Rabu, 18 Maret 2015

Sistem Termodinamika

Sistem dalam termodinamika adalah suatu daerah dalam ruang atau sejumlah benda yang dibatasi oleh permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang membungkus system itu dapat berupa permukaan khayal, hanya dibayangkan saja atau permukaan yang benar-benar nyata. Misalnya udara yang ditekan dengan piston dalam silinder adalah sitem. Ruang yang dibatasi oleh dinding silinder dan permukaan piston adalah permukaan tertutup yang nyata. Udara yang berada dalam silinder adalah permukaan tertutup yang nyata. Udara didalam silinder yang menjadi sitem termodinamika juga disebut benda kerja. Segala sesuatu diluar system yang dapat melakukan pertukaan energy dan mempunyai pengaruh langsung dengan sitem disebut lingkungan (surrounding).

Segumpalan se terapung diatas air, gumpalan es adalah permukaan tertutup khyal, air dan udara sekitarnya disebut lingkungan. Es dari – 15⁰ C dicampur dengan air dari 15⁰ C didalam gelas sampai suatu saat suhunya menjadi sama. Campuran es dan air adalah system dan permukaan tertutup adalah permukaan yang dibatasi oleh dinding gelas dan sebagian air merupakan permukaan tertutup nyata.

Sistem termodinmaika selamnya terisri dari benda seperti uadara , es dan air seperti contoh diatas tetapi juga dapat berupa medan listrik, medan magnet dan sebagainnya.

Suatu system yang dapat melakukan pertukaran benda dan energi dengan linkungan disebut system terbuka, misalnya kompresor udara, pompa. Suatu sitem yang hanya dapat melakukan pertukaran energy dengan lingkungannya disebut sitem tertutup. Gas atas udara di dalam silinder ditutup dengan piston yang dapat bergerak merupakan system tertutup karena udara didalam silindr tidak dapaot bergerak keluar dan udara luar tidak dapat masuk.

Sistem yang tidak dapat merupakan pertukaran energy dengan lingkungan sisebut siestem terisolasi. Hal ini dapat mengembang dan tidak dapat mengembang dan tidak ditekan serta diberi pembungkus isolasi yang mencegah pertukaran energy kalor dengan lingkunganya.

Persamaan Clausius Clayperon

Persamaan Clausius Clapeyron merupakan sebuah hubungan yang penting mengenai hubungan tekanan, suhu, perubahan entalpi, dan volume jenis yang dihubungkan dengan perubahan fase. Terdapat beberapa sifat termodinamik yang tidak dapat diukur secara langsung contohnya adalah perubahan entalpi. Menurut persamaan Clausius, perubahan entalpi dapat dihitung berdasarkan pada pengukuran tekanan, suhu, dan volume jenis. Persamaan Clausius Clapeyron secara mudah dapat diturunkan dari persamaan Maxwell untuk dua fase dalam kesetimbangan. Hubungan persamaan Maxwell

Zat murni berubah dari keadaan cairan jenuh ke keadaan uap jenuh berlangsung pada suhu konstan karena kalor yang diserap digunakan untuk berubah fase, tidak untuk menaikkan suhu. Tekanan dan suhu tidak bergantung pada volume pada daerah jenuh, maka dapat dituliskan:

Dari hukum pertama untuk zat yang mengalami perubahan fase,

Kalor yang diserap per satuan massa pada tekanan konstan sama dengan,

Dari hubungan-hubungan di atas, didapat suatu persamaan Clausius Clapeyron:

Terdapat beberapa perubahan fase berbeda yang dapat terjadi pada suhu dan tekanan konstan. Jika dua fase ditandai dengan superskrip ‘ dan ‘’, kita dapatmenuliskan persamaan Clausius Clapeyron dalam bentuk umum :

Jadi untuk perubahan keadaan zat murni dari keadaan padatan jenuh ke keadaan cairan jenuh yng berlangsung pada suhu konstan, dapat dituliskan:

