Materi Dan Energi
1.Materi
Materi
adalah apa saja yang mempunyai massa dan menempati suatu ruang, baik yang
berbentuk padat, cair, dan gas. Semua materi dapat dipecah menjadi bagian yang
sangat kecil yang disebut molekul. Molekul masih memiliki sifat-sifat materi,
misalnya molekul gula adalah bagian terkecil dari gula yang masih mempunyai
sifat-sifat gula.
Dengan
kemajuan ilmu pengetahuan, sebuah molekul dapat dipecah lagi menjadi bagian
lebih kecil yang disebut atom. Molekul gula tebu dapat dipecah menjadi 12 atom
karbon, 22 atom hidrogen, dan 11 atom oksigen. Atom-atom tersebut dipersatukan
sedemikian rupa sehingga menjadi bentuk molekul gula. Akan tetapi, bila
atom-atom karbon, hidrogen, dan oksigen tesebut dipersatukan kembali dengan
susunan yang berbeda akan dapat membentuk molekul materi yang berbeda, misalnya
alkohol atau zat pati. Dari contoh-contoh diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa
atom-atom disebut pula unsur dasar yang menyusun suatu materi.
Semua
materi mempunyai sifat sendiri-sendiri. Apabila terjadi suatu perubahan karena
sesuatu, sifatnya akan berubah dan sifat itu menjadi ciri bagi materi tersebut.
Perubahan suatu materi dibedakan atas dua kelompok, yaitu :
a. Perubahan materi secara fisika adalah perubahan materi yang tidak
disertai
terjadinya materi jenis baru, misalnya sebagai berikut.
A.Penguapan
air, kalau air dipanaskan akan berubah menjadi
uap.
B.Pembekuan
air, air didinginkan pada 00 C menjadi es.
C.Gula
dilarutkan dalam air: tidak mengubah warna tetapi manis.
Jadi,
perubahan materi secara fisika termasuk perubahan tingkat wujud
materi,
seperti menguap, membeku, melarut dan menghablur.
b.
Perubahan materi secara kimia adalah perubahan yang menghasilkan
satu
atau beberapa materi yang jenisnya lain, misalnya sebagai berikut.
A.Besi
berkarat: sepotong besi yang dibiarkan dalam keadaan lembab dan karena reaksi
udara beberapa waktu akan timbul karat yang merupakan materi baru hasil reaksi.
B.Pembakaran:
sepotong kayu dinyalakan dan terbakar menghasilkan abu.
-Magnesium
ditaruh pada nyala api : akan tampak kabut putih dengan
nyala
menyilaukan, setelah dingin idak tampak potongan magnesium
tersebut.
Atom
adalah partikel yang paling kecil dari suatu unsur kimia. Partikel
didefinisikan sebagai atom bila masih memiliki sifat-sifat atom tersebut.
Menurut
John Dalton (1766 – 1844), seorang ahli kimia Prancis, mengajukan hipotesis
tentang substansi dasar materi. Ternyata prinsip hipotesis tersebut dapat
bertahan, sehingga dikenal sebagai Teori Dalton. Atom menurut Dalton tersusun
sebagai berikut :
1)
Atom merupakan partikel-partikel terkecil dari unsur yang tidak dapat
dipecahkan
lagi.
2)Atom-atom
dari unsur yang sama mempunyai sifat sama, sebaliknya
atom
dari unsur yang berbeda mempunyai sifat yang berbeda pula.
3)
Kumpulan atom sejenis dapat membentuk unsur, sedang kumpulan
atom
berlainan jenis akan membentuk senyawa.
4)
Atom-atom yang saling mengikat secara kimiawi akan membentuk molekul.
Kemajuan
pesat di dunia ilmu pengetahuan alam dalam abad XX menimbulkan perbedaan pendapat
tentang konsep teori atom dan molekul. Saat ini batasan untuk atom adalah
partikel yang terkecil dari suatu unsur yang dapat mengambil bagian dalam
perubahan-perubahan kimia.
