Percobaan Termodinamika

Tujuan :

Untuk mengetahui gas hasil reaksi dari cuka dengan soda kue sehingga menyebabkan balon dapat meniup sendiri.

Landasan Teori :

Pada reaksi kimia satu zat atau lebih dapat diubah menjadi zat baru. Sesuai dengan percobaan ini asam cuka (CH3COOH) direaksikan dengan soda kue (NaHCO3) menghasilkan gas CO2, berarti telah terjadi reaksi kimia yang  mengakibatkan terbentuknya gas dengan cara perubahan kimia, karena menghasilkan jenis zat baru. Hal ini dibuktikan melalui pengamatan ketika dicampurkan antara asam cuka dan soda kue terjadinya buih, sehingga balon yang tadinya kecil menjadi besar, karena disebabkan gas CO2 dari  hasil reaksi tersebut.

Alat dan Bahan :

·         Botol 

·         Cuka

·         Soda Kue

·         Balon

·         Corong

·         Benang/karet gelang

Gambar alat dan bahan :

Cara Kerja :

1)      Menuangkan cuka ke dalam botol yang telah disiapkan hingga ¾ bagian.

                       

2)      Memasukkan soda kue ke dalam balon menggunakan corong, sampai separuh bagian dari balon.

3)      Menjepir leher balon, lalu rentangkan mulutnya, sehingga mulut botol dapat masuk ke dalamnya.

                

4)      Memasukkan soda kue ke dalam botol dan tercampur dengan cuka sambil memegang balon. Menahan agar botol tahan pada tempatnya ketika muncul gelembung-gelembung udara.

               

5)      Melepaskan balon dari mulut botol setelah balon mengembang maksimal, lalu mengikat ujung balon menggunakan karet.

          

Hasil :

Setelah air cuka bercampur dengan soda kue, terbentuklah gelembung-gelembung gas yang banyak yang menyebabkan balon menjadi besar atau tertiup. Setelah percobaan, saat di sentuh permukaan botol terasa dingin dari pada sebelum percobaan.

Pembahasan :

Campuran soda kue dengan cuka menghasilkan gelembung-gelembung gas. Gelembung-gelembung gas tersebut adalah gas karbondioksida. Campuran cuka dengan soda kue dapat dirumuskan sebagai berikut :

NaHCO₃(s) + CH₃COOH(aq) → CH₃COONa(aq) + CO₂(g) + H₂O(l).

Cuka merupakan asam sedangkan soda kue merupakan basa. Setelah kedua larutan ini di campur, pH  nya menjadi netral

Hasil dari reaksi cuka dengan soda kue menghasilkan gas karbondioksida yang dapat mendorong gas oksigen diatasnya sehingga lama kelamaan balon yang tadinya kecil akan berubah menjadi lebih  besar.

Reaksi yang terjadi antara cuka dengan soda kue ini merupakan reaksi endoterm, karena setelah cuka dan soda kue dicampurkan ke dalam botol, permukaan botol terasa dingin. Ini karena terjadi perpindahan panas atau kalor dari lingkungan ke sistem sehingga suhu lingkungan berkurang dan menyebabkan suhu pada permukaan botol terasa dingin. .

Pertanyaan :

1)      Gas apa yang dihasilkan dari campuran cuka dengan soda kue ?

Jawab :

Gas yang dihasilkan dari reaksi cuka dengan soda kue adalah gas karbondioksida (CO2).

Kesimpulan :

1)      Asam asetat (cuka) merupakan asam lemah dan dapat bereaksi dengan garam karbonat.

2)      Soda kue dan cuka bereaksi menghasilkan gas CO2 yang dapat membuat balon meniup sendiri.

3)      Reaksi yang terjadi antara campuran soda kue dan cuka merupakan reaksi endoterm.

4)      Setelah reaksi, pH larutan menjadi netral.

Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel mirip seperti mesin bensin. Perbedaannya terletak pada langkah awal kompresi atau penekanan adiabatik (penekanan adiabatik = penekanan yang dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor atau panas tidak sempat mengalir menuju atau keluar dari sistem. Sistem untuk kasus ini adalah silinder. Kalau dalam mesin bensin, yang ditekan adalah campuran udara dan uap bensin, maka dalam mesin diesel yang ditekan hanya udara saja. Penekanan secara adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan udara meningkat.Selanjutnya injector atau penyuntik menyemprotkan solar. Karena suhu dan tekanan udara sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke dalam silinder dan solar langsung terbakar. Tidak perlu memakai busi lagi. Perhatikan besarnya tekanan yang ditunjukkan pada diagram di bawah.