Minggu, 15 Maret 2015

Aplikasi Perubahan Fase

a. Ketel Uap

keterangan untuk masing-masing angka adalah Dearator, Bagasse distribution conveyor, Dapur (furnace), Superheated, Air heather , Induced Draft Fan (I.D.F), Cerobong asap (chimney), Secondary fan, secara beurutan. Ketel uap merupakan gabungan yang kompleks dari pipa-pipa penguapan (evaporator), pemanas lanjut (superheater), pemanas air (ekonomiser) dan pemanas udara (air heater). Pipa-pipa penguapan (evapurator) dan pemanas lanjut (superheater) mendapat kalor langsung dari proses pembakaran bahan bakar, sedangkan pemanas air (economiser) dan pemanas udara (air heater) mendapat kalor dari sisa gas hasil pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer VIDEO

b. Kondensor Ac

Kondensor adalah suatu alat untuk terjadinya kondensasi refrigeran uap dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kondensor sebagai alat penukar kalor berguna untuk membuang kalor dan mengubah wujud refrigeran dari uap menjadi cair Refrigerant atau freon dalam wujud gas yang di pompa oleh kompressor ac, masuk lewat inlet (warna merah) dalam kondisi bersuhu dan bertekanan tinggi.

Hembusan atau hisapan angin dari fan condensor dan atau cooling fan membuang panas yang di hasilkan serta menurunkan tekanan refrigerant dan terjadi perubahan wujud dari gas menjadi cair.Selanjutnya modulator yang juga terdapat filter drier didalamnya bertugas untuk memastikan bahwa yang keluar dari kondensor adalah refrigerant (freon ) cair, sebelum di kabutkan oleh expansi valve. Uap refrigeran yang keluar dari generator akan memasuki kondensor. Uap yang bersuhu tinggi ini sebelum masuk ke evaporator terlebih dahulu didinginkan di kondensor. pengembunannya maka akan terjadi proses pengembunan (kondensasi), dalam hal ini terjadi perubahan wujud gas menjadi liquid yang tekanan dan suhunya masih cukup tinggi (tekanan kondensing).Proses pendinginan dikondensasikan tersebut menghasilkan refrigeran berbentuk cairan (liquid). Dan dikeluarkan dari pipa pembuangan.

Persamaan Clausius ClapeYron Persamaan Clausius Clapeyron yang menyatakan kemiringan garis kesetimbangan dalam digram p-T. Jadi hfg dapat ditentukan dari kemiringan kurva tekanan uap dan volume jenis cairan jenuh dan uap jenuh pda suhu yang ditentukan. Terdapat beberapa perubahan fase berbeda yang dapat terjadi pada suhu dan tekanan konstan. Jika dua fase ditandai dengan superskrip ‘ dan ‘’, kita dapatmenuliskan persamaan Clausius Clapeyron dalam bentuk umum Jadi untuk perubahan keadaan zat murni dari keadaan padatan jenuh ke keadaan cairan jenuh yang berlangsung pada suhu konstan, dapat dituliskan:

Kesimpulan Zat terdiri dari bebrapa fase yaitu padat, cair, dan gas.Perubahan fase zat tersebut terdiri dari mencair, membeku, menguap, mengembun, menyublim, dan mengkristal. Untuk melihat kesetimbangan zat dapat dilihat dari diagram p,v,t dan diagram fase.Untuk pengaruh kalor terhadap perubahan fase zat dapat dihitung dari persamaan clausius claypero

Fase Zat dan Macam-macam Zat

Fase Zat

Fase adalah besaran zat yang mempunyai struktur fisika dan komposisi kima yang homogen. Struktur fisika dikatakan homogeny apabila terdiri dari gas saja, cair saja, atau padat saja. Sistem dapat terdiri dari dua fase seperti cair dan gas. Komposisi kimianya dikatakan homogen apabila zat terdiri satu bahan kimia yang dapat berbentuk, padat, cair atau gas atau campuran dari dua atau tiga bentuk itu. Campuran gas seperti udara atmosfer dianggap senyawa tunggal. Zat murni memiliki komposisi yang seragam dan tidak berubah.

