Energi Kimia dan Lingkungan: Pemanfaatan Termoelektrik Sebagai Sumber Energi Terbarukan

 Energi Kimia dan Lingkungan: Pemanfaatan Termoelektrik Sebagai Sumber Energi Terbarukan

Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

 

 

I. Pendahuluan

Energi adalah suatu kemampuan dalam melakukan kerja. Energi merupakan suatu obyek yang dapat berpindah akibat adanya reaksi fundamental, tetapi energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Kini ketersediaan energi di Indonesia semakin berkurang. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya sumber energi, akibat adanya ketidakseimbangan antara kebutuhan dengan jumlah energi yang tersedia. Pada perkembangan teknologi kini, banyak dicanangkan berbagai energi alternatif dan energi baru terbarukan untuk mengurangi dampak terjadinya pemanasan global. Namun ketersediaan sumber energi baru terbarukan di Indonesia masih belum termanfaatkan secara maksimal. Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan. 

Sejarah energi terbarukan dikenal pada tahun 1970-an. Sebagai upaya untuk membuat suatu inovasi agar energi tidak cepat habis dan untuk membantu mengimbangi pengembangan energi berbahan bakar nuklir dan fosil. Pengertian paling umum energi terbarukan adalah sumber energi yang dapat dengan cepat di perbarui kembali secara alami, dan prosesnya berkelanjutan. Dengan pengertian ini maka bahan bakar nuklir dan fosil tidak termasuk didalamnya. Penelitian ini dilakukan berdasar pemanfaatan sumber panas untuk menghasilkan energi listrik, yaitu menggunakan generator termoelektrik (TEG) sebagai sumber energi alternatif. Generator termoelektrik dapat mengkonversikan perbedaan temperatur menjadi besaran listrik secara langsung. Teknologi termoelektrik merupakan alternatif dalam menjawab kebutuhan energi listrik. Namun, pengembangan teknologi termoelektrik sebagai energi alternatif perlu diperhatikan baik dari pemerintah, industri, perguruan tinggi, dan masyarakat. Bahan termoelektrik atau yang biasa disebut elemen peltier adalah bahan yang dapat mengkonversi energi panas menjadi energi listrik secara langsung (termoelektrik generator), atau sebaliknya sebagai penyerap panas (pendingin termoelektrik). tanpa menghasilkan gas beracun karbondioksida maupun polutan lain seperti elemen logam berat. Pada penelitian ini dilakukan berbagai percobaan rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin dengan elemen peltier, hal ini dilakukan untuk menngetahui rangkaian hubungan sumber panas dan dingin dengan elemen peltier yang lebih optimal dalam menghasilkan energi listrik.

Gambar di atas menunjukkan prinsip kerja generator termoelektrik, material penyusun termoelektrik memiliki peran masingmasing untuk mengalirkan energi panas sehingga dapat menimbulkan beda potensial. Disimpulkan bahwa panas atau kalor pada salah satu sisi dialirkan dan dibuang kesisi lainnya, sehingga terjadi aliran arus, ketika terjadi arus maka terciptalah beda potensial yang memunculkan nilai tegangan listrik. Pada termoelektrik besarnya nilai tegangan adalah sebanding dengan gradient temperature. Nilai beda potensial atau tegangan yang dihasilkan berubah sebanding dengan perubahan temperatur, karena semakin besar temperatur maka semakin besar pula tegangan yang dihasilkan. Konstanta kesebandingannya disebut dengan koefisien Seebeck. Perbedaan suhu pada dua komponen Bismuth dan Telluride, menyebabkan perpindahan elektron dari kutub negatif ke kutub positif, semakin besar perbedaan suhu, maka semakin cepat perpindahan elektron, sehingga arus yang dihasilkan, akan semakin besar.

 

II. Metode Penelitian

 Metode penelitian ini melaui beberapa tahap, pertama adalah perancangan alat dengan sistem pemanas berupa api konvensional, untuk sistem pendingin pada penelitian ini menggunakan es batu sebagai sumber dingin untuk sisi temperature rendah pada modul termoelektrik. Setelah itu dilakukan pengukuran daya keluaran modul dengan variasi suhu. Perancangan sistem terdiri dari sistem pemanas, sistem pendingin, plat aluminuim, thermometer digital dan alat ukur tegangan.

 

Pengujian alat dilakukan dengan langkah-langkah seperti flowchart dibawah, variasi suhu yang diberikan antara 30ᵒc70ᵒc.

