KATA KATA PENGANTAR PENG ANTAR
Puji Puji syuku syukurr kita kita panjat panjatkan kan kehad kehadira iratt Allah SWT atas berkah berkah dan rahmat-NY rahmat-NYA A jualah kami dapat dapat menyelesa menyelesaikan ikan makalah makalah ini dengan dengan baik. baik. Makala Makalah h ini dapat dapat kami kami seles selesaik aikan an tentu tentu saja saja dengan dengan bantua bantuan n orangorangorang disekitar kami. Adapun makalah yang kami tulis bertemakan Pergantian fase pelebu peleburan ran!! pengu penguapa apan! n! dan subli sublimas masi. i. "an bahan bahan makala makalah h ini kami kami peroleh dari berbagai buku. #ami pun mengu$apkan terima kasih yang sebes sebesarar-bes besarny arnya a kepad kepada a semua semua pihak pihak yang yang telah telah memban membantu tu dalam dalam proses penyusunan makalah ini! yakni %.&ap %.&apak ak Apit pit 'atu 'aturo rohm hman an!! S.Pd S.Pd.! .! M.Si M.Si sela selaku ku dose dosen n peng pengam ampu puh h termodinamika. (.Te (.Temanman-te tema man n 'aku 'akulta ltas s
#egu #eguru ruan an dan dan
)lmu )lmu Pend Pendid idik ikan an prod prodii
Pendidikan 'isika. *.+ra *.+rang ng tua tua kami kami yang yang sena senant ntia iasa sa memb member erik ikan an duku dukung ngan an untu untuk k kelan$aran penyusunan karya makalah. Semoga Semoga makala makalah h ini dapat dapat berman bermanfaa faatt untuk untuk semua semua pihak. pihak. #ritik #ritik dan dan saran sangat kami harapkan! agar menjadi lebih baik kedepannya.
)ndralaya! ,anuari (%
Penulis
DAFTAR ISI #ATA #ATA P/N0ANTA1............................................. P/N0ANTA1............................................. .................................... ............... ..................... ..i
"A'TA1 )S)................................................................................................ii &A& ) P/N"A2343AN A. 4atar &elakang....................................... ........................... ................% .......... ......% &. 1umusan Masalah......................................... ................................. ............ ..................... ..% 5. Tujuan Tujuan Masalah..................................... ................. ...................... .....( &A& )) P/M&A2ASAN 1. 'AS/ 'AS/ "AN P/13&A2AN 'AS/ 6AT..................................... 6AT..................................... ...........* %.% 'AS/..... 'AS/............. ................ ................ ................ ............... ............... ............... ............... ................. ................ ...........* ....* %.( #A4+1 #A4+1 ............... ....................... ................ ................ ................ ............... ............... ................ ................ .............* .....* %.* P/13&A2AN P/13&A2AN 'AS/...... 'AS/.............. ................ ............... ............... ............... ............... ................ ...........7 ...7
2. P/10ANT)AN +1"+-P/1TAMA +1"+-P/1TAMA P/1SAMAAN 54AP/Y1+N.......8 (.% Peleburan.............................................................................%% (.(
Penguapan...........................................................................%7
(.*
Sublimasi..............................................................................(*
(.7 Tetapan etapan 3ap............................ 3ap....................................................... ........................... ..................(9 (. Pengukuran Tekanan 3ap.............................. 3ap...................................................*% .....................*% *. P/1M3#AAN T/1M+")NAM)#A................................................ ....* 7. P/1SAMAAN 54A3S)3S 54AP/Y1+N..................................... ....*: . P/N/1APAN P/1SAMAAN 54A3S)3S 54AP/Y1+N "A4AM ')S)#A .............................................................................................*8 .%P+MPA #A4+1 ........................................................................*; .%.% M/S)N
1/'1)0/1AS)
S)#43S
A&S+1PS) ........................7( .%.( TA&3N0 TA&3N0 <+1T/ <+1T/= = ................. ......................... ............... ............... ................ ................ ........77 77
. 4AT)2AN 4AT)2AN S+A4 "AN P/M&A2ASAN............................................ ..7: :. S+A4 /
#3N5) ,AWA&AN............................... ,AWA&AN............................................79 .............79 &A& ))) P/N3T3P A. #esimpulan........................................ ........................... ............... ...7; &. Saran................................... ........................... ........................... .....7; "A'TA1 P3STA#A.................................................................................
BAB 1 PENDAHULUAN
A. Lata Latarr Bel Belak akan ang g Pada Pada saat saat pergan pergantia tian n fase fase terke terkenal nal proses proses yang yang terjad terjadii yaitu yaitu proses proses peleburan! peleburan! penguapa penguapan! n! dan sublimasi sublimasi.. Proses Proses peleburan peleburan ! penguapa penguapan! n! dan sublimasi ini merupakan proses yang sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari. ,ika dilihat se$ara sederhana proses peleburan! penguapan ! dan sublimasi merupakan proses yang sederhana juga. #arena proses pergan pergantia tian n fase fase ini sudah sudah perna pernah h dipela dipelajari jari se?akt se?aktu u duduk duduk di bangk bangku u sekolah dasar dengan materi penguapan! peleburan! dan sublimasi yang masih sangat sederhana. "ilanjutkan pada ?aktu pembelajaran di bangku seko sekola lah h mene meneng ngah ah deng dengan an pros proses es yang yang sama sama tent tentan ang g pele pelebu bura ran! n! penguapan! dan sublimasi namun dengan materi yang lebih mandalam dan lebih lebih rumit rumit lagi. lagi. Namun Namun dalam dalam termod termodina inamik mika a proses proses pelebu peleburan ran ! penguapan! dan sublimasi ini dilihat se$ara lebih mendalam. Sehingga proses yang lebih rumit tentang ketiga proses tersebut akan dibahas lebih mendalam mendalam lagi. "alam "alam termodinamika termodinamika juga mulai mulai
dikenal dikenal istilah-istila istilah-istilah h
baru mengenai pergantian fase. )stilah-istilah baru yang dikenal dalam perg pergan anti tian an fase fase ters terseb ebut ut sepe sepert rtii
peru peruba baha han n
bent bentuk uk #ris #rista tal! l! yang ang
temperature temperature dan tekananny tekanannya a tetap! tetap! sedangka sedangkan n entropi entropi dan @olumeny @olumenya a tetap. +leh #arena itu proses pergantian fase dalam termodinamika akan sangat menarik untuk dibahas. B. Rumu Rumusa san n Masa Masala lah h %. &agaim &agaimana ana perub perubaha ahan n fase fase atB atB (. &aga &agaim iman ana a mene menera rapk pkan an pers persam amaa aan n 5lau 5lausi sius us 5lap 5lapey eyro ron n dala dalam m kehidupan sehari-hariB
. Tu!ua !uan %. Mampu menel meneliti iti pengaruh pengaruh kalor kalor terhada terhadap p perubaha perubahan n fase at! at! (. Mamp Mampu u mend mendes eskr krip ipsi sika kan n dan dan mene menera rapk pkan an pers persam amaa aan n 5lau 5lausi sius us 5lapeyron dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II
PEMBAHASAN 1. FASE" FASE" #AL$R #AL$R DAN DAN PERUBAHA PERUBAHAN N FASE FASE %AT %AT a. FASE Suatu at yang murni memiliki sifat yang homogen. 6at tersebut dapat dapat memili memiliki ki lebih lebih dari dari suatu suatu fase! fase! tapi tapi setia setiap p fase fase harus harus memili memiliki ki komp kompos osis isii kimi kimia? a?ii yang yang sama sama.. Air meru merupa paka kan n at at murn murni. i. &erb &erbag agai ai kombinasi dari ketiga fase memiliki komposisi kimia?i yang sama. 3dara bukan merupakan at murni! karena udara $air dan uap udara memiliki komposisi yang berbeda. Suat Suatu u at at memil memilik ikii * fase fase yang yang berb berbed eda a pada padat! t! $air $air dan dan gas. gas. Misalkan sebuah benda padt dimasukkan ke dalam piston silinder dan tekana tekanan n nya nya dijaga dijaga pada pada nilai nilai konsta konstan. n. #alor #alor ditamb ditambahk ahkan an ke dalam dalam silinder! sehingga at tersebut mele?ati semua fase yang berbeda. #etika suatu at pada dengan temperatur yang rendah kemudian ditambahkan kalor sampai at tersebut mulai men$air. Penambahan kalor lebih lanjut akan men$airkan seluruh at padat tersebut sementara temperatur nya tetap konstan. Setelah seluruh at padat tersebut $air! temperatur dari $airan $airan yang yang dihasi dihasilka lkan n akan akan menigk menigkat at lagi lagi sampa sampaii uap terseb tersebut ut mulai mulai terbentuk! keadaan ini disebut keadaan $airan jenuh. 5airan air! $ampuran dari $airan air dan uap air! atau $ampuran es dan $airan air adalah aat murni karena setiap fase mempunyai komposisi kimia sama yaitu 2(+. Namun! $ampuran udara air dan udara gas bukan merupakan at murni karena komposisi fase udara $air berbeda dengan fase udara uap. #adang-kadang $ampuran gas seperti udara dianggap sebag sebagai ai at at murni murni sepan sepanjan jang g tidak tidak ada ada perub perubaha ahan n fase fase karena karena udara udara mempunyai beberapa karakteristik at murni. 2.2 #AL$R Suatu Suatu usaha usaha yang yang melalu melaluii energi energinya nya dapat dapat dipind dipindahk ahkan an se$ara se$ara makroskopik ke atau dari suatu sistem. /nergi juga dapat dipindahkan se$ara mikroskopik ke atau dari suatu sistem melalui $ara-$ara interaksi
antar molekul yang membentuk permukaan sistem dan lingkungannya. ,ika molekul dari batas sistem lebih aktif dari pada molekul dari batas lingku lingkunga nganny nnya! a! maka maka energi energi dipind dipindahk ahkan an dari dari sistem sistem ke lingku lingkunga ngan n dimana molekul yang $epat memindahkan molekul yang lambat. Transfer energi makroskopik ini disebut kalor. #alor adalah energi yang dipindahkan melintasi batas suatu sistem yang yang
dise diseba babk bkan an
oleh oleh
perb perbed edaa aab b
temp temper erat atur ure e
oleh oleh
siste istem m
dan dan
lingkunga lingkungannya nnya.. Suatu sistem tidak menyimpan menyimpan panas panas tapi menyimpan menyimpan energi! dan kalor merupakan energi yang sedang mampir. 2al ini sering disebut perpindahan kalor. ,ika kalor dipindahkan ke suatu sistem maka nilainya positif! ika kalor dipindahkan dari suatu sistem maka nilainya negatif. Perpindahan kalor positif menambahkan energi ke suatu sistem.