Zat murni dapat berada dalam beberapa fase:

1. Fase padat biasa dikenal dengan es

2. Fase cair

3. Fase Uap

4. Campuran kesetimbangan fase cair dan uap

5. Campuran kesetimbangan fase padat dan cair

6. Campuran kesetimbangan fase padat dan uap

Macam Fase

Benda pada umumnya memiliki 3 fase yaitu:

a. Fase Padat

Dalam keadaan padatan gaya-gaya intermolekul menjaga molekul-molekul berada dalam hubungan spasial tetap. Letak molekul sangat berdekatan dan teratur, gaya tarik antarmolekul sangat kuat sehingga gerakan molekul tidak bebas. Gerakan molekul zat padat hanya terbatas bergetar (vibrasi) dan berputar (rotasi) di tempat saja. Molekul-molekulnya tidak mudah dipisahkan sehingga bentuknya selalu tetap.

b. Fase Cair

Dalam cairan, gaya-gaya antarmolekul menjaga molekul tetap berada berdekatan, namun tidak ada hubungan spasial yang tetap. Gerakan molekul cukup bebas, bentuknya mudah berubah tetapi volumenya tetap. Molekul zat cair dapat berpindah tempat tetapi tidak mudah meninggalkan kelompoknya karena masih terdapat gaya tarik menarik.

c. Fase Gas

Dalam keadaan gas molekul lebih terpisah dan gaya tarik antarmolekul relatif tidak mempengaruhi gerakannya. Bergerak sangat bebas karena gaya tarik menarik antar molekul hampir tidak ada. Volume dan bentuknya mudah berubah. Zat gas dapat mengisi seluruh ruangan yang ada.

Fase-fase suatu zat(padat, cair, gas) dapat terbentuk pada temperatur dan tekanan tertentu yang tak dapat saling berubah yang dapat menunjukkan kesetimbangan fase zat-zat tersebut.

AZAS BLACK

Joseph Black (16 April 1728 - 6 Desember 1799) adalah seorang dokter dan ahli kimia Skotlandia, yang dikenal untuk penemuannya panas laten, panas spesifik, dan karbon dioksida. Dia adalah profesor Kedokteran di University of Glasgow (di mana ia juga menjabat sebagai dosen di Kimia).

James Watt, yang ditunjuk sebagai pembuat instrumen filosofis di universitas yang sama pada 1775, berkonsultasi dengan Black pada percobaan dengan mesin uap skala kecil. Watt dan Black juga bekerja sama dalam sebuah proyek untuk memproduksi natrium hidroksida,. Namun, Black tidak diketahui memiliki kepentingan bisnis dalam proses, yang tidak menikmati sukses komersial bangunan kimia di kedua Universitas Edinburgh dan Universitas Glasgow diberi nama setelah Hitam.

Awal Tahun

Joseph Black lahir di Bordeaux, Perancis, di mana ayahnya, yang berasal dari Belfast, Irlandia, terlibat dalam perdagangan anggur. Ibunya berasal dari Aberdeenshire, Skotlandia, dan keluarganya juga dalam bisnis anggur.Ia masuk Universitas Glasgow ketika dia berusia delapan belas tahun, dan empat tahun kemudian ia pergi ke Edinburgh untuk belajar medis lebih lanjut.

Keseimbangan Analitis

Pada sekitar tahun 1750, Joseph Black mengembangkan keseimbangan analitis berdasarkan pada balok ringan seimbang pada titik tumpu berbentuk baji. Setiap lengan membawa panci di mana sampel atau bobot standar ditempatkan. Ini jauh melebihi keakuratan saldo lain waktu dan menjadi instrumen ilmiah penting di sebagian besar laboratorium kimia.

Pada 1757, ia diangkat sebagai Profesor Regius Praktek Kedokteran di University of Glasgow.