 

 

III. Analisa data hasil percobaan

Dari tabel dan grafik diatas didapatkan analisa bahwa tegangan yang dihasilkan TEG berjalan sebanding dengan temperature panas yang dihasilkan. Semakin besar temperature yang dihasilkan oleh sistem pemanas semakin besar pula tegangan yang dihasilkan oleh modul TEG, seperti yang terlihat pada tabel dan grafik ketika temperature sistem pemanas berada pada angka 30ᵒc tegangan output dari TEG mencapai 0,25v, sedangkan ketika temperature sistem pemanas dinaikkan sebesar 55ᵒc tegangan yang dihasilkan oleh generator TEG mencapai 1,37v. Tegangan maksimal yang dihasilkan oleh sebuah termoelektrik type SP184827145SA ketika temperature sisi panas mencapai 70ᵒc adalah sebesar 1,49 volt, tegangan yang keluar dari sebuah TEG ini dapat di step up menggunakan model MT3608, dengan tegangan yang keluar dari modul step up sebesar 5v maka generator TEG ini mampu dimanfaatkan, misalnya untuk pengisisan baterai lithium ion dengan tegangan 3,7 volt, atau untuk melakukan pengisian ulang daya baterai ponsel.

 

IV. Kesimpulan

Generator TEG bekerja sesuai suhu yang diberikan, semaikin tinggi suhu panas yang diberikan pada hot side maka semaikin tinggi pula tegangan output yang dihasilkan, generator TEG bisa ditingkatkan keluaran tegangannya dengan menggunakan modul step up. Daya yang dihasilkan sebuah modul generator TEG akan dapat bertambah jika digunakan lebih dari satu modul termoelektrik.

 

V. Daftar Pustaka

Diki, M., Hadi, C. F., Lestari, R. F., & Nalandari, R. (2022). Pemanfaatan Termoelektrik Sebagai Sumber Energi Terbarukan. JOURNAL ZETROEM, 4(1), 23-25.

Ginanjar, H. Ayong, and S. Dedy, “Perancangan dan pengujian sistem pembangkit listrik berbasis

termoelektrik dengan menggunakan kompor surya sebagai media pemusat panas,” J. Tek. Elektro Univ. Tanjungpura, vol. Vol 2, No, no. 2, 2019.

Ninla Elmawati Falabiba et al., “Prototipe Pembangkit Listrik Termoelektrik Generator Menggunakan Penghantar Panas Alumunium, Kuningan Dan Seng,” Pap. Knowl. . Towar. a Media Hist. Doc., vol. 5, no. 2, pp. 40–51, 2014.

H. Haryanto, M. R. Makhsum, and I. Saraswati, “Perancangan Modul Termoelektrik Generator

Menggunakan Peltier,” Tek. J. Sains dan Teknol., vol. 11, no. 1, p. 26, 2015, doi: 10.36055/tjst.v11i1.6970.

Z. Saputra, Nofriani, M. N. Almahmudy, and S. Handayani, “MEMANFAATKAN MEDIA LAPISAN

TIMAH SEBAGAI PENYERAP PANAS MATAHARI,” J. Tek., vol. 2, no. 2, pp. 43–48, 2020.

 S. C. Puspita, H. Sunarno, and B. Indarto, “Generator Termoelektrik untuk Pengisisan Aki,” J. Fis. DAN Apl., vol. VOLUME 13, pp. 2–5, 2017.

S. A. Sasmita, M. T. Ramadhan, M. I. Kamal, and Y. Dewanto, “Alternatif Pembangkit Energi Listrik

Menggunakan Prinsip Termoelektrik Generator,” TESLA J. Tek. Elektro, vol. 21, no. 1, p. 57, 2019, doi:

10.24912/tesla.v21i1.3249.

Pencemaran Air: Sumber Pencemaran, Bahan Pencemar, Parameter Kualitas Air, dan Penentuan Status Mutu Air. Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

Pencemaran Air: Sumber Pencemaran, Bahan Pencemar, Parameter Kualitas Air, dan Penentuan Status Mutu Air.

Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

 

Pengertian Pencemaran Air Pencemaran air merupakan kondisi yang diakibatkan adanya masukan beban pencemar/limbah buangan yang berupai gas, bahan yang terlarut, dan partikulat. Pencemar yang masuk ke dalam badan perairan dapat dilakukan melalui atmosfer, tanah, limpasan/run off dari lahan pertanian, limbah domestik, perkotaan, industri, dan lain-lain (Effendi, 2003). Pencemaran terjadi bila dalam lingkungan terdapat bahan yang menyebabkan timbulnya perubahan yang tidak diharapkan, baik yang bersifat fisik, kimiawi, maupun biologis. Menurut PP 82 tahun 2001, pencemaran air adalah masuk atau dimasukannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia sehingga kualitas air menurun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan tidak lagi berfungsi sesuai dengan peruntukannya

 

Sumber Pencemar

Banyak penyebab sumber pencemaran air, tetapi secara umum dapat dikategorikan menjadi 2 (dua) yaitu sumber kontaminan langsung dan tidak langsung:

- Sumber langsung (point source) Sumber langsung merupakan sumber pencemaran yang berasal dari titik tertentu yang ada di sepanjang badan air penerima dengan sumber lokasi yang jelas. Titik lokasi pencemaran terutama berasal dari pipa pembuangan limbah industri yang tidak mengolah limbahnya maupun pembuangan hasil pengolahan limbah di IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah) yang masuk ke badan air penerima (Sarminingsih dkk, 2014).

