Tugas Makalah Kimia Fisika 1

A.      WUJUD ZAT
Zat adalah sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Zat memiliki tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas, yang masing-masing memiliki sifat tertentu. Semua zat, baik dalam bentuk padat, cair maupun gas jika menerima atau melepaskan kalor akan mengalami perubahan wujud. Partikel atau molekul adalah bagian terkecil zat yang masih memiliki sifat zat tersebut. Perubahan wujud zat dari satu wujud ke wujud lain.
Perubahan wujud zat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
a.         Perubahan fisika ialah perubahan yang bersifat tidak tetap yang tidak disertai zat jenis baru. Contoh : air menjadi es, es menjadi air.
b.        Perubahan kimia adalah perubahan yang bersifat tetap disertai zat jenis baru. Contoh: kayu dibakar menjadi abu, singkong dalam proses peragian menjadi tape singkong.
Perubahan wujud terjadi karena perubahan kebebasan gerak partikel-partikel yang menyebabkan perubahan jarak antar partikel.
·           Setiap zat terdiri dari bagian-bagian yang sangat kecil yang dsebut partikel. Partikel disebut juga molekul atau atom.
·           Teori partikel
a.         Zat tersusun dan partikel-partikel
b.         Partikel-partikel setiap zat selalu bergerak
c.         Antara partikel-partikel zat terjadi gaya tarik-menarik\
·           Keadaan partikel pada tiga wujud zat
a.         Zat padat
·           Letaknya : sangat berdekatan
·           Susunannya : sangat teratur
·           Gaya ikatnya : sangat kuat
·           Gerakannya : tidak bebas, hanya terbatas pada bergetar dan berputar di tempatnya saja
b.         Zat cair
·           Letaknya : berdekatan
·           Susunannya : tidak teratur
·           Gaya ikatnya : kurang kuat
·           Gerakannya : agak bebas, sehingga partikel itu tidak bergeser dan tempatnya namun tidak melepaskan din dan kelompoknya.
c.         Zat gas
·           Letaknya : sãngat berjauhan
·           Susunannya : tidak teratur
·           Gaya ikatnya : sangat lemah
·           Gerakannya : sangat bebas, sehingga gas dapat memenuhi ruangan yang tersedia.

B.       PADAT
Padat adalah salah satu bentuk dari suatu benda / zat materi (contoh lainnya adalah gas dan cair). Zat padat atau padat ditandai dengan kekakuan struktural dan ketahanan terhadap perubahan bentuk atau volume. Tidak seperti zat cair, benda padat tidak mengalir dan berbentuk seperti bentuk wadahnya, juga tidak memperluas untuk mengisi seluruh volume yang tersedia untuk itu seperti gas. Atom-atom dalam padat terikat erat satu sama lain, baik dalam kisi geometris biasa (kristal, yang mencakup logam dan air es biasa) atau tidak teratur (padatan amorf seperti kaca). Dalam benda padat, atom/molekul berdekatan, atau "keras"; tetapi, tidak mencegah benda padat berubah bentuk atau terkompresi. Dalam fase padat, atom memiliki order ruang; karena semua benda memiliki energi kinetik, atom dalam benda padat yang paling keras bergerak sedikit, tetapi gerakan ini tak terlihat.