Panas Laten

Pada 1761 Black menyimpulkan bahwa penerapan panas ke es pada titik leleh tidak menyebabkan kenaikan temperatur dari campuran es / air, melainkan peningkatan jumlah air dalam campuran. Selain itu, Black mengamati bahwa penerapan panas ke air mendidih tidak mengakibatkan kenaikan suhu campuran air/uap, melainkan peningkatan jumlah uap. Dari pengamatan tersebut, ia menyimpulkan bahwa panas yang diterapkan harus dikombinasikan dengan partikel es dan air mendidih dan menjadi laten. Teori panas laten menandai awal termodinamika.Black teori panas laten adalah salah satu nya kontribusi ilmiah yang lebih penting, dan satu di mana ketenaran ilmiahnya terutama bersandar. Ia juga menunjukkan bahwa zat-zat yang berbeda memiliki spesifik yang berbeda memanas.

Ini semua terbukti penting tidak hanya dalam perkembangan ilmu pengetahuan abstrak tetapi dalam pengembangan mesin uap.Panas laten air sangat besar dibandingkan dengan banyak cairan lainnya, sehingga memberikan dorongan untuk upaya sukses James Watt untuk meningkatkan efisiensi mesin uap ditemukan oleh Thomas Newcomen. Watt menambahkan kondensor terpisah, dan terus silinder pada suhu uap (dengan melampirkan dalam jaket uap penuh) sehingga menyimpan sejumlah besar energi dalam menghindari pemanasan silinder pada setiap siklus mesin.

Karbondioksida

Black juga menjelajahi sifat dari gas yang diproduksi dalam berbagai reaksi. Dia menemukan bahwa batu kapur (kalsium karbonat) dapat dibakar atau diberikan asam dan menghasilkan gas yang dia namakan "udara tetap".Dia mengamati bahwa udara tetap lebih padat daripada udara dan tidak mendukung baik nyala atau kehidupan binatang. Black juga menemukan bahwa ketika ditiupkan melalui larutan kapur (kalsium hidroksida), itu akan memicu kalsium karbonat. Dia menggunakan fenomena ini untuk mengilustrasikan bahwa karbon dioksida dihasilkan dari pernapasan hewan dan fermentasi mikroba.

Kehidupan Pribadi

Pada tahun 1757 atau 1758 Hitam menjadi teman dari James Watt, yang pertama kali memulai studinya pada tenaga uap di Universitas Glasgow pada 1761. Dia memberikan pembiayaan yang signifikan dan dukungan lainnya untuk penelitian awal Watt pada mesin uap. Black juga adalah anggota dari Poker dan terkait dengan David Hume, Adam Smith, dan sastrawan dari Pencerahan Skotlandia. Hitam tidak pernah menikah. Dia meninggal di Edinburgh pada usia 71, dan dimakamkan di sana di Greyfriars Kirkyard. Pada tahun 2011 peralatan ilmiah diyakini milik Hitam ditemukan selama penggalian arkeologi di University of Edinburgh.

Asas Black

Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black.Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:

"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah" Asas ini menjabarkan:

-Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama.

-Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas.

-Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.

dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"

Rumus Asas Black

Secara umum rumus Asas Black adalah :

Qlepas = Qterima

keterangan :

-Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat

-Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat

dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :

(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)

Keterangan :

M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda

M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah.

Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah.

DIAGRAM FASE

Diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama, melibatkan 3 komponen, yaitu Tekanan (P), Volume (V) dan Temperatur (T). Diagram Fasa yang melibatkan 3 komponen berupa grafik 3 dimensi, sedangkan Diagram Fasa yang hanya melibatkan 2 komponen berupa Grafik 2 dimensi.

