,314 X 10 Erg mol K -1 Panas -1 1,987 Kal mol K
• Pressure What is it?
Force per unit area FA --> Nm 2 --> Pascal (Pa)
1 atm = 760 mm Hg = 760 torr
1 atm = 101.325 KPa
1 atm = 14.7 psi.
• What is atmospheric pressure?
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Sistem dan Lingkungan
KIMIA FISIKA Suatu sistem thermodinamika adalah suatu masa atau daerah yang dipilih,
untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan. Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary). Dalam aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem maupun lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau
Sistem dan Lingkungan bergerak.
Salfauqi Nurman, M.Si
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Sistem dan Lingkungan
Sistem dan Lingkungan
Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem
Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak
disebut property dari sistem, seperti tekanan P,
berubah, apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak
temperatur T, volume V, masa m, viskositas,
berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai keadaan
konduksi panas, dan lain-lain. Selain itu ada juga
(state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai
property yang disefinisikan dari property yang
nilai property yang tetap. Apabila property nya berubah,
lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas
maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami
jenis, dan lain-lain.
perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbnag (equilibrium ).
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Sistem dan Lingkungan
Sistem dan Lingkungan
Perubahan sistem thermodinamika dari keadaan seimbang
Suatu sistem disebut menjalani suatu siklus, apabila sistem
satu menjadi keadaan seimbang lain disebut proses, dan
tersebut menjalani rangkaian beberapa proses, dengan
rangkaian keadaan diantara keadaan awal dan akhir disebut
keadaan akhir sistem kembali ke keadaan awalnya. (a)
linasan proses
terlihat suatu siklus terdiri dari 2 jenis proses dan (b) siklus lain dengan 4 jenis proses.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Dua istilah yang berkaitan erat dalam termodinamika, yaitu:
Sistem
adalah : sesuatu yang menjadi subyek pembahasan atau fokus perhatian.
Batas sistem
lingkungan
sistem
gas Lingkungan
adalah : segala sesuatu yang tidak termasuk dalam sistem atau segala keadaan di luar sistem.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
TIGA MACAM SISTEM
1. SISTEM TERBUKA:
Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.
Misal : lautan, tumbuh-tumbuhan 2. SISTEM TERTUTUP
Ada pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.
Misalnya: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.
3. SISTEM TERISOLASI :
TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan.
Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
5
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
TERMODINAMIKA ke-0
Termodinamika adalah : ilmu yang mempelajari hukum-hukum yang mengatur perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain, aliran dan kemampuan energi melakukan usaha.
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Usaha, Kalor, dan Energi Dalam
Usaha, Kalor, dan Energi Dalam
Usaha adalah: ukuran energi yang dipindahkan dari
Energi dalam adalah : suatu sifat
sistem ke lingkungan atau sebaliknya.
mikroskopik zat, sehingga tidak dapat di ukur secara langsung.
Panas, atau kalor adalah energi yang berpindah
akibat perbedaan suhu. Satuan SI untuk panas adalah joule
Secara umum perubahan energi dalam ( U), di rumuskan :
Energi mekanik sistem adalah : energi yang dimiliki sistem akibat gerak dan koordinat kedudukannya.
U=U 2 –U 1
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Kesetimbangan Termal
Kesetimbangan Mekanik
Misalkan dua benda yang berasal dari material yang
Misal beberapa gaya yang bekerja
sama atau berbeda, yang satu panas, dan lainnya
pada sebuah benda, maka jika benda
dingin. Ketika benda ini ditemukan, benda yang panas menjadi lebih dingin dan benda yang dingin menjadi
tersebut dalam keadaan diam maka
lebih panas. Jika kedua benda ini dibiarkan
dikatakan dalam kesetimbangan
bersinggungan untuk beberapa lama, akan tercapai keadaan dimana tidak ada perubahan yang bisa diamati
mekanik
terhadap sifat-sifat kedua benda tersebut. Keadaan ini disebut keadaan kesetimbangan termal, dan kedua benda akan mempunyai temperatur yang sama.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Kesetimbangan Kimia
Hukum Awal (Zeroth LawHukum ke-0)
Bunyi Hukum Termodinamika ke-0 : "Jika dua sistem
Misal sebuah reaksi kimia akan
berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan
berlansung
sehingga
reaksinya
termal satu sama lain“
tersebut berhenti, maka akan berada
dalam keseimbangan kimia
Hukum Awal (Zeroth Law) Yaitu: menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Hukum Awal (Zeroth LawHukum ke-0)
Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan
C) berada dalam kondisi kesetimbangan termal
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
- Temperatur adalah ukuran energi kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul penyusun suatu benda. Benda-benda di alam tersusun oleh
bagaimanakah temperatur
molekul-molekul dan atom-atom.
benda terbentuk ?
