Senin, 30 Desember 2013

Pemuaian Zat Cair

Rangkaian Percobaan Pemuaian Zat Cair

Pemuaian pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi 
hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair, maka semakin besar muai volumenya.

Ketika panci diisi penuh dengan  air dipanaskan, maka panci (zat padat) dan air (zat cair) memuai. Tetapi, muai volume zat cair lebih besar daripada muai volume zat padat. Hal ini menyebabkan sebagian air  tumpah dari panci saat air mendidih.

Titik Triple


Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.


Anomali Air
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut.

Anomali Air


Pada suhu 4ºC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0ºC – 4ºC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4ºC ke atas akan memuai. Hubungan antara suhu dan volume air dapat digambarkan pada Gambar diatas Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.

Sumber:
IPA TERPADU: SMP/MTs Kelas VII oleh Anny Winarsih, Agung Nugroho, Sulityoso HP, M Zajuri, Supliyadi, Slamet Suyanto. — Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Sabtu, 28 Desember 2013

Pemuaian Zat Padat

Pemuaian pada zat padat terdiri dari  muai panjang, luas dan volume

a) Macam-macam Pemuaian pada Zat Padat
Zat padat apabila dipanaskan mengalami pemuaian panjang, luas dan volume.

b) Muai Panjang Zat Padat
Muai panjang dapat diamati pada benda padat yang berbentuk batang. Jika suhu semakin tinggi, pertambahan panjang akan semakin besar. Selain itu, muai panjang bergantung pada jenis zat. Koefisien muai panjang (α) suatu zat adalah besarnya pertambahan panjang setiap satuan panjang zat jika suhunya dinaikkan sebesar 1 °C.

Persamaan Muai Panjang:
lt = l0 + ∆l atau lt = l0 (1 + (α ·∆T)

Keterangan:
∆l = pertambahan panjang (m)
l0 = panjang mula-mula (m)
lt = panjang benda setelah dipanaskan
α  = koefisien muai panjang (°C-1)
∆T = kenaikan suhu (°C-1)

Contoh
Batang suatu logam pada suhu 10o C memiliki panjang 100 cm. Tentukan panjang logam  tersebut pada suhu 310oC jika α = 1,2 x 10-5/oC.

Diketahui : lo = 100 cm
     Δt = t2-t1 = 310 o – 10 o = 300o C
Ditanya : l   = ?
Jawab :   l   = lo (1 + α Δt)
= 100 (1 + 1,2 x 10-5/oC x 300o C)
= 100 + 0,36 cm
          = 100,36 cm

c) Muai Luas Zat Padat
Pemuaian luas terjadi jika benda padat yang memuai berbentuk kepingan persegi (plat). Berbeda dengan pemuaian panjang yang hanya memperhitungkan muai panjang, pada pemuaian luas muai lebar juga ikut diperhitungkan. Koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang. Secara matematis koefisien muai luas dituliskan sebagai berikut β = 2α.


Persamaan Muai Luas
At = A0 (1 + (β · ∆T)  atau  At = A0 (1 + (2 α · ∆T)

Keterangan:
A = pertambahan luas (m2)
β  = koefisien muai luas = 2α  (°C-1)
 α = koefisien muai panjang (°C-1)
T = kenaikan suhu (°C)
At = luas benda setelah dipanaskan (m2)
A0 = luas benda mula-mula (m2)

Contoh
Sebuah plat aluminium yang berbentuk persegi mempunyai sisi 10 cm dan suhu 30 °C. Kemudian plat tersebut dipanaskan hingga mencapai suhu 80 °C. Jika koefisien muai panjang aluminium 0,0000255 °C-1, tentukanlah luas plat aluminium pada suhu akhir !

Diketahui:
luas mula-mula (A0) = (10 cm)2 = 100 cm2
kenaikan suhu (ΔT) = 80 °C – 30 °C = 50 °C
koefisien muai luas (β) = 2.(0,0000255 °C-1) = 0,00005 °C-1

Ditanyakan: ΔA = ?
Jawab:
At  = A0 (1 + (β · ∆T)  
     = 100 cm2 {1 + (0,00005°C-1 x 50 °C)}
     = (100 cm2) + 100 x {(0,00005°C-1) × (50 °C)}
     = 100 cm2 + 0,25 cm2
Jadi, luas aluminium tersebut adalah 100,25 cm2

d) Muai Volume Zat Padat
Jika zat padat yang dipanaskan berbentuk bangun ruang seperti bola, kubus, atau balok, maka bangun ruang tersebut mengalami pemuaian yang disebut muai volume. Pada muai volume, pemuaiannya dianggap ke semua arah. Untuk menentukan pemuaian volume zat padat, koefisien muainya adalah tiga kali koefisien muai panjang, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut  γ = 3α

