Perubahan Fase Zat dan Persamaan Clausius Clapeyron

Dosen Pembimbing : Apit Fathurohman, M.Si

By Kelompok VI

Nama Kelompok :

1. Ardi Wiyantara (06111381320022)

2. Karina Eka Putri (06121411011)

3. Mutia Oktri Adriani (06111381320024)

4. Yeti Hariani (06111381320027)

2

DAFTAR ISI.................................................................................................2

BAB I

PENDAHULUAN ............................................................................................... 3

1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 3

1.2 Tujuan....................................................................................................... 3

1.3 Manfaat .................................................................................................... 3

BAB II

ISI ........................................................................................................................ 5

2.1 Fase Zat ................................................................................................... 5

2.2 Macam Fase ............................................................................................ 5

2.3 Perubahan Fase zat ............................................................................... 6

2.4 Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Wujud Zat ............................. 6

2.5 Persamaan Clausius Clayperon......................................................... 10

2.6. Aplikasi Perubahan Fase ................................................................... 11

CONTOH SOAL. ............................................................................................. 13

LATIHAN SOAL .............................................................................................. 19

SOAL FORMATIF............................................................................................... 21

BAB III

PENUTUP ........................................................................................................ 25

3.1 Kesimpulan................................................................................................ 25

3.2 Saran .......................................................................................................... 25

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 26

3

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sifat suatu fasa dinyatakan dengan properti-properti intensif, dan

biasanya properti-properti intensif yang diperhatikan adalah temperatur,

tekanan, dan konsentrasi. Banyaknya properti intensif yang harus

ditetapkan atau harus dinyatakan agar keadaan setimbang tidak

menjadi samar-samar bisa dihitung dengan menggunakan aturan fasa

(Phase Rule). Aturan fasa untuk pertama kali diperkenalkan oleh

J. Willard Gibbs (tahun 1875), tetapi baru dipublikasikan 20 tahun

kemudian.

Misalkan pada sebuah sistem terdapat p buah fasa dan C buah

komponen yang tersebar ke dalam setiap fasa, maka derajat kebebasan

(degree of Freedom) atau biasanya juga disebut Varian (f). Derajat

kebebasan (degree of Freedom) adalah banyaknya variabel intensif

yang dapat secara bebas divariasikan tanpa mengubah banyaknya fasa

yang ada pada sistem, atau banyaknya variabel intensif yang harus

ditentukan agar nilai semua variabel yang tersisa dapat diketahui, atau

banyaknya variabel intensif yang digunakan untuk mencirikan suatu

sistem, dikurangi dengan banyaknya hubungan-hubungan atau

batasan-batasan yang menghubungkan setiap fasa.

Ada tiga macam fase yang akan dijelaskan pada makalh ini serta

persamaan clausius dan contoh perubahan fase zat pada kehidupan

sehari-hari.

1.2 Tujuan

1. Mengetahui pengertian dari fase zat 2. Membedakan jenis perubahan fase zat

3. Menjelaskan pengaruh kalor terhadap perubahan fase zat

1.3 Manfaat

4

Diharapkan makalah ini dapat bermanfaat dalam memberikan pemahaman mengenai perubahan fase zat dan aplikasinya dalam kehidupan sehari- hari. Selain itu, juga diharapkan agar bermanfaat dalam

memberikan informasi mengenai hubungan antara tekanan,volume spesifik dan temperature serta persamaan clauasius clapeyron, serta mampu

menyelesaikan berbagai persoalan mengenai persamaan clauasius clapeyron.

5

BAB II ISI

2.1 Fase Zat

Fase adalah besaran zat yang mempunyai struktur fisika dan komposisi

kima yang homogen. Struktur fisika dikatakan homogeny apabila terdiri dari

gas saja, cair saja, atau padat saja. Sistem dapat terdiri dari dua fase seperti

cair dan gas. Komposisi kimianya dikatakan homogen apabila zat terdiri

satu bahan kimia yang dapat berbentuk, padat, cair atau gas atau campuran

dari dua atau tiga bentuk itu. Campuran gas seperti udara atmosfer

dianggap senyawa tunggal. Zat murni memiliki komposisi yang seragam

dan tidak berubah.

