BAB IIPEMBAHASAN
II.1. Perubahan FaseBentuk-bentuk berbeda yang diambil oleh
berbagai fase materi berlainan yaitu wujud zat. Secara historis,
pembedaan ini dibuat berdasarkan perbedaan kualitatif dalam sifat
bulk Dalam keadaan padatan zat mempertahankan bentuk dan volume;
dalam keadaan cairan zat mempertahankan volume tetapi menyesuaikan
dengan bentuk wadah tersebut; dan sedangkan gas mengembang untuk
menempati volume apa pun yang tersedia.
GAMBAR 1PERUBAHAN FASE
Dan Berikut ini macam-macam perubahan zat yang kita ketahui:1.
Membeku merupakan proses perubahan wujud dari cair menjadi padat2.
Mencair merupakan proses perubahan wujud dari padat menjadi cair3.
Menguap merupakan proses perubahan wujud dari cair menjadi gas4.
Mengembun merupakan proses perubahan wujud dari gas menjadi cair5.
Menyublim merupakan proses perubahan wujud dari padat menjadi gas6.
Menghablur merupakan proses perubahan wujud dari gas menjadi
padatWujud zat juga dapat didefinisikan menggunakan konsep transisi
fase. Sebuah transisi fase menandakan perubahan struktur dan dapat
dikenali dari perubahan drastis dari sifat-sifatnya. Menggunakan
definisi ini, wujud zat yang berbeda adalah tiap keadaan
termodinamika yang dibedakan dari keadaan lain dengan sebuah
transisi fasa. Air dapat dikatakan memiliki beberapa wujud padat
yang berbeda. Munculnya sifat superkonduktivitas dihubungkan dengan
suatu transisi fase, sehingga ada keadaan superkonduktif. Begitu
pula, keadaan kristal cair dan feromagnetik ditandai oleh transisi
fase dan memiliki sifat-sifat berlainan.II.2 Muai
(expensi)Perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang,
lebar, luas, atau berubah volumenya karena terkena panas (kalor).
Pemuaian tiap-tiap benda akan berbeda, tergantung pada suhu di
sekitar dan koefisien muai atau daya muai dari benda
tersebut.Perubahan panjang akibat panas ini, sebagai contoh, akan
mengikuti:
Keterangan : : panjang pada suhu t, : panjang pada suhu awal, :
koefisien muai panjang, dan : besarnya perubahan suhu.Suatu benda
akan mengalami muai panjang apabila benda itu hanya memiliki
(dominan dengan) ukuran panjangnya saja. Muai luas terjadi pada
benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang dan lebar,
sedangkan muai volum terjadi apabila benda itu memiliki ukuran
panjang, lebar, dan tinggi.
Keterangan : : luas (Area) pada suhu t, : luas pada suhu awal, :
koefisien muai luas, dan : besarnya perubahan suhu.Dan untuk
perubahan volume :
Keterangan : : V(olum) pada suhu t, : volum pada suhu awal, :
koefisien muai volum, dan : besarnya perubahan suhu.
II.3 Teori KineticTeori Kinetik berupaya menjelaskan sifat-sifat
makroscopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan
memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Intinya,
teori ini menytakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh
denyut-denyut statis di antara molekul-molekul, seperti yang diduga
Isaac Newton, melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang
bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori Kinetik dikenal
pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau Teori Tumbukan atau Teori
Kinetik pada Gas.Dapat dituliskan rumus sebagai berikut:P . V = n .
R . TAdapun faktor yang ada pada teori kinetic antara lain :1.
TekananTekanan dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan
dari gaya yang dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang menabrak
dinding wadah. Misalkan suatu gas denagn N molekul, masing-masing
bermassa m, terisolasi di dalam wadah yang mirip kubus bervolume V.
Ketika sebuah molekul gas menumbuk dinding wadah yang tegak lurus
terhadap sumbu koordinat x dan memantul dengan arah berlawanan pada
laju yang sama (suatu tumbukan lenting), maka momentum yang
dilepaskan oleh partikel dan diraih oleh dinding adalah:
gaya yang dimunculkan partikel ini adalah:
Keseluruhan gaya yang menumbuk dinding adalah:
Jadi, gaya dapat dituliskan sebagai:
Tekanan, yakni gaya per satuan luas, dari gas dapat dituliskan
sebagai:
2. Suhu dan energi kinetik
II-5Dari hukum gas ideal maka didapat rumus sebagai berikut :PV
= NkBTdimana B adalah konstanta Boltzmann dan T adalah suhu
absolut. Dan dari rumus diatas, dihasilkan Derivat:
(2)3. Banyaknya tumbukan dengan dindingJumlah tumbukan atom
dengan dinding wadah tiap satuan luar tiap satuan waktu dapat
diketahui. Asumsikan pada gas ideal, derivasi dari menghasilkan
persamaan untuk jumlah seluruh tumbukan tiap satuan waktu tiap
satuan luas:
4. Laju RMS molekulDari persamaan energi kinetik dapat
ditunjukkan bahwa:
Dengan v pada m/s, T pada kelvin, dan R adalah konstanta gas.