Persamaan Muai Volume
Vt = V0 (1 + γ. ΔT ) atau Vt = V0 (1 + 3 α . ΔT )

Keterangan:
ΔV = pertambahan volume (m3)
V0 = volume mula-mula (m3)
Vt = volume benda setelah dipanaskan (m3)
γ = koefisien muai volume = 3α (°C-1)
ΔT = kenaikan suhu (°C)

Contoh
Sebuah aluminium berbentuk kubus dengan rusuk 3 cm dipanaskan dari 20 °C sampai 80 °C. jika koefisien muai aluminium 0,0000255°C-1, tentukanlah volume pada suhu akhir !

Diketahui:
volume mula-mula (V0) = (3 cm)3 = 27 cm3
kenaikan suhu (ΔT) = 80 °C – 20 °C = 60 °C
koefisien muai volume (γ) = 3 (0,0000255 °C-1) = 0,0000765 °C-1
Ditanyakan Vt = ?
Jawab:
Vt = V0 (1 + γ. ΔT )
    = 27 cm3 × (1 + 0,0000765°C-1 × 60°C)
    = 27 cm3 + {27 cm3 x (0,0000765°C-1 × 60°C)}
    = 27 cm3 + 0,12393 cm3
Jadi, volume aluminium pada suhu 60°C  adalah 27,12393 cm3.


Referensi:
Ilmu Pengetahuan Alam 1: SMP/MTs kelas VII/ Wasis, Sugeng Yuli Irianto - Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.




Jumat, 29 November 2013

Penerapan Pemuaian Zat

A. Alat Pengukur Pemuaian

Muschembroek
1. Muschenbroekalat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat.



Labu Didih
2. labu didih: alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair.



Dilatometer
3. Dilatometer: alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas.




B. Masalah yang ditimbulkan oleh pemuaian dalam kehidupan sehari-hari:

1. Pemasangan kaca jendela
Kaca Jendela
Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela yang sedikit lebih besar daripada ukuran sebenarnya. Hal ini dilakukan untuk memberi ruang kaca saat terjadi pemuaian. Apabila desain jendela tidak diberi ruangan pemuaian, maka saat kaca memuai akan  mengakibatkan retaknya kaca tersebut.






2. Celah pemuaian pada sambungan jembatan
Jembatan
Sambungan antara dua jembatan beton terdapat celah di antaranya. Hal ini bertujuan agar jembatan tersebut tidak melengkung saat terjadi pemuaian.






3. Sambungan rel kereta api
Sambungan Rel KA
Sambungan rel kereta api dibuat ada celah diantara dua batang rel tersebut. Hal ini bertujuan agar saat terjadi pemuaian tidak menyebabkan rel melengkung.





4. Kawat telepon atau kawat listrik
Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud, pada malam hari kawat telepon atau listrik saat mengalami penyusutan kawat tersebut tidak putus.






C. Manfaat pemuaian dalam kehidupan sehari-hari:
1. Pengelingan
Pengelingan
Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan  proses khusus disebut mengeling. Paku keling yang dipakai untuk mengeling sesuatu dalam keadaan panas sampai berpijar dan dimasukkan ke dalam lubang pelat yang hendak kita keling. Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul sampai rata. Setelah dingin paku keling tersebut akan menyusut dan menekan kuat pelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada pembuatan badan kapal laut.

2. Keping bimetal
Keping Bimetal
Dua keping logam yang mempunyai koefisien muai panjang berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal. Keping bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar. Perbedaan pemuaian ini dipakai sebagai termostat. Termostat adalah alat yang berfungsi ganda sebagai saklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Beberapa alat yang memanfaatkan keping bimetal dalam termostat, antara lain: setrika listrik, almari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau motor, rice cooker, oven.

3. Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api
Roda Pedati
Roda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logam tersebut, maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkan roda logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logam tersebut dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akan menyusut dan terpasang pada bingkainya dengan kuat.

Referensi:
SUGIYARTO, Teguh. Ilmu pengetahuan alam 1: untuk SMP/MTs/ kelas VII Teguh Sugiyarto, Eny Ismawati — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.
Gambar: dari BSE dan Google Images

Sabtu, 16 November 2013

Reaksi Kimia

Percobaan Reaksi Kimia

A. Persamaan reaksi: gambaran reaksi kimia yang terdiri atas rumus kimia pereaksi dan hasil reaksi disertai koefisien masing–masing.