Rutherford
(1817 – 1937) mengemukakan teori tentang struktur atom dan mengatakan bahwa :
Sebuah
atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan dibungkus oleh kulit
atom yang mengandung elektron-elekron yang bermuatan negatif. Atom tidak akan
bermuatan listrik (menjadi netral) bila jumlah muatan negatif sama dengan
jumlah muatan positif.
J.
Chadwick (1891 – 1994) menemukan bahwa partikel jenis ketiga ini
tidak
bermuatan listrik dan mempunyai massa tepat sama dengan massa proton. Partikel
ini disebut neutron yang bersama-sama dengan proton di dalam nukleus.
Berat
proton dibandingkan dengan berat electron adalah 1840 kali lebih besar. Massa
atom unsur-unsur lain tergantung pada massa inti atom unsur tersebut dan hal
ini tergantung pada massa neutronnya. Misalkan, massa atom oksigen adalah 16,
berarti pada oksigen terdapat 8 proton dan 8 neutron di dalam inti atomnya.
Niels
Bohr (1885 – 1962) mengajukan teori yang menyatakan bahwa atom merupakan system
matahari yang terkecil (miniatur). Inti atom sebagai matahari dan
elektron-elektron sebagai planet yang beredar mengelilingi inti.
Elektron-elektron beredar melintasi garis edar berbentuk elips dengan kecepatan
cahaya. Niels Bohr menemukan bahwa lokasi-lokasi electron tertentu dan
terbatas. Electron dapat terlempar ke luar orbit dan menjauhi intinya,
kadang-kadang malah memasuki orbit lebih dekat ke inti mempunyai energi lebih
kecil daripada electron yang jauh dari inti. Untuk memindahkan electron dari
lintasan yang dekat ke inti ke lintasan yang lebih jauh dari inti diperlukan
tambahan energi. Sebaliknya, electron dari lintasan luar yang jauh ke lintasan
dalam yang dekat inti melepaskan energi. Energi yang dilepas maupun ditambahkan
merupakan jumlah tertentu yang disebut kuantum.
Neils
Bohr gagal mengadakan percobaan dengan atom lain kecuali hydrogen, tetapi
kegagalan tersebut diperbaiki oleh Schrodinger sehingga teori Bohr dapat
dimantapkan.
A.Kulit
I hanya dapat diisi 2 elektron
B.Kulit
II hanya dapat diisi 8 elektron
C.Kulit
III hanya dapat diisi 18 elektron
D.Kulit
IV hanya dapat diisi 32 elektron
Symbol
atom modern dirintis oleh Jacob Berzelius pada tahun 1813 dengan mengambil
singkatan dari huruf pertama nama atom yang kadang-kadang diikuti oleh salah
satu huruf berikutnya. Huruf pertama ditulis dengan huruf besar, sedang huruf
berikutnya ditulis dengan huruf kecil. Sebagai contoh :
Nama Atom Simbol
Hydrogen: H
Oksigen: O
Calsium: Ca
2.
Energi
Energi
atau tenaga ialah kemampuan untuk melakukan kerja. Dalam IPA yang dimaksud
kerja ialah usaha gerak melawan hambatan. Seseorang yang mengangkat sebuah
benda ke atas, berarti melakukan usaha gerak melawan gaya tarik bumi atau
gravitasi. Energi dapat memindahkan materi dari suatu tempat ke tempat lain.
Bermacam-macam bentuk energi antara lain gerak, cahaya, panas, tenaga kimia,
dan tenaga atom.
Energi
dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. Peristiwa ini disebut
transformasi energi. Sebagai contoh, kayu yang dibakar menghasilkan energi
panas.
