Back to the topics list

perubahan wujud materi

Ada tiga keadaan / fase materi yaitu padat, cair, dan gas. Materi yang sama dapat ada di ketiga fase di bawah kondisi suhu dan tekanan yang berbeda. Misalnya, es (padat) pada suhu 0° ketika dipanaskan menjadi air (cair) pada suhu 0 °C, yang pada pemanasan lebih lanjut berubah menjadi uap (gas) pada suhu 100 °C. Jadi pada satu tekanan atmosfer, air ditemukan di ketiga fase pada suhu yang berbeda.

Proses perubahan dari satu keadaan ke keadaan lain pada temperatur tetap disebut perubahan fasa . Itu dibawa karena pertukaran panas.
Perubahan wujud dari padat menjadi cair disebut mencair , sedangkan perubahan wujud cair menjadi padat disebut membeku. Perubahan dari cair ke uap dikenal sebagai penguapan, sedangkan perubahan sebaliknya dari gas ke cair disebut kondensasi (atau pencairan). Perubahan langsung dari padat menjadi uap disebut sublimasi dan perubahan sebaliknya dari uap menjadi padat disebut pengendapan.

MENCAIR DAN MEMBEKU

Perubahan fase padat ke cair dengan penyerapan panas pada suhu konstan disebut mencair. Itu suhu konstan di mana zat padat berubah menjadi cair disebut titik leleh zat padat. Perubahan balik dari fase cair ke padat dengan pembebasan panas pada suhu konstan disebut titik beku dan suhu saat zat cair membeku menjadi padat disebut titik bekunya. Energi panas diserap selama pencairan dan dibuang selama pembekuan pada suhu konstan.

Kurva pemanasan es selama pencairan

Lihatlah grafik di atas. Suhu es tetap sama dengan 0 °C di bagian AB sampai seluruh es mencair. Panas yang diberikan selama ini digunakan untuk mencairkan es. Setelah itu, suhu air yang terbentuk dari es yang mencair mulai naik dari 0 °C (bagian BC).

PENGUAPAN ATAU MENDIDIH

Perubahan fase dari cair ke gas (atau uap) pada penyerapan panas pada suhu konstan disebut penguapan. Suhu tertentu di mana penguapan terjadi disebut titik didih cairan. Demikian pula, perubahan dari fase uap ke fase cair pada pelepasan panas pada suhu konstan disebut kondensasi dan suhu tertentu di mana kondensasi terjadi disebut titik kondensasi uap.
Energi panas diserap pada suhu konstan selama penguapan, sedangkan jumlah energi panas yang sama dilepaskan selama kondensasi pada suhu tersebut untuk massa zat yang sama.

Kurva pemanasan air

Di titik A, air berada pada suhu kamar (20°C) dan kemudian dengan penyerapan energi panas, suhu air naik terus menerus di bagian AB yang berada dalam keadaan cair. Pada titik B pendidihan dimulai dan suhu tidak naik lebih lanjut di bagian BC, energi panas terus diserap dan mewakili titik didih air, menjadi B sebagai titik didih air.

Mengapa kita menambahkan garam saat memasak kacang-kacangan? Ini didasarkan pada fakta bahwa menambahkan kotoran meningkatkan titik didih air. Kita menambahkan garam saat memasak pulsa, sehingga air kemudian memberikan energi panas yang cukup untuk isinya sebelum direbus sehingga memasak menjadi lebih mudah dan cepat. Mengapa memasak makanan di perbukitan membutuhkan waktu lebih lama daripada di dataran? Ini didasarkan pada fakta bahwa titik didih berkurang dengan penurunan tekanan. Di dataran tinggi seperti perbukitan atau pegunungan, tekanan atmosfer rendah, oleh karena itu di tempat-tempat ini, air mendidih pada suhu lebih rendah dari 100 °C sehingga tidak menyediakan energi panas yang dibutuhkan untuk memasak. Jadi memasak membutuhkan waktu lebih lama di tempat-tempat seperti itu.

PANAS LATEN DAN PANAS LATEN SPESIFIK

Selama perubahan fasa suatu zat yang terjadi pada suhu konstan sejumlah besar energi panas diserap atau dibebaskan.   Karena energi panas yang diserap atau dibebaskan dalam perubahan fasa tidak dimanifestasikan secara eksternal oleh kenaikan atau penurunan suhu, hal itu disebut panas laten.
Panas laten, bila dinyatakan untuk satuan massa suatu zat, disebut panas laten spesifik dan dilambangkan dengan simbol L.