C.       SIFAT-SIFAT ZAT PADAT
1.        Elastisitas: Zat padat apabila telah mengalami cacat maka tidak dapat kembali seperti bentuk lainnya. Contohnya adalah batu.
2.        Kerapuhan: Sebuah benda padat dapat masuk ke dalam banyak potongan (rapuh).
3.        Kekerasan: ada padatan yang tidak dapat tergores. Intan adalah benda padat dengan kekerasan yang tinggi.
4.        Bentuk nyata: Benda padat dapat dilihat secara jelas, relatif kaku dan tidak mengalir seperti halnya gas dan cairan, kecuali di bawah tekanan yang ekstrim.
5.        Volumenya bisa dirasakan : Karena mereka memiliki bentuk yang pasti, volumenya juga konstan.
6.        Tinggi air: Padat memiliki kerapatan yang relatif tinggi karena kedekatan molekul yang dikatakan "lebih berat"
7.        Flotasi: Beberapa padatan memenuhi sifat, hanya jika densitasnya lebih rendah dari cairan dimana ia ditempatkan.
8.        Inersia: resistensi merupakan sistem fisik benda padat untuk berubah, dalam kasus padatan menempatkan perlawanan.
9.        Keteguhan : Dalam Ilmu Bahan ketangguhan adalah ketahanan suatu bahan untuk menyebarkan retak atau celah-celah.
10.    Kelenturan: Sifat benda padat yang memiliki badan yang akan dibentuk oleh deformasi. Kelenturan ini memungkinkan produksi lembaran tipis bahan tanpa melanggar itu, memiliki kesamaan bahwa tidak ada metode untuk mengukur mereka.
11.    Daktilitas Kemampuan sebuah struktur atau komponen  untuk menahan respon inelastik, termasuk lendutan terbesar dan menyerap energi
Partikel-partikel kecil yang menyusun semua zat senantiasa bergerak secara terus-menerus. Gagasan ini disebut teori kinetik zat. Partikel-partikel zat padat saling berdekatan dan terikat kuat oleh gaya antar partikel-partikel itu. Hal ini menyebabkan volume zat padat tidak dapat dimampatkan menjadi lebih kecil. Partikel-partikel itu mampu menggetarkan tetangga dekatnya, namun tidak mempunyai energi yang cukup untuk keluar dari posisinya atau melepaskan diri dari ikatannya. Hal ini menjelaskan mengapa zat padat dapat mempertahankan bentuknya.