2.& PERUBAHAN FASE
'am(ar 1. Peru(ahan )ase a*r +ar* ,-mresse+ l*/u*+ men!a+* saturate+ l*/u*+ 1.&.1 -mresse+ L*/u*+ 0a*ran Terk-mres* Misalkan anda menempatkan air pada suatu peralatan berbentuk piston piston silinder silinder pada suhu suhu (C5 (C5 D(;*.% D(;*.% #E dan tekanan tekanan % atm. atm. #ondisi #ondisi yang seperti ini disebut dengan istilah compressed liquid atau atau subcooled
liquid yang yang berart berartii bah?a bah?a $airan $airan terseb tersebut ut belum belum siap siap untuk untuk mengua menguap p Dgambar %.%E. Apabila sistem tersebut dipanaskan! maka suhu air akan meni mening ngka katt Dmis Dmisal alka kan n menj menjad adii :C5 :C5EE yang yang diik diikut utii deng dengan an terj terjad adiny inya a peningkatan @olume dari sistem akibat pengembangan dari @olume air terseb tersebut. ut.
makna
terjadinya
peningkatan
spes spesif ific ic
volu volume me
D@olumeFmassaE seperti pada gambar %.(. 1.&.2. Saturate+ L*/u*+ &ila kita terus menambahkan panas pada sistem tersebut! maka suhu air akan meningkat meningkat hingga %C5 %C5 D*9*.% #E. Pada titik ini! penambahan penambahan panas panas seberapa seberapapun pun juga akan menyebabk menyebabkan an air mulai menguap. menguap. Titik Titik tertentu dimana air mulai menguap di sebut dengan istilah saturate+ l*/u*+ Dgambar %.*E 1.&.&. Saturate+ a-r
'am(ar 2. Peru(ahan )asa a*r +ar* saturate+ l*/u*+ 3 4a-r m*5ture men!a+* suerheate+ 4a-r ,ika ,ika panas panas terus terus ditamb ditambaka akan! n! maka maka uap yang yang terben terbentuk tuk akan akan semakin banyak. Namun suhu dan tekanan dari $ampuran saturated liGuid dan uap tersebut tidak berubah! yakni tetap pada suhu TH%C5 D*9*.%
#E dan tekana tekanan n P H % atm Dgambar Dgambar (.7E. (.7E. Satu-s Satu-satu atunya nya propert propertii yang yang berubah berubah adalah spe$ifi$ spe$ifi$ @olume. #ondisi #ondisi ini terus berlangsun berlangsung g hingga tetes $airan terakhir berubah menjadi uap. Pada titik ini! seluruh silinder telah menjadi uap yang memiliki suhu %C5 D*9*.% #E. #eadaan ini disebut dengan istilah saturated vapor gambar gambar (.. #eada #eadaan an dianta diantara ra titik titik Satura Saturated ted 4iGuid 4iGuid hingga hingga satur saturate ated d @apor @apor dima dimana na air air bera berada da dida didala lam m dua dua fasa fasa se$a se$ara ra bers bersam amaa aan n ini ini dise disebu butt dengan saturated liquid-vapor mixture. 1.&.6. Suerheate+ Suerheate + a-r Setelah semuanya menjadi uap! penambahan panas pada sistem akan akan meni mening ngka katk tkan an suhu suhu dari dari uap uap air air ters terseb ebut ut.. kead keadaa aan n ini ini dise disebu butt dengan superheated vapor Dgambar (.:E. Perbedaan antara saturated @apor dan superheated @apor adalah bah?a bah?a pada saturated saturated @apor! @apor! jika kita kurangi kurangi sedikit saja panas dari sistem! maka ia akan mulai mengembun! sementara pada superheated @apor! penguranan energi panas hanya akan menurunkan suhu uap saja! tidak akan merubah fasanya. 1epresentasi dari setiap kondisi yang digambarkan pada proses pema pemana nasa san n
air air
yang ang
meny menyeb ebab abka kan n
terj terjad adin iny ya
peru peruba baha han n
fasa fasa!!
digambarkan pada suatu grafik T-@. Pada sumbu @ertikal menunjukkan nilai suhu dalam derajat $el$ius dan pada sumbu horiontal menunjukkan nilai spesifik spesifik @olume @olume dalam meter kubikFkilo kubikFkilogram! gram! sebagaima sebagaimana na dapat dapat dilihat dalam gambar berikut
'am(ar &. Hu(ungan antara suhu +engan ses*)*k 4-lume a+a eru(ahan )asa a*r a+a tekanan 1 atm Proses %-(-*-7- adalah pemanasan pada tekanan konstan Proses -7-*-(-% adalah pendinginan pada tekanan konstan Perlu diingat! bah?a grafik diatas berlaku untuk tekanan % atm saja DPH % atmE. &ila tekanan tekanan dinaikkan! dinaikkan! maka grafik akan bergeser bergeser ke atas. 2al ini terjadi karena suhu dan tekanan merupakan properti yang saling terikat pada proses perubahan fasa. Sebagai akibatnya! suhu didih akan tergan tergantun tung g pada pada tekana tekanan n pada pada sistem sistem.. Semaki Semakin n tingg tinggii tekana tekanan! n! maka maka suhu didih akan menjadi semakin tinggi. &ila diberikan tekanan tertentu! maka suhu dimana suatu at murni mengalami perubahan fasa disebut dengan suhu saturasi atau saturation
temperature (T sat ). sat
"emikian pula! bila diberikan suhu tertentu! tekanan dimana suatu at murni murni mengal mengalami ami perub perubaha ahan n fasa fasa diseb disebut ut tekana tekanan n satura saturasi si atau atau
saturation pressure (P sat ). sat Pada proses perubahan fasa terlihat bah?a dengan memberikan panas tertentu pada suhu saturasi! belum merubah fasa dari $air menjadi uap. uap.
3ntuk 3ntuk meruba merubahny hnya a diperl diperluka ukan n sejuml sejumlah ah energi energi panas panas terten tertentu tu
hingga fasa $air baru bisa berubah menjadi fasa uap. &esarnya energi yang diperlukan untuk merubah fasa $air menjadi fasa uap ini dikenal dengan dengan sebut sebutan an denga dengan n #alor #alor 4aten 4aten DLatent Heat of Vaporization dan jumlah nya sama dengan energi yang dilepaskan uap untuk berubah kembali menjadi fasa $air selama proses pengembunan. Sebagai $ontoh! pada tekanan % atm! kalor laten air adalah sebesar sebesar ((9.% k,Fkg k,Fkg 2. Pergant*a Pergant*an n $r+e $r+e Pertama7 Pertama7 Persamaa Persamaan n lae8rlae8r-n n Pada pergantian fase yang terkenal Dpeleburan! penguapan! dan subl sublim imas asiE iE dan dan juga juga pada pada perg pergan anti tian an fase fase yang ang kura kurang ng terk terken enal al Dperubaha Dperubahan n bentuk bentuk #ristalE! #ristalE! temperatur temperatur dan tekanannny tekanannnya a selalu selalu tetap! tetap! sedangkan entropi dan @olumnya berubah. Tinjaulah n mol bahan dalam fase i dengan dengan entropi molar s(i) dan @olum molar v (i). keduanya! keduanya! s(i) dan v (i E! adalah fungsi dari T dan P sehingga selalu tetap selama pergantian fase berlangsung sampai semua bahan dalam fase f dengan entropi molar s(f) dan @olum molar v (f). DPerbedaan fase ditunjukan oleh tikalas supaya kita bias menyediakan pemakaian tikalas intuk memberi perin$ian keadaan yang berbeda dari fase yang sama atau at yang berbedaE. Ambil x sama sama dengan dengan bagian bagian fase mula-mula mula-mula yang yang sudah diubah diubah menjadi menjadi fase akhir akhir pada setiap saat. ,adi entropi dan @olum $ampuran pada setiap saat. ,adi entropi dan @olum $ampuran pada setiap saat! yaitu S dan
S = n0 ( 1 − x ) s + n0 x s
dan
( f )
(i )
V = n 0 ( 1 − x ) s + n0 x s
( f )
Terlihat S serta < merupakan fungsi linear dari I. ,ika pergantian fase terjadi se$ara terbalikkan! kalor Dbiasa dienal sebagai
alo latenE yang dipindahkan per molnya ialah. ( f )
( i)
s −s ¿ l =T ¿
,adi! keberadaan kalor laten mengandung arti bah?a terdapat perubahan entropi. #arena dg =−s dT + vdP,
( )
s =−
dan
∂ g ∂P
P
( )
v=
∂ g ∂P
,
,
T
kita dapat men$irikan pergantian fase yang terkenal dengan salah satu pernyataan yang setara berikut ini 1. Terdapat perubahan entropi dan @olum 2. Turunan pertama fungsi 0ibbs berubah se$ara takmalar Setiap Setiap peruba perubaha han n fase fase yang yang memen memenuhi uhi persy persyara aratan tan terseb tersebut ut dikena dikenall sebagai pergantian fase orde pertama. 3ntuk perubahan fase seperti itu! @ariasi temperatur dari 0! S!
ta terhin""a#. 2al ini berlaku karena pergantian terjadi pada Tdan P yang tetap. &ila P tetap! dT H J atau bila T tetap! dP H . ,adi!
( )
C p = T
( )
( )
∂ s −1 ∂ V 1 ∂ V =∞ , β= = ∞ ,= =∞. ∂ T p V ∂ T p V ∂ T p
Namun! perlu diperhatikan bah?a pernyataan itu hanya benar bila kedua fase itu ada. Seperti diperlihatkan dalam gambar %.%d! 5 p fase % tetap berhingga sampai temperatur pergantian ter$apai. "alam gambar tersebut tida tidak k terl terlih ihat at adan adanya ya anti antisi sipa pasi si terja terjadi diny nya a perg pergan anti tian an fase fase deng dengan an menaikny menaiknya a 5p sebelu sebelum m temper temperatu ature re ini ter$ap ter$apai. ai. 2al seper seperti ti ini selalu selalu benar untuk pergantian fase orde pertama! tetapi tidak untuk segala jenis pergantian lainnya. Persamaan T dS kedua memberikan hasil yang taktertentu bila diterapkan pada pergantian fase orde-pertama. 3ntuk suatu bagian ke$il berlaku! T dS =C p dT −TVβdP
dengan
C p = ∞ dan
dT =0 ; dan juga β =∞ dan
dP =0 .
Namun! persamaan T dS yang pertama bias diintegrasi melalui pergantian fase. &ila % mol at diubah se$ara terbalikkan! isotherm! dan isobar! dari fase (i) ke fase (f)! persamaan T dS nya yaitu
( )
T ds =c v dT + T
∂P dv ∂ T v
"apat diintegrasi dengan pengertian bah?a berbagai P dan T ketika terjadi pergantian fase memenuhi hubungan yang menyatakan bah?a P merupakan fungsi dari T saja! tak bergantung pada
( )= ∂P ∂ T
v
dP dT (f ) )
v −v
,adi!
(i)
T ( s( f ) )−s ( i ) )=T
dP ¿ dT
1uas kiri persamaan ini adalah kalor laten per mol! sehingga
dP 1 = ( f ) ) ( i) dT v −v
D%.%E
Persamaan %.% dikenal sebagai persamaan $lape%ron dan berlaku untuk setiap perubahan fase orde-pertama atau pergantian yang berlangsung pada T dan P tetap. Sangatlah bermanfaat bagi kita untuk menurunkan persamaan 5lapeyron dengan $ara lain. 'ungsi 0ibbs tetap selama suatu proses terbalikkan berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap. ,adi suatu perubahan fase pada T dan P! (i )
( f )
g =g
"an untuk perubahan fase pada (i )
(i )
( f )
g + dg = g + dg
T + dT dan P + dP
( f ) )
"engan mengurangkannya! kita dapatkan ( i)
( f )
dg = dg Atau
−s (i) dT + v (i ) dP =−s (f ) ) dT + v (f ) ) dP
,adi
dP s −s = ! dT v ( f ) )−v ( i)
( f ) )
"an akhirnya!