Massa molar diberikan sebagai kg/mol. Kelajuan paling mungkin
adalah 81.6% dari kelajuan RMS, dan rerata kelajuannya 92.1%
(distribusi kelajuan Maxwell-Boltzmann).5. Banyaknya tumbukan
dengan dinding
6. Laju RMS molekulDari energy kinetic di atas maka dapat
ditulis rumus sebagai berikut:
II.4 Teori TermodinamikaTermodinamika (bahasa Yunani: thermos =
'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas,
kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan
dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan
termodinamika berasal.Pada sistem di mana terjadi proses perubahan
wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak
berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi
berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika"
biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini,
konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang
diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika
bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika
tak-setimbang.Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam
sistem termodinamika, yaitu:a. Hukum Awal (Zeroth Law)
TermodinamikaHukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan
setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling
setimbang satu dengan lainnyab. Hukum Pertama TermodinamikaHukum
ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan
energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan
total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan
kerja yang dilakukan terhadap systemc. Hukum kedua
TermodinamikaHukum kedua termodinamika terkait dengan entropi.
Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem
termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan
meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnyad. Hukum ketiga
TermodinamikaHukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur
nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem
mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan
entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga
menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada
temperatur nol absolut bernilai nol
GAMBAR 2TERMODINAMIKAII.5 Suhu dan Kalora. Suhu Suhu menunjukkan
derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda,
semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan
energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu
benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan
maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi
atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.Sebuah
peta global jangka panjang suhu udara permukaan rata-rata bulanan
dalam proyeksi Mollweide.Suhu juga disebut temperatur yang diukur
dengan alat termometer. Empat macam termometer yang paling dikenal
adalah Celsius, Reumur, Fahrenheit dan Kelvin. Karena dari Kelvin
ke derajat Celsius, Kelvin dimulai dari 273 derajat, bukan dari
-273 derajat. Dan derajat Celsius dimulai dari 0 derajat. Suhu
Kelvin sama perbandingan nya dengan derajat Celsius yaitu 5:5, maka
dari itu, untuk mengubah suhu tersebut ke suhu yang lain, sebaiknya
menggunakan atau mengubahnya ke derajat Celsius terlebih dahulu,
karena jika kita menggunakan Kelvin akan lebih rumit untuk
mengubahnya ke suhu yang lain. Contoh:dan .
b. KalorPanas, bahang, atau kalor adalah energi yang berpindah
akibat perbedaan suhu. Satuan SI untuk panas adalah joule. Panas
bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah.
Setiap benda memiliki energi dalam yang berhubungan dengan gerak
acak dari atom-atom atau molekul penyusunnya.Energi dalam ini
berbanding lurus terhadap suhu benda. Ketika dua benda dengan suhu
berbeda bergandengan, mereka akan bertukar energi internal sampai
suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan
adalah jumlah energi yang tertukar. Kesalahan umum untuk menyamakan
panas dan energi internal. Perbedaanya adalah panas dihubungkan
dengan pertukaran energi internal dan kerja yang dilakukan oleh
sistem. Mengerti perbedaan ini dibutuhkan untuk mengerti hukum
pertama termodinamika.Ketika suatu benda melepas panas ke
sekitarnya, Q < 0. Ketika benda menyerap panas dari sekitarnya,
Q > 0.Jumlah panas, kecepatan penyaluran panas, dan flux panas
semua dinotasikan dengan perbedaan permutasi huruf Q. Mereka
biasanya diganti dalam konteks yang berbeda.Jumlah panas
dinotasikan sebagai Q, dan diukur dalam joule dalam satuan SI.
Keterangan: : banyaknya kalor (jumlah panas) dalam joule : massa
benda dalam kg : kalor jenis dalam joule/kg C, dan : besarnya
perubahan suhu dalam C.Kecepatan penyaluran panas, atau penyaluran
panas per unit, ditandai
II.6 Suhu CampuranPada dasarna, dua benda dikatakan berada dalam
keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan, kedua benda tersebut
mencapai suhu ang sama. Misalna terdapat 2 benda, sebut saja benda
A dan benda . Pada mulana benda A memiliki suhu tinggi (benda A
panas) sedangkan benda memiliki suhu rendah (enda dingin). Setelah
bersentuhan cukup lama, kedua benda tersebut mencapai suhu ang
sama. Dalam hal ini, benda A dan benda dikatakan berada dalam
keseimbangan termal. t = Dimana: : massa benda dalam kgt :
temperatur : kalor jenis dalam joule/kg C,
Adapaun bunyi hukum suhu campuran adalah sebagai berikut:Jika
dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga,
maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu
sama lain.