- Sumber tidak langsung (non-point source) Sumber tak langsung merupakan sumber yang berasal dari kegiatan petanian, peternakan, industri kecil/menengah, dan domestik yang berupa penggunaan dari barang konsumsi (Irsanda dkk, 2014).

 

Bahan Pencemar (Polutan)

Bahan pencemar (polutan) merupakan bahan-bahan yang berasal dari alam tersebut atau yang bersifat asing memasuki suatu tatanan ekosistem sehingga peruntukan ekosistem tersebut terganggu. Sumber pencemaran yang masuk ke badan perairan dibedakan atas pencemaran yang disebabkan oleh alam polutan alamiah) dan pencemaran karena kegiatan manusia (polutan antropogenik).

Polutan alamiah adalah polutan yang memasuki suatu lingkungan (misal badan air) secara alami, misalnya akibat letusan gunung berapi, tanah longsor, banjir, dan fenomena alam yang lain. Polutan jenis ini biasanya sukar dikendalikan (Effendi, 2003).

Polutan antropogenik adalah polutan yang disebabkan oleh aktivitas manusia, misalnya kegiatan domestik (perumahan), kegiatan perkotaan, maupun kegiatan industri. Intensitas polutan antropogenik dapat dikendalikan dengan cara mengontrol aktivitas yang menyebabkan timbulnya polutan tersebut. Berdasarkan sifat toksiknya, polutan/pencemar dibedakan menjadi dua, yaitu polutan toksik (toxic pollutans) dan polutan tidak toksik (non-toxic pollutans) (Effendi, 2003).

 

Parameter Kualitas Air

Kualitas air dapat diketahui dengan melakukan pengujian tertentu terhadap air tersebut. Sehat atau tidaknya suatu daerah aliran sungai (DAS) dapat dilihat dari kualitas air sungai yang merupakan salah satu komponen dan indikator dari lingkungan DAS. Perkembangan jumlah penduduk disertai dengan meningkatnya kegiatan masyarakat dan industri mengakibatkan perubahan fungsi lingkungan. Tingkat penurunan kualitas air akan mempengaruhi kelestarian sumberdaya air yang tersedia untuk penggunaan yang bermanfaat, dan pada gilirannya akan membatasi tata guna lahan produktif. Pengujian yang dilakukan adalah uji fisika, kimia, dan biologi (Setyowati, 2016).

-Parameter Fisika

Parameter Fisika adalah salah satu parameter yang digunakan untuk mengukur kadar kualitas air yang berhubungan dengan fisika seperti suhu, kecepatan arus, kecerahan dan tinggi air. (Effendi, 2003). Pengukuran parameter fisika mencakup pengukuran atas benda-benda padat yang meliputi keadaan benda benar-benar padat, benda padat yang tetap dan mudah menguap, benda padat yang terlarut dan terapung, benda padat yang dapat diatur, dan juga mengenai kekeruhan, suhu, dan bau (Soemarwoto, 1986). Beberapa parameter fisika yang diukur pada PP 82 tahun 2001 adalah suhu, total suspended solids (TSS), dan total dissolve solids (TDS).

-Parameter Kimia

Parameter kimiawi dikelompokkan menjadi kimia anorganik dan kimia organik. Standar air minum di Indonesia zat kimia anorganik dapat berupa logam, zat reaktif, zat-zat berbahaya dan beracun serta derajat keasaman (pH). Sedangkan zat kimia organik dapat berupa insektisida dan herbisida, (Volatile organic chemicals) zat kimia organik mudah menguap zat-zat berbahaya dan beracun maupun zat pengikat oksigen (Kesmas, 2020). Parameter kimia adalah parameter yang sangat penting untuk menentukan air tersebut dikatakan baik atau tidak untuk digunakan. Parameter kimia meliputi oksigen terlarut (DO), pH, amoniak, nitrat, nitrit, fosfor, kebutuhan oksigen biokimiawi (BOD), kebutuhan oksigen kimiawi (COD), dan lain-lain (Effendi, 2003).

-Parameter Mikrobiologi

Salah satu parameter kualitas air minum adalah parameter biologi yang berhubungan dengan keberadaan populasi mikroorganisme akuatik di dalam udara, yang berakibat pada kualitas udara. Indikator yang baik untuk melihat kualitas air adalah jumlah koloni bakteri Fecal coliform. Bakteri coliform adalah mikroorganisme yang tedapat pada kotoran manusia maupun hewan. Kehadiran bakteri ini dalam air menunjukkan kemungkinan kehadiran bakteri patogen lain (Wobowo, 2013).