Energi
dapat diubah menjadi energi yang setara, tetapi energi itu tidak dapat
dimusnahkan dan juga tidak dapat dibuat. Hal ini disebut hukum kekekalan
energi. Albert Einstein mengemukakan pendapatnya tentang hukum kekekalan materi
dan energi, bahwa pada waktunya orang dapat mengubah unsur menjadi energi dan
sebaliknya energi menjadi unsur kembali. Para ahli menegaskan pendapat Einstein
dengan mengemukakan bahwa unsur dan energi adalah dua macam bentuk yang
berlainan, maka tetap berlaku hukum kekekalan. Bahwa untuk energi dapat diubah
dari yang satu ke yang lain, tetapi jumlah akhir adalah tetap. Bagan di bawah
ini memperlihatkan secara skematis energi asal radiasi surya maupun buatan
manusia diubah bentuknya menjadi energi yang dapat dimanfaatkan.
Pada
proses I : Sinar matahari ditangkap oleh daun tumbuh-tumbuhan, dikumpulkan
dalam bentuk kayu dan biomassa sebagai kayu bakar atau biomassa yang dapat
dimanfaatkan oleh manusia.
Pada
proses II : menunjukkan pada radiasi surya yang memanasi
atmosfer,
sehingga terjadi perpindahan udara berupa angin dan arus pancar.
Pada
proses III : lautan dipanaskan, terjadi dua hal, yang pertama air naik sebagai
uap menjadi awan dan turun lagi ke bumi dalam bentuk hujan. Hujan yang turun di
gunung dan air mengalir di sungai merupakan potensi tenaga air. Kedua, lautan
dipanaskan, lapisan laut sebelah atas lebih panas
Berkarat:
sepotong besi yang dibiarkan dalam keadaan lembab dan karena reaksi udara
beberapa waktu akan timbul karat yang merupakan materi baru hasil reaksi.
Pembakaran:
sepotong kayu dinyalakan dan terbakar menghasilkan abu.
Magnesium
ditaruh pada nyala api : akan tampak kabut putih dengan nyala menyilaukan,
setelah dingin idak tampak potongan magnesium
tersebut.
Atom adalah partikel yang paling kecil dari suatu unsur kimia. Partikel
didefinisikan sebagai atom bila masih memiliki sifat-sifat atom tersebut.
Menurut
John Dalton (1766 – 1844), seorang ahli kimia Prancis, mengajukan hipotesis
tentang substansi dasar materi. Ternyata prinsip hipotesis tersebut dapat
bertahan, sehingga dikenal sebagai Teori Dalton. Atom menurut Dalton tersusun
sebagai berikut :
1)
Atom merupakan partikel-partikel terkecil dari unsur yang tidak dapat
dipecahkan lagi.
2)Atom-atom
dari unsur yang sama mempunyai sifat sama, sebaliknya atom dari unsur yang
berbeda mempunyai sifat yang berbeda pula.
3)
Kumpulan atom sejenis dapat membentuk unsur, sedang kumpulan atom berlainan
jenis akan membentuk senyawa.
4)
Atom-atom yang saling mengikat secara kimiawi akan membentuk molekul.
Kemajuan
pesat di dunia ilmu pengetahuan alam dalam abad XX menimbulkan perbedaan
pendapat tentang konsep teori atom dan molekul. Saat ini batasan untuk atom
adalah partikel yang terkecil dari suatu unsur yang dapat mengambil bagian
dalam perubahan-perubahan kimia.
Rutherford
(1817 – 1937) mengemukakan teori tentang struktur atom dan mengatakan bahwa :
Sebuah
atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan dibungkus oleh kulit
atom yang mengandung elektron-elekron yang bermuatan negatif. Atom tidak akan
bermuatan listrik (menjadi netral) bila jumlah muatan negatif sama dengan
jumlah muatan positif.
J.
Chadwick (1891 – 1994) menemukan bahwa partikel jenis ketiga ini tidak
bermuatan listrik dan mempunyai massa tepat sama dengan massa proton. Partikel
ini disebut neutron yang bersama-sama dengan proton di dalam nukleus.