Zat murni dapat berada dalam beberapa fase:

1. Fase padat biasa dikenal dengan es

2. Fase cair

3. Fase Uap

4. Campuran kesetimbangan fase cair dan uap

5. Campuran kesetimbangan fase padat dan cair

6. Campuran kesetimbangan fase padat dan uap

2.2 Macam Fase

Benda pada umumnya memiliki 3 fase yaitu:

a. Fase Padat

Dalam keadaan padatan gaya-gaya intermolekul menjaga molekul-

molekul berada dalam hubungan spasial tetap. Letak molekul sangat

berdekatan dan teratur, gaya tarik antarmolekul sangat kuat sehingga

gerakan molekul tidak bebas. Gerakan molekul zat padat hanya

terbatas bergetar (vibrasi) dan berputar (rotasi) di tempat saja. Molekul-

molekulnya tidak mudah dipisahkan sehingga bentuknya selalu tetap.

b. Fase Cair

Dalam cairan, gaya-gaya antarmolekul menjaga molekul tetap berada

berdekatan, namun tidak ada hubungan spasial yang tetap. Gerakan

molekul cukup bebas, bentuknya mudah berubah tetapi volumenya

tetap. Molekul zat cair dapat berpindah tempat tetapi tidak mudah

meninggalkan kelompoknya karena masih terdapat gaya tarik menarik.

6

c. Fase Gas

Dalam keadaan gas molekul lebih terpisah dan gaya tarik antarmolekul

relatif tidak mempengaruhi gerakannya. Bergerak sangat bebas karena

gaya tarik menarik antar molekul hampir tidak ada. Volume dan

bentuknya mudah berubah. Zat gas dapat mengisi seluruh ruangan

yang ada.

Fase-fase suatu zat(padat, cair, gas) dapat terbentuk pada temperatur dan

tekanan tertentu yang tak dapat saling berubah yang dapat menunjukkan

kesetimbangan fase zat-zat tersebut.

2.3 Perubahan Fase zat

Perubahan fase/transisi fase adalah perubahan wujud zat dari satu fase

ke fase yang lain. Suhu/temperatur zat selama proses transisi fase ini

adalah tetap dan suhu ini dinamakan suhu transisi. Perubahan Fase

merupakan efek dari adanya salah satu sifat fisika zat, yaitu wujud. Sifat

fisika zat sendiri ialah sifat yang dapat diamati secara langsung tanpa

mengubah susunan zat, misalnya wujud, warna, kelarutan, daya hantar

listrik, dan kemagnetan, titik lebur dan titik didih.

Secara harfiah, perubahan fasa terjadi saat sebuah zat berubah dari

satu wujud ke wujud yang lain. Misalnya dari gas ke cair, cair ke padat,

padat ke gas, dan sebaliknya. Setiap proses melibatkan panas, baik panas

itu dilepas oleh zat ataupun diterima oleh zat, tapi tidak melibatkan

perubahan temperatur. Adapun faktor faktor yang mempengaruhi terjadinya

perubahan fase, yaitu :

1. suhu zat

2. tekanan permukaannya

Dapat disimpulkan perubahan fase zat adalah perubahan wujud dari

satu fase ke fase yang lain serta dipengaruhi oleh suhu zat dan tekanan

permukaannya.

2.4 Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Wujud Zat

Kalor yang diserap suatu zat tidak selalu menyebabkan kenaikan suhu/temperatur zat tersebut. Kadang kala kalor yang diserap oleh suatu zat dapat mengubah wujud zat tersebut tanpa menaikkan suhunya, contoh

es yang dipanaskan lama kelamaan akan menjadi air, sebaliknya air yang didinginkan, lama kelamaan akan menjadi es.

Zat dapat berada dalam tiga wujud, yaitu padat, cair, dan gas. Pada

saat terjadi perubahan wujud, misalnya dari padat menjadi cair atau dari

7

cair menjadi gas, selalu disertai dengan pelepasan atau penyerapan kalor.

Akan tetapi perubahan wujud tidak disertai dengan perubahan suhu. Perubahan fase zat (benda) dapat dijelaskan melaui diagram berikut :

a. Mencair dan Membeku

Air (H2 O) dalam fase padat bentuk dan volumenya tidak berubah. Air

dalam fase padat disebut es. Jika es dinaikkan temperaturnya, es mulai mencair dan akhirnya es berubah menjadi air semuanya. Dalam perubahan

fase dari fase padat ke fase cair temperatur zat tetap dan disebut sebagai titik lebur. Kalor yang terlibat dalam perubahan fase ini disebut kalor laten, dalam hal ini disebut kalor lebur. Sedangkan proses perubahan fase padat

ke fase cair disebut mencair. Contoh peristiwa mencair pada saat batu es dimasukkan ke dalam air dan didiamkan beberapa saat.

Sedangkan pada proses perubahan fase cair ke fase padat dikenal titik beku dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut sebagai kalor pembekuan. Proses perubahan fase cair ke fase padat disebut membeku. Contoh

peristiwa membeku pada saat air dimasukkan ke dalam freezer lemari es. Grafik berikut adalah grafik proses meleburnya es dari temperatur -50C

hingga temperaturnya 00C. Kemudian pada temperatur 00C, es dipanaskan atau diberikan kalor, dan ternyata temperatur es tidak mengalami perubahan, tetapi es berubah wujud menjadi air.