II.7 Diagram EllinghamMeskipun faktanya reaksi redoks tidak
selalu mencapai kesetimbangan, parameter termodinamik paling tidak
dapat digunakan untuk mengidentifikasi yang manakah reaksi yang
mungkin. Reaksi redoks, pada kondisi temperatur dan tekanan
konstan, energy bebas Gibss reaksi (DG) adalah negatip. Harga DG
biasanya dianggap sebagai harga energy bebas Gibbs standar
DGqkarena dihubungkan dengan konstata kesetimbangan melalui
persamaan :DGq= -RTln KDengan demikian nilai negatip dari
DGqberkorelasi untuk K >1 dan menunjukkan bahwa reaksi dapat
terjadi. Laju reaksi juga relevan tetapi pada temperatur yang
tinggi reaksi sering berlangsung cepat dan kita umumnya
mengasumsikan bahwa proses dapat terjadi melalui perkiraan
termodinamika.Energi bebas dari reduksi oksida logam tergantung
pada temperatur hal ini terlihat berbeda-beda dari logam untuk
mencapai temperatur yang lebih tinggi. Hubungan antara energy bebas
Gibbs dan temperatur ditunjukkan pada diagram Ellingham, yang
menggambarkan hubungan antara energy bebas Gibbs dari berbagai
bentuk oksida versus temperatur (Gambar 3).Sebuah diagram Ellingham
adalah grafik yang menunjukkan ketergantungan suhu stabilitas
senyawa. Analisis ini biasanya digunakan untuk mengevaluasi
kemudahan pengurangan oksida logam dan sulfida . Diagram ini
pertama kali dibangun oleh Harold Ellingham tahun 1944. Dalam
metalurgi, diagram Ellingham digunakan untuk memprediksi suhu
kesetimbangan antara logam, oksida, serta oksigen - dan dengan
perpanjangan, reaksi logam dengan sulfur, nitrogen, dan non - logam
lainnya. Diagram ini berguna dalam memprediksi kondisi dimana bijih
akan dikurangi menjadi logam. Analisis ini termodinamika di alam,
dan mengabaikan kinetika reaksi . Dengan demikian, proses yang
diperkirakan akan menguntungkan dengan diagram Ellingham masih bisa
lambat.
GAMBAR 3DIAGRAM ELLINGHAM
KATA PENGANTAR
Segala puji kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
atas karunia-Nyalah Penulis dapat menyelesaikan Tugas Teknik
Lingkungan ini yang berjudul Dasar Dasar Fisika dan Kimia dengan
baik.Adapun tujuan dari penyusunan tugas ini adalah sebagai syarat
untuk mengikuti mata kuliah Ekstraksi Metalurgi pada Jurusan Teknik
Pertambangan Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.Pada kesempatan
ini, Penulis tak lupa mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada :1. Rr. Harminuke Eko H., ST., MT, selaku Ketua Jurusan
Teknik Pertambangan Universitas Sriwijaya1. Ir. A. Taufik Arief, MS
selaku Dosen Pembimbing mata kuliah Teknik Lingkungan1. Rekan-rekan
seperjuangan yang telah banyak membantu dalam penulisan tugas
ini.Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan baik
isi maupun metode yang digunakan dalam penulisan tugas ini.Untuk
itu Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun demi perbaikan tugas ini. Akhirnya Penulis berharap
semoga penulisan tugas ini dapat bermanfaat bagi kita semua,
amin.
Indralaya, Februari 2014
Penulis
DASAR-DASAR FISIKA DAN KIMIA
TUGAS EKSTRAKSI METALURGIDibuat Sebagai Syarat Untuk Mengikuti
Mata Kuliah Ekstraksi Metalurgi Pada Jurusan Teknik Pertambangan
Universitas Sriwijaya
Disusun Oleh :Cindy Dwilarasati03111002008Ela
Rahayu03111002034Zella Navtalia03111002088
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SRIWIJAYA2014
DAFTAR ISI
HalamanKATA PENGANTAR iiiDAFTAR ISI ivDAFTAR GAMBAR vBABI.