Diagram ini menunjukkan siklus diesel ideal atau sempurna. Mula-mula udara ditekan secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan - penyuntik atau injector menyemprotkan solar dan terjadilah pembakaran (b-c), gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume konstan - gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan udara yang baru, masuk ke silinder (d-a).

Zat kerja untuk mesin diesel adalah udara dan solar. Zat kerja biasanya menyerapkalor pada suhu yang tinggi (Q_H), melakukan usaha alias kerja (W), lalu membuang kalor sisa pada suhu yang lebih rendah (Q_L). Karena energi kekal, maka Q_H =  W  +  Q_L.

Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) (biasanya disebut sebagai “motor bakar” saja). Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak  bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka motor diesel juga disebut Compression Ignition Engine.

Radiasi Benda Hitam

Radiasi benda hitam

Hubungan antara banyaknya energy yang dpancarkan dengan dan suhu yang dimiliki suatu benda , secara sederhana dapat diamati pada kegiatan berolahraga. Pada pagi hari yang cerah akan terasa adanya kalor yang dipancarkan oleh cahaya matahari ke tubuh, ketika sedang masuk ruangan akan terasa bahwa suhu ruangan akan meningkat. Ini menunjukkan adanya kalor yang dipancarkan oleh tubuh terhadap ruangan.Contoh tersebut membuktikan bahwa benda akan memancarkan radiasi elektromagnetik jika memiliki suhu tinggi.

Radiasi elektromagnetik yang dpancarkan oleh benda disebut Radiasi termal.Benda hitan adalah suatu sisitem yang dapat menyerap semua radiasi kalor yang mengenai benda atau system tersebut.

Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body.

Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu.

Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.

Benda hitam sempurna adalah pemancar kalor paling baik (e = 1). Contoh yang mendekati benda hitam sempurna adalah kotak tertutup rapat yang dilubangi dengan lubang udara (ventilasi) rumah.

(Perpustakaancyber)

Walther Hermann Nernst

Walther Hermann Nernst adalah seorang fisikawan Jerman yang dikenal karena teori di balik perhitungan afinitas kimia sebagaimana yang termaktub dalam hukum ketiga termodinamika, dari situlah ia memenangkan Nobel Prize dalam kimia tahun 1920. Nernst membantu mendirikan bidang kimia fisik modern dan memberikan kontribusi untuk elektrokimia, termodinamika dan solid state physics. Ia juga dikenal dalam mengembangkan persamaan Nernst.

Nernst lahir pada 25 Juni 1864 di Briesen di Prusia Barat (sekarang Wabrzezno, Polandia) sebagai anak dari Gustav Nernst (1827-1888) dan Ottilie Nerger (1833-1876). Ayahnya adalah seorang hakim negara. Nernst memiliki tiga kakak perempuan dan satu adik laki-laki. Adik ketiga meninggal karena kolera. Ia mendapat pendidikan sekolah dasar di Graudenz. Dia belajar fisika dan matematika di Universitas Zürich, Berlin, Graz dan Würzburg, di mana ia menerima gelar doktor tahun 1887. Pada tahun 1889, ia menyelesaikan habilitasi nya di Universitas Leipzig.

Nernst meneliti tekanan osmotik dan elektrokimia. Pada tahun 1905, ia mendirikan apa yang disebut sebagai "Teorema Panas baru", kemudian dikenal sebagai hukum ketiga termodinamika (yang menggambarkan perilaku materi karena suhu mendekati nol mutlak). Ini adalah pekerjaan yang membuatnya dikenang, karena menyediakan sarana untuk menentukan energi bebas (dan titik ekuilibrium karena itu) dari reaksi kimia dari pengukuran panas. Theodore Richards mengklaim Nernst telah mencuri ide dari dia, tapi Nernst hampir secara universal dikreditkan dengan penemuan tersebut.

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.

Pada tahun 1911, dengan Max Planck, Nernst  adalah penyelenggara utama pertama Solvay Conference di Brussels. Pada tahun 1912, Pelukis impresionis, Max Liebermann menggambar potretnya.

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.

Hukum Termodinamika Ketiga menyatakan bahwa pada suhu 0 K (-273 C) sistem ada dalam kondisi diam atau statis. Kondisi suhu lingkungan kita, anggap saja suhu ruang (25 C- 298 K) berada pada suhu yang tidak memungkinkan sistem untuk diam. Muncul lah Entropi.

Entropi merupakan derajat ketidakteraturan sistem. Dimana, semakin tidakteraturnya sistem, maka entropinya semakin besar.