8

Grafik perubahan fase padat ke fase cair

Hasil percobaan para ilmuan menunjukkan bahwa kalor lebur sama dengan kalor beku. Jadi kalor suatu zat didefinisikan sebagai kalor yang

diperlukan oleh satu satuan massa zat untuk melebur seluruhnya pada titik leburnya. Jika suatu zat massanya m gram, untuk melebur seluruhnya dbutuhkan kalor sebesar Q joule. Berdasarkan definisi ini, kalor lebur zat

(L) dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

L = 𝑸

𝒎 Q = m.L

Keterangan : Q = Kalor (Joule)

L = Kalor Lebur zat (Joule/kg) m = massa zat

b. Menguap dan Mengembun

Menguap merupakan perubahan wujud zat dari cair menjadi gas. Air di

permukaan laut dan permukaan bumi menguap karena pengaruh

pemanasan oleh sinar matahari. Setelah uap mencapai keadaan jenuh di

udara, akan terjadi proses pengembunan, dan akan turun kembali ke bumi

menjadi hujan.

Air (H2 O) dalam fase cair disebut air. Air volumenya tetap tetapi

bentuknya berubah-ubah sesuai dengan wadahnya. Jika air dinaikkan

temperaturnya, maka air mulai mendidih dan berubah sifatnya menjadi uap

air (H2 O). Dalam perubahan fase dari fase cair ke fase gas temperatur zat

tetap dan disebut sebagai titik uap. Kalor yang terlibat dalam perubahan

fase ini disebut kalor laten, dalam hal ini disebut kalor penguapan.

Sedangkan proses perubahan fase cair ke fase gas disebut menguap.

Contoh penguapan ialah ketika air dipanaskan di atas api maka lama

kelamaan air akan menjadi uap (gas) atau titik-titik air.

Kebalikan dari proses penguapan disebut pengembunan. Pada proses

pengembunan terjadi pembebasan kalor. Besarnya kalor yang dibebaskan

9

oleh suatu zat ketika ketika terjadi pengembunan disebut kalor laten

pengembunan atau kalor embun. Proses perubahan fase gas ke fase cair

disebut mengembun. Contoh dari peristiwa mengembun ialah ketika

menuangkan air dingin ke gelas beling, maka di permukaan luar gelas akan

muncul uap karena ada perbedaan suhu.

c. Mengkristal dan Menyublim

Jika kondisi alam memungkinkan, maka fase gas dapat berubah

langsung ke fase padat atau sebaliknya. Perubahan dari fase gas ke fase

padat disebut mengkristal. Dalam peristiwa menyublim dikenal titik

sublimasi dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut kalor sublimasi.

Sedangkan perubahan dari fase padat ke fase gas disebut melenyap (ada

orang yang menyebut menyublim). Contoh peristiwa menyublim atau

melenyap terjadi pada pengharum ruangan atupun kamper. Dalam

peristiwa melenyap dikenal titik lenyap (ada orang yang menyebut titik

sublimasi) dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut kalor pelenyapan

(ada orang yang menyebut kalor sublimasi).

Dari uraian tersebut di atas dikenal temperatur tetap pada perubahan

fase zat, yaitu:

1. titik embun = titik uap

2. titk lebur = titik beku dan

3. titik sublimasi = titik lenyap.

Dari uraian tersebut di atas juga dikenal istilah kalor laten, yaitu kalor

yang diperlukan atau dilepaskan pada saat perubahan fase zat. Kalor laten

tersebut adalah:

1. kalor pengembunan = kalor penguapan

2. kalor lebur = kalor beku dan

3. kalor sublimasi = kalor pelenyapan.

Berikut tabel kalor (lebur dan uap) dan titik (lebur dan didih) untuk beberapa

jenis zat :

10

2.5 Persamaan Clausius Clayperon

Persamaan Clausius Clapeyron merupakan sebuah hubungan yang

penting mengenai hubungan tekanan, suhu, perubahan entalpi, dan volume jenis yang dihubungkan dengan perubahan fase. Terdapat beberapa sifat

termodinamik yang tidak dapat diukur secara langsung contohnya adalah perubahan entalpi. Menurut persamaan Clausius, perubahan entalpi dapat dihitung berdasarkan pada pengukuran tekanan, suhu, dan volume jenis.