(i )
dP 1 = ( f ) dT T ( v −v (i ))
"alam membahas pergantian fase! kita perlu menunjukkan dengan $ara sederhana fase a?al dan akhir kalor pergantian yang bersesuaian. Notasi yang dipakai dalam buku ini adalah sebagai berikut. 4ambang yang menggambarkan setiap sifat fase padat akan bertanda aksenJ fase $air akan akan bertan bertanda da d?i-ak d?i-aksen sen!! dan fase fase uap triakse triaksen. n. ,adi ,adi @K menya menyatak takan an @olum molar padatan ! @L untuk $airan! dan @LK untuk uap. #alor lebur
DlelehE per mol ialah sublimasi
l F ! kalor penguapan DpendidihanE
l V ! dan kalor
lS .
1. Pele(uran Metode paling sederhana untuk mengukur kalor lebur at padat ialah dengan mengirimkan energi listrik dengan laju tetap dan mengukur temper temperatu aturny rnya a pada pada selang selang ?aktu ?aktu yang yang memud memudahk ahkan. an. "engan "engan rajah rajah temperatur terhadap ?aktu! diperoleh kur@a pemanasanJ di sini pergantian fase mun$ul sebagai garis lurus pada temperatur tetap yang panjangnya ∆ τ ! diukur diukur sepanj sepanjang ang sumbu sumbu ?aktu. ?aktu. 1adarn 1adarnya ya!! perlin perlindun dunga ganny nnya! a!
penjagaannya dan seterusnya tepat sama dengan pengukuran kapasitas kalor kalor.. ,ika ,ika terdap terdapat at n mol at padat padat yang yang meleb melebur ur dalam dalam ?aktu dengan pemberian energy listrik yang lajunya l F =
∆ τ
εI ! maka
εI ∆ τ n
,ika TM menyataka menyatakan n titik lebur normal suatu at padat dan
l FM
adalah kalor laten peleburan pada titik lebur normal! maka perubahan entrop entropii yang yang berkai berkaitan tan dengan dengan peruba perubahan han pada pada temper temperatu aturr ini ialah ialah l FM R T M
! dinyatakan dalam satuan 1. Perubahan entropi ini didaftarkan
dalam tabel %.% untuk % at padat non logam dan % logam! dan dapat diliha dilihatt bah?a bah?a logam logam menunj menunjukk ukkan an ketera keteratur turan an lebih lebih banya banyak k daripa daripada da nonlogam. Se$ara kasar!
l FM R T M M
adalah sekitar % untuk logam.
&erbagai &erbagai harga harga tekanan tekanan dan temperatur temperature e terjadinya terjadinya keberadaa keberadaan n bersama antara fase padat dan $air dalam kesetimbangan menentukan kur@a peleburan dan salah satu tugas ahli per$obaan ialah menentukan persamaan kur@a ini. "alam daerah temperatur rendah! temperature dan
tekanan tekanan lebur seringkali seringkali diukur diukur dengan dengan metode metode apiler tersumbat seperti yang terlihat dalam gambar %.(. &ahan dalam fase gas dimampatkan sehingga bertekanan tinggi dan dipaksa masuk ke dalam kapiler baja yang sebagian dibenamkan dala dalam m bak bak beris berisii $air $airan an yang yang temp temper erat atur urny nya a dapa dapatt diat diatur ur menu menuru rutt keinginan kita dengan $ara memilih $airan serta tekanannya. "ua buah manometer! M% dipasang sebelum bak dan M ( sesudahnya! terhubungkan dengan dengan kapiler. kapiler. Tekana Tekanan n lebur lebur yang berkaitan dengan dengan temperatur temperatur bak sama dengan pemba$aan maksimum pada M (. /mpat kur@a peleburan dari neon! argon! krypton! dan Ienon diperlihatkan dalam gambar %.*. "alam tahun %;(;! '. /. Simon dan 0. 0latel mengusulkan suatu persamaan yang $ukup berhasil untuk menyatakan data pada kur@a peleburan! sebagai berikut
[( ) ] c
P− PTP =a
T −1 T TP
"engan TTP dan PTP menyatakan koordinat titik tripel! dan a serta $ adalah tetapan yang bergantung pada atnya. Pada temperatur tinggi P TP diabaikan! sehingga persamaan yang biasa dipakai berbentuk
( )
c
P T = −1 a T TP TP
2arga a dan $ untuk empat jenis gas mulia yang terkondensasi yang diperlihatkan dalam gambar %.* didaftarkan dalam tabel %.(! dan harga untuk at padat lainnya telah diberikan oleh S. /. &abb. Ta(el 19.2 Parameter peleburan untuk gas mulia yang terkondensasi 'as Mul*a 8ang tera+atkan
TTP" #
PTP" kPa
a" MPa
,
Ne
(7!:
7*!(
%*!:
%!:
Ar
8*!8
:;!
((9!
%!
#r
%%: %%:
9*!*
*!
%!7
=e
%:%
8%!9
*7!
%!*%
#emiringan kur@a peleburan berharga berharga negatif untuk at seperti seperti es ) yang men$iut ketika men$air. #elakuan ini juga diperlihatkan oleh &i! 0e! Si! dan 0a! serta serta harga harga T yang yang diperl diperluka ukan n dalam dalam persam persamaan aan Simon kurang dari pada TTP. Akibat- nya harga a menjadi negatif. &erbagai harga a dan $ untuk untuk keempa keempatt bentuk bentuk es diperlih diperlihatk atkan an dalam dalam gambar gambar
%.7. %.7.
"alam gambar %. diperlihatkan berapa besar tekanan dan temperature yang yang diperl diperluka ukan n untuk untuk mengha menghasil silkan kan karbon karbon gas dan dan $airan $airan dan juga juga bentuk padatan #ristal dan intan. Teori mengenai mengenai proses yang yang
sebenarny sebenarnya a terjadi bila suatu suatu at
padat melebur telah menarik perhatian fisika?an selama bertahun-tahun. Teori yang mula-mula diusulkan oleh 4indermann menyatakan bah?a at padat padat melebu meleburr bila bila amplit amplitude ude getara getaran n kisi kisi menjad menjadii $ukup $ukup besar besar untuk untuk memata mematahka hkan n gaya gaya tari tari memeg memegang ang kisi kisi ituJ ituJ dalam dalam kalima kalimatt yang yang lebih lebih mudah! "alam peleburan! at padat menggun$angkan dirinya sehingga pe$ahK. "engan pandangan ini! 4indermann menurunkan rumus 2 /3
mv T M
"en "engan gan
m
2
019.&
dan dan @ meru merupa paka kan n bera beratt mole moleku kull dan dan @olu @olum m mola molarr!
temperatur karakteristik "ebye! dan TM temperature lebur. 2ubungan ini dipenu dipenuhi hi $ukup $ukup baik baik oleh oleh berbag berbagai ai logam logam dan non non logam! logam! tetapi tetapi ada bebe bebera rapa pa yang yang meny menyimp impan ang g se$a se$ara ra radi radika kall dari dari rumu rumus s itu itu . 2al 2al ini ini menunjukkan bah?a proses bukan semata-mata persoalan getaran kisi saja. "islokasi dan lo?ongan dalam kisi #ristal! demikian juga kuantitas yang meberi spesifikasi pada hukum gaya antar molekul pada padatan
dan $airan $airan!! semuan semuanya ya diangg dianggap ap memain memainkan kan peran peranan. an. &erdas &erdasark arkan an gaga gagasa san n sepe sepert rtii itu itu dapa dapatt dile dileta takk kkan an sedi sediki kitt dasa dasarr teor teorit itis is untu untuk k persamaan Simon. 2. Penguaan #alo #alorr peng pengua uapa pan n $aira $airan n deng dengan an titik titik didi didih h norm normal al dari dari ( ( # sampai sekitar # pada umumnya diukur langsung dengan $alorimeter sepe sepert rtii yang yang dipe diperl rlih ihat atka kan n dala dalam m gamb gambar ar %.: %.:.. 5ont 5ontoh oh $air $airan an 4( dimasukkan kedalam tabung ke$il dan kedalamnya di$elupkan kumparan pema pemana nas s ke$ ke$il 1(. Tabung bung ini ini dili diling ngku kung ngii oleh oleh beja bejana na yang ang beri berisi si $ampuran udara dan uap $airan 4 (. "engan memilih $airan 4% yang $o$ok dan mempertaha mempertahankan nkannya nya pada temperature temperature didihnya didihnya dengan dengan memakai memakai kumpar kumparan an pemana pemanas s 1% dala dalam m udar udara a deng dengan an teka tekana nan n yang yang sesu sesuai ai!! temp temper erat atu ure
dala alam
beja bejana na
dapa apat
diper iperta taha hank nka an
menur enurut ut
yang ang
dikehendaki. Pada temperature terpilih ini! $airan 4( dalam kesetimbangan dengan uapnya. Tabung ke$il berisi 4 ( berhubungan dengan tabung lain di luarnya luarnya Dtidak tergambarE tergambarE yang yang biasa dipertahanka dipertahankan n pada temperature temperature yang diinginkan oleh ga?ai pemanas atau pendingin yang dikendalikan se$ara terpisah ,ika temperature tabung luar dipertahankan pada temperature yang kurang dari pada 4 (! maka suatu gradient tekanan timbul! dan sejumlah $airan 4( tersuling. "engan mempertahankan arus ke$il # dalam dalam kumparan pemanas 1(! temperature 4( dipertahankan sama dengan lingkungannya! dan energy energy yang yang diperl diperluka ukan n untuk untuk mengua menguapka pkanny nnya a tersed tersedia. ia. "engan "engan demikian terjadi penyulingan tunak dari 4 ( ke dalam tabung luar! dengan kalor kalor pengu penguapa apan n disedi disediaka akan n oleh oleh kumpar kumparan an peman pemanas as 1 (! dan dan kalor alor pengem pengembun bun diambi diambill oleh oleh lingku lingkunga ngan n tabung tabung luar luar itu. itu. Tambahan mbahan lagi! lagi! selu eluruh ruh
ener nergy yang ang
diber iberik ika an
oleh leh
peman emana as
1(
dipaka dipakaii
untuk untuk
menguapkan 4 (! karena tidak ada kalor yang hilang antara tabung dalam
dengan sekelilingnya. Akibatnya! jika n mol teruapkan pada ?aktu t! kalor penguapan per mol ialah )@ H
εIτ n
Ta(el 19.& Data Penguaan :
%at
T"#
T;T
I ;T"
P"
4===34=="
P04===3
I"<;
<;
kPa
1; m-l
m-l
m-l .
4== ;T <;m-l.#
%(!
7%!* :!7( %!*%9 !:(7 !*97 !(% !%9( !;9
8!( 9!;% 9! :!% !(7 7!7* *!: (!*;
;!8*7 :!88( %!(* !98 !% !*( !(; !%;8
8!9 9!;; 9!(; :!:( :!: !79 7!88 7!*(
#
N( T5 H %(:!( # P5 H *!*;: MPa
Ar T5 H %!8: # P5 H 7!8;8 MPa
:*!%
!
;
99!*
!:%
: *
;7 %7 %%% %%% %%: %%: %( %(7
* !97
: 78:
!8(
; 7(;
7 !89
( *9
; !;%
7 *(7
; !;
7 (:8
!;8
% %8%
(
8
8*!9
!
:7:
8 89!(
!9
* :*9
; %: %%9 %%9 %(7 %* %*
; !9
9:
* !99
(7
: !8(
78(
79!%8 7*!8 *8!9 *7! (;!9* (:!9 (%!(7 %7!7
7(!87 7(!(: *8!%8 *7!99 *%!;8 (;!% (:!%8 (*!7:
* %%! * 7;;! %%: %7 (79 (% *9
:8!9 %%! * 9! 7 %(( %7;; ((
%*;
5+ T5 H %7!(* # P5 H *!7;8 MPa
9(!7 8%!: * ;; %; %% %% %(% %(: %*
( !8:
7*;
( !8;
*;
!;(
**
%
;
!%
:7(
: !8
; :7
( !9
%(
: !99
7 77;
9 !8(
7%*
!8:
% *(
* !8;
( (8
; !;(
( %;;
9
(7 **(
7!8 7*!9 *:!7 *(!( (;!7: (!%( %;!;8 %7!%;
*!7 %%! * :! %%( %7%8 ((: (* **;
%;!79 :!*( %!*7 !: !7 !(9; !%8 !%;
8! 9!8 :!:9 :!7 ! 7!:9 *!9( (!
