Kalor yang Menyertai Perubahan Wujud Zat

Kalor yang Menyertai Perubahan Wujud Zat- Setiap zat memiliki kecenderungan untuk berubah jika zat tersebut diberikan temperatur yang tinggi (dipanaskan) ataupun temperatur yang rendah (didinginkan). Kecenderungan untuk berubah wujud ini disebabkan oleh kalor yang dimiliki setiap zat. Suatu zat dapat berubah menjadi tiga wujud zat, di antaranya cair, padat, dan gas. Perubahan wujud zat ini diikuti dengan penyerapan dan pelepasan kalor.

a. Kalor Penguapan dan Pengembunan

Kalor penguapan adalah kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menguapkan zat tersebut. Jadi, setiap zat yang akan menguap membutuhkan kalor. Adapun kalor pengembunan adalah kalor yang dilepaskan oleh uap air yang berubah wujud menjadi air. Jadi, pada setiap pengembunan akan terjadi pelepasan kalor. Besarnya kalor yang dibutuhkan pada saat penguapan dan kalor yang dilepaskan pada saat pengembunan adalah sama. Secara matematis, kalor penguapan dan pengembunan dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = m L

dengan: Q = kalor yang dibutuhkan saat penguapan atau kalor yang dilepaskan saat pengembunan,

m = massa zat, dan

L = kalor laten penguapan atau pengembunan.

b. Kalor Peleburan dan Pembekuan

Pernahkah Anda mendengar atau menerima informasi tentang peristiwa mencairnya gunung-gunung es di kutub utara akibat pemanasan global? Mencair atau meleburnya es di kutub utara disebabkan oleh adanya pemanasan. Jika benda mengalami peleburan, perubahan wujud yang terjadi adalah dari wujud zat padat menjadi zat cair. Dalam hal ini, akan terjadi penyerapan kalor pada benda. Adapun perubahan wujud zat dari cair ke padat disebut sebagai proses pembekuan. Dalam hal ini, akan terjadi proses pelepasan kalor. Besarnya kalor yang dibutuhkan pada saat peleburan dan besarnya kalor yang dilepaskan dalam proses pembekuan adalah sama. Perumusan untuk kalor peleburan dan pembekuan sama dengan perumusan pada kalor penguapan dan pengembunan, yakni sebagai berikut.

Q = m L

dengan: Q = kalor yang dibutuhkan saat peleburan atau kalor yang dilepaskan saat pembekuan,

m = massa zat, dan

L = kalor laten peleburan atau pembekuan.

Contoh soal

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.

Jawab

Diketahui: L = 80 kal/g, dan m = 500 gram.

Q = m L

Q = 500 gram × 80 kal/g

Q = 40.000 kal

Q = 40 kkal

Jadi, besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es menjadi cair seluruhnya adalah sebesar 40 kkal.

Hubungan Kalor Laten dan Perubahan Wujud

Sebuah benda dapat berubah wujud ketika diberi kalor. Coba Anda perhatikan perilaku suatu benda ketika dipanaskan. Apabila suatu zat padat, misalnya es dipanaskan, es tersebut akan menyerap kalor dan beberapa lama kemudian berubah wujud menjadi zat cair. Perubahan wujud zat dari padat menjadi cair ini disebut proses melebur. Temperatur pada saat zat mengalami peleburan disebut titik lebur zat. Adapun proses perubahan wujud zat dari cair menjadi padat disebut sebagai proses pembekuan dan temperatur ketika zat mengalami proses pembekuan disebut titik beku zat.

Jika zat cair dipanaskan akan menguap dan berubah wujud menjadi gas. Perubahan wujud dari zat cair menjadi uap (gas) disebut menguap. Pada peristiwa penguapan dibutuhkan kalor. Proses penguapan dapat terjadi dalam kehidupan sehari-hari, misalnya Anda mencelupkan tangan Anda ke dalam cairan spiritus atau alkohol. Spiritus atau alkohol adalah zat cair yang mudah menguap. Untuk melakukan penguapan ini, spiritus atau alkohol menyerap panas dari tangan Anda sehingga tangan Anda terasa dingin. Peristiwa lain yang memperlihatkan bahwa proses penguapan membutuhkan kalor adalah pada air yang mendidih. Penguapan hanya terjadi pada permukaan zat cair dan dapat terjadi pada sembarang temperatur, sedangkan mendidih hanya terjadi pada seluruh bagian zat cair dan hanya terjadi pada temperatur tertentu yang disebut dengan titik didih. Proses kebalikan dari menguap adalah mengembun, yakni perubahan wujud dari uap menjadi cair.