Persamaan Clausius Clapeyron secara mudah dapat diturunkan dari persamaan Maxwell untuk dua fase dalam kesetimbangan. Hubungan

persamaan Maxwell

(𝜕𝑝

𝜕𝑇)

𝑣

= (𝜕𝑠

𝜕𝑣)

𝑇

Zat murni berubah dari keadaan cairan jenuh ke keadaan uap jenuh

berlangsung pada suhu konstan karena kalor yang diserap digunakan untuk

berubah fase, tidak untuk menaikkan suhu. Tekanan dan suhu tidak

bergantung pada volume pada daerah jenuh, maka dapat dituliskan:

(𝜕𝑝

𝜕𝑇)

𝑣

=𝜕𝑝

𝜕𝑇

Dari hukum pertama untuk zat yang mengalami perubahan fase,

𝑄 = ∆𝑢 − 𝑊

= 𝑢𝑔 − 𝑢𝑓 + 𝑝(𝑣𝑔 − 𝑣𝑓)

= ℎ𝑔 − ℎ𝑓 = ℎ𝑓𝑔

11

Kalor yang diserap per satuan massa pada tekanan konstan sama

dengan,

𝑞 = 𝑇𝑠𝑓𝑔

Dan

𝑠𝑓𝑔 =ℎ𝑓𝑔

𝑇

(𝜕𝑠

𝜕𝑣)

𝑇

= 𝑠𝑔 − 𝑠𝑓

𝑣𝑔 − 𝑣𝑓

= 𝑠𝑓𝑔

ℎ𝑓𝑔

Dari hubungan-hubungan di atas, didapat suatu persamaan Clausius

Clapeyron:

𝑑𝑃

𝑑𝑇=

𝑠𝑔 − 𝑠𝑓

𝑣𝑔 − 𝑣𝑓

=𝑠𝑓𝑔

𝑣𝑓𝑔

𝑑𝑎𝑛 𝑑𝑃

𝑑𝑇=

ℎ𝑓𝑔

𝑇(𝑣𝑔 − 𝑣𝑓)=

ℎ𝑓𝑔

𝑇𝑣𝑓𝑔

Terdapat beberapa perubahan fase berbeda yang dapat terjadi pada suhu

dan tekanan konstan. Jika dua fase ditandai dengan superskrip ‘ dan ‘’, kita

dapatmenuliskan persamaan Clausius Clapeyron dalam bentuk umum :

𝑑𝑃

𝑑𝑇=

𝑠′′ − 𝑠′

𝑣 ′′ − 𝑣 ′ 𝑑𝑎𝑛

𝑑𝑃

𝑑𝑇=

ℎ′′ − ℎ′

𝑇(𝑣 ′′ − 𝑣 ′)

Jadi untuk perubahan keadaan zat murni dari keadaan padatan

jenuh ke keadaan cairan jenuh yng berlangsung pada suhu konstan, dapat

dituliskan:

𝑑𝑃

𝑑𝑇=

ℎ𝑠𝑓

𝑇(𝑣𝑓 − 𝑣𝑠)=

ℎ𝑠𝑓

𝑇𝑣𝑠𝑓

2.6. Aplikasi Perubahan Fase

a. Ketel Uap

keterangan untuk masing-masing angka adalah Dearator, Bagasse

distribution conveyor, Dapur (furnace), Superheated, Air heather , Induced

Draft Fan (I.D.F), Cerobong asap (chimney), Secondary fan, secara

12

beurutan. Ketel uap merupakan gabungan yang kompleks dari pipa-pipa

penguapan (evaporator), pemanas lanjut (superheater), pemanas air

(ekonomiser) dan pemanas udara (air heater). Pipa-pipa penguapan

(evapurator) dan pemanas lanjut (superheater) mendapat kalor langsung

dari proses pembakaran bahan bakar, sedangkan pemanas air

(economiser) dan pemanas udara (air heater) mendapat kalor dari sisa gas

hasil pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer VIDEO

b. Kondensor Ac

Kondensor adalah suatu alat untuk terjadinya kondensasi refrigeran

uap dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kondensor

sebagai alat penukar kalor berguna untuk membuang kalor dan mengubah

wujud refrigeran dari uap menjadi cair Refrigerant atau freon dalam wujud

gas yang di pompa oleh kompressor ac, masuk lewat inlet (warna merah)

dalam kondisi bersuhu dan bertekanan tinggi.

Hembusan atau hisapan angin dari fan condensor dan atau cooling

fan membuang panas yang di hasilkan serta menurunkan tekanan

refrigerant dan terjadi perubahan wujud dari gas menjadi cair.Selanjutnya

modulator yang juga terdapat filter drier didalamnya bertugas untuk

memastikan bahwa yang keluar dari kondensor adalah refrigerant (freon )

cair, sebelum di kabutkan oleh expansi valve. Uap refrigeran yang keluar

dari generator akan memasuki kondensor. Uap yang bersuhu tinggi ini

sebelum masuk ke evaporator terlebih dahulu didinginkan di kondensor.

pengembunannya maka akan terjadi proses pengembunan (kondensasi),

dalam hal ini terjadi perubahan wujud gas menjadi liquid yang tekanan dan

suhunya masih cukup tinggi (tekanan kondensing).Proses pendinginan

dikondensasikan tersebut menghasilkan refrigeran berbentuk cairan

(liquid). Dan dikeluarkan dari pipa pembuangan.