2al yang lebih menarik adalah $airan kriogenik dengan titik didih normal disekitar % # atau kurang. 3ntuk $airan ini! orang harus memilih informasi yang terdapat dalam buku pegangan keteknikan-yaitu tekanan! entr entrop opi! i! enta entalp lpi! i! dan dan @olu @olum! m! dari dari $aira $airan n jenu jenuh h sert serta a uap uap jenu jenuh h pada pada temperature titik tripel hinggatitik kritis. &eberapa table seperti ini sekarang ters tersed edia ia!! dan dan kalo kalorr peng pengua uapa pan n bisa bisa dipe dipero role leh h deng dengan an mela melaku kuka kan n pengurangan hKKK hKK. dalam table %.* disajikan data penguapan untuk beberapa $airan sederhana yang diperoleh dari table termodinamik yang disusun oleh
"ala "alam m gamb gambar ar %.9 %.9!! kalo kalorr peng pengua uapa pan n )@ yang ang diba dibagi gi oleh oleh temperature kritis T5 telah dirajah terhadap kuantitas P D@KKK @KKEFT dari sekitar ! T5 hingga !;8 T 5. #ita telah melihat bah?a titik-titik untuk lima ma$am ma$am gas terletak terletak pada pada suatu suatu garis garis yang yang sama sama sehing sehingga ga kita kita bisa bisa menganggap bah?a titik-titik serupa itu! untuk $airan sederhan lainnya! terl terlet etak ak pada pada gari garis s luru lurus s yang ang sama sama.. "eng "engan an isti istila lah h sed seder erha hana naKK dimaksudkan $airan seperti #r! =e! + ( yang molekulnya tidak memiliki momen d?ikutub Datau hanya ke$il sajaE dan tidak Menyangkut fase $air dan fase uap. "engan menentukan kemiringan garis dalam gambar %.9! yaitu !7! kita bisa melukiskan m elukiskan Iv / Tc =5.4 P ( vᶬ −vᶯ )/ T
D 3ntuk ! O
T <1 E Tc
'am( 'am(ar ar 19.> 19.> Huku Hukum m kea+ kea+aa aan n 8ang 8ang (ers (erses esua ua*a *an n (erl (erlak aku u untu untuk k temerature tere+uks* antara 9"? h*ngga 1 2ubungan ini dapat dipandang sebagai hukum keadaan yang bersesuai. Namun! dalam bentuk yang sekarang! rumus itu mempunyai kegunaan yang terbatas karena karena melibatkan melibatkan pengetahuan pengetahuan tentang tentang begitu begitu banyak banyak kuanti kuantitas tas.. ,adi! ,adi! sangat sangat menari menarik k bagi bagi kita kita untuk untuk memeri memeriks ksa a akiba akibatt dari dari kese keseba band nding ingan an yang yang aneh aneh ini. ini. Mula Mula-m -mul ula a kita kita tulis tuliska kan n pers persam amaa aan n 5lapeyron dalam bentuk. Iv / Tc dP / P Iv ¿ = =¿ Tc dT / T ² ² P ( !ᶬ −!ᶯ )/ T P ( vᶬ −vᶯ ) / T
Perhatikan bah?a ruas kanannya sama dengan !7 T$. Persamaan yang dihasilkan! yaitu dP dT =5,4 Tc P T ²
&isa diintegrasi dari T ke T$ dan dari Pke P$! asal saja TFT$ tidak kurang dari pada !. ,adi! ln
1 1 Pc =5,4 Tc ( − ) P T Tc
atau P Tc =5,4 ( 1 −¿ ) T <1 Pc T D 3ntuk ! O Tc ln ¿
E.
D%.E
Persamaan Persamaan D%.E merupakan merupakan huum eadaan bersesuaian %an" se!ati& dinyataka dinyatakan n dalam dalam temperatur temperatur tereduksi tereduksi dan tekanan tereduksi. tereduksi. Persamaan itu mula-mula diusulkan oleh /. A. 0uggenheim yang merajah logaritma tekanan uap tereduksi terhadap kebalikan temperatur tereduksi untuk tujuh $airan sederhana seperti yang terlihat dalam gambar %.8. Titik Titik-tit -titik ik itu terlih terlihat at terlet terletak ak dengan dengan baik baik pada pada suatu suatu garis garis lurus lurus yang yang persamaannya ln
P Tc =5,3 ( 1− ) Pc T
D3ntuk ! O
T O % Tc
"an "an ke$o ke$o$o $oka kan n nume numeri rik k deng dengan an pers persam amaa aan n D%. D%.E E sang sangat at memuaskan memuaskan.. &isa diterima diterima bah?a bah?a $airan $airan yang molekulnya molekulnya mempunya mempunyaii momen d?ikutub listrik yang besar dan saling menimbulkan gaya akan memenuhi hukum keadaan yang bersesuaian dengan bilangan tetap yang berbeda.
'am(ar 19.@ 2ukum 19.@ 2ukum keadaan yang bersesuaian untuk $airan sederhana. D/. A. 0uggenheim! Thermodynami$s! )nters$ien$e! %;:9E Terdap rdapat at akib akibat at yang ang mena menari rik k lain lainny nya a dari dari huku hukum m kead keadaa aan n yang ang bersesuaian seperti diberikan dalam persamaan D%.E yang bisa jelas jika kita membatasi diri pada daerah temperatur yang ke$il yang $ukup jauh dari dari titik titik kritis. kritis. "engan "engan demiki demikian an kita kita diiin diiinka kan n untuk untuk memand memandang ang )@ sebagai suatu tetapan! katakanlah! sekitar titik didih normalnya. "alam daerah ini! jika dibandingkan dengan @KKK ! @KK dapat diabaikan! dan tekanan uapnya $ukup ke$il untuk dihampiri leh persamaan keadaan gas ideal! atau @KKK H 1TFP. "alam kondisi ini! persamaan 5lapeyron menjadi
dP Iv = 2 , atau P R T / P
Iv −d ln P = = R 1 d ( ) T
−d ln (
P ) Pc
1
d ( ) T
,ika persamaan ini kita integrasi melalui selang temperatur ke$il sekitar T ᵦ ! dengan dengan )@ memiliki memiliki harga tetap tetap )@ᵦ ! kita dapatkan dapatkan ln
P Iv ᵦ ="#"apan− Pc RT
D%.:E
"ala "alam m tabe tabell %.7 %.7!! titik titik didi didih h norm normal al dari dari %7 $air $airan an sede sederh rhan ana a didaf idafta tarr bersam rsama a denga engan n titi titik k kriti ritisn sny ya! sert serta a titi titik k didih idih norma ormall teredu tereduks ksiny inya a TᵦFT$ FT$! terlih terlihat at terlet terletak ak antara antara !9 !9 dan !:% !:% yang yang masih masih termasuk dalam selang hukum keadaan yang bersesuaian. ,adi dengan membandingkan persamaan D%.E dan D%.:E kita dapatkan Iv ᵦ =5,4 Tc R
D%.9E
Ta(el Ta(el 19.6 19.6 #al-r enguaan a+a t*t*k +*+*h n-rmal" I4ᵦ : a*ran
Tᵦ "
T," T,"
#
#
Ne
(9!%
77!
N₂
99!*
5+
Tᵦ;T,
I4ᵦ " #<;km-l
I4ᵦ;R"
I4ᵦ;RTᵦ
!:;
(%%(
(7
;!7
%(:
!:%*
8*
:9%
8!9
8%!9
%**
!:%7
:%
9(8
8!;
'₂
8!(
%77
!;(
:7:
9(9
8!
Ar
;!(
%%
!98
:(88
99
8!9
+₂
;!(
%7
!8:
:8**
8((
;!%
52₄
%%%
%;%
!8%
89;9
%8
;!
#r
%(
(;
!97
;8%(
%%8
;!8
=e
%:
(;
!:;
%(.:77
%(%
;!(
5₂2₄
%9
(8*
!:%
%7.:8
%9::
%!7
5₂2₆
%8
*8
!:%
%:.(7%
%;*
%!:
254
%88
*(
!98
%:.%8*
%;7:
%!7
#
2&r
(:
*:*
!:9
%9.:%8
(%%;
%!*
54₂
(*8
7%9
!9
%8.78
((%7
;!*
•
"iambil "iambil dari #uman #uman 1anje@i$ 1anje@i$!! 2andbook 2andbook of Thermody Thermodynami$ nami$ Tables and 5harts! Mo0ra?-2ill! Ne? York! %;9:.
"engan "engan memakai memakai data dalam dalam tabel tabel %.7! %.7! grafik grafik )@ᵦF1 terhad terhadap ap T$ diperlihatkan dalam gambar %.;! dan lagi-lagi suatu garis lurus diperoleh untuk %7 $airan sederhana. #emiringan garis ini ialah !8! hampir sesuai dengan harga yang diharapkan Dkesesuaiannya lebih baik lagi jika hanya ditinjau sembilan $airan yang pertamaE.
'am(ar 19. hukum kea+aan 8ang (ersesua*an (ersesua*an untuk kal-r kal-r enguaan ,a*ran se+erhana a+a temeratur tere+uks* sek*tar 9"
#arena titik didih tereduksi dari banyak $airan berada di sekitar !: ! persamaan D%.9E dapat dipandang sebagai hukum keadaan yang bersesuaian! dengan pernyataan )@ᵦD pa pada
T Q !: E H !71T$ Tc
"engan menga$u pada tabel %.7 ! perhatikan bah?a hasil bagi yang di$antumkan dalam kolom terakhir tidak tetap! tetapi naik terhadap Tᵦ. Namun! kenaikannya kenaikannya $ukup $ukup ke$il sehingga hampiran hampiran kasar didapatkan didapatkan dengan dengan mengamb mengambilil )@F1T )@F1Tᵦ sekita sekitarr ; suatu suatu kaidah kaidah kerja yang dikenal dikenal sebagai aidah Trouton yang sangat berguna bila T$ belum diketahui. &. Su(l*mas* Su(l*mas*7 ersamaan #*r,hh-)) Persamaan 5lapeyron untuk sublimasi ialah $ $ $ $
v −v
¿
¿ T ¿
!
dP ls + dT ¿
#eterangan v
$ $ $
v
$
H @olume molar uap H @olume polar padatan
Sublimasi biasanya terjadi pada pada tekanan renda!uapnya bisa dipandang sebagai gas ideal!sehingga $ $ $
v %
RT P
#arena P ke$il! ke$il! v $ $ $ menjadi besar!benar benar jauh lebih l ebih besar daripada @olume molar padatan!sehingga padatan!sehingga
v
$
bisa diabaikan!atau
$
$ $ $ −¿ v % v ¿ v
$$ $
Persamaan 5lapeyron bisa ditulis ls
H1
dP / P 2
dT / T
d ∈ P 1
H -1
H - (!* 1
Sehingga dapat dilihat bah?a
d ( ) T
d log P 1 ! d ( ) T
l S sama dengan (!* 1 kali kemiringan
kur@a yang diperoleh bila log P dirajah dirajah terhadap %FT. Tekanan uap padatan biasanya diukur untuk selang temperatur yang ke$il. "alam selang ini grafik log P terhadap %FT praktis merupakan garis lurus!atau log P =
−"#"apan T
+ "#"apan.