Berat
proton dibandingkan dengan berat electron adalah 1840 kali lebih besar. Massa
atom unsur-unsur lain tergantung pada massa inti atom unsur tersebut dan hal
ini tergantung pada massa neutronnya. Misalkan, massa atom oksigen adalah 16,
berarti pada oksigen terdapat 8 proton dan 8 neutron di dalam inti atomnya.
Niels
Bohr (1885 – 1962) mengajukan teori yang menyatakan bahwaatom merupakan system
matahari yang terkecil (miniatur). Inti atom sebagai matahari dan
elektron-elektron sebagai planet yang beredar mengelilingi inti.
Elektron-elektron beredar melintasi garis edar berbentuk elips dengan kecepatan
cahaya. Niels Bohr menemukan bahwa lokasi-lokasi electron tertentu dan
terbatas. Electron dapat terlempar ke luar orbit dan menjauhi intinya,
kadang-kadang malah memasuki orbit lebih dekat ke inti mempunyai energi lebih
kecil daripada electron yang jauh dari inti. Untuk memindahkan electron dari
lintasan yang dekat ke inti ke lintasan yang lebih jauh dari inti diperlukan
tambahan energi. Sebaliknya, electron dari lintasan luar yang jauh ke lintasan
dalam yang dekat inti melepaskan energi. Energi yang dilepas maupun ditambahkan
merupakan jumlah tertentu yang disebut kuantum.
Neils
Bohr gagal mengadakan percobaan dengan atom lain kecuali hydrogen, tetapi
kegagalan tersebut diperbaiki oleh Schrodinger sehingga teori Bohr dapat dimantapkan.
a.Kulit
I
hanya
dapat diisi 2 elektron
b.Kulit
II hanya dapat diisi 8 elektron
c.Kulit
III hanya dapat diisi 18 elektron
d.Kulit
IV hanya dapat diisi 32 elektron
Symbol
atom modern dirintis oleh Jacob Berzelius pada tahun 1813 dengan mengambil
singkatan dari huruf pertama nama atom yang kadang-kadang diikuti oleh salah
satu huruf berikutnya. Huruf pertama ditulis dengan huruf besar, sedang huruf
berikutnya ditulis dengan huruf kecil. Sebagai contoh :
Nama
Atom
Simbol
Hydrogen
H
Oksigen
O
Calsium
Ca
2.
Energi
Energi
atau tenaga ialah kemampuan untuk melakukan kerja. Dalam IPA yang dimaksud
kerja ialah usaha gerak melawan hambatan. Seseorang yang mengangkat sebuah
benda ke atas, berarti melakukan usaha gerak melawan gaya tarik bumi atau
gravitasi. Energi dapat memindahkan materi dari suatu tempat ke tempat lain.
Bermacam-macam bentuk energi antara lain gerak, cahaya, panas, tenaga kimia,
dan tenaga atom.
Energi
dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. Peristiwa ini disebut
transformasi energi. Sebagai contoh, kayu yang dibakar menghasilkan energi
panas.
Energi
dapat diubah menjadi energi yang setara, tetapi energi itu tidak dapat
dimusnahkan dan juga tidak dapat dibuat. Hal ini disebut hukum kekekalan
energi. Albert Einstein mengemukakan pendapatnya tentang hukum kekekalan materi
dan energi, bahwa pada waktunya orang dapat mengubah unsur menjadi energi dan
sebaliknya energi menjadi unsur kembali. Para ahli menegaskan pendapat Einstein
dengan mengemukakan bahwa unsur dan energi adalah dua macam bentuk yang
berlainan, maka tetap berlaku hukum kekekalan. Bahwa untuk energi dapat diubah
dari yang satu ke yang lain, tetapi jumlah akhir adalah tetap. Bagan di bawah
ini memperlihatkan secara skematis energi asal radiasi surya maupun buatan manusia
diubah bentuknya menjadi energi yang dapat dimanfaatkan.
Pada
proses I : Sinar matahari ditangkap oleh daun tumbuh-tumbuhan, dikumpulkan
dalam bentuk kayu dan biomassa sebagai kayu bakar atau biomassa yang dapat
dimanfaatkan oleh manusia.