Persamaan Clausius ClapeYron Persamaan Clausius Clapeyron

yang menyatakan kemiringan garis kesetimbangan dalam digram p-T. Jadi

13

hfg dapat ditentukan dari kemiringan kurva tekanan uap dan volume jenis

cairan jenuh dan uap jenuh pda suhu yang ditentukan. Terdapat beberapa

perubahan fase berbeda yang dapat terjadi pada suhu dan tekanan

konstan. Jika dua fase ditandai dengan superskrip ‘ dan ‘’, kita

dapatmenuliskan persamaan Clausius Clapeyron dalam bentuk umum Jadi

untuk perubahan keadaan zat murni dari keadaan padatan jenuh ke

keadaan cairan jenuh yang berlangsung pada suhu konstan, dapat

dituliskan:

Kesimpulan Zat terdiri dari bebrapa fase yaitu padat, cair, dan

gas.Perubahan fase zat tersebut terdiri dari mencair, membeku, menguap,

mengembun, menyublim, dan mengkristal. Untuk melihat kesetimbangan

zat dapat dilihat dari diagram p,v,t dan diagram fase.Untuk pengaruh kalor

terhadap perubahan fase zat dapat dihitung dari persamaan clausius

clayperon.

Contoh Soal.

1. Prediksikan nilai entalpi penguapan untuk air pada 2000C dengan

mengasumsikan uap sebagai gas ideal. Hitunglah persentase tingkat

kesalahannya.

Penyelesaian:

Pada 2000C dan 155,4 kPa, volume spesifik dari uap jenuh adalah

dalam aproksimasi gas ideal, vg= RT/P = (0,462)(473)/155 = 0,1406 m3/kg.

Untuk air cair densitasnya sekitar 1000 kg/m3 sehingga vf= 0,001 m3/kg

(atau kita dapat menggunakan vf dari tabel-tabel uap). Jadi kita

memperoleh:

14

ℎ𝑓𝑔 = 𝑇𝑣𝑓𝑔 (𝜕𝑃

𝜕𝑇)

𝑣

= (473)(0,1406 − 0,001) (1906 − 1254

210 − 190)

= 2153 𝑘𝐽/𝑘𝑔

Jika dibandingkan dengan hfg = 1941 kJ/kg dari tabel-tabel uap,

persentase error adalah

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =2153 − 1941

1941100% = 10,9 %

Kesalahan ini disebabkan karena ketidak-akuratan dari nilai vg

2. Tentukan energi kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan es yang

memiliki massa 2 Kg dan bersuhu -20o Celcius hingga menjadi air yang

bersuhu 70o Celcius ( Kalor jenis air = 4.200 Joule/kg°C, Kalor lebur

es = 334.000 J/kg, Kalor jenis es= 2.090 Joule/kg°C )

Penyelesaian :

Untuk mengerjakan soal ini, maka kamu harus mengetahui bahwa ada tiga

fase yang terjadi :

1. Fase perubahan suhu es dari -20o C menjadi es bersuhu 0o C

2. Fase perubahan wujud es menjadi air pada suhu 0o C

3. Fase perubahan suhu air dari 0o C menjadi es bersuhu 70o C.

Maka kita harus menghitung satu per satu energi kalor dari setiap fase.

- Fase 1 :

Q1 = M. C. Δ T

Q1 = 2 x 2.090 x 20 << menggunakan kalor jenis es bukan kalor jenis air

Q1 = 83.600 Joule

- Fase 2 :

Q2 = M. L

Q2 = 2 x 334.000

Q2 = 668.000 Joule

15

- Fase 3 :

Q3 = M. C. Δ T

Q3 = 2 x 4.200 x 70 << baru menggunakan kalor jenis air

Q3 = 588.000 Joule

Maka kita jumlahkan hasil dari ketiga fase tersebut dan didapatkan hasil

akhir senilai : 83.600 + 668.000 + 588.000 = 1.339.600 Joule

3. Grafik di bawah ini menyatakan hubungan antara suhu (T) dengan kalor

(Q) yang diberikan pada 1 gram zat padat. Besar kalor uap zat padat

tersebut adalah…

A. 60 kalori/gram

B. 70 kalori/gram

C. 80 kalori/gram

D. 90 kalori/gram

E. 100 kalori/gram

Penyelesaian :

Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diserap (atau dilepaskan) oleh 1

gram benda untuk mengubah wujudnya dari cair menjadi gas (atau dari gas

menjadi cair).