PENDAHULUAN I-1I.1 Latar belakang I-1I.2 Tujuan penulisan I-1
II. PEMBAHASANII-1II.1 Perubahan FaseII-1II.2 Muai ( Expansi )
II-2II.3 Teori KinetikII-3II.4 Teori Termodinamika II-6II.5 Suhu
dan Kalor II-8 II.6 Suhu Campuran II-10
III. KESIMPULAN DAN SARANIII-1III.1 KesimpulanIII-1III.2
SaranIII-1
DAFTAR PUSTAKALAMPIRAN
DASAR DASAR FISIKA DAN KIMIA
TUGAS EKSTRAKSI METALURGI
Disetujui untuk Jurusan Teknik Pertambanganoleh Pembimbing :
Ir. A. Taufik Arief.MS.
BAB ILATAR BELAKANG
I.1Latar BelakangKimia sering disebut sebagai "ilmu pusat"
karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu
bahan, nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika,
dan geologi. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang
memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Sebagai
contoh, kimia fisik melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika
terhadap materi pada tingkat atom dan molekul.Kimia berhubungan
dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara
materi dan energi, terutama dalam hubungannya dengan hukum pertama
termodinamika. Kimia tradisional melibatkan interaksi antara zat
kimia dalam reaksi kimia, yang mengubah satu atau lebih zat menjadi
satu atau lebih zat lain.Ada dasar dasar fisika kdan kimia yaitu
perubahan fase, pemuaian, teorik kinetic, teori termodinamika, suhu
dan kalor, dan suhu campuran. Dasar dasar ini sangat memiliki peran
penting dari setiap unsur yang terdapat pada mineral mineral untuk
dikelolah dan dipisahkan.Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan
teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan logam yang mencakup
tahapan dari pengolahan bijih mineral,pemerolehan (ekstraksi)
logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan
perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk
pembuatan produk rekayasa tertentu.Berdasarkan tahapan rangkaian
kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu metalurgi
ekstraksi dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang banyak
melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan
cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses
peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu,
dinamakan juga metalurgi kimia. Meskipun sesungguhnya metalurgi
kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang luas, antara lain
mencakup juga pemaduan logam denagn logam lain atau logam dengan
bahan bukan logam. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan
cara-cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll.
Adapun proses-proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu
sendiri antara lain adalahpyrometalurgy(proses ekstraksi yang
dilakukan pada temperatur tinggi),hydrometalurgy(proses ekstraksi
yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara
pelindian dengan media cairan), dan electrometalurgy (proses
ekstraksi yang melibatkan penerapan prinsip elektrokimia, baik pada
temperatur rendah maupun pada temperatur tinggi).
I.2Tujuan PenulisanTujuan dari tugas ini adalah untuk mengetahui
dasar dasar fisika dan kimia dimana agar kita dapat menerapkan pada
kegiatan pertambangan.
I.3Manfaat PenulisanManfaat dari penulisan tugas ini adalah agar
dengan mengetahui dasar dasar fisika dan kimia dalam ekstraksi
metalurgi kita dapat mengaplikasikannya dalam pengolahan bahan
galian di dunia pertambangan.
BAB IIIKESIMPULAN DAN SARAN
III.1. KesimpulanAdapun hal-hal yang dapat disimpulkan dari
tugas ini meliputi :1. Ada dasar dasar fisika kdan kimia yaitu
perubahan fase, pemuaian, teorik kinetic, teori termodinamika, suhu
dan kalor, dan suhu campuran.2. Bentuk-bentuk berbeda yang diambil
oleh berbagai fase materi berlainan yaitu wujud zat.3. Perubahan
suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau
berubah volumenya karena terkena panas (kalor).4. Teori Kinetik
berupaya menjelaskan sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan,
suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka
dan gerakannya.5. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan
wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak
berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi
berlangsung).
III.2. SaranAdapun saran yang disampaikan oleh penulis yaitu
semoga apa yang telah kita pelajari pada pelajaran Ekstraksi
Metalurgi ini dapat kita terapkan dengan kemampuan kita
masing-masing.
DAFTAR PUSTAKA
Bates, R.L., 1960. Geology of The Industrial Rocks And Minerals,
Harper And Raw Publisher, New York.
Kuzvart, M., 1984. Industrial Minerals And Rocks, Development in
Economic Geology 18, Elsevier, Amsterdam.
Smart and Moore Solid State Chemistry: An Introduction (Chapman
and Hall) ISBN 0-412-40040-5Einstein, A. (1905), "ber die von der
molekularkinetischen Theorie der Wrme geforderte Bewegung von in
ruhenden Flssigkeiten suspendierten Teilchen", Annalen der Physik
17: 549560.