Menurunkan persamaan 'irchhoff untuk kalor sublimasi suatu sistem kimia diberikan oleh d& =T ds + v dP
Masukkan persamaan T d s kedua!kita dapatkan
[ ( )]
d& =c p dT + v −T
∂ v ∂ T
dP
p
¿ c p dT + v ( 1 − βT ) dP Perubahan entalpi yang berlebihan antara dua keadaan P i T i dan Pf T f ialah
f
& f −& i
∫c
f
p
∫ v (1− β T ) dP .
dT +
i
kita terapkan persamaan ini pada at
i $ i pada tekanan nol dan pada temperatur
padat yang keadaan a?alnya
$
nol mutlak!yang keadaannya akhirnya
f
'am(ar 19.19 Bag*an ermukaan PT +* (aCah t*t*k tr*el Merupakan at padat jenuh Dat padat yang hampir bersublimasiE yang digambarkan oleh suatu titik pada kur@a padatan-jenuh diba?ah titik tripel tripel.. #edua #edua keadaa keadaan n ini diperl diperliha ihatka tkan n pada pada permuk permukaan aan P
$ i ke
$ f !kita
$ i ke
$ f .
4intas 4intasan an yang yang paling paling enak enak dipaka dipakaii digamb digambark arkan an dengan dengan dua langk langkah ah $ $ i ' ( dan ( ' f !yang pertama merupakan proses isoterm pada nol
mutla mutlak k dan dan yang yang kedu kedua a meru merupa paka kan n pros proses es isob isobar ar pada pada teka tekana nan n P. "eng "engan an memb member erii tand tanda a enta entalp lpii akhi akhirr deng dengan an $
&0 .
dengan
(
$
$
i
$
∫ v ( 1− βT ) ) dP +∫ c
& − & 0=
i
$
p
dT
(
P
T
¿∫ v dP +∫ c P$ dT ! $
0
0
&
$
dan entalpi entalpi a?al
#eterangan v
$
H @olum molar at padat pada nol mutlak
$
tetap. c p H kapasitas kalor molar pada tekanan P tetap. Sekarang!tekanan pada sebuah titik pada kur@a sublimasi untuk hampir semua at padat biasanya amat ke$il. Misalnya! untuk es biasa berkisar antara hingga sekitar : PaJ untuk kadmium dari hingga % Pa. ,adi! jika kita batasi pemakaian rumus ini at padat pada temperatur P
dengan tekanan uap amat ke$il!kita dapat mengabaikan
∫v
$
dP!dan
0
T
$
∫
$
$
& = c p dT + &0
D%.8E
0
$
c p
#arena tekanan!harga
suatu suatu at padat padat tidak tidak beruba berubah h banya banyak k terhad terhadap ap
$
c p pada tekanan atmosfer dapat dipakai dalam integral
di atas. atas. /ntalp /ntalpii uap jenuh jenuh yang yang dituju ditujukan kan dalam gambar gambar %.% %.% dapat dapat dihitung berdasarkan anggapan bah?a uap jenuh pada tekanan rendah berkel berkelaku akuan an sepert sepertii gas ideal. ideal. #embal #embalii ke persa persamaa maan n umum umum
( )
∂ & p ∂ T
c P
H
dan menginga mengingatt bah?a bah?a entalp entalpii gas ideal sebag sebagai ai fungsi fungsi dari dari
temperatur saja!kita dapatkan $ $ $
$$ $
d& =c p dT .
"engan mengintegrasi dari nol mutlak hingga T !kita !kita dapatkan T
$ $ $
∫c
$ $ $ p
& =
+ dT + & $$0 $
0
"engan
$ $ $
&0
menyatakan entalpi molar uap jenuh pada nol mutlak.
D%.;E
Sekarang! ditinjau sublimasi keterbalikan % mol at padat pada temperatur T dan tekanan P yang bersesuaian bersesuaian dengan transisi transisi dari
$
f
ke
$ $ $
f
dalam gambar %.%. $$ $
l s = & −&
#ita dapatkan T
$
T
¿∫ c dT −∫ c$ p dT + &$0$ $ −&0$ . $$ $ p
0
0
#arena kedua ntegral itu mendekati nol ketika T mendekati mendekati nol!maka $ $ $ $ l s '& 0 −&0 ketika T ' !
"an
$ $ $
&0
adalah alor sublimasi pada nol mutla dan dan dineri lambang
l0
. ,adi! T
∫c
$ $ $ p
l s=
T
∫
$
dT − c p dT + l 0
0
0
D%.%E Pers Persam amaa aan n Persa ersama maaa aan n
ini ini
di
atas atas
hany anya
dike dikena nall meru merup pakan akan
seba sebaga gaii
pers persam amaa aan n
hampi ampira ran n!dan !dan
#ir$ #ir$hh hhof off. f.
diba dibata tas si
oleh leh
persyaratan bah?a tekanannya rendah dan uap jenuh berkelakuan seperti gas ideal. 6. Tetaa taan n teka tekana nan3 n3ua ua ,ika ,ika uap yang yang berad berada a dalam dalam keseti kesetimba mbang ngan an denga dengan n at padat padat berkelakuan seperti gas ideal!dan jika @olume at padatnya bisa diabaikan dibandingkan dengan uap!persamaan 5lapeyron menjadi l dP = s 2 dT . P RT
,ika!di ,ika!di samping samping anggapan anggapan itu!kita andaikan andaikan juga bah?a bah?a tekanan tekanan uapnya sangat ke$il!maka persamaan #ir$hhoff bisa dipakai jadi! T
∫
T
∫
$ $$ p
$
l s =l 0 + c dT − c p dT . 0
0
#apasitas kalor molar gas ideal dapat digambarkan sebagai jumlah suku tetap dan suku yang merupakan fungsi dasi temperatur. ,adi! $$ $ $ $ $ $ $$ c p =c 0 + c i ,
$ $ $
"eng "engan an 7 R 2
c0
D%.%%E
5 R untuk semua gas monoatom dan 2
sama sama deng dengan an
untu untuk k semu semua a gas gas d?ia d?iato tom! m!ke ke$u $ual alii hidr hidrog ogen en.. 'akt 'aktor or
$$ $
ci
ditimbulkan oleh derajat kebebasan internal dari uapJ faktor itu mempunyai sifat sifat mendek mendekato ato nol dengan dengan $epat ketika ketika T mendekati nol bila gas itu ekaatom. Persamaan #ir$hhoff bisa ditulis T
$ $ $ 0
∫
T
∫
$ $ $ i
$
l s=l 0 + c + c dT − c p dT ; 0
0
"an setelah menyulihkan ke dalam persamaan 5lapeyron!kita dapatkan $ $ $
$$ $ 0
∫c
T
$ $ $ i
∫c
dT
l c 0 dP = 0 2 dT + P RT RT RT 2
dT −
$ p
dT
0 2
RT
dT .
"engan mengintegrasi persamaan iniakhirnya kita dapatkan T
T
∫ c dT 1 ∫ c dT −l c 1 ¿ P= + ∈ T + ∫ dT − ∫ dT + i , RT R R R T T 0
$ $ $ 0
$ $ $ i
T
0
0
2
0
$ p
T
D%.%(E
2
0
"engan i meny menyat atak akan an teta tetapa pan n inte integr gras asi. i. 2ubu 2ubung ngan an ini ini tida tidak k ketat!tetapi $ukup tepat untuk dipakai sehubungan dengan pengukuran tekanan uap at padat se$ara per$obaan. Pengukuran seperti itu biasanya
dise disert rtai ai gala galatt yang ang jauh jauh lebi lebih h besa besarr dari daripa pada da yang yang timb timbul ul kare karena na pengandaian penyederhanaan penyederhanaan yang dimasukkan dalam penurunan ini. $$ $
,ika uap itu dalam keseimbangan dengan at padat ekaatom! c 0 5 R da dan 2
mempunya nyai harga
$$ $
nol. nol. ,adi ,adi pers persam amaa aan n kur@ kur@a a
c p
sublimasinya menjadi T
∫ c dT l 5 1 ¿ P= + ∈T − ∫ dT + i RT 2 R T $ p
T
0
0
D%.%*E
2
0
"engan mengubahnya menjadi logaritma biasa dan menyatakan tekanan dalam atmosfer!kita dapatkan T
∫ c dT −l i 5 1 + log T − −log 1.013.250 log P = 1.013.250 . dT + ∫ 2,30 RT 2 2,30 R 2,30 T $ p
T
0
0
2
0
"ua suku yang terakhir dikenal sebagai tetapan teanan-uap pratis ,adi! $
i=
¿
i − log1.013.250 2,30
i − 6,0052. 2,30
Akhirnya! dengan menyatakan menyatakan tekanan dalam dalam milimeter!kita dapatkan dapatkan harga numerik (!*1 H %;!% ,Fmol deg 4og 9: H (!88%! T
"an dengan mengambil
c dT ∫ 1 )= ∫ T dT , 2,30 R $ p
T
0
2
0
$ i .
Maka persamaannya menjadi log P =
−l 0
+ 5 log T − ) + i $ + 2,881.
19,1 T 2
)nilah bentuk yang paling berguna bagi fisika?an atau kimia?an yang bekerja di laboratorium. Persamaan sublimasi dipakai menurut dua $ara %. 3ntuk 3ntuk mendapatkan mendapatkan penguk pengukuran uran melalui melalui per$obaan per$obaan tetapan tetapan $ i yang akan dibandingkan dengan perhitungan
tekanan-uap
teori dari i $ J dan %E 3ntuk 3ntuk menghitung menghitung tekana tekanan n uap suatu suatu at pada pada temperatur temperatur yang yang Pnya terlalu ke$il untuk diukur. "alam kedua hal itu! integral & harus di $ari berdasarkan pengukuran melalui per$obaan dari bisa bisa dilak dilakuka ukan! n!
$
c p atau harga se$ara teori
$
c p . Supaya hal ini
$
c p harus dirajah terhadap T dari nol mutlak sampai
temperatur tinggi yang diperlukan. 4uas di ba?ah kur@a pada berbagai harga harga T didapa didapatka tkan n dengan dengan integr integrasi asi numeri numerik k dan dengan dengan demiki demikian an @ari @arias asii temp temper erat atur ur dari dari dibagi dengan diba?ah
kur@a
∫c
$ p
dT
bisa bisa dipero diperoleh leh.. Sekara Sekarang ng harga harga ini
2 T dan di rajah paga grafik yang lain terhadap T. 4uas
yang
baru
ini!
pada
berbagai
harga
T
yang
tersedia!menunjukkan tersedia!menunjukkan @ariasi & terhadap temperatur. ,ika ,ika terda terdapat pat penguk pengukura uran n tekana tekanan n uap untuk untuk selan selang g temper temperatu aturr yang yang lebar lebar!h !harg arga a numer numerik ik dari dari
5 log P − log T + ) bisa dirajah terhadap %FT. 2
#arena
−l0 1 $ 5 + i + 2,881, log P − log T + ) = 2 19,1 T Maka grafik yang dihasilkan merupakan garis lurus dengan kemiringan ¿−
l0 19,1
perpotongannya , dan perpotongannya
¿ i$ +2,881.
Ta(el 19.? Data untuk menentukan T!#
4og P
*: *8 7 7
- 9!77
;7
- :!9 - !8 - 7!%9 - (!8: - %!99 - !;;
$ i ka+m*um
5 log T 2
&
5 log P − log T + ) 2
%FT
:!*8
%!8(
- %(!