Dik :

Kalor yang diserap atau dilepas : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori

Massa zat padat : m = 1 gram

Dit :

Kalor uap (Lv) zat padat ?

16

Jawab :

Q = m Lv

Keterangan : Q = kalor yang diserap atau dilepaskan, m = massa zat, Lv =

kalor uap

Lv = Q / m

Lv = 80 kalori / 1 gram

Lv = 80 kalori/gram

4. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikan suhu air bermassa 2

kg dari 2 oC sampai 10 oC adalah… Kalor jenis air = 4.200 J/kg Co, kalor

jenis es = 2.100 J/kg Co, kalor lebur air (LF) = 334.000 J/kg

A. 760.400 J

B. 750.000 J

C. 668.000 J

D. 600.000 J

E. 540.000 J

Penyelesaian :

Dik:

Massa (m) air = 2 kg

Suhu (T) awal = -2 oC

Suhu (T) akhir = 10 oC

Kalor jenis es (c es) = 2100 J/kg Co

Kalor jenis air (c air) = 4200 J/kg Co

Kalor lebur air (LF) = 334.000 J/kg

Dit :

(Q) ?

Jawab :

Perubahan suhu dari -2 oC sampai 10 oC dilalui melalui beberapa tahap.

- Tahap 1

17

Suhu es meningkat dari -2 oC sampai 0 oC (kenaikan suhu es berhenti

pada

suhu titik beku air yakni 0 oC)

- Tahap 2

Semua es mencair (wujud padat berubah menjadi wujud cair pada suhu

titik beku air yakni 0 oC)

- Tahap 3

suhu air meningkat lagi dari 0 oC sampai 10 oC)

Jadi dari suhu -2 oC sampai 0 oC, air masih dalam wujud padat. Pada suhu

0 oC, terjadi perubahan wujud padat menjadi cair. Setelah wujud padat

berubah menjadi

wujud cair, suhu air meningkat lagi dari 0 oC sampai 10 oC.

Q1 = (m)(c es)(∆T) = (2 kg)(2100 J/kg Co)(0 oC – (-2 oC)) = (2)(2100 J)(2)

= 8400 J

Q2 = (m)(LF) = (2 kg)(334.000 J/kg) = 668.000 J

Q3 = (m)(c air)( ∆T) = (2 kg)(4200 J/kg Co)(10 oC – 0 oC)) = (2)(4200 J)(10)

= 84000 J

Kalor yang diserap :

Q = Q1 + Q2 + Q3

Q = 8400 J + 668.000 J + 84000 J

Q = 760.400 Joule

5. Di bawah ini adalah grafik kalor terhadap suhu dari 1 kg uap pada

tekanan normal. Kalor didih air 2256 x 103 J/kg dan kalor jenis air 4,2 x

103 J/kg K, maka kalor yang dilepas pada perubahan dari uap menjadi air

adalah…

A. 4,50 × 103 Joule

B. 5,20 × 103 Joule

18

C 2,00 × 106 Joule

D. 2,26 × 106 Joule

E. 4,40 × 106 Joule

Penyelesaian :

Dik :

Kalor uap atau kalor didih (Lv) = 2.256 x 103 J/kg

Kalor jenis air (c) = 4200 J/kg K

Massa uap (m) = 1 kg

Dit :

Kalor yang dilepas (Q) ?

Jawab :

Q = m Lv

Q = (1 kg)(2.256 x 103 J/kg)

Q = 2256 x 103 Joule

Q = 2,256 x 106 Joule

6. Aluminium dengan massa 0,1 kg suhunya mula - mula 10 °C. Jika

diketahui kalor jenis alumunium 900 joule/kg°C, berapakah suhu akhir

yang dihasilkan jika diberi kalor sebesar 8.100 joule?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 0,1 kg

c = 900 joule/kg°C

Q = 8.100 joule

Ditanya: suhu akhir ?

Jawab:

Q = m . c. Δt

8.100 joule = 0,1 kg. 900 joule/kg°C. Δt

Δt = 8.100joule : 90 joule/kg°C

Δt = 90°

Jadi, suhu akhir yang dihasilkan: 90°C + 10°C = 100°C

19

LATIHAN SOAL

1. Sebuah kaleng semprot (can spray) mengandung gas pembakar pada

tekanan dua kali lipat tekanan atmosfer (202 kPa) dan mempunyai

volume 125,00 cm3 pada suhu 22oC. Kaleng tersebut dilemparkan ke

dalam api. Ketika suhu gas dalam kaleng mencapai 195oC, berapakah

tekanan dalam kaleng? Asumsikan perubahan volume kaleng dapat

diabaikan.