Diagram P-T untuk zat murni secara umum dapat dilihat dalam gambar berikut ini. Diagram ini sering juga disebut dengandiagram fasa zat karena menunjukkan ketiga jenis fasa zat yang dipisahkan oleh garis

Garis Sublimation line (garis sublim) memisahkan daerah uap (vapor) dengan daerah beku (solid).
— Garis vaporization line (garis penguapan) memisahkan daerah cair dari daerah uap. Garis melting line (garis leleh) memisahkan daerah beku dari daerah cair.
— Pada gambar diatas, terlihat dua lokasi untuk garis melting line yang dibedakan dengan jenis garis. Garis putus-putus melting line merupakan garis melting line untuk zat yang memuai saat beku, sementara untuk zat yang menyusut saat beku garis melting line nya berupa garis biasa.
Dari gambar diatas juga terlihat bahwa kondisi liquid (cair) hanya dapat terjadi pada tekanan dibawah tekanan triple point.

Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material diagram fase adalah sejenis grafikyang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.

Komponen-komponen diagram fase adalah garis kesetimbangan atausempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase.

Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaanpadat.

Likuidusa dalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair.

Titik Tripel

Titik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas.

Pada titik ini semua fasa berada dalam kesetimbangan, temperatur dan tekanan tetap.

Titik tripel untuk air ada pada temperatur 0,01 ^oC dan tekanan 4,58 mmHg. Titik tripel untuk air, 273,16 K.

Derajat kebebasan: F= c – p + 2

(c = jumlah minimum komponen yang menentukan sistem; p= jumlah fasa; 2= variabel yang menentukan sistem); menyatakan seberapa banyak faktor yang menyatakan suatu sistem.

Derajat kebebasan untuk air pada titik tripel adalah: f= 1-3+2=0, karena c=1 yaitu air, p=3 yaitu es, air dan uap air.

Diagram fase 2D

Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden

dengan tekanan dantemperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.

Diagram fase yang umum, Garis titik-titik merupakan sifat anomali air.Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.

Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di manatransisi fase terjadi, dan disebut sebagaisempadan fase.

Pada diagaram sebelah kiri, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga.Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan^[1], yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi)

Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas. Ketika dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus menerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air.

Pada grafik dua dimensi, dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu horizontal dan vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan bertumpuk sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas termodinamika pada nilai konstan tertentu.

Diagram fase temperatur dan entropi jenis untuk air/uap.Pada area di bawah kubah, air dan uap berada dalam keadaan kesetimbangan. Titik kritisnya ada di atas kubah.Garis/kurva biru adalahisobar yang menunjukkan tekanan konstan.Garis/kurva hijau adalah isokor yang menunjukkan volume jenis konstan. Garis merah menunjukkan kualitas konstan

Diagram fase 3D

Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga kuantitas termodinamika.Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal, koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada dalam kesetimbangan.Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan proyeksi ortografik garis tripel.