 

Penentuan Status Mutu

Air Menurut KepMenLH No. 115 tahun 2003 tentang Pedoman Penentuan Status Mutu Air, yang dimaksud dengan status mutu air adalah tingkat kondisi mutu air yang menunjukkan kondisi cemar atau kondisi baik pada suatu sumber air dalam waktu tertentu dengan membandingkan dengan baku mutu air yang ditetapkan. Penentuan status mutu air dapat menggunakan Metoda STORET atau Metoda Indeks Pencemaran.

Daftar Pustaka

Alley, E. R. (2007). Water quality control handbook (2nd Ed). McGraw-Hill.

Anggraini, Y., & Wardhani, E. (2021). Studi mutu air Sungai Cibaligo Kota Cimahi Provinsi Jawa Barat dengan metode Indeks Pencemar. Jurnal Serambi Engineering, 6(1), 1478-1487. https://doi.org/10.32672/jse.v6i1.2589

Atima, W. (2015). BOD dan COD sebagai parameter pencemaran air dan baku mutu air limbah. BIOSEL (Biology Science and Education): Jurnal Penelitian Science dan Pendidikan, 4(1), 83-93. http://dx.doi.org/10.33477/bs.v4i1.532

Daroini, T. A., & Arisandi, A. (2020). Analisis BOD (Biological Oxygen Demand) di Perairan Desa Prancak Kecamatan Sepulu, Bangkalan. Juvenil: Jurnal Ilmiah Kelautan dan Perikanan, 1(4), 558-566. https://doi.org/10.21107/juvenil.v1i4.9037

Effendi, H. (2003). Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Kanisius.

Kesetimbangan Kimia: Efek terhadap penambahan gas inert, Efek terhadap perubahan temperature, dan Efek katalis pada kesetimbangan. Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

 Kesetimbangan Kimia: Efek terhadap penambahan gas inert, Efek terhadap perubahan temperature, dan Efek katalis pada kesetimbangan.

Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

 

Definisi Kesetimbangan Kimia

keadaan dimana reaksi kimia berjalan ke kanan dan ke kiri pada kecepatan yang sama dan dalam waktu yang bersamaan. Rasio konsentrasi (jumlah) pereaksi dan produk tidak berubah seiring dengan perubahan waktu kesetimbangan dinamis, yaitu keadaan dimana dua proses yang berlawanan berlangsung pada kecepatan yang sama dan tidak ada perubahan konsentrasi senyawa-senyawa total dengan berjalannya waktu.

 

Efek terhadap penambahan gas inert.

Karena gas inert, misal helium, tidak berpartisipasi dalam reaksi, maka tidak dapat diharapkan bahwa gas inert akan mempengaruhi kondisi kesetimbangan. Akan tetapi sebetulnya, apakah gas inert mempengaruhi kesetimbangan atau tidak tergantung pada keadaan ketika gas inert ditambahkan. Kalau gas ditambahkan, sementara volume dipertahankan tetap, maka tekanan gas total meningkat, akan tetapi konsentrasi (atau tekanan partial) dari semua reaktan akan tetap. Apabila gas inert ditambahkan pada sistem dengan volume tetap, maka gas inert tidak mempunyai pengaruh pada kondisi kesetimbangan. Sebaliknya, kalau gas inert ditambahkan pada campuran kesetimbangan, sementara tekanan dipertahankan tetap, volume reaksi akan bertambah, dan kondisi kesetimbangan akan bergeser ke sisi reaksi dimana jumlah mol gas lebih besar. Dengan kata lain, kalau ditambahkan pada sistem dengan tekanan tetap, gas inert mempunyai efek yang sama pada kondisi kesetimbangan seperti pada peningkatan volume sistem. Sebagai ringkasan, gas inert mempengaruhi kondisi kesetimbangan hanya apabila gas inert menyebabkan perubahan konsentrasi (atau tekanan partial) dari reaktan dan produk.

 

Efek terhadap perubahan temperatur.

Perubahan temperatur campuran kesetimbangan dapat berupa penambahan panas (temperatur dinaikkan) atau pengurangan panas (temperatur diturunkan). Menurut prinsip Le Châtelier, pada penambahan panas reaksi akan cenderung kepada reaksi yang menyerap panas (endotermis) dan pada pengurangan panas reaksi akan cenderung kepada reaksi yang melepas panas (eksotermis). Pada reaksi endotermis, sistem cenderung mengakomodasi energi panas untuk memasuki sistem dengan menyerap panas. Sedangkan pada reaksi eksotermis, sistem cenderung menggantikan kehilangan energi panas oleh sistem dengan melepas panas. Menaikkan temperatur suatu kesetimbangan campuran menyebabkan kondisi kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endotermis. Menurunkan temperatur menyebabkan kondisi kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksotermis. Atau, nilai tetapan Kc atau Kp bertambah dengan naiknya temperatur untuk reaksi endotermis dan berkurang dengan turunnya temperatur untuk reaksi eksotermis.