Penyelesaiaannya :

1. Penyelesaian: 𝑃𝑖 𝑉𝑖

𝑇𝑖=

𝑃𝑓 𝑉𝑓

𝑇𝑓

Volume diabaikan, maka: 𝑃𝑖

𝑇𝑖=

𝑃𝑓

𝑇𝑓

Pf = [𝑇𝑓

𝑇𝑖]. Pi

Pf = 468 𝐾

295 𝐾 . 202 𝑘𝑃𝑎

Pf = 320 kPa

2. Seorang binaragawan mengkonsumsi sebanyak 2000 kalori untuk

makan malam. Ia ingin melokukan usaha yang jumlahnya ekuivalen di

tempat berolahraga dengan cara mengangkat barbel seberat 50 kg.

Berapa kali barbel harus ia angkat untuk menghabiskan energi sebesar

ini? Asumsikan bahwa ia mengangkat barbel 2 m setiap kalinya, dan ia

tidak memperoleh kembali energi apa pun ketika ia menurunkan barbel.

Penyelesaiaannya :

W = (2 x 106 kal) (4,186 𝐽

𝑘𝑎𝑙⁄ ) = 8,37 x 106

Jadi:

W = nmgh = 8,37 x 106

n = 𝑊

𝑚𝑔ℎ=

8,37 ×106 𝐽

(50 𝑘𝑔)(9,80 𝑚𝑠−2)(2 𝑚)

n = 8,54 x 103 kali

20

3. Zat cair yang massamya 2 kg dipanaskan dari suhu 20oC menjadi 80oC,

memerlukan panas sebesar 6 × 105 Joule. Kalor jenis zat cair tersebut

adalah…

Pembahasan

Dik :

Massa zat (m) = 2 kg

Kalor (Q) = 6 x 105 Joule = 600.000 Joule

Perubahan suhu (∆T) = 80ºC - 20ºC = 60ºC

Dit: Kalor jenis zat (c)

Jawab :

c = 600.000 / (2)(60) = 600.000 / 120

c = 5000 J/Kg

4. Dalam sebuah bejana yang massanya diabaikan terdapat a gram air 420c

dicampur dengan 6 gram es -40c. setelah diaduk 50% es melebur. Jika titik beku es = 00c kalor jenis es = 0,5 kal/g0c, kalor lebur es = 80 kal/g hitunglah perbandingan akhir Antara a dan b?

Penyelesaian:

Dengan menggunakan asas black panas yang dilepas (QLepas) adalah dari air 420c menjadi 00c 𝑄𝐿𝑒𝑝𝑎𝑠 = 𝑚𝑎𝑖𝑟 . 𝑐𝑎𝑖𝑟 .∆𝑡𝑎𝑖𝑟

= 𝑎 × 𝑡 × (-40c - 00c) = 42 a

Panas yang diserap (QLepas) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -

40c menjadi air pada 00c 𝑄𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝 = 𝑚𝐸𝑠. 𝐶𝐸𝑠. ∆𝑡𝐸𝑠 + 𝑚𝐸𝑠𝐿 𝑢

= 𝑏 × 0,5 (0 − (−4)) + 50% 𝑏 × 80

= 2𝑏 + 40𝑏 = 42𝑏

𝑄𝑙𝑒𝑝𝑎𝑠 = 𝑄𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝

42𝑎 = 42𝑏 𝑎

𝑏= 1, maka perbandingannya

𝑎

𝑏 adalah 1

5. Hitung tekanan osmotik suatu larutan yang mengandung 34,2 gram gula

(Mr = 342) dalam 1 liter larutan pada 40 oC.

21

Penyelesaiannya :

Diketahui : massa gula = 34,2 gram Mr = 342 T= 40 oC vol lar= 1L

Ditanyakan : tekanan osmosis larutan

Jawab:

Molaritas gula = (34,2/342) / 1 = 0,1 M

a. = 0,1 M x 0,082 L atm mol –1 K-1 x (273 +40)K b. = 2,556 atm

SOAL FORMATIF

1. Hitung titik didih suatu larutan yang mengandung 30 gram gula (Mr= 342)dalam 100 gram air. kb air = 0,52 oC/ mol kg-1 a. 100,456 oC

b. 244,566 oC c. 200,434 oC

d. 600,787 oC jawaban (A)

2. Hitunglah titik beku larutan yang terdiri dari 3 gram urea (Mr= 60 g

mol –1) dalam 100 gram air. Kf air = 1,86 oC/ mol kg-1 a. - 0,34 oC b. - 0,33 oC

c. - 0,93 oC d. - 0,90 oC

jawaban (C)

3. Satu bagian dari rel kereta api memiliki panjang 30,000 m ketika

suhu 0,0 oC. Berapakah panjangnya ketika suhunya 40,0 oC?

a. 0,013 m

b. 9,877 m

c. 0,555 m

d. 0,123 m

jawaban ( A )

