Sebagaimana telah kita lihat dalam bagian sebelumnya, suatu zat dapat
mengalami perubahan suhu ketika energi ditransfer antara zat tersebut
dan sekitarnya. Dalam beberapa situasi, transfer energi tidak
mengakibatkan perubahan suhu. Ini adalah kasus kapanpun karakteristik
fisik dari perubahan substansi dari satu bentuk ke bentuk lainnya,
perubahan tersebut sering disebut sebagai perubahan fase. Dua perubahan
fasa umum adalah dari padat menjadi cair (mencair) dan dari cair ke gas
(mendidih), yang lain adalah perubahan dalam struktur kristal yang
solid. Semua perubahan fase tersebut melibatkan perubahan energi
internal sistem tetapi tidak ada perubahan suhu. Kenaikan energi
internal dalam mendidih, misalnya, diwakili oleh pemecahan ikatan antara
molekul dalam keadaan cair, ini melanggar ikatan memungkinkan molekul
untuk bergerak jauh terpisah dalam bentuk gas, dengan peningkatan yang
sesuai dalam energi potensial antarmolekul.
Seperti yang Anda duga, zat yang berbeda merespon secara berbeda
terhadap penambahan atau pengurangan energi mereka ketika berubah fase
karena pengaturan molekul internal mereka bervariasi. Juga, jumlah
energi yang ditransfer selama fase perubahan tergantung pada jumlah zat
yang terlibat. (Dibutuhkan sedikit energi untuk melelehkan es batu
daripada yang dilakukannya untuk mencairkan danau beku.) Ketika membahas
dua tahap material, kita akan menggunakan istilah bahan fase lebih
tinggi yang berarti materi yang ada pada suhu yang lebih tinggi. Jadi,
misalnya, jika kita membahas air dan es, air adalah bahan yang lebih
tinggi fasenya, sedangkan uap adalah bahan yang lebih tinggi fasenya
dalam membahas uap dan air. Pertimbangkan sebuah sistem yang mengandung
zat dalam dua tahap dalam kesetimbangan seperti air dan es. Jumlah awal
bahan fase tinggi, air, dalam sistem adalah mi. Sekarang bayangkan bahwa
energi Q memasuki sistem. Akibatnya, jumlah akhir air mf karena
mencairnya sebagian es. Oleh karena itu, jumlah es yang mencair, sama
dengan jumlah air yang baru, adalah ∆m = mf - mi. Kita mendefinisikan
kalor laten untuk perubahan fasa sebagai:
L ≡ Q/∆m
(20.6)
Parameter ini disebut kalor laten (harfiah, kalot "tersembunyi") karena
ini penambahkan atau pengurangan energi yang tidak mengakibatkan
perubahan suhu. Nilai L untuk bahan tergantung pada sifat dari perubahan
fasa serta sifat-sifat zat. Jika seluruh jumlah bahan berfase lebih
rendah mengalami perubahan fase, perubahan massa ∆m dari bahan berfase
lebih tinggi adalah sama dengan massa awal bahan berfase lebih rendah.
Sebagai contoh, jika es batu bermassa m di piring mencair sepenuhnya,
perubahan massa air mf - 0 = m, yang merupakan massa air baru dan juga
sama dengan massa awal es batu.
Dari definisi kalor laten, dan lagi memilih kalor sebagai mekanisme
transfer energi kita, energi yang dibutuhkan untuk mengubah fase zat
murni
Q = L ∆m
di mana ∆m adalah perubahan massa bahan yang fasenya lebih tinggi.
Kalor laten fusi Lf adalah istilah yang digunakan ketika perubahan fase
dari padat menjadi cair (untuk memadukan cara "menggabungkan dengan
peleburan"), dan kalor laten penguapan Lv adalah istilah yang digunakan
ketika perubahan fasa dari cair ke gas (cairan "menguap"). Kalor laten
berbagai zat bervariasi seperti data yang ditunjukkan pada Tabel 20.2.
Ketika energi memasuki sistem, menyebabkan pencairan atau penguapan,
jumlah bahan dengan fase lebih tinggi meningkat, sehingga ∆m positif dan
Q adalah positif, konsisten dengan konvensi tanda kita. Ketika energi
diekstrak dari sistem, menyebabkan pembekuan atau kondensasi, jumlah
materi dengan fase lebih tinggi menurun, sehingga ∆m adalah negatif dan Q
adalah negatif, sekali lagi konsisten dengan konvensi tanda kita. Perlu
diingat bahwa ∆m dalam Persamaan 20.7 selalu mengacu pada materi dengan
fase yang lebih tinggi.
Untuk memahami peran dari kalor laten dalam perubahan fase,
mempertimbangkan energi yang dibutuhkan untuk mengubah sebuah kubus es
1,0 g pada suhu -30,0 0C menjadi uap pada suhu 120,0 0C. Gambar 20.3
menunjukkan hasil eksperimen yang diperoleh ketika energi secara
bertahap ditambahkan ke es. Hasil disajikan sebagai grafik suhu sistem
es batu dibandingkan energi yang ditambahkan ke sistem. Mari kita
periksa setiap bagian dari kurva merah-coklat, yang dibagi menjadi
beberapa bagian A sampai E.


0 komentar:
Posting Komentar