 

Efek katalis pada kesetimbangan.

Apabila katalis ditambahkan pada campuran reaksi, maka katalis akan meningkatkan kecepatan reaksi termasuk reaksi kebalikannya. Kesetimbangan akan tercapai dengan lebih cepat, akan tetapi jumlah reagen tidak berubah dengan penambahan katalis.

Masih menggunakan reaksi: 2 SO2(g) + O2(g) ⇄ 2 SO3(g) Kc = 2,8 x 102 pada 1000 K

Untuk suatu kondisi reaksi, jumlah kesetimbangan untuk SO2, O2, dan SO3 mempunyai harga yang tertentu. Hal ini berlaku untuk reaksi homogen lambat, reaksi dengan katalis pada fasa gas, atau reaksi heterogen pada permukaan katalis. Atau dengan kata lain, katalis tidak merubah harga tetapan kesetimbangan. Jadi ada dua pernyataan tentang katalis.

1.Fungsi katalis adalah merubah mekanisme reaksi dari spesies yang memiliki energi aktivasi.

2.Katalis tidak punya efek pada kondisi kesetimbangan dan reaksi kebalikannya.

Dari dua pernyataan di atas dapat dikatakan bahwa kondisi kesetimbangan tidak tergantung pada mekanisme reaksi. Meskipun reaksi kesetimbangan dan reaksi kebalikannya berlangsung pada kecepatan yang sama, kinetika reaksi kimia tidak perlu diperhitungkan dalam konsep kesetimbangan.

 

Daftar pustaka

http://ebook.itenas.ac.id/repository/85c20e6d38a8df3b4da15689dd26291c.pdf

 Accessed 19 March 2022.

https://youtu.be/9XuUic3EklY

 Accessed 19 March 2022.

http://web.ipb.ac.id/~tpb/files/materi/kimia101/Bab6-Kesetimbangan%20Kimia.pdf

 Accessed 19 March 2022.

https://ocw.ui.ac.id/pluginfile.php/10313/mod_resource/content/1/Bab%2014%20Kesetimbangan%20Kimia.pdf  

Accessed 19 March 2022.

 

 

Kalor Dan Termodinamika : Classical Thermodynamics And Statistical Thermodynamics Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

Kalor Dan Termodinamika : Classical Thermodynamics And Statistical Thermodynamics

Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

 

Classical Thermodynamics

Termodinamika klasik adalah deskripsi keadaan sistem termodinamika pada kesetimbangan dekat, yang menggunakan sifat makroskopik dan terukur. Ini digunakan untuk memodelkan pertukaran energi, kerja, dan panas berdasarkan hukum termodinamika.

Temperature and the Zeroth Law

• Suatu sistem yang sepenuhnya terisolasi dari semua pengaruh luar dikatakan terkurung dalam dinding adiabatik. Kami juga akan mengacu pada sistem seperti terisolasi.

• Dinding yang tidak adiabatik dikatakan diatermal dan dua sistem yang dipisahkan oleh dinding diatermal dikatakan dalam kontak termal. Dinding diatermal masih merupakan dinding yang berarti tidak bergerak atau memungkinkan partikel berpindah dari satu sistem ke sistem lainnya. Namun, itu tidak dengan cara lain khusus dan akan memungkinkan panas (akan didefinisikan segera) untuk ditransmisikan antar sistem. Jika ragu, pikirkan lembaran logam tipis.

• Sebuah sistem yang terisolasi, bila dibiarkan sendiri untuk waktu yang lama, akan rileks ke keadaan di mana tidak ada perubahan lebih lanjut yang terlihat. Keadaan ini disebut keseimbangan

Karena kita tidak peduli dengan atom dan keadaan mikro, kita harus menggunakan variabel makroskopik untuk menggambarkan sistem apa pun. Untuk gas, hanya dua variabel yang perlu kita tentukan adalah tekanan p dan volume V: jika Anda mengetahui tekanan dan volume, maka semua besaran lainnya warna, bau, viskositas, konduktivitas termal tetap. Untuk sistem lain,(atau berbeda) variabel mungkin diperlukan untuk menggambarkan keadaan makro mereka. Contoh umum adalah tegangan permukaan dan luas untuk film; medan magnet dan magnetisasi untuk magnet; medan listrik dan polarisasi untuk dielektrik. Berikut ini kita akan berasumsi bahwa kita berurusan dengan gas dan menggunakan p dan V untuk menentukan keadaan. Segala sesuatu yang kami katakan dapat dengan mudah diperluas ke pengaturan yang lebih umum. Sejauh ini, kami tidak memiliki definisi suhu. Ini disediakan oleh hukum termodinamika ke-nol yang menyatakan bahwa kesetimbangan adalah sifat transitif,

 