!(98
:!7
%!88
- %%!%7
!(:*
:!
%!;7
- %!*:
!(
:!:*
(!8
- 8!9(
!(((
:!9
(!(
- 9!7%
!(
:!8
(!*(
- :!*
!%8(
:!;7
(!7%
- !(
!%:8
'am(ar 19.11 'ra)*k untuk menetukan tetaan tekanan ua ka+m*um "ata "ata untu untuk k kadm kadmiu ium m terd terdaf afta tarr dala dalam m tabe tabell %. %... peng penguk ukur uran an tekanan uap dilakukan oleh /gerton dan 1aleigh! dan pengukuran oleh 4ange 4ange dan Simon. "ari grafik yang ditunjukkan ditunjukkan dalam gambar %.%%! %.%%! l didapatkan sama dengan %%( #jFmol dan i sama dengan %.. ꞌ
?. Penguk Pengukura uran n Tek Tekana anan n Ua Ua Penentuan Penentuan kalor kalor sublimasi sublimasi pada nol mutlak mutlak l tetapan uap uap i dan tetapan ꞌ
memerlukan pengukuran tekanan uap at padat yang teliti. 5ara yang paling paling mudah mudah untuk untuk menent menentuka ukan n kalor kalor pengua penguapa pan n suatu suatu at $air $air juga juga memerlukan pengukuran tekanan uap. #ita tinjau beberapa metode yang biasa dipakai
%. Meto Metode de stat statik ik &ila tekanan uap ada dalam selang antara % -* sampai %* mm 2g D%-% sampai % PaE! benjana yang berisi at padat atau at $air dihubung dihubungkan kan dengan dengan manometer manometer kolom $airan! $airan! dan tekananny tekanannya a bisa bisa diba$a diba$a langs langsung ung.. Metod Metode e statik statik biasan biasanya ya $ukup $ukup memada memadaii untuk at $air! tetapi seringkali sedikit gunanya untuk mengukur tekanan uap at padat bertitik lebur tinggi. (. Metode Metode pengu penguapa apan n 4ang 4angmui muir r 6at 6at pada padatt yang yang teka tekana nan n uapn uapnya ya akan akan diuk diukur ur haru harus s diti ditimb mban ang g dengan hati-hati! juga luas permukaannya. 6at itu diletakkan dalam suatu ruang hampa dan temperaturnya dinaikkan sekehendak kita. 6at 6at akan akan meng mengua uap p deng dengan an laju laju teta tetap! p! dan dan uapn uapny ya dise disedo dot. t. "iandaikan laju penguapan sama dengan laju molekul menumbuk at padat jika terjadi kesetimbangan antara padatan dan uap. 4aju ini sama dengan P F √ 2 * m+T ; sehingga laju kehilangan massa per satuan luas * F + ialah M 2 *RT M m atau P= = P ( m ( 2 *RT "engan m menyatakan berat molekul. Metode ini sangat berguna
√
√
bila at itu berupa ka?at yang titik leburnya tinggi. *. Meto Metode de efu efusi si #nu #nuds dsen en Metode ini merupakan @ariasi dari metode 4angmuir! berat dan luas permukaan at padatnya tidak terlalu diukur. Sebagai gantinya! at yang yang sedang sedang mengua menguap p dile?a dile?atka tkan n melalu melaluii suatu suatu bukaa bukaan n yang yang dike diketa tahu huii
luas luasny nya! a!
perangkap
yang
kemu kemudi dian an dingin.
diko dikond nden ensa sasi sika kan n
Pengukuran
massa
dala dalam m
suat suatu u
uap
yang
terkondensasikan setelah sutu selang ?aktu tertentu menghasilkan kunatitas *. #ebergantungan penuh tekanan uap pada temperatur memerlukan suatu rumus dengan empat tetapan yang bisa diatur. Salah satu rumus yang diusulkan oleh Nesmeyano@
) P= ( − + CT + ¿ log T T log ¿
D%.%7E
0ambar yang dilukiskan dalam gambar %.%( menunjukkan bah?a
l0 %
( )
3 c v 5 β
D%.%E
0
Ta(el 19. 2asil 19. 2asil bagi antara kapasitor kalor dengan ktermuaian dan kalor sublimasi sublimasi logam
[ ( c / β ) v
0
diperoleh 1. #. #irbyJ l didapatkan oleh A. N.
NesmeyanR
'am(ar 19.12 #alor 19.12 #alor sublimasi pada nol mutlak berbanding lurus dengan
( c v / β )0
. PERMU#A PERMU#AAN AN TERM$ TERM$DINA DINAMI#A MI#A #eadaan kesetimbangan sembarang at termampatkan sederhana dapat dinyatakan dalam permukaan segiempat! ruang tiga dimensi yang disebut permukaan termodinamik.
(.% "iagram 'ase
0ambar %%. "iagram p-T untuk at murni
"isebut digram fase karena ketiga fase dipisahkan satu sama lain oleh tiga garis. %. 0aris sublimasi sublimasi Dsublimati DsublimationE onE menyataka menyatakan n kesetim kesetimbang bangan an antara antara fase padat dan fase uap. (. 0aris 0aris pengua penguapan pan D@apor D@aporati ationE onE menya menyatak takan an keset kesetimb imbang angan an antara antara fase $air dan uap. *. 0aris pelebu peleburan ran DmeltingE DmeltingE menyataka menyatakan n kesetimbang kesetimbangan an fase padat padat dan dan fase $air. "an hanya pada satu titik dimana fase padat! fase $air! dan uap berada berada dalam kesetimban kesetimbangan gan yaitu pada titik tripel Dtriple pointE. pointE. 3jung garis uap adalah titik kritis! sebab tidak ada pembedaan antara fasa $air dan fasa uap di atas titik kritis.
a. "ata "ata Tit Titik ik Tri Tripe pell Nama 6at 2elium-7 2idrogen Neon +ksigen Nitrogen Amoniak "ioksid belerang "ioksid karbon Air
TD#E
p
p DPaE
(!%%9 %*!;9 (7!: 7!*: :*!% %;!7
Dmm2gE *9!99 (!8 *(7 %!%7 ;7 7!9
* 97 7*!( %( %( :9
%;9!:8
%!(:
%:9!
(%:!
*88
%9
(9*!%:
7!8
:%%
>. PERSA PERSAMAA MAAN N LAUSI LAUSIUS US LA LAPER$N PER$N Persamaan 5lausius 5lapeyron merupakan sebuah hubungan yang pentin penting g mengen mengenai ai hubun hubungan gan tekana tekanan! n! suhu! suhu! perub perubaha ahan n entalp entalpi! i! dan @olu @olume me jeni jenis s yang yang dihu dihubu bung ngka kan n deng dengan an peru peruba baha han n fase fase.. Terdap rdapat at beberapa beberapa sifat termodinam termodinamik ik yang tidak dapat dapat diukur diukur se$ara se$ara langsung langsung $ontoh $ontohnya nya adala adalah h peruba perubahan han entalp entalpi. i. Menuru Menurutt persam persamaan aan 5lausi 5lausius! us! perubahan entalpi dapat dihitung berdasarkan pada pengukuran tekanan! suhu! dan @olume jenis. Persamaan 5lausius 5lapeyron se$ara mudah dapa dapatt ditu dituru runk nkan an dari dari pers persam amaa aan n MaI? MaI?el elll untu untuk k dua dua fase fase dala dalaGm Gm kesetimbangan. 2ubungan persamaan MaI?ell
( ) =( ) ∂p ∂ T
v
∂ s ∂v
T
6at murni murni berub berubah ah dari dari keada keadaan an $airan $airan jenuh jenuh ke keadaa keadaan n uap uap jenuh berlangsung pada suhu konstan karena kalor yang diserap digunakan untuk berubah fase! tidak untuk menaikkan suhu. Tekanan dan suhu suhu tidak tidak berga bergantu ntung ng pada pada @olum @olume e pada pada daerah daerah jenuh! jenuh! maka maka dapat dapat dituliskan
( )
∂p ∂p = ∂ T v ∂ T
"ari hukum pertama untuk at yang mengalami perubahan fase! -= ∆ −/
¿ g −f + p ( v g− v f ) ¿ & g−& f =& fg #alo #alorr yang yang dise disera rap p per per satu satuan an mass massa a pada pada teka tekana nan n kons konsta tan n sama sama dengan! 0 =Ts fg
"an
s fg =
& fg T
s −s s ∂s = g f = fg ∂ v T v g −v f &fg
( )
"ari "ari hubung hubunganan-hu hubun bungan gan di atas! atas! didapa didapatt suatu suatu persa persamaa maan n 5lausi 5lausius us 5lapeyron v T ( ¿ ¿ g −v f )=
&fg T v fg
dP s g− s f s fg dP & = = dan = ¿fg dT v g− v f v fg dT
Persamaan di atas disebut persamaan 5lausius 5lapeyron yang menyatakan kemiringan garis kesetimbangan dalam digram p-T. ,adi hfg dapat ditentukan dari kemiringan kur@a tekanan uap dan @olume jenis $airan jenuh dan uap jenuh pda suhu yang ditentukan. Terdapat Terdapat beberapa peruba perubaha han n fase fase berbed berbeda a yang yang dapat dapat terjad terjadii pada pada suhu suhu dan dan tekan tekanan an konstan. ,ika dua fase ditandai dengan superskrip dan K! kita dapat menuliskan persamaan 5lausius 5lapeyron dalam bentuk umum
$ $
$
$ $
$
dP s − s dP & −& = $ $ $ dan = dT v − v dT T ( v $$ − v $ )
,adi untuk perubahan keadaan at murni dari keadaan padatan jenuh ke kead keadaa aan n $aira $airan n jenu jenuh h yng yng berl berlan angs gsun ung g pada pada suhu suhu kons konsta tan! n! dapa dapatt dituliskan v T ( ¿ ¿ f −v s )=
& sf T v sf
dP & sf = dT ¿
@. Peneraan Peneraan Persamaa Persamaan n laus*us laus*us lae8r lae8r-n -n +alam +alam F*s*ka F*s*ka
1udolf 1udolf 5lausius 5lausius adalah orang orang yang pertama yang yang men$etusk men$etuskan an hukum kedua termodinamika. Persamaan $lausius $lapeyron yang mun$ul menjelaskan hubungan antara tekanan dan suhu di dua tahapan yang substansi yang berada dalam keseimbangan. Persamaan ini menjelaskan sebagai entropy kuantitas yang lain tetap selama perubahan @olume dan suhu dalam siklus 5arnot sebagai a?al sebagai %8 kertas! tetapi ia tidak nama ini konsep penting pada ?aktu itu. Masih tanpa konsep nama 5lausius dirumuskan! dalam sebuah ri?ayat dari %87! dengan dasar dari teori konsep pengukuran transformasi persamaan derajatnya ia kemudian disebut entropy. "alam sebuah karya yang diterbitkan dalam konsep %8: adalah adalah nama nama yang yang jelas jelas untuk untuk pertam pertama a kaliny kalinya. a. "alam "alam makala makalah h %8: %8: 5lausius menyatakan Pertama dan #edua hukum termodinamika dalam formulir berikut
,. /nergi dari semesta adalah konstan. . /ntropy dari semesta $enderung maksimal. 1udolf 1udolf 5lausi 5lausius us menya menyatak takan an dalam dalam makala makalah h nya nya yang yang berjud berjudul ul
ber be/e"ende 'raft der 01rme pada %8 'ebruari %8 dan diterbitkan di +nnalen der Ph%si yang yang digunakan sebagai suatu properti dari sistem! entropi! dimana ini dapat digunakan dalam menentukan apakah hukum kedua termodinamika dilanggar dalam situasi tertentu. &erikut merupakan pernyataan $lausius
2 adal adalah ah tida tida mun" mun"i in n untu untu memb membua uatt suat suatu u alat alat %an" %an" bero berope pera rasi si berdasar berdasaran an suatu suatu silus silus %an" efe satu-satu satu-satun%a n%a adalah adalah perpindah perpindahan an alor dari suatu benda %an" lebih din"in e benda %an" panas3. Pernyataan tersebut berlaku untuk sebuah refrigator Datau sebuah pompa kalorE. "inyatakan bah?a adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah refrig refrigato atorr yang yang memind memindahk ahkan an energi energi dari dari benda benda yang yang lebih lebih dingin dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya masukan usaha.