Pada proses
II : menunjukkan pada radiasi surya yang memanasi
atmosfer,
sehingga terjadi perpindahan udara berupa angin dan arus pancar.
Pada
proses III : lautan dipanaskan, terjadi dua hal, yang pertama air naik sebagai
uap menjadi awan dan turun lagi ke bumi dalam bentuk hujan. Hujan yang turun di
gunung dan air mengalir di sungai merupakan potensi tenaga air. Kedua, lautan
dipanaskan, lapisan laut sebelah atas lebih panas
maka
dapat langsung dimanfaatkan untuk memutar turbin uap yang dikaitkan dengan generator
pembangkit listrik. Dengan demikian kita akan mendapatkan energi listrik yang
dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan. Bila yang keluar adalah air
panas, maka dapat pula digunakan untuk pembangkit listrik, tetapi tidak secara
langsung. air panas itu digunakan untuk menguapkan amonia. Gas amonia inilah
yang digunakan untuk memutar turbin uap yang dikaitkan dengan generator
pembangkit tenaga listrik, sehingga akan didapatkan energi listrik. Di samping
untuk mendapatkan energi listrik, air panas juga dapat dimanfaatkan untuk
keperluan lain, misalnya untuk penyaringan lumbung padi atau disalurkan untuk
keperluan rumah tangga.
3.
Energi Angin
Perahu-perahu
layar menggunakan energi angin untuk melewati perairan. Pada abad XV,
Christopher Colombus memakai kapal layar besar untuk menemukan Benua Amerika.
Kincir
angin telah digunakan untuk menggiling tepung di Persia dalam abad VII. Kincir
angin di negeri Belanda dipakai untuk menggerakkan pompa irigasi dan untuk
menggiling tepung hingga kini masih terkenal, walaupun pada saat ini banyak
berfungsi sebagai obyek wisata.
Pada
dasarnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara udara panas dan
udara dingin. Di daerah khatulistiwa yang panas, udaranya menjadi panas,
mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih
dingin, misalnya daerah kutub. Sebaliknya, daerah kutub yang dingin, udaranya
menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran
udara berupa perpindahan udaradari kutub-kutub. Utara ke garis khatulistiwa
menyusuri permukaan bumi dan sebaliknya, suatu perpindahan udara dari
khatulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang tinggi.
Perpindahan udara seperti itu dikenal sebagai Angin Pasat.
Penggunaan
tenaga angin dapat dilakukan untuk keperluan-keperluan sebagai berikut :
-Menggerakkan
pompa-pompa air untuk irigasi ataupun untuk
-mendapatkan
air tawar bagi ternak.
-Menggiling
padi untuk mendapatkan beras.
-Menggergaji
kayu.
-Membangkitkan
tenaga listrik.
Jadi,
prinsipnya, angin ditangkap oleh kincir angin sehingga kincir angin berputar.
Perputarannya diteruskan untuk memutar suatu generator pembangkit listrik.
kemudian diperlukan sebuah tegangan dikarenakan kecepatan angin yang
berubah-ubah, sehingga tegangan juga berubah-ubah.
4.
Energi Pasang Surut
Banyak
gaya dan kekuatan yang mempengaruhi lautan di permukaan bumi. Salah satu
kekuatan yang bekerja terhadap air bumi adalah pengaruh massa bulan yang
mengakibatkan adanya gaya tarik, sehingga menjelma menjadi suatu gejala yang
dikenal sebagai pasang dan surut laut yang terjadi secara teratur, meskipun
bulan terletak lebih dari 400.000 km dari bumi. Bilamana mengelilingi bumi,
maka air laut akan ditarik ke atas karena gaya tarik gravitasi bulan.
Selain
itu, benda langit lain, yaitu matahari, juga mempunyai pengaruh yang besar,
meskipun terletak lebih jauh, yaitu 150 juta kilometer dari bumi. Namun, karena
ukurannya yang besar sekali (garis tengahnya ± 1,5 juta km), maka pengaruh
matahari terhadap gejala pasang surut di bumi sebesar pengaruh bulan.