Zeroth Law: If two systems, A and B, are each in equilibrium with a third body

C, maka mereka juga dalam kesetimbangan satu sama lain Mari kita lihat mengapa ini memungkinkan kita untuk mendefinisikan konsep suhu. Misalkan sistem A dalam keadaan (p1, V1) dan C dalam keadaan (p3, V3). Untuk menguji apakah kedua sistem berada dalam kesetimbangan, kita hanya perlu menempatkannya dalam kontak termal dan melihat apakah keadaannya berubah. Untuk nilai umum tekanan dan volume, kita akan menemukan bahwa sistem tidak dalam kesetimbangan. Keseimbangan membutuhkan beberapa hubungan antara (p1, V1) dan (p3, V3). Sebagai contoh, misalkan kita memilih p1, V1, dan p3, maka akan ada nilai khusus V3 yang tidak terjadi apa-apa ketika kedua sistem disatukan.

 

Hukum Pertama

Hukum pertama hanyalah pernyataan kekekalan energi, bersama dengan pengakuan diam-diam bahwa ada lebih dari satu cara untuk mengubah energi sistem. Hal ini biasanya dinyatakan sebagai sesuatu di sepanjang baris

Hukum Pertama: Jumlah pekerjaan yang diperlukan untuk mengubah sistem terisolasi dari keadaan 1 ke keadaan 2 tidak tergantung pada bagaimana pekerjaan dilakukan. Kalimat yang agak rumit ini hanya memberi tahu kita bahwa ada fungsi lain dari keadaan sistem, E (P, V ). Ini adalah energi. Kita dapat melakukan sejumlah pekerjaan W pada sistem yang terisolasi dengan cara imajinatif apa pun yang kita pilih: memerasnya, mengaduknya, menempatkan kawat dan resistor di dalamnya dengan arus yang melewatinya. Metode yang kita pilih tidak masalah: dalam semua kasus, perubahan energi adalah AE = W. Namun, untuk sistem yang tidak terisolasi, perubahan energi tidak sama dengan jumlah pekerjaan yang dilakukan. Misalnya, kita dapat mengambil dua sistem pada suhu yang berbeda dan menempatkannya dalam kontak termal. Kita tidak perlu melakukan pekerjaan apa pun, tetapi energi setiap sistem akan berubah. Kami terpaksa menerima bahwa ada cara untuk mengubah energi sistem selain dengan melakukan pekerjaan.

 

Hukum Kedua

“Sekali atau dua kali saya diprovokasi dan bertanya kepada perusahaan berapa banyak dari mereka yang dapat menjelaskan Hukum Kedua Termodinamika, hukum entropi. Tanggapannya dingin: juga negatif. Namun saya menanyakan sesuatu yang kira-kira setara dengan ilmiah: 'Sudahkah Anda membaca karya Shakespeare?'”

C.P. Snow, tidak diragukan lagi, memikirkan pernyataan bahwa entropi meningkat. Namun ini adalah konsekuensi dari hukum kedua; itu bukan aksioma itu sendiri. Memang, kami bahkan belum memiliki definisi termodinamika entropi.

Inti dari hukum kedua adalah bahwa ada arah waktu yang lebih disukai. Ada banyak proses makroskopik di Alam yang tidak dapat dibalik. Hal-hal berantakan. Garis-garis di wajah Anda semakin dalam. Kata-kata tidak bisa terucap. Hukum kedua merangkum semua pengamatan tersebut dalam satu pernyataan tentang gerakan panas.

 

Reversible Processes

Sebelum kita menyatakan hukum kedua, akan berguna untuk terlebih dahulu fokus pada proses yang dapat bekerja dengan senang hati di kedua arah waktu. Ini adalah kelas khusus dari proses kuasi-statis yang dapat dijalankan mundur. Mereka disebut reversibel

Sebuah proses reversibel harus berada dalam kesetimbangan di setiap titik di sepanjang jalan. Ini adalah kondisi kuasi-statis. Tapi sekarang ada persyaratan lebih lanjut bahwa tidak ada gesekan yang terlibat.

 

Statistical Thermodynamics

Termodinamika fenomenologis menggambarkan hubungan antara besaran-besaran yang dapat diamati yang mencirikan objek material makroskopik. Kita tahu bahwa benda-benda ini terdiri dari sejumlah besar partikel kecil, molekul, atau atom, dan, untuk semua yang kita ketahui, partikel kecil ini mematuhi hukum mekanika kuantum dan sering kali mendekati hukum mekanika Newton. Mekanika statistik adalah teori yang menjelaskan sifat makroskopik, tidak hanya fungsi keadaan termodinamika, dengan menerapkan teori probabilitas pada persamaan gerak mekanik untuk kumpulan besar sistem partikel kita akan mempelajari bagian mekanika statistik yang berhubungan dengan termodinamika fenomenologis. Terlepas dari namanya, termodinamika fenomenologis (keseimbangan) pada dasarnya adalah teori statis yang memberikan deskripsi materi yang bersifat observasional dan makroskopik. Deskripsi mekanis yang mendasarinya bersifat dinamis dan mikroskopis, tetapi hanya bersifat observasional untuk sistem yang terdiri dari sejumlah kecil partikel. Untuk melihat ini, kami mempertimbangkan sistem N partikel titik klasik identik yang mematuhi persamaan gerak Newton.