?.1 P-ma #al-r 0Heat Pum
Heat Heat pump pump atau atau pompa pompa kalor kalor adalah adalah suatu suatu sistem sistem yang yang dapat dapat menyerap kalor dari suatu tempat kemudian membuangnya membuangnya di tempat lain. Pompa kalor dapat digunakan sebagai pendingin jika memanfaatkan sisi peny penyer erap apan an kalo kalorr ! inil inilah ah yang yang dise disebu butt deng dengan an sist sistem em refri refrige gera rasi si.. Sebali Sebalikny knya a pompa pompa kalor kalor juga juga dapat dapat diguna digunaka kan n sebaga sebagaii pemana pemanas s jika jika memanf memanfaat aatka kan n sisi sisi pembua pembuang ngan an kalor kalornya nya.. 5ontoh 5ontoh sederh sederhana ana pompa pompa kalo kalorr adal adalah ah air conditioner . +ir conditioner menye menyerap rap kalor kalor yang yang ada diruangan kemudian membuangnya ke luar ruangan. 3ntuk 3ntuk memah memahami ami prinsi prinsip p pompa pompa kalor kalor maka maka analog analogii pompa pompa air dapat dapat diguna digunakan kan karena karena se$ar se$ara a prinsi prinsip p keduan keduanya ya tidak tidak berbe berbeda. da. Air Air se$ara se$ara alami alami akan akan mengal mengalir ir dari dari tempat tempat yang yang tinggi tinggi ke tempat tempat yang yang rendah. 3ntuk mengalirkan air dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi tinggi dibutuhkan dibutuhkan suatu alat DpompaE dan usahaFkerja usahaFkerjaFener Fenergi gi dari luar DmekanikE. "engan menggunakan pompa maka air yang ada di tempat yang lebih dapat dihisap dan dikeluarkan di tempat yang lebih ti nggi. Pada Pada kalo kalorr pun pun terj terjad adii hal hal yang ang sama sama.. #alo #alorr se$a se$ara ra alam alamii mengal mengalirFb irFberp erpind indah ah dari dari temper temperatu aturr yang yang tingg tinggii ke tempe temperat ratur ur yang yang rendah. Tinggi atau rendahnya temperatur merupakan salah satu indikasi besarnya energi kalor yang dimiliki suatu at. Semakin tinggi temperatur maka maka semak semakin in tinggi tinggi energi energi kalorn kalornya ya.. 3ntuk 3ntuk memin memindah dahkan kan kalor kalor dari dari tempat yang temperaturnya lebih rendah maka dibutuhkan sistem pompa kalor. Seperti halnya pompa air! untuk menyerap kalor dan membuang kalor kalor dibutuhka dibutuhkan n kerjaFusa kerjaFusahaFen haFenergi ergi dari luar. luar. &iasanya &iasanya proses proses pompa pompa kalor digambarkan seperti diba?ah ini.
'am(ar 12. Pr-ses P-ma #al-r
"imana Ts adalah suhu lingkungan! T$ adalah temperatur pada sisi penyerapan kalor! Th adalah temperatur pada sisi pembuangan kalor! W adalah kerja dari luar! $ adalah kalor yang terserap dan h adalah kalor yang dibuang. Pada saat tidak ada W yang bekerja maka temperatur T s! T$! dan Th adal adalah ah sama sama DTsHThHT HT$ $E dan dan tida tidak k ada ada pros proses es perp perpin inda daha han n kalo kalor r diantaranya. &egitu ada kerja W dijalankan maka T $ menjadi lebih rendah dibandingk dibandingkan an dengan dengan Ts. +leh karena itu energi kalor yang berada di sekitarnya terserap oleh sistem ini. #alor yang terserap ini dibuang ke sisi h sehingga temperatur Th menjadi lebih besar dari Ts. Pada keadaan ini maka T$ O Ts O Th. 2ubung 2ubungan an antara antara kalor kalor yang yang disera diserap p dan dibuan dibuang g mengikuti persamaan h H $ W 3ntuk 3ntuk menunj menunjukk ukkan an sebar sebarapa apa baik baik perfor performa ma dari dari suatu suatu pompa pompa kalor! maka dikenal dengan istilah 5+P D5oeffi$ient of Performan$eE atau dala dalam m baha bahasa sa )ndo )ndone nesi sia a dise disebu butt deng dengan an koef koefis isie ien n kine kinerj rja. a. 5+P 5+P ini ini merupakan merupakan perbanding perbandingan an antara antara output output yang digunakan digunakan dengan dengan input yang diberikan. Pada pompa kalor! input adalah kerja dan output dapat merupakan penyerapan kalor atau pembuangan kalor. ,ika pompa kalor
digu diguna naka kan n
sebag ebagai ai
pend pendin ingi gin n
D1ef D1efri rige gera rasi siEE
maka maka
outp output ut
adal adalah ah
penye penyerap rapan an kalor kalor.. Sebali Sebalikny knya! a! jika jika pompa pompa kalor kalor diguna digunakan kan sebag sebagai ai pemana pemanas s Dheate DheaterE rE maka maka outpu outputny tnya a adalah adalah pembu pembuang angan an kalor kalor.. +leh +leh karena itu 5+P diekspresikan dengan 3
Untuk en+*ng*n
5+P H $ F W oleh karena W H h $ maka 5+P H
-c -&1-c
3 Untuk Pemanas 5+P H h F W Atau 5+P H
-& -&1-c
"ua jenis sistem pompa kalor yang sudah di komersilkan se$ara luas adalah sistem refrigerasi kompresi uap DS1#3E dan thermoele$tri$. S1#3 merupakan sistem yang paling banyak ditemui di dalam kehidupan sehari-hari! sepeti Air $onditioner DA5E dan lemari es. #eunggulan dari S1#3 adalah 5+Pnya yang sangat tinggi. 2al inilah yang menyebabkan teknologi ini belum bisa digantikan oleh teknolgi lain. Walaupun demikian! S1#3 membutuhkan banyak komponen dan kurang bisa diterapkan di tempat yang ke$il. ,enis pompa kalor thermoele$tri$ sering dijumpai sebagai pendingin elektronik elektronik seperti seperti prosesor prosesor.. #eunggula #eunggulan n teknologi teknologi ini adalah adalah ukurannya ukurannya yang ke$il ! sangat mudah diterapkan dan $ukup di$atu dengan listrik searah D"5E. Namun 5+Pnya masih sangat ke$il dibandingkan dengan S1#3. Sebenarnya ada beberapa jenis lain yang dapat digunakan sebagai sistem pompa kalor namun sulit untuk dijumpai dalam kehidupan sehari-
hari! yaitu sistem refrigerasi absorpsi! thermoa$ousti$! thermomagneti$! dan tabung @orteI. ?.1.1 ?.1.1 Mes*n Mes*n Re)r* Re)r*ger geras* as* S*kl S*klus us A(s-r A(s-rs* s* Mesin Mesin refrigr refrigras asii siklus siklus absorp absorpsi si sedikit sedikit berbed berbeda a dengan dengan mesin mesin refrigerasi siklus kompresi uap. #omponen sistem seperti kondensor! alat ekspansi dan e@aporator juga digunakan pada mesin refrigerasi absorpsi. Sedangkan kompresor pada sistem refrigerasi siklus kompresi uap diganti fungsinya oleh generator! absorber! dan pompa.
'am(ar 1&. S*klus Mes*n Re)r*geras* S*klus A(s-rs* A(s-rs* Ada beberapa jenis
dari
sistem
refrigerasi
siklus
absorpsi
diantaranya U5ontinuous absorption system -5ontinuous absorption system ?ith pump -5ontinuous absorption system ?ith out pump U)ntermitten absorption system Sebag Sebagai ai sumber sumber energi energi pengge penggerak rak sistem sistem adalah adalah energ energii panas panas Dkalor DkalorEE sehing sehingga ga sering sering disebu disebutt heat-o heat-oper perate ated d $y$le $y$le.. Sebag Sebagai ai sumbe sumber r
energi panas didapatkan dari gas alam! kerosin! elemen pemanas listrik! uap panas! gas panas buang dan sumber-sumber panas yang lainnya. Aplikasi dari sistem ini dapat diterapkan pada refrigerasi refrigerasi domestik maupun pada sistem refrigerasi komersial dan juga pada pengkondisian udara. Se$ara umum fluida kerja yang digunakan pada sistem refrigerasi siklus absorpsi adalah refrigeran dua substansi berupa $ampuran tak bereaksi sepertiJ - amonia-air DN2* 2(+E - air-lithium bromide D2(+ 4i&rE! dan lain sebagainya Pada Pada sistem sistem Air-A Air-Amon monia! ia! air berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii absorb absorbent ent dan amonia amonia berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii refrig refrigera eran. n. Sedan Sedangka gkan n pada pada sistem sistem 4itium 4itium bromida-air! litium bromida berfungsi sebagai absorben dan air sebagai refrigerannya.
5ontinuous
Absorption
System
?ith
Pump.
Mesin refrigerasi siklus absorpsi dengan pompa sering disebut dengan siklus refrigerasi absorpsi dua tekanan. Pada siklus ini ada sisi tekanan tinggi dan tekanan rendah yang dibatasi oleh katup ekspansi dan katup throtle yang terdapat antara absorber dan generator. #ompo #ompone nen n utama utama dari dari siklus siklus refrige refrigeras rasii absorp absorpsi si dua dua tekana tekanan n adalahJ generator! absorber! pompa! kondensor! e@aporator! alat ekspansi! dan dan katu katup p thro throtl tle. e. Adapu dapun n $ara $ara kerj kerjan any ya adal adalah ah seba sebaga gaii beri beriku kut t 5ampuran kuat refrigeran-absorben Dstrong solutionE dipanaskan di dalam generator sehingga refrigeran menguap dan terpisah dari absorbennya. 3ap 3ap
refr refrig ige eran ran
mend mendin ingi gink nkan anny nya a
selan lanjutn jutny ya sehi sehing ngga ga
dimu imurnik rnikan an abso absorb rben en
dala dalam m
yang ang
re$ti e$tifi fier er
ikut ikut
den dengan gan
meng mengua uap p
akan akan
mengem mengembun bun dan menga mengalir lir kembal kembalii ke gener generato ator. r.3ap 3ap refrige refrigeran ran murni murni kemu kemudi dian an didi diding ngin inka kan n
meng mengal alir ir sehi sehing ngga ga
mela melalu luii
kond konden enso sorr.
refr refrig iger eran an
"i
meng mengal alam amii
kond konden enso sorr pros proses es
refr refrig iger eran an
peng pengem embu buna nan. n.