D.      PADATAN KRISTALIN DAN AMORF
Padatan digolongkan dalam dua golongan, padatan kristalin yang partikel penyusunnya tersusun teratur, dan padatan amorf yang partikel penyusunnya tidak memiliki keteraturan yang sempurna. Studi bahan kristalin mempunyai sejarah yang jauh lebih panjang karena kristal lebih mudah dipelajari daripada bahan amorf. Awalnya teknik ini hanya dapat digunakan untuk struktur yang sangat sederhana seperi garam (NaCl).
Terdapat berbagai cara untuk mengklasifikasikan padatan, yang meliputi berbagai bahan. Namun, klasifikasi yang paling sederhana adalah membaginya menjadi dua golongan: padatan kristalin yang partikelnya tersusun teratur dan padatan amorf yang keteraturannya kecil atau tidak ada sama sekali.
a. Kristal Logam
Kisi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatan logam. Elektron valensi dalam atom logam mudah dikeluarkan (karena energi ionisasinya yang kecil) menghasilkan kation. Bila dua atom logam saling mendekat, orbital atom terluarnya akan tumpang tindih membentuk orbital molekul. Bila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut, interaksi antar orbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk. Jadi, sejumlah besar orbital molekul akan terbentuk oleh sejumlah besar atom logam, dan orbital molekul yang dihasilkan akan tersebar di tiga dimensi.
Karena orbital atom bertumpang tindih berulang-ulang, elektron-elektron di kulit terluar setiap atom akan dipengaruhi oleh banyak atom lain. Elektron semacam ini tidak harus dimiliki oleh atom tertentu, tetapi akan bergerak bebas dalam kisi yang dibentuk oleh atom-atom ini. Jadi, elektron-elektron ini disebut dengan elektron bebas.
Sifat-sifat logam yang bemanfaat seperti kedapat-tempa-annya, hantaran listrik dan panas serta kilap logam dapat dihubungkan dengan sifat ikatan logam. Misalnya, logam dapat mempertahankan strukturnya bahkan bila ada deformasi. Hal ini karena ada interaksi yang kuat di berbagai arah antara atom (ion) dan elektron bebas di sekitarnya (Gambar D.1).
Logam akan terdeformasi bila gaya yang kuat diberikan, tetapi logam tidak akan putus. Sifat ini karena interaksi yang kuat antara ion logam dan elektron bebas. Tingginya hantaran panas logam dapat juga dijelaskan dengan elektron bebas ini. Bila salah satu ujung logam dipanaskan, energi kinetik elektron sekitar ujung itu akan meningkat. Peningkatan energi kinetik dengan cepat ditransfer ke elektron bebas. Hantaran listrik dijelaskan dengan cara yang sama. Bila beda tegangan diberikan pada kedua ujung logam, elektron akan mengalir ke arah muatan yang positif.
Kilap logam diakibatkan oleh sejumlah besar orbital molekul kristal logam. Karena sedemikian banyak orbital molekul, celah energi antara tingkat-tingkat energi itu sangat kecil. Bila permukaan logam disinari, elektron akan mengabsorbsi energi sinar tersebut dan tereksitasi. Akibatnya, rentang panjang gelombang cahaya yang diserap sangat lebar. Bila elektron yang tereksitasi melepaskan energi yang diterimanya dan kembali ke keadaan dasar, cahaya dengan rentang panjang gelombang yang lebar akan dipancarkan, yang akan kita amati sebagai kilap logam.
b. Kristal Ionik
Kristal ionik semacam natrium khlorida (NaCl) dibentuk oleh gaya tarik antara ion bermuatan positif dan negatif. Kristal ionik biasanya memiliki titik leleh tinggi dan hantaran listrik yang rendah. Namun, dalam larutan atau dalam lelehannya, kristal ionik terdisosiasi menjadi ion-ion yang memiliki hantaran listrik.
Biasanya diasumsikan bahwa terbentuk ikatan antara kation dan anion. Dalam kristal ion natrium khlorida, ion natrium dan khlorida diikat oleh ikatan ion. Berlawanan dengan ikatan kovalen, ikatan ion tidak memiliki arah khusus, dan akibatnya, ion natrium akan berinteraksi dengan semua ion khlorida dalam kristal, walaupun intensitas interaksi beragam. Demikian juga, ion khlorida akan berinteraksi dengan semua ion natrium dalam kristal.
Susunan ion dalam kristal ion yang paling stabil adalah susunan dengan jumlah kontak antara partikel bermuatan berlawanan terbesar, atau dengan kata lain, bilangan koordinasinya terbesar. Namun, ukuran kation berbeda dengan ukuran anion, dan akibatnya, ada kecenderungan anion yang lebih besar akan tersusun terjejal, dan kation yang lebih kecil akan berada di celah antar anion.
Dalam kasus natrium khlorida, anion khlorida (jari-jari 0,181 nm) akan membentuk susunan kisi berpusat muka dengan jarak antar atom yang agak panjang sehingga kation natrium yang lebih kecil (0,098 nm) dapat dengan mudah diakomodasi dalam ruangannya (Gambar D.2). Setiap ion natrium dikelilingi oleh enam ion khlorida (bilangan koordinasi = 6). Demikian juga, setiap ion khlorida dikelilingi oleh enam ion natrium (bilangan koordinasi = 6) (Gambar D.2). Jadi, dicapai koordinasi 6:6.
Masing-masing ion dikelilingi oleh enam ion yang muatannya berlawanan.
Struktur ini bukan struktur terjejal.
Dalam cesium khlorida, ion cesium yang lebih besar (0,168nm) dari ion natrium dikelilingi oleh 8 ion khlorida membentuk koordinasi 8:8. Ion cesium maupun khlorida seolah secara independen membentuk kisi kubus sederhana, dan satu ion cesium terletak di pusat kubus yang dibentuk oleh 8 ion khlorida (Gambar D.3)

c. Kristal Molekular
Kristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul semacam gaya van der Waals disebut dengan kristal molekul. Kristal yang didiskusikan selama ini tersusun atas suatu jenis ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, kristal dapat terbentuk, tanpa bantuan ikatan, tetapi dengan interaksi lemah antar molekulnya. Bahkan gas mulia mengkristal pada temperatur sangat rendah. Argon mengkristal dengan gaya van der Waals, dan titik lelehnya -189,2°C. Padatan argon berstruktur kubus terjejal. Molekul diatomik semacam iodin tidak dapat dianggap berbentuk bola. Walaupun tersusun teratur di kristal, arah molekulnya bergantian (Gambar D.4). Namun, karena strukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini alasannya mengapa kristal iodin memiliki kilap.
Strukturnya berupa kisi ortorombik berpusat muka. Molekul di pusat setiap muka ditandai dengan warna lebih gelap.
Pola penyusunan kristal senyawa organik dengan struktur yang lebih rumit telah diselidiki dengan analisis kristalografi sinar-X. Bentuk setiap molekulnya dalam banyak kasus mirip atau secara esensi identik dengan bentuknya dalam fasa gas atau dalam larutan.