 

The Markovian Postulate

Ada berbagai cara untuk mendefinisikan dan menafsirkan probabilitas. Untuk diskusi abstrak dan derivasi matematis, definisi yang paling sesuai adalah salah satu probabilitas fisik atau frequentist. Percobaan T yang sesuai dengan definisi ini secara statistik teratur, yaitu limitnya ada dan sama untuk semua deret tak hingga dari percobaan yang sama. Jika probabilitas fisis diasumsikan sebagai sifat stabil dari sistem yang diteliti, maka dapat diukur dengan beberapa kesalahan eksperimental. Kesalahan eksperimental ini memiliki dua kontribusi: (i) kesalahan aktual pengukuran besaran A dan (ii) penyimpangan frekuensi eksperimental pengamatan A dari batas yang ditentukan dalam Persamaan. Kontribusi (ii) Muncul dari jumlah percobaan percobaan N tidak terhingga. Kita membutuhkan beberapa kriteria yang memberitahu kita apakah T teratur secara statistik. Periode evolusi adalah waktu tunggu di mana sistem berada dalam kondisi terkendali. Bersamaan dengan masa persiapan, perlu memenuhi postulat Markovian. Perhatikan bahwa sistem dapat berada dalam keadaan pengamatan yang berbeda pada saat pengamatan; jika tidak, postulat akan sesuai dengan eksperimen sepele. Postulat Markovian terkait dengan konsep rantai peristiwa Markovian. Dalam rantai seperti itu, hasil dari peristiwa berikutnya hanya bergantung pada status sistem saat ini, tetapi tidak pada status yang ditemukan sebelumnya dalam rantai. Proses yang mengarah ke rantai peristiwa Markovian dengan demikian dapat dianggap tanpa memori.

 

Hamiltonian Equations of Motion

Persamaan gerak Newton sangat cocok untuk perhitungan dinamika molekul atom (MD). Analisis statistik lintasan yang ditemui selama simulasi MD tersebut dapat dianalisis dalam hal besaran termodinamika, seperti energi bebas. Namun, untuk menganalisis evolusi sistem dalam hal sifat spektroskopi, deskripsi Newton sangat merepotkan. Karena pengukuran spektroskopi dapat memberikan pengujian teori yang paling ketat, kita akan menggunakan formulasi mekanika Hamilton sebagai berikut. Formulasi ini sangat cocok untuk molekul yang juga memiliki derajat kebebasan rotasi. Untuk itu, kita ganti koordinat kecepatan dengan koordinat momentum PJ = mjq˙j di mana indeks j berjalan di atas semua atom dan untuk setiap atom di atas tiga koordinat Cartesian. Selanjutnya, kita asumsikan M molekul identik, dengan masing-masing memiliki f derajat kebebasan, sehingga jumlah derajat kebebasan adalah F = FM. Seperti sistem dapat dijelaskan dengan persamaan diferensial 2F

 

The Liouville Equation

Pengamatan kami tidak memungkinkan kami untuk menentukan lintasan ruang fase, yaitu lintasan keadaan mikro untuk sistem tunggal. Sebagai gantinya, kami mempertimbangkan ansambel sistem identik yang semuanya mewakili keadaan makro O yang sama (pengamatan), tetapi mungkin dalam keadaan mikro yang berbeda. Pada waktu tertentu kita dapat mengkarakterisasi ansambel seperti itu dengan kepadatan probabilitas (p, q, t) dalam ruang fase, di mana p dan q masing-masing adalah vektor dari semua momentum dan koordinat spasial dalam sistem. Kami tertarik pada persamaan gerak untuk kerapatan probabilitas ρ ini, yang sesuai dengan pengetahuan penuh yang kami miliki tentang sistem. Persamaan ini dapat diturunkan dari representasi integral dan persamaan gerak Hamilton.

 

Daftar pustaka

https://youtu.be/NilKh3R9Ayk

 Accessed 14 March 2022.

https://youtu.be/g51j1GGCGDE

 Accessed 14 March 2022.

https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/chab/physical-chemistry/epr-dam/documents/education/statistical-thermodynamics/stat_TD.pdf

 Accessed 14 March 2022.

http://scienze-como.uninsubria.it/mella/chimfissbac/thermodynamics.pdf

 Accessed 14 March 2022.

https://theory.physics.manchester.ac.uk/~xian/thermal/chap1.pdf

 Accessed 14 March 2022.