#ondensatnya yang sudah berupa ?ujud $air yang keluar dari kondensor!
kemudian dialirkan menuju alat ekspansi. Pada alat espansi refrigeran diekspansikan sehingga tekanannya menjadi rendah Dtekanan e@aporatorE dan disertai dengan turunnya temperatur refrigeran. "i dalam e@aporator refrigeran mengalami proses penguapan dengan menyerap panas yang ada ada
dise diseke keli lili ling ng e@ap e@apor orat ator or..
Pros Proses es abso absorp rpsi si uap uap
refr refrig iger eran an oleh oleh
absorbennya berlangsung di dalam absorber dengan $ara melepas kalor! dimana absorben yang datang dari generator sudah berupa larutan lemah D?eak solutionE sehingga bisa menyerap uap refrigeran yang datang dari e@aporator. "engan terjadinya penyerapan uap refrigeran oleh absorben! maka maka di abso absorb rber er terb terben entu tukl klah ah laru laruta tan n kuat kuat Dstr Dstron ong g solu soluti tion onEE yang yang selanjutnya akan dialirkan lagi menuju generator dengan menggunakan pompa. "emikian proses ini berlagsung se$ara terus menerus. ?.1.2 Ta(ung Ta(ung -rte5 -rte5 Tabung @orteI ditemukan oleh 0.,. 1angGue pada tahun %;*% yang kemudian kemudian dikembang dikembangkan kan lebih lanjut lanjut oleh Prof. 2ils$h. 2ils$h. Tabung @orteI adalah adalah salah salah satu satu alat alat yang yang dapat dapat dipaka dipakaii untuk untuk pendi pendingi ngin. n. Sekali Sekaligus gus pemanas. Sumber energinya adalah udara yang terkompresiFbertekanan. Tabung @orteI merubah udara bertekanan menjadi ( aliran udara yaitu aliran udara panas dan aliran udara dingin. Aliran udara panas dan dingin yang dikeluarjkan tabung @orteI dapat ber@ariasi. Sebagai $ontoh udara masukk masukkan an pada pada % psi psi dan (9 V5 dapat dapat diatur diatur untuk untuk mendin mendingin ginka kan n sebagian udara menjadi -*7 V5 dan memanaskan sisanya hingga menjadi ** V5. % atm H %7!9 psi H %%!*( kPa % bar H % kPa.
'am(ar 16. Ta(ung -rte5
No Nole le dapa dapatt berj berjen enis is kon@ kon@er erge gen! n! di@e di@erg rgen en atau atau kon@ kon@er erge genndi@ergen! tergantung dari kebutuhan. Suatu nole yang efisien adalah yang mempunyai mempunyai ke$epatan ke$epatan yang tinggi tinggi dan seke$il seke$il mungkin mungkin rugi-rugi rugi-rugi masukan. 5hamber adalah bagian dari nole dan memberi masukkan udara udara se$ara se$ara tangensia tangensiall terhadap terhadap sisi udara panas. panas. "iafragma "iafragma adalah adalah potong potongan an silind silinder er tipis tipis dan mempun mempunya yaii lubang lubang denga dengan n diamet diameter er yang yang spesifik ditengahnya. #atup menjaga laju aliran udara pada sisi panas dan juga mengontrol jumlahh udara panas yang keluar dari tabung @orteI 3dara terkompresi dile?atkan melalui nole sehingga udara berekspansi pada ke$epatan tinggi aliran udara pusar kemudian dihasilkan di $hamber dan udara bergerak se$ara spiral sepanjang sisi tabung aliran tersebut terha terhamba mbatt oleh oleh katup. katup. #etik #etik tekana tekanan n udara udara dideka didekatt katup katup dibua dibuatt lebih lebih tinggi daripada tekanan udara luar dengan menutup katup sebagian! maka suatu laju aliran udara balik akan mengalir pada bagian sumbu tabung mulai dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah. Selama proses ini! perpin perpindah dahan an energ energii berlan berlangsu gsung ng antara antara udara udara balik balik dan udara udara maju! maju! sehingga aliran udara balik yang terdapat di sumbu tabung mempunyai temperature jauh lebih rendah dari temperature inlet! sedangkan aliran udar udara a maju maju akan akan mema memana nas s dan dan bert bertem empe pera ratu turr jauh jauh lebi lebih h ting tinggi gi dari dari temperature inlet. Aliran udara inlet akan keluar melalui lubang diafragma ke sisi udara dingin! sedangkan aliran udara panas akan keluar melalui
bukaan katup. "engan mengatur bukaan katup! kuantitas dan temperature udara dingin dapat di @ariasi.
. Lat*ha Lat*han n s-al s-al +an +an Pem( Pem(ah ahasa asan n. Pred Predik iksi sika kan n nila nilaii enta entalp lpii peng pengua uapa pan n untu untuk k air air pada pada ( (5 deng dengan an mengas mengasums umsika ikan n uap sebaga sebagaii gas ideal. ideal. 2itung 2itunglah lah persen persentas tase e tingka tingkatt kesalahannya. Penyelesaian
Pada (5 dan %!7 kPa! @olume spesifik dari uap jenuh adalah dalam aproksimasi gas ideal! @ g H 1TFP H D!7:(ED79*EF% H !%7: m*Fkg. 3ntuk air $air densitasnya sekitar % kgFm * sehingga @f H !% m*Fkg Datau kita dapat menggunakan @ f dari dari tabel-tabel uapE. ,adi kita memperoleh & fg =T v fg
( ) ∂P ∂ T
v
¿ ( 473 ) ( 0,1406 −0,001 )
(
1906 −1254 210−190
)
¿ 2153 +2 / +g ,ika ,ika diba diband ndin ingk gkan an deng dengan an hfg H %;7% %;7% k,Fk k,Fkg g dari dari tabe tabell-ta tabe bell uap! uap! persentase error adalah #3343 =
2153 −1941 100 =10,9 1941
#esalahan ini disebabkan karena ketidak-akuratan ketidak-akuratan dari nilai @g
19.S-al E4aluas* +an #un,*
%. &ila timbal timbal dileburkan dileburkan pada pada tekanan tekanan atmosfer atmosfer!tit !titik ik leburnya leburnya : #! kerapatannya berkurang dari %%!% menjadi %!: gF$m *!dan kalor laten peleburannya (7! jFg. &erapakah titik leburnya pada tekanan %!% I %9 PaB
,a?aban :!8 #.
(. Air yang yang memb membeku eku pada pada titik titik bek bekuny unya a DTi ! Pi E mengisi penuh suatu bajana bajana baja. baja. Temperaturny mperaturnya a diturunkan diturunkan menjadi menjadi Tf pada @olume @olume tetap dengan tekanan P f . 2itung y untuk i H C5!%%I % PaJ f H C5! !;8 I %9 PaJ KK H - :9 I % -: #-% J kKK H %(!( I %-%% PaJ @KKf @Kf H -%!( I %-7 m*Fkg. ,a?aban :!9 X.
*. #ris #rista tall iodi iodium um memi memilik likii bera beratt atom atom %(9 %(9 kgFk kgFkmo moll dan dan kalo kalorr jeni jenis s !%;9 k,Fkg.#. 3ap iodium dapat dianggap sebagai gas d?iatom ideal dengan 5 ' tetap. Pada *% #!tekanan uapnya %! NFm ( J pada (;; # 7*! NFm (. 2itunglah kalor laten sublimasi aE Pada * * # bE Pada Pada tempe temperat ratur ur nol nol mutl mutlak ak $E Pada ( # ,a?aban aE :*!: k,FmolJ bE :;! k,FmolJ $E :!7 k,Fmol.
7. #alo #alorr subl sublim imas asii seng seng pada pada :# :# dike diketa tahu huii sama sama deng dengan an %* %* k,Fmol. #apasitas kalor seng padat besarnya sedemikian sehingga 600
∫c
$ p
dT =13.800 J/mol, dan : # besarnya %!;:.
0
Tekanan uap seng : # besarnya 7!:9 I % -* mm 2g. Andaikan uap seng dapat dianggap gas ideal!hitunglah aE #alor sublimasi sublimasi pada temperatur temperatur nol mutlak mutlak bE Tetapan tapan teka tekanan nan uap uap ,a?aban aE :*!: k,FmolJ bE %!(%.
. Tekanan kanan uap amonia amoniak k padat padat dalam dalam Pa memenuh memenuhii )n P H (9!;( (9!;( *97FT! dan tekanan uap amoniak $air memenuhi )n P H (7!*8 *:*FT. aE berapakah temperatur titik tripelnysB bE berapakah harga ketiga kalor-laten pada titik tripelB ,a?aban aE :*!: k,FmolJ bE lS3 H *%!( k,Fmol J l '3 H !8 k,Fmol J l
BAB III PENUTUP A. #ESI #ESIMP MPUL ULA AN
"alam proses pergantian fase terjadi tiga peristi?a yang terkenal yaitu peleburan! penguapan! dan sublimasi. Adapun proses yang kurang terkenal pun terjadi dalam proses pergantian fase misalnya perubahan bent bentuk uk #ris #rista tal! l! deng dengan an temp temper erat atur ure e dan dan teka tekana nann nnya ya sela selalu lu teta tetap! p! sedangkan
entropi
dan
@olume
nya
berubah.
Adapun
dalam
termo termodi dina nami mika ka pros proses es pele pelebu bura ran! n! peng pengua uapa pan! n! dan dan subl sublim imas asii tela telah h membahas lebih lanjut mengenai at yang lebih kompleks dari proses perg pergan anti tian an fase fase yang yang sebe sebelu lumny mnya a suda sudah h dike dikena nal. l. Misa Misalny lnya a pros proses es pele pelebu bura ran n yang ang memb membah ahas as meng mengen enai ai kalo kalorr lebu leburr at at pada padatt yang ang merupakan merupakan bahasan yang lebih kompleks dari proses proses pergantian pergantian fase yang sudah jadi pengetahuan sebelumnya. "alam pergantian fase orde pert pertam ama a terd terdap apat at sala salah h satu satu perny pernyata ataan an yang yang seta setara ra yaitu yaitu terd terdap apat at perubahan entropi dan @olum! dan turunan pertama fungsi gibbs beubah se$a se$ara ra takl taklam amar ar.. Apabi pabila la terd terdap apat at peru peruba baha han n fase fase yang yang meme memenu nuhi hi persy persyara aratan tan dari dari pernya pernyataa taan n terse tersebut but maka maka hal hal terseb tersebut ut merup merupaka akan n pergantian fase orde pertama. Pergantian fase mengenai peleburan kalor! peng pengua uapa pan n dan dan subl sublima imasi si kalo kalorr pada pada suat suatu u at at meru merupa paka kan n bent bentuk uk kompleks dari pergantian fase. B. Saran Penulis dapat menambahkan lagi materi Dmenambahkan rumusan masalahE agar pengetahuan pemba$a menjadi lebih luas. Penulis juga dapat memperbanyak lagi sumber F referensi! agar makalah yang akan dibuat lebih lengkap lagi.
DAFTAR PUSTA#A
Mark W. 6emansky!Ph.". 6emansky!Ph.". > 1i$hard 2. "ittman! Ph.". %;8:. 'alor dan
Termodinamia. &andung )T&!(99-*8 4e?is e?is!! 0ilb ilbert Ne?to e?ton n dan Merle erle 1and 1anda all. ll. %;:%. ;:%. Thermodinamics. &arkeley M$gra?-2ill &ook 5ompany! %%-%: 1osenb 1osenberg erg!! #lot. #lot. %;%:. $hemical Thermod%namics. Menlo Park The &enjaminF 5ummings Publishing 5ompany )n$! %;:-%;9. S$haum. (8. Termodinamika Teknik. ,akarta /rlangga