d. Kristal Kovalen
Banyak kristal memiliki struktur mirip molekul-raksasa atau mirip polimer. Dalam kristal seperti ini semua atom penyusunnya (tidak harus satu jenis) secara berulang saling terikat dengan ikatan kovelen sedemikian sehingga gugusan yang dihasilkan nampak dengan mata telanjang. Intan adalah contoh khas jenis kristal seperti ini, dan kekerasannya berasal dari jaringan kuat yang terbentuk oleh ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3 (Gambar D.5). Intan stabil sampai 3500°C, dan pada temperatur ini atau di atasnya intan akan menyublim.
Kristal semacam silikon karbida (SiC)n atau boron nitrida (BN)n memiliki struktur yang mirip dengan intan. Contoh yang sangat terkenal juga adalah silikon dioksida (kuarsa; SiO2) (Gambar D.6). Silikon adalah tetravalen, seperti karbon, dan mengikat empat atom oksigen membentuk tetrahedron. Setiap atom oksigen terikat pada atom silikon lain. Titik leleh kuarsa adalah 1700 °C.

e. Kristal Cair
Kristal memiliki titik leleh yang tetap, dengan kata lain, kristal akan mempertahankan temperatur dari awal hingga akhir proses pelelehan. Sebaliknya, titik leleh zat amorf berada di nilai temperatur yang lebar, dan temperatur selama proses pelelehan akan bervariasi. Terdapat beberapa padatan yang berubah menjadi fasa cairan buram pada temperatur tetap tertentu yang disebut temperatur transisi sebelum zat tersebut akhirnya meleleh. Fasa cair ini memiliki sifat khas cairan seperti fluiditas dan tegangan permukaan. Namun, dalam fasa cair, molekul-molekul pada derajat tertentu mempertahankan susunan teratur dan sifat optik cairan ini agak dekat dengan sifat optik kristal. Material seperti ini disebut dengan kristal cair. Molekul yang dapat menjadi kristal cair memiliki fitur struktur umum, yakni molekul-molekul ini memiliki satuan struktural planar semacam cincin benzen. Di Gambar D.7, ditunjukkan beberapa contoh ristal cair.
Dalam kristal-kristal cair ini, dua cincin benzen membentuk rangka planar. Terdapat tiga jenis kristal cair: smektik, nematik, dan kholesterik. Hubungan struktural antara kristal padat-smektik, nematik dan kholesterik secara skematik ditunjukkan di Gambar D.8. Kristal cair digunakan secara luas untuk tujuan praktis semacam layar TV atau jam tangan.
Keteraturan adalm kristal adalah tiga dimensi. Dalam kristal cair smektik dapat dikatakan keteraturannya di dua dimensi, dan di nematik satu dimensi. T adalah temperatur transisi.

A.      STRUKTUR PADATAN KRISTALIN
a. Susunan Terjejal
Banyak senyawa, khususnya kristal logam dan molekular mempunyai sifat umum yang memaksimalkan kerapatannya dengan menyusun partikel-partiklenya serapat mungkin. Sruktur kristal semacam ini disebut dengan struktur terjejal.