MACAM-MACAM PERUBAHAN WUJUD ZAT

1. Mencair Pencairan atau Peleburan (kadang-kadang disebut fusi) adalah proses yang menghasilkan perubahan fase zat dari padat ke cair. Energi internal zat padat meningkat (biasanya karena panas) mencapai temperatur tertentu (disebut titik leleh) saat zat ini berubah menjadi cair.Benda yang telah mencair sepenuhnya disebut benda cair. Pada saat melebur zat memerlukan kalor dan saat membeku zat melepaskan kalor.Banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat pada saat melebur, di titik leburnya disebut kalor beku, sedangkan banyaknya kalor yang dilepaskan suatu zat pada saat membeku di titik bekunya disebut kalor lebur. Pada tekanan tertentu kalor lebur sama dengan kalor beku dan titik lebur sama dengan titik beku, kalor beku dan kalor lebur juga disebut kalor laten (kalor tersembunyi), yaitu kalor laten beku dan kalor laten lebur. Pada saat percobaan diperoleh suatu kesimpulan bahwa kalor yang diperlukan atau dilepas untuk melebur atau membeku sebanding dengan massanya dan tergantung jenis bendanya. Di tulis dengan persamaan : 〖Q=mL〗_ib Dengan: Q = jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan pada saat melebur atau membeku (J atau kal) m = massa benda (kg atau gram) L_ib= Kalor lebur atau kalor beku (Jkg-1atau kalg-1) 2. Membeku Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi padat. Sebagai contoh, pada suhu tertentu air dapat membeku menjadi es. Proses membekunya suatu zat biasanya terjadi pada suhu yang rendah. Suhu ketika suatu zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku. Setiap benda memiliki titk beku yang berbeda-beda Titik beku merupakan sifat fisika benda yang dapat digunakan utnuk meramalkan bentuk zat pada suhu tertentu. 3. Menguap Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas atau uap. Suhu ketika suatu zat cair berubah menajdi uap disebut dengan titik uap. Ketika suatu zat cair dipanaskan pada tekanan normal (1 atm), maka pada suhu tertentu akan terlihat pada seluruh bagian zat cair timbul gelembung-gelembung yang bergerak ke atas dan kemudian pecah saat mencapai permukaan. Pada keadaan yang demikian, zat cair dikatakan mendidih. Ketika suatu zat cair mendidih, maka hampir tiap bagian zat segera berubah menjadi uap. Berdasarkan hal ini, maka titik uap sering disebut dengan titik didih. Sebagai contoh, air murni mendidih ketika mencapai suhu + 100 pada tekanan normal (1 atm), dan pada keadaan tersebut partikel-partikel air akan berubah menjadi gas. 3. Mengembun Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi(Yaitu tekanan yang ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat. Pada pengembunan zat melepaskan kalor. Percobaan menunjukkan bahwa titik didih sama dengan titik embun dan kalor didih sama dengan kalor embun. Kalor yang diperlukan atau dilepas saat mendidih atau mengembun selain tergantung bendanya juga sebanding dengan massanya.Dirumuskan : 〖Q=mL〗_u Dengan Q = jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan pada saat menguap atau mengembun (J atau kal) m = massa benda (kg atau gram) L_u=kalor uap atau kalor embun (Jkg-1atau kalg-1) 4. Menyublim Sublimasi adalah perubahan wujud dari padat ke gas tanpa mencair terlebih dahulu. Misalkan es yang langsung menguap tanpa mencair terlebih dahulu. Pada tekanan normal, kebanyakan benda dan zat memiliki tiga bentuk yang berbeda pada suhu yang berbeda-beda. Pada kasus ini transisi dari wujud padat ke gas membutuhkan wujud antara. Namun untuk beberapa antara, wujudnya bisa langsung berubah ke gas tanpa harus mencair. Ini bisa terjadi apabila tekanan udara pada zat tersebut terlalu rendah untuk mencegah molekul-molekul ini melepaskan diri dari wujud padat. 5. Mengkristal Desublimasi adalah proses peengkristalan dimana hal ini terjadi karena proses mengerasnya/membekunya suatu benda yang memiliki zat zat tertentu dan memiliki unsur unsur zat yang dapat memberikan warna saat mengeras dan jika dilihat seperti warna kristal. Hal ini adalah lawan dari Sublimasi.

Proses Pendidihan dan Penguapan

Fenomena ini mungkin jarang kita amati, atau bahkan sebagian kita merasa ini adalah hil yang mustahal. Kenapa? Karena perubahan temperatur, normalnya, mengindikasikan perubahan panas. Semakin tinggi temperatur sebuah zat, semakin panas juga dia. Untuk menaikkan temperatur sebuah zat, kita dapat memanaskan zat tersebut. Sebaliknya, untuk mendinginkan sebuah zat, maka sebagian panasnya harus dibuang sehingga pada akhirnya temperaturnya berkurang. Kulkas, atau refrigerator, adalah piranti umum yang dapat mengambil panas suatu zat dan dibuang ke lingkungan. Oleh karena itu bagian belakang kulkas panas dan bisa dipakai untuk mengeringkan pakaian — ini termasuk ide daur ulang energi yang cerdas menurut saya.

air tepat mendidih — Air tepat mendidih: gelembung-gelembung udara pecah di dalam air sebelum sampai ke permukaan.