- Molekul yang menyusun benda tidak berada dalam keadaan diam, tetapi molekul-molekul ini bergetar atau bergerak secara acak sesuai dengan besarnya energi kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
bagaimanakah temperatur benda terbentuk ?
- Bila benda padat ini dipanaskan, maka
- Benda dalam bentuk padat, molekul-molekul
sejumlah energi panas (kalor) akan diserap
penyusunnya tidak dapat bergerak bebas,
oleh molekul sehingga molekul dapat
tetapi terikat erat dan kaku antara satu
bergetar lebih cepat, ini ditunjukan dengan
dengan lainnya. Molekul – molekul dalam
naiknya derajat panas benda.
benda padat hanya dapat bergetar. Ini terjadi
karena energi yang dimiliki oleh molekul
- Panas benda naik karena getaran molekul
dalam benda padat relatif kecil sehingga tidak
bertambah besar menyebabkan molekul
dapat melepaskan diri dari ikatan antar
lebih banyak bertumbukan dan bergesekan.
molekul.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
bagaimanakah temperatur benda terbentuk ?
- Semakin banyak kalor dari luar yang diserap oleh
- Bila kalor terus diberikan, maka gerak molekul
molekul maka molekul akan semakin memiliki
dalam zat cair akan semakin acak, dan tumbukan
energi untuk bergetar dan bergesekan lebih cepat
antar molekul semakin sering terjadi.
hingga suatu saat molekul ini tidak lagi saling
- Kondisi ini bila berlangsung terus, maka suatu saat
terikat tetapi bebas bergerak.
molekul akan benar-benar bebas dan tidak terikat
satu dengan lainnya, Kondisi ini disebut zat cair
- Molekul yang bebas bergerak ini masih saling
berubah menjadi gas.
terikat satu dengan lainnya, inilah yang disebut fase
- Pada fase gas, molekul penyusun gas tidak saling
cair benda. Kalor yang diberikan kepada benda
terikat satu dengan lainnya dan dapat bergerak
diserap oleh melekul untuk dapat bergetar lebih
bebas. Jadi besar kecilnya temperatur benda
cepat sehingga bebas dan dapat bergerak sehingga
ditentukan oleh tingkat energi kinetik yang dimiliki
mengubah fase benda dari benda padat menjadi
oleh molekul penyusun benda.
benda cair.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
- Kalor dapat berpindah dari satu benda
ke benda yang lainnya.
- Kalor berpindah dari benda yang memiliki kalor lebih besar ke benda yang memiliki kalor lebih kecil.
- Hal yang menyebabkan kalor mengalir
adalah beda temperatur benda.
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Misalkan terdapat 3 buah benda yang memiliki temperatur yang tidak sama, yaitu benda A, benda B dan benda C. Temperatur benda A lebih besar dari pada temperatur benda B dan benda C, temperatur benda B lebih besar dari pada temperatur benda C.
terdapat 3 buah benda dengan temperatur yang berbeda yaitu Ta > Tb > Tc
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
11
Maka kalor akan berpindah dari benda A ke benda C dan kalor benda B akan berpindah ke
Pada kondisi ini kalor akan berpindah dari benda A ke
benda C hingga terbentuk kesetimbangan
benda B dan kalor benda B akan berpindah ke benda
termal antara ketiga benda C hingga terbentuk kesetimbangan termal antara
ketiga benda
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Serambi Mekkah
Fakultas Teknologi Pertanian
Pada kondisi ini agak unik, karena kalor dari benda A akan berpindah ke benda B dan benda C. Hal ini terjadi karena temperatur benda A lebih besar dari benda C dan benda B dan antara benda A dan C terdapat kontak termal, demikian juga
Pada kondisi ini kalor akan berpindah dari
benda A dan B juga terdapat kontak termal. Benda A dan benda B akan lebih dahulu mencapai kesetimbangan termal, tetapi kondisi