A.      SIFAT THERMAL MATERIAL
Dalam padatan, terdapat dua jenis energi thermal yang tersimpan di dalammya yaitu energi vibrasi atom-atom di sekitar posisi keseimbangannya dan energi kinetik yang dikandung elektron-bebas. Jika suatu padatan menyerap panas maka energi internal yang tersimpan dalam padatan meningkat yang diindikasikan oleh kenaikan temperaturnya. Jadi perubahan energi pada atom-atom dan elektron-bebas menentukan sifat-sifat thermal padatan. Sifat-sifat thermal yang akan kita bahas adalah kapasitas panas, pemuaian, konduktivitas panas.
a.    Kapasitas Panas dan Panas Spesifik
Kapasitas panas (heat capacity) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur padatan sebesar satu derajat K. Konsep mengenai kapasitas panas dinyatakan dengan dua cara, yaitu
·      Kapasitas panas pada volume konstan, Cv, dengan relasi
dengan E adalah energi internal padatan yaitu total energi yang ada dalam padatan baik dalam bentuk vibrasi atom maupun energi kinetik elektron- bebas.
(3)
dengan H adalah enthalpi. Pengertian enthalpi dimunculkan dalam thermodinamika karena sesungguhnya adalah amat sulit menambahkan energi pada padatan (meningkatkan kandungan energi internal) saja dengan mempertahankan tekanan konstan. Jika kita masukkan energi panas ke sepotong logam, sesungguhnya energi yang kita masukkan tidak hanya meningkatkan energi internal melainkan juga untuk melakukan kerja pada waktu  pemuaian  terjadi.  Pemuaian  adalah  perubahan  volume,  dan  pada waktu volume berubah dibutuhkan energi sebesar perubahan volume kali tekanan udara luar dan energi yang diperlukan ini diambil dari energi yang kita masukkan. Oleh karena itu didefinisikan enthalpi guna mempermudah analisis, yaitu
dengan P  adalah tekanan dan V adalah volume
Panas spesifik (specific heat)  adalah kapasitas panas per satuan massa per derajat K, yang juga sering dinyatakan sebagai kapasitas panas per mole per derajat K. Untuk membedakan dengan kapasitas panas yang ditulis dengan huruf besar (Cv dan Cp), maka panas spesifik dituliskan dengan huruf kecil (cv dan cp).

a.    Pemuaian
Koefisien muai volume, αv, adalah tiga kali koefisien muai panjang, αL. Pengukuran muai  αL dilakukan pada tekanan konstan dengan relasi
b.   Konduktifitas Thermal
Tanda minus pada (27) menunjukkan bahwa aliran panas berjalan dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Persamaan konduktivitas panas ini mirip dengan persamaan konduktivitas listrik di bab sebelunmya.
Konduktivitas thermal dalam kristal tunggal tergantung dari arah kristalografis. Dalam rekayasa praktis, yang disebut konduktivitas thermal merupakan nilai rata- rata konduktivitas dari padatan polikristal yang tersusun secara acak. Tabel F.2 memuat konduktivitas panas beberapa macam material.
Pada temperatur kamar, metal memiliki konduktivitas thermal yang baik dan konduktivitas listrik yang baik pula karena transfer panas pada metal berlangsung karena  peran  elektron-bebas.  Pada  material  dengan  ikatan  ion  ataupun  ikatan
kovalen, di mana elektron kurang dapat bergerak bebas, transfer panas berlangsung melalui  phonon.  Walaupun  phonon  bergerak  dengan  kecepatan  suara,  namun phonon memberikan konduktivitas panas yang jauh di bawah yang diharapkan. Hal ini disebabkan karena dalam pergerakannya phonon selalu berbenturan sesamanya dan  juga  berbenturan  dengan  ketidak-sempurnaan  kristal.  Sementara  itu  dalam polimer perpindahan panas terjadi melalui rotasi, vibrasi, dan translasi molekul.


c.    Isolator Thermal
Isolator thermal yang baik adalah material yang porous. Rendahnya konduktivitas thermal disebabkan oleh rendahnya konduktivitas udara yang terjebak dalam pori- pori. Namun penggunaan pada temperatur tinggi yang berkelanjutan cenderung terjadi pemadatan yang mengurangi kualitasnya sebagai isolator thermal.
Isolator thermal yang paling baik adalah ruang hampa, karena panas hanya bisa dipindahkan melalui radiasi. Material polimer yang porous bisa mendekati kualitas ruang hampa pada temperatur sangat rendah; gas dalam pori yang membeku menyisakan ruang-ruang hampa yang bertindak sebagai isolator. Material isolator jenis ini banyak digunakan dalam aplikasi cryogenicA




PENTING - File di atas sudah di edit dengan tidak penyertaan Gambar. Silakan Download file aslinya di