Dengan
demikian, maka gaya tarik gravitasi akan terbesar bilamana matahari dan bulan
ada pada sisi yang sama terhadap bumi. Di lain pihak, bilamana bulan dan
matahari berada pada sisi yang berlainan, maka pengaruh gaya tarik gravitasi
kurang karena akan saling menghapus.
5.
Energi Biogas
Sejak
berabad-abad tinja binatang maupun tinja manusia dimanfaatkan untuk
mempertahankan, bahkan meningkatkan kesuburan dan produktivitas tanah.
Untuk
proses fermentasi tinja tidak diperlukan suatu bahan tambahan kecuali air,
yaitu untuk tiap empat bagian tinja ditambah lima bagian air. Perlu dikemukakan
bahwa sisa tinja setelah diambil biogasnya tidak kehilangan nilai sebagai pupuk
alam. Selanjutnya dapat dicatat pula bahwa biogas tidak berbau. Demikian pula
sisa tinja yang akan dipakai sebagai pupuk tidak berbau.
6.
Energi Biomassa
Di
Negara-negara yang telah maju, dengan berkembangnya industry, peranan biomassa
sebagai sumber energi makin berkurang dan diganti dengan energi komersial,
mula-mula batu bara, kemudian minyak bumi. Pada saat ini Negara-negara industry
praktis tidak lagi menggunakan energi yang berasal dari biomassa. Pola energi
Negara-negara tersebut boleh dikatakan seluruhnya terdiri atas energi
komersial.
Lain
halnya adalah situasi Negara-negara berkembang, di Negara- negara tersebut
biomassa masih merupakan komponen yang besar dalam pola pemakaian energi. Salah
satu perkiraan mengatakan bahwa pemakaian energi yang berasal dari biomassa,
terutama pemanfaatan kayu bakar, limbah pertanian, dan tinja hewan, mencapai
60% dari seluruh konsumsi energi.
Pemanfaatan
biomassa untuk keperluan energi dapat dilakukan dengan berbagai cara.
Pemanfaatan kayu bakar dan limbah pertanian secara langsung sebagai bahan
merupakan contoh klasik yang masih banyak dipakai.
Biomassa
untuk Bahan Bakar Transpor
Kecuali
kapal-kapal laut besar yang dapat memakai energi nuklir sebagai tenaga
penggerak dan kereta api yang dapat mempergunakan tenaga listrik, pada umumnya
alat-alat pengangkutan, seperti truk dan mobil, tergantung pada minyak sebagai
bahan bakar. Dengan kian meningkatnya harga minyak bumi dan kesadaran akan
terbatasnya sumber daya energi ini, banyak usaha yang dilakukan untuk
mendapatkan suatu sumber energi alternative sebagai bahan bakar transport.
Salah
satu kemungkinan yang banyak menarik perhatian adalah pembuatan alcohol,
khususnya etanol dari biomassa, sebagai calon pengganti minyak untuk bahan
bakar transport. Etanol dapat dihasilkan dari bahan-bahan baku biomassa berikut
:
1). Bahan-bahan yang mengandung hidrat arang
dalam bentuk
gula,
seperti tebu dan nipah.
2).
Bahan-bahan yang mengandung hidrat arang dalam bentuk zat
tepung,
seperti ubi jalar, kentang dan sagu.
3).
Bahan selulosa yang mengandung arang dengan bentuk
molekul
yang lebih kompleks, seperti kayu.
Proses
pembuatan etanol pada asasnya terdiri atas langkah-langkah berikut :
1.
Konsentrasi hidrat arang menjadi gula yang dapat dicairkan dalam air.
2.
Fermentasi gula menjadi etanol.
3.
Pemisahan etanol dari air dan komponen-komponen lain dengan cara destilasi.
Reply to this post
Posting Komentar