Misal: reaksi gas hidrogen dan gas oksigen membentuk air
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)
Lambang-lambang yang digunakan:
    menghasilkan
+        ditambah
(s)     solid (padatan)
(g)     gas
(l)      liquid (cairan)
(aq) aquous (terlarut dalam air)

B. Koefisien Reaksi: adalah bilangan yang mendahului rumus kimia zat dalam persamaan reaksi
          2H2 (g) +  O2 (g) 2H2O (l)

2H2 (g) + 1O2 (g)→  2H2O (l)

koefisien hidrogen adalah 2, koefisien oksigen adalah 1, dan koefisien air adalah 2.

C. Penulisan persamaan reaksi: dapat dilakukan dalam dua langkah sebagai berikut :
a. Menuliskan rumus kimia zat pereaksi dan produk, lengkap dengan keterangan tentang wujudnya.
b. Penyetaraan, yaitu memberikan koefisien yang sesuai dengan jumlah atom setiap unsur sama pada kedua rumus.

D. Penyetaraan persaman reaksi dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut:
a. Tetapkan koefisien salah satu zat, biasanya yang memiliki rumus paling kompleks sama dengan satu, sedangkan zat lain diberikan koefisien sementara berupa huruf.
b. Terlebih dahulu setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang diberi koefisien satu.
c. Setarakan unsur yang lain.

Contoh
Reaksi gas metana (CH4) dengan gas oksigen (O2) membentuk gas karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O)

Langkah 1:
Menuliskan rumus kimia pereaksi dan hasil reaksi:
CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)

Langkah 2 (Penyetaraan):
1. Tetapkan koefisien CH4 = 1, sedangkan yang lain dengan huruf.
        CH4 (g) + aO2 (g) bCO2 (g) + cH2O (g)

2. Setarakan atom C dan H.
a) Perhatikan jumlah atom C di sebelah kiri = 1 ; berarti jumlah atom C di sebelah kanan  (b) = 1.
b) Perhatikan jumlah atom H di sebelah kiri = 4 ; berarti jumlah atom H di sebelah kanan = 2c, berarti 2c = 4, atau c = 2

3. Setarakan jumlah atom O, jumlah atom O di ruas kiri = 2a. Di ruas kanan = 2 + 2 = 4, berarti 2a = 4 atau a = 2.

Dengan demikian diperoleh persamaan reaksi sebagai berikut :
      CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g)


E. Macam-macam Reaksi Kimia
1. Reaksi Penggabungan
Yaitu dua atau lebih zat tergabung membentuk zat lain.
Rumus: A + B AB
Contoh
Reaksi hidrogen dengan oksigen membentuk air
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)

2. Reaksi Penguraian
Yaitu reaksi satu zat terurai menjadi dua atau lebih zat.
Reaksi ini membutuhkan energi berupa kalor, cahaya, dan listrik.
Rumus: AB A + B

Contoh
Penguraian air oleh listrik menghasilkan hidrogen dan oksigen
listrik
2H2O (aq ) 2H2 (g) + O2 (g)

3. Reaksi Penggantian
Reaksi penggantian tunggal terjadi bila satu unsur menggantikan
unsur lain dalam satu senyawa.
Untuk menyelesaikan persamaan reaksi penggantian terdapat dua persamaan, yaitu :
a. Bila A menggantikan B sebagai berikut:
A + BC B + AC
b. Bila D menggantikan C sebagai berikut:
D + BC C + BD

Contoh
Sebuah kawat tembaga dimasukkan ke dalam larutan perak nitrat.
Tembaga lebih aktif daripada perak, maka tembaga menggantikan perak membentuk larutan tembaga (II) nitrat berwarna biru.

Reaksi antara tembaga dengan perak nitrat, sebagai berikut :
Cu (s) + 2AgNO3 (aq) 2Ag (s) + Cu(NO3)2 (aq)

F. Reaksi kimia yang terjadi mengakibatkan beberapa perubahan, antara lain:
a. Terbentuk Endapan: Air direbus kemudian didinginkan, maka ada kapur yang menempel pada panci
b. Menghasilkan Gas: Karbit yang dicampur dengan air akan bereaksi menghasilkan gas karbit.
c. Perubahan Suhu: kayu dibakar menghasilkan panas


G. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi, antara lain:
a. Ukuran Partikel: semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat reaksi yang terjadi.
b. Suhu: Semakin tinggi suhu reaksi, semakin cepat reaksi berlangsung

Referensi:
Ilmu pengetahuan alam 1 : untuk SMP/MTs/ kelas VII Teguh Sugiyarto, Eny Ismawati — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.
Gambar: http://4.bp.blogspot.com/-KLGJ7ub3NHE/UNnbtBPzexI/AAAAAAAAAxE/bO-Ip3lq0Zg/s1600/116365_Full.jpg