Hukum Ketiga Termodinamika : membayangkan kesempurnaan Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suatu kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol. Pada temperatur lain selain nol mutlak, terdapat kekacau-balauan yang disebabkan oleh eksitasi termal (Keenan, et.all., 1999:496). Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom diam dalam suatu barisan statik barbaniar, suatu keadaan dimanik yang paling teratur. Zat padat ini merupakan tingkat wujud materi yang amat langka dan terdapat di alam sebagai planet dan meteorit. Kristal suatu zat padat sebenarnya seperti statik atau diam saja. Pada tingkat atomik, masing-masing atom itu sebenarnya bergetar di sekitar tempat kedudukannya dengan arah acak.

Hukum ketiga tak lain adalah permainan imajinasi, atau dalam bahasa filsafat suatu struktur kristal sempurna pada nol mutlak merupakan ‘alam ide’ Platonis. Struktur kristal sempurna pada nol mutlak merupakan materi abstrak. Oleh sebab itu, logika hukum ketiga ini menurut Whitehead keliru dalam hal mengkonkretkan suatu hal yang abstrak [misplaced concreteness].

Penemu Konsep Dasar Hukum Kedua Termodinamika

Rudolf Julius Emanuel Clausius adalah seorang fisikawan dan matematikawan Jerman yang dianggap sebagai salah satu pencetus konsep dasar sains termodinamika. Ia menyempurnakan prinsip Sadi Carnot yang dikenal sebagai Siklus Carnot.

Penemuan

Clausius adalah ahli fisika teori atau fisika murni. Ia tidak mengadakan experimen. Ia menerapkan matematika untuk membuat teori yang dapat menjelaskan hasil pengamatan dan exprimen orang lain. Pada tahun 1850 ia membuat karya tulis yang mengungkapkan penemuannya, ialah hukum termodinamika II dan entropi termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari energi dan semua bentuk perubahanya terutama menganai hubungan panas dan kerja.

Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari energi dan semua bentuk perubahannya terutama mengenai hubungan panas dan kerja. Hukum termodinamika II berbunyi “Panas tidak dapat dengan sendirinya berpindah dari badan yang lebih dingin ke badan yang lebih panas”. Ia juga menemukan istilah entropi. Entropi adalah keseimbangan termodinamik. Hukum di atas dapat berubah sebagai berikut: “Panas hanya dapat berpindah dari badan angkasa yang lebih panas ke badan angkasa yang lebih dingin”.

Di alam semesta terjadi secara terus menerus perpindahan panas atau energi dari badan angkasa yang panas ke badan angkasa yang dingin. Maka berabad-abad kemudian semua panas atau energi akan terbagi merata keseluruh bagian alam semesta. Keadaan seimbang ini disebut entropi. Ini berarti dunia kiamat, karena semua gerak dan kehidupan berhenti. Rudolf Julius Emanuel Clausius juga mengemukakan teori elektrolisis atau elektrolisa ialah penguraian zat cair dengan aliran listrik searah. Para ilmuwan sebelumnya berpendapat bahwa dalam elektrolisis, air terurai jadi hydrogen dan oksigen karena gaya listrik. Tapi Clausius berpendapat bahwa atom-atom molekul selalu tertukar, gaya listrik hanya mengarahkan pertukaran itu.

Suhu dan Termometer

Suhu adalah besaran termodinamika yang menunjukkan besarnyaenergi kinetik translasi rata-rata molekul dalam sistem gas ; suhu diukurdengan menggunakan termometer (kamus kimia : balai putaka : 2002).Suhu menunjukkan derajatpanasbenda. Mudahnya, semakin tinggisuhu suatu benda, semakin panas benda tersebut.

Secara mikroskopis,suhu menunjukkanenergiyang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom  dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentukperpindahan maupun gerakan di tempat berupagetaran. Makin tingginyaenergi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

Suhu biasanya didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panasdinginnya suatu benda atau sistem. Benda yang panas memiliki suhu yangtinggi, sedangkan benda yang dingin memiliki suhu yang rendah.

Pada hakikatnya, suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki olehmolekul-molekul sebuah benda. Sebagai contoh, ketika kita memanaskan sebuah besi ataualumanium maka akan terjadi proses pemuaian pada besi tersebut. Ketika kita mendinginkan air sampai pada suhu dibawah nol derajat maka airtersebut akan membeku. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibatadanya perubahan suhu disebut sifat termometrik.

Termometer merupakan alat yang digunakan untuk melakukan pengukuran suhu suatu benda. Perubahan sifat fisis zat karena dipanaskan disebut sifat termometrik zat. Misalnya perubahan volume zat cair, panjang logam, hambatan listrik logam, tekanan gas pada volume tetap, volume gas pada tekanan tetap, dan warna kawat yang berpijar. Berdasarkan sifat termometrik zat inilah dibuat suatu instrument untuk mengukur suhu suatu benda yang disebut termometer.