Namun sebenarnya tidak selalu demikian. Misalnya kita ingin menguapkan sejumlah air. Ketika tepat mendidih (biasanya pada temperatur 100°celcius), kita tetap memberikan panas (misalnya panas api dari kompor) supaya dia benar-benar mendidih. Tanda air tepat mendidih adalah muncul gelembung-gelembung udara dari dasar panci namun gelembung itu meletus di dalam air sehingga terdengar bunyi mendesis. Jika kita matikan kompor saat itu, maka gelembung-gelembung tersebut langsung hilang. Kejadian Ini menandakan temperatur air turun.

Jadi kompor tetap dinyalakan (untuk memberikan panas pada air). Gelembung-gelembung terus bermunculan dan terlihat mereka seakan-akan berjuang untuk dapat sampai ke permukaan air. Pada saat ini, meskipun air terus menerima panas, tapi temperaturnya tidak berubah, tetap 100°celcius. Kita bisa uji ini dengan cara meletakkan termometer ke dalam air selama proses pendidihan berlangsung.

Jika gelembung-gelembung udara tersebut berhasil sampai di permukaan air, maka disebut air telah mendidih — sebagian air (zat cair) telah berubah menjadi uap (gas). Ambil termometer lain dan coba ukur temperatur gas yang berada tepat di atas permukaan air — nilainya pasti sama atau lebih tinggi dari 100°celcius. Pada kondisi ini, panas yang diterima uap air dipakai untuk menaikkan temperaturnya — kondisi kembali normal.

Kalor dan Kalor Laten

Cerita ini digambarkan oleh diagram temperatur-energi perubahan fase. Istilah “panas” yang sering kita ucapkan sehari-hari adalah energi yang dipakai untuk mengubah temperatur zat — disebut juga dengan istilah kalor. Nilainya diberikan oleh

$Q = m\, c\, \Delta T$ .

dengan $Q$ adalah panas yang terlibat (diterima atau dilepaskan zat, satuan joule (J)), $m$ adalah massa zat (kg), $c$ adalah kalor jenis (J/kg.K), dan $\Delta T$ adalah perubahan temperatur yang dialami oleh zat (K, kelvin).

Ada konsep baru yang disebut di sini, yaitu kalor jenis. Kalor jenis adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu kilogram zat sebanyak 1 K (atau setara dengan 1°celcius) — ini sesuai dengan satuannya J/kg.K. Setiap zat memiliki nilai $c$ yang berbeda-beda. Air misalnya, memiliki nilai $c = 4,2 \times 10^3$ J/kg.K.

Oke, kita lanjut. Bagaimana dengan panas yang terlibat selama proses perubahan fase? Panas ini disebut panas laten atau kalor laten. Istilah “laten” berasal dari bahasa Inggris, “latent“, yang berarti “tersembunyi”. Zaman orba dulu, istilah laten sering dipakai untuk mencap paham komunis sebagai bahaya laten. artinya paham ini adalah bahaya yang tidak terlihat tapi sesungguhnya adalah bahaya. Ini seperti api dalam sekam, apinya tidak terlihat dari luar tapi sesungguhnya dia ada di sana.

Kalor laten, dalam termodinamika, dirumuskan sebagai

$Q_l = m\, L$

dengan $Q_l$ adalah kalor laten, $m$ adalah massa zat, dan $L$ adalah kalor jenis laten (J/kg).

Penggunakan Diagram T-Q

Salah satu penggunaan diagram T-Q adalah menghitung panas yang terlibat selama proses perubahan fase berlangsung. Gambar di bawah ini contoh diagram T-Q untuk air (wujud padat, cair, dan gas). Misalnya, untuk mencairkan es butuh 334 kJ panas (kalor laten). Untuk mendidihkannya butuh 418,6 kJ panas. Untuk menguapkannya, butuh 2260 kJ (kalor laten). Jadi, setidak-tidaknya butuh 3012,6 kilojoule panas! Nilai ini akan bertambah jika temperatur es di bawah 0°celcius