22

4. Satu bagian dari rel kereta api memiliki panjang 30,000 m ketika

suhu 0,0 oC. Bayangkan jika ujung-ujung rel dijepit pada suhu 0,0 oC

untuk mencegah pemuaian. Berapakah tekanan termal yang muncul

pada rel, jika suhunya dinaikkan hingga 40,0oC?

a.2,2 x 107 𝑁𝑚2⁄

b.5,4 x 107 𝑁𝑚2⁄

c. 6,7 x 107 𝑁𝑚2⁄

d. 8,7 x 107 𝑁𝑚2⁄

jawaban (D)

5. Sebuah balok es mempunyai massa 1 kg mempunyai suhu – 20o C.

Balok es tersebut dipanaskan pada tekanan 1 atm sehingga semua

berubah menjadi uap, hitunglah kalor yang diperlukan. a. 3,05 x 106J.

b. 2,07 x 106 J

c. 3,08 x 106 J

d. 4,09 x 106 J

6. Seorang binaragawan mengkonsumsi sebanyak 2000 kalori untuk

makan malam. Ia ingin melokukan usaha yang jumlahnya ekuivalen

di tempat berolahraga dengan cara mengangkat barbel seberat 50

kg. Berapa kali barbel harus ia angkat untuk menghabiskan energi

sebesar ini? Asumsikan bahwa ia mengangkat barbel 2 m setiap

kalinya, dan ia tidak memperoleh kembali energi apa pun ketika ia

menurunkan barbel.

a. 6,07 x 103 kali

b. 2.23 x 103 kali

c. 8,54 x 103 kali

d. 6,65 x 103 kali

jawaban (C)

7. Suatu cairan murni mempunyai tekanan uap 50 mmHg pada 25 0C.

Hitungpenurunan tekanan uap larutan jika 6 mol zat ini dicampur

23

dengan 4 mol suatusenyawa non elektrolit yang tidak mudah

menguap. a. 10 mmHg b. 20 mmHg

c. 30 mmHg d.40 mmHg

jawaban (B)

8. Tekanan uap eter murni (Mr= 74) adalah 442 mmHg pada 293 K. Jika 3 gramsenyawa A dilarutkan ke dalam 50 gram eter pada

temperatur ini tekanan uapmenjadi 426 mmHg. Hitung massa molekul relatif senyawa A a. Mr = 111

b.Mr = 122 c. Mr = 112

d. Mr = 121 jawaban (D)

9. Sebuah gas ideal memiliki volume 100 cm3 pada suhu 20oC dan

tekanan 100 Pa. Carilah berapa mol gas yang terdapat dalam wadah

tersebut.

a. 4,01 x 10-6 mol

b. 4,11 x 10-6 mol

c.7,88 x 10-6 mol

d.1,01 x 10-6 mol

jawaban (B)

10. Berapakah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es

sebanyak 500 gram pada temperatur 0oC menjadi cair seluruhnya

yang memiliki temperatur 10oC ? Diketahui kalor laten peleburan es

menjadi air sebesar 80 kal/g. a. 4,5 kkal

b. 98 kkal

c. 40 kkal

d. 04 kkal

jawaban (C)

24

25

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Fase zat merupakamn besaran zat yang mempunyai struktur fisika

dan komposisi kima yang homogen. Suatu fase zat dapat mengalami perubahan menjadi fase zat yang lain karena adanya kalor, tanpa atau

dengan perubahan suhu zat itu sendiri. Zat dapat berada dalam tiga wujud, yaitu padat, cair, dan gas. Pada saat terjadi perubahan wujud, selalu disertai dengan pelepasan atau penyerapan kalor. Peristiwa perubahan

wujud itu sendiri yaitu mencair dan membeku, menguap dan mengembun serta mengkristal dan menyublim. Dan persamaan Clausius Clapeyron

merupakan sebuah hubungan yang penting mengenai hubungan tekanan, suhu, perubahan entalpi, dan volume jenis yang dihubungkan dengan perubahan fase.

3.2 Saran

Dari pembahasan ini sebaiknya dapat diketahui apa saja fase zat dan perubahannya. Kemudian dari perubahan fase zat tersebut dapat

diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

26

DAFTAR PUSTAKA

Fathurohman,apit.2008.Diktat Termodinamika.indralaya

Hamid, Ahmad Abu. 2007. Diktat Termodinamika “Kalor dan

Termodinamika”. Yogyakarta : FMIPA UNY.

Khuriati, Ainie. 2007. Termodinamika. Yogyakarta:Graha Ilmu.

Khuriati, Ainie. 2007. Buku ajar Termodinamika. Semarang : FMIPA UNDIP.

Potter, Merle C dan Craigh W. Somerton. 2008. Termodinamika Teknik

(terjemahan)