Ilmu Kimia Dasar: Susunan, Struktur Dan Komposisi Materi

Ilmu Kimia Dasar: Susunan, Struktur Dan Komposisi Materi

Oleh : Nicky Adam (@V03-Nicky)

 

 

Susunan Kimia

senyawa kimia, zat apa pun yang terdiri dari molekul identik yang terdiri dari atom dari dua atau lebih unsur kimia. Semua materi di alam semesta terdiri dari atom lebih dari 100 unsur kimia yang berbeda, yang ditemukan baik dalam bentuk murni maupun gabungan dalam senyawa kimia. Sebuah sampel dari setiap elemen murni yang diberikan hanya terdiri dari atom-atom yang merupakan karakteristik dari elemen tersebut, dan atom-atom dari setiap elemen adalah unik. Misalnya, atom-atom penyusun karbon berbeda dengan atom-atom penyusun besi, yang pada gilirannya juga berbeda dengan atom-atom emas. Setiap elemen ditandai dengan simbol unik yang terdiri dari satu, dua, atau tiga huruf yang muncul dari nama elemen saat ini atau nama aslinya (seringkali Latin).

Misalnya, simbol untuk karbon, hidrogen, dan oksigen masing-masing hanya C, H, dan O. Simbol untuk besi adalah Fe, dari nama latin aslinya ferrum. Prinsip dasar ilmu kimia adalah bahwa atom-atom dari unsur yang berbeda dapat bergabung satu sama lain untuk membentuk senyawa kimia. Metana, misalnya, yang terbentuk dari unsur karbon dan hidrogen dengan perbandingan empat atom hidrogen untuk setiap atom karbon, diketahui mengandung molekul CH4 yang berbeda. Rumus senyawa—seperti CH4—menunjukkan jenis atom yang ada, dengan subskrip yang mewakili jumlah relatif atom (walaupun angka 1 tidak pernah ditulis).

Struktur kimia

Struktur kimia adalah suatu pemodelan struktur senyawa kimia yang memberikan informasi tentang bagaimana suatu atom yang berbeda membentuk suatu molekul, atau agregat atom. Informasi ini termasuk geometri molekul, konfigurasi elektron dan, jika sesuai, struktur kristal.Geometri molekul mengacu pada urutan spasial atom dalam molekul (termasuk panjang ikatan dan sudut ikatan) serta ikatan kimia yang memegang atom bersama-sama. Geometri molekul harus menjelaskan bentuk molekul paling sederhana seperti oksigen atau nitrogen, yang lebih kompleks, seperti molekul protein atau DNA. Dengan istilah ini kita juga bisa merujuk pada struktur dimana tidak ada molekul itu sendiri. Senyawa ionik atau kovalen tidak membentuk molekul namun membentuk jaringan tiga dimensi, agregat besar atom atau ion, dengan struktur reguler, simetris dan periodik.Begitu struktur kimia dari suatu molekul dikenal atau diasumsikan, adalah mungkin untuk mewakilinya dengan menggunakan model bola molekuler seperti model bola-dan-pasak atau model ruang terisi.

Komposisi kimia

Komposisi materi kimia dapat didefinisikan sebagai susunan, rasio, dan jenis atom dalam molekul zat materi kimia. Komposisi materi kimia akan bervariasi jika bahan materi kimia dikurangi atau ditambahkan dari suatu zat. Yaitu ketika rasio zat berubah atau ketika perubahan materi kimia terjadi pada bahan materi kimia.  Setiap zat yang memiliki komposisi dan struktur materi kimia yang jelas dan spesifik dikenal sebagai bahan materi kimia. Bahan materi kimia ada dalam berbagai keadaan yaitu mereka dapat berupa padat atau cair. Mereka dapat mengubah keadaan mereka dipengaruhi oleh faktor-faktor tertentu seperti tekanan, suhu, dll.

Ahli materi kimia Joseph Proust membuka dasar-dasar materi kimia modern yang dikenal sebagai Hukum komposisi konstan. Suatu zat materi kimia memiliki komposisi yang tetap. Menurut kesimpulan Proust, “Semua sampel senyawa memiliki komposisi yang sama; yaitu, semua sampel memiliki proporsi yang sama, berdasarkan massa, dari unsur-unsur yang ada dalam senyawa”. Misalnya, air adalah senyawa materi kimia yang terdiri dari dua unsur hidrogen (H) dan oksigen (O) dengan perbandingan tertentu. Sampel air murni dari sumur bor dan laut juga akan memiliki proses yang sama dalam rasio yang sama.

 

Daftar pustaka

·       https://www.britannica.com/science/chemical-compound.

       Accessed 7 March 2022.

·       https://www.britannica.com/science/molecule/Determining-molecular-structure

Accessed 7 March 2022.

·       https://byjus.com/chemistry/chemical-and-its-composition/#:~:text=Chemical%20composition%20can%20be%20defined,changes%20occur%20in%20the%20chemicals

Accessed 7 March 2022.

·       https://www.youtube.com/watch?v=uTQuf-Wqguk

Accessed 7 March 2022.