Ketika sedang berubah wujud, baik melebur, membeku, menguap, dan mengembun, temperatur zat akan tetap, walaupun terdapat pelepasan atau penyerapan kalor. Dengan demikian, terdapat sejumlah kalor yang di-lepaskan atau diserap pada saat perubahan wujud zat, tetapi tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan temperatur. Kalor ini disebut sebagai kalor laten dan disimbolkan dengan huruf L. Besarnya kalor ini bergantung pada jumlah zat yang mengalami perubahan wujud (massa benda). Jadi, kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan oleh suatu benda untuk mengubah wujudnya per satuan massa.

Mengapa kalor yang diserap oleh suatu zat padat ketika melebur atau menguap tidak dapat menaikkan temperaturnya? Berdasarkan teori kinetik, pada saat melebur atau menguap, kecepatan getaran molekul bernilai maksimum. Kalor yang diserap tidak menambah kecepatannya, tetapi digunakan untuk melawan gaya ikat antarmolekul zat tersebut. Ketika molekul-molekul ini melepaskan diri dari ikatannya, zat padat berubah menjadi zat cair atau zat cair berubah menjadi gas. Setelah seluruh zat padat melebur atau menguap, temperatur zat akan bertambah kembali. Peristiwa kebalikannya terjadi juga pada saat melebur, membeku, atau mengembun.

Kalor laten pembekuan besarnya sama dengan kalor laten peleburan yang disebut sebagai kalor lebur. Kalor lebur es L pada temperatur dan tekanan normal adalah 334 kJ/kg. Kalor laten penguapan besarnya sama dengan kalor laten pengembunan, yang disebut sebagai kalor uap. Kalor uap air L pada temperatur dan tekanan normal adalah 2.256 kJ/kg.

img1

Gambar 7.4 Grafik perubahan temperatur dan berubahan wujud zat pada sebuah es.

Perhatikan Gambar 7.4 yang menunjukkan proses perubahan temperatur dan wujud zat pada sebuah es. Dari gambar tersebut terdapat proses perubahan temperatur dan wujud zat yang terjadi, yakni sebagai berikut.

a. Proses A – B merupakan proses kenaikan temperatur dari sebongkah es. Pada proses kenaikan temperatur ini, grafik yang terjadi adalah linear. Pada grafik AB, kalor digunakan untuk menaikkan temperatur.

QAB = mes cesΔT

QAB = mes ces (0oC (–T1))

QAB = mes ces T1

b. Proses B – C merupakan proses perubahan wujud zat dari es menjadi air. Pada grafik BC, kalor tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan temperatur benda, tetapi hanya digunakan untuk mengubah wujud zat benda tersebut, yakni dari wujud es menjadi air.

QBC = mesL

c. Pada grafik C – D, terjadi proses kenaikan temperatur yang sama dengan proses pada (a). Akan tetapi, pada proses ini yang dinaikkan suhunya adalah air dari 0oC sampai 100oC.

QCD = maircair ΔT

QCD = maircair (100°C – 0°C)

QCD = maircair 100°C

d. Sama halnya pada proses B – C, proses D – E tidak mengalami perubahan temperatur, tetapi yang terjadi hanya perubahan wujud zat dari air menjadi uap.

QDE = mairL

Contoh soal menghitung kalor

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.

Penyelesaian:

Jika kapasitas kalor es adalah konstan dan sama dengan 2,05 kJ/kg.oC maka energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -20o C adalah:

Q1= m.c. ΔT = (1 kg).(2,05 kJ/kg.oC).(20oC) = 41 kJ

Panas laten peleburan untuk es adalah 334 kJ/kg, sehingga kalor yang diperlukan untuk mencairkan 1 kg es adalah:

Q2 = m.Lf = (1 kg).(334kJ/kg) = 334 kJ

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air yang diperoleh, dari 0oC sampai 100o C adalah:

Q3= m.v. ΔT = (1 kg).(4,18 kJ/kg.K).(100 K) = 418 kJ

dimana kita telah mengabaikan variasi kapasitas kalor air meliputi jangkauan suhu ini. Akhirnya, panas yang dibutuhkan untuk menguapkan 1 kg air pada 100o C adalah:

Q4 = m.Lv

= (1 kg).(2,26 x 103kJ/kg) = 2,26 MJ

Jumlah total kalor yang diperlukan adalah:

Q = Q1+ Q2+ Q3+ Q4

Q = 0,041 MJ + 0,334 MJ + 0,418 MJ + 2,26 MJ

Q = 3,05 MJ = 3,05 x 106J.

Sumber: Aip S, dkk. Praktis Belajar Fisika SMA X: Jakarta. BSE 2008.

Artikel Terkait

Updated: 4 November 2014 — 18:23

1 Comment

Add a Comment
  1. ITU BENER OM……?????
    KLO MASSA.ES SAMA MASSA.AIR SAMA…….????
    :V :3 QW GI BINGUNG OM…????

    -JANCOK-ASU

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Budisma.web.id © 2014