Satuan SI dari panas laten spesifik adalah J kg ^-1 , satuan umum lainnya adalah kal g ^-1 .
1 kal g ^-1 = 4,2 × 10 ³ J kg ^-1

Panas peleburan adalah energi panas yang harus ditarik untuk memadatkan massa atau kuantitas tertentu dari cairan atau ditambahkan untuk melelehkan massa atau kuantitas tertentu dari padatan. Ini juga disebut panas fusi laten. Panas laten penguapan adalah panas yang dikonsumsi atau dilepaskan ketika materi terdisintegrasi, berubah wujud dari cairan menjadi gas pada temperatur yang konsisten.
Panas laten peleburan es spesifik adalah energi panas yang dibutuhkan untuk mencairkan satu satuan massa es pada 0 °C menjadi air pada 0 °C tanpa perubahan suhu. Panas laten spesifik pembekuan es adalah energi panas yang dibebaskan/dilepaskan ketika satu satuan massa air pada 0 °C membeku menjadi es pada 0 °C tanpa ada perubahan suhu. Untuk es, kalor laten peleburan spesifik adalah 336000 J kg ^-1 , yang berarti bahwa 1 kg es pada 0 °C menyerap 336000 J energi panas untuk diubah menjadi air pada 0 °C. Untuk penguapan, ini adalah jumlah kalor (540 kal g ⁻¹ ) yang diperkirakan akan berubah dari 1 g air menjadi 1 g uap air. Ukuran yang sama dari panas dilepaskan dalam tahap bergerak selama penumpukan 1 g uap air menjadi 1 g air.

Penjelasan panas laten fusi berdasarkan model kinetik
Menurut model kinetik, molekul dalam padatan bergetar pada posisi rata-ratanya. Energi total suatu molekul adalah jumlah energi kinetik (yang bergantung pada suhu) karena geraknya dan energi potensialnya (yang bergantung pada gaya tarik-menarik antar molekul dan pemisahan di antara mereka). Ketika padat berubah menjadi cair tanpa perubahan suhu, kinetika rata-rata molekul tidak berubah tetapi pemisahan antar molekul rata-rata meningkat. Beberapa energi diperlukan untuk meningkatkan pemisahan melawan gaya tarik menarik antar molekul (yaitu, untuk meningkatkan energi potensial molekul). Dengan demikian energi panas yang diberikan selama peleburan digunakan hanya untuk meningkatkan energi potensial molekul dan disebut panas laten peleburan.

Contoh

• Salju di pegunungan tidak mencair sekaligus: Alasannya adalah es memiliki panas fusi laten spesifik yang tinggi (336000 J kg ^-1 ). Ia berubah menjadi air secara perlahan karena mendapat energi panas dari matahari. Jika panas laten rendah, semua salju akan mencair dalam waktu singkat karena mendapat panas dari matahari dan akan terjadi banjir di sungai.
• Di negara-negara dingin, air di danau dan kolam tidak membeku sekaligus: Alasannya adalah panas laten fusi es cukup tinggi, sehingga air di danau dan kolam harus melepaskan sejumlah besar panas untuk sekitarnya sebelum membeku. Lapisan es yang terbentuk di atas permukaan air menjadi penghantar panas yang buruk juga akan mencegah hilangnya panas dari air danau sehingga tidak membeku sekaligus.
• Minuman didinginkan lebih cepat dengan menambahkan sepotong es daripada air sedingin es pada suhu 0 °C: Ini karena 1 gram es pada suhu 0 °C membutuhkan 336 J energi panas dari minuman untuk mencairkan air pada suhu 0 °C C. Minuman ini membebaskan 336 J energi panas tambahan untuk 1 gram es pada 0 °C, dibandingkan dengan 1 gram air dingin pada 0 °C.

• Berkeringat menyebabkan pendinginan: Berkeringat adalah fungsi tubuh yang menyelamatkan jiwa yang membantu mengatur suhu tubuh Anda. Saat cuaca panas atau suhu tubuh Anda naik karena berolahraga atau demam, keringat akan keluar melalui saluran di kulit Anda. Ini mengandung 90% air. Tetesan keringat yang ada di tubuh Anda memanfaatkan panas tubuh untuk fase transisi dari cair ke uap. Ini menghasilkan efek pendinginan yang membantu menjaga suhu tubuh dan mendinginkan tubuh.
• Selalu berhati-hati saat membuka tutup panci saat air di dalamnya mendidih: Air memiliki panas laten penguapan yang besar. Saat uap mengembun di kulit lengan Anda, sejumlah besar panas laten dilepaskan, yang menyebabkan luka bakar serius.

Pertanyaan 1: Berapa banyak energi panas yang dibutuhkan untuk mencairkan 10 kg es? (Panas laten spesifik es = 336 J g ^-1 )
Solusi: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
Energi kalor yang dibutuhkan = mL = 10000 × 336 = 3360000 J

Pertanyaan 2: Suhu 250 gram air pada 40 °C diturunkan menjadi 0 °C dengan menambahkan es ke dalamnya. Carilah massa es yang ditambahkan. (Panas laten spesifik es adalah 336 J g ^-1 dan kapasitas panas spesifik air adalah 4,2 J g ^-1 K ^-1 )
Solusi: Energi panas yang hilang oleh air = energi panas yang diperoleh es
Penurunan suhu adalah 40 − 0 = 40 °C.
Panas yang hilang oleh air = m⋅c⋅Δt = 250 × 4,2 × 40 = 42000 J
Kalor yang diperoleh es = 42000 = massa es × 336 ⇒ massa es = 42000 ∕ 336 = 125 g

Soal 3: 10125J energi panas mendidihkan 4,5 gram air pada 100°c menjadi uap pada 100°c, carilah kalor laten uap dalam satuan SI.
Solusi: Panas laten uap L = 10125 J ∕ (4,5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg