Pengenalan Magnetisme

Magnet merupakan material yang sangat berguna bagi peradapan manusia. Penggunaan paling sederhana dari magnet adalah sebagai penunjuk arah (kompas). Berbagai penggunaan magnet lain dapat dilihat pada Gambar 1. 

Gambar 1. Berbagai aplikasi magnet dalam kehidupan manusia

Apakah magnet itu?

Di pelajaran IPA SD, untuk pertama kalinya kita dikenalkan tentang magnet. Waktu itu kita diberikan definisi sederhana tentang magnet, yaitu suatu benda yang dapat menarik benda-benda tertentu. Dari definisi itu dapat ditarik kesimpulan bahwa tidak semua benda dapat ditarik oleh magnet. Benda-benda nonlogam seperti kertas, gelas, plastik, kayu dan plastik merupakan contoh benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet. Bahkan benda-benda tersebut sebenarnya ditolak oleh magnet. Namun karena gaya tolakannya sangat lemah maka akan sulit diamati dengan percobaan sederhana. Beberapa logam seperti perak, emas dan tembaga juga menunjukkan sifat menolak magnet. Logam lain seperti besi, kobalt, baja dan nikel dapat ditarik kuat oleh magnet. Sedangkan aluminum dan platina ditarik lemah oleh magnet. 

Agar dapat memahami mengapa suatu magnet dapat menarik benda-benda tertentu, maka kita harus terlebih dahulu memahami dari manakah sifat kemagnetan itu berasal.

Darimana sifat kemagnetan itu berasal?

Asal mula sifat kemagnetan adalah dari momen-momen magnet yang dihasilkan oleh elektron. Setiap elektron dalam atom mempunyai momen magnet yang berasal dari dua sumber. Pertama berasal dari gerakan elektron mengelilingi inti. Momen magnet ini disebut momen magnet orbital. Sumber kedua berasal dari perputaran elektron pada sumbunya. Momen magnet yang dihasilkan disebut momen magnet spin. Saat momen magnetik dari spin dan orbital ada, maka terjadi kopling dan momen magnetik yang dihasilkan disebut momen magnetik total. 

Gambar 2. Momen magnet spin (a) dan momen magnet orbital (b)

Inti atom (proton dan neutron) juga menghasilkan momen magnet. Akan tetapi momen magnet yang dihasilkan ribuan kali lebih kecil daripada momen magnet yang dihasilkan oleh elektron sehingga pengaruh momen magnet dari inti ini dapat diabaikan. 

Apa yang terjadi apabila material diletakkan pada medan magnet?

Setelah mengetahui tentang momen magnet yang dihasilkan oleh elektron di dalam atom marilah kita membahas lebih jauh tentang sifat kemagnetan suatu material. Perbedaan sifat kemagnetan suatu material dapat diketahui apabila medan magnet luar diberikan pada material itu. Berdasarkan interaksinya dengan medan magnet luar, material dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu material diamagetik, paramagnetik dan feromagnetik.

Apakah perbedaan antara diamagnetik, paramagnetik dan feromagnetik itu?

Diamagnetisme adalah kecenderungan untuk melawan atau menolak medan magnet luar. Pada material diamagnetik, semua elektron berpasangan sehingga momen magnet yang dihasilkan oleh spin saling meniadakan. Akibatnya sifat magnetisme hanya dipengaruhi oleh momen magnet orbital. Ketika suatu material ditempatkan pada medan magnet, elektron-elektron di dalam atom akan mengalami gaya Lorent. Gaya Lorent ini akan meningkatkan gaya sentripetal yang menarik elektron lebih dekat ke inti atom, atau akan mengurangi gaya sentripetal yang membuat elektron menjadi lebih jauh dari inti atom tergantung pada arah medan magnet luar. Perubahan jari-jari orbit elektron ini akan meningkatkan momen magnet orbital yang berlawanan dengan medan magnet luar dan menurunkan momen magnet yang searah dengan medan magnet luar. Sehingga secara keseluruhan akan timbul momen magnet total yang melawan medan magnet luar (magnetisasi negatif). Sebenarnya gejala diamagnetime ini terjadi pada semua material. Namun karena sifat diamagnetisme ini sangat lemah, apabila suatu material mempunyai sifat paramagnetisme atau feromagnetisme, maka sifat paramagetik atau feromagnetik ini akan lebih dominan. Hanya material yang murni diamagnetik yang menunjukkan gejala diamagnetisme.

Gambar 1. Pada material diamagnetik, momen magnetik akan melawan arah medan magnet luar. Apabila medan magnet dihilangkan maka momen magnetnya akan kembali no.

Pada material paramagnetik terdapat elektron tidak berpasangan sehingga momen magnet spin tidak sama dengan nol. Arah momen magnet spin ini acak. Saat dikenai medan magnet luar, momen magnet spin akan menata diri serarah dengan medan magnet luar menghasilkan magnetisasi positif. Saat medan magnet luar dihilangkan, arah momen magnet spin kembali acak.

Gambar 2. Pada material paramagnetik, momen magnet yang awalnya acak akan menata diri sehingga menjadi searah dengan medan magnet luar. Apabila medan magnet luar dihilangkan maka momen magnetnya akan kembali acak. 

Material feromagnetik sama dengan material paramagnetik, yaitu sama-sama mempunyai elektron tidak berpasangan. Feromagnetik dapat dikatakan kasus khusus dari paramagnetik. Perbedaannya adalah saat medan magnet luar dihilangkan momen magnet spin tetap mempertahankan arahnya, tidak kembali acak. Hal ini akibat adanya gaya pertukaran elektronik yang senantiasa menjaga momen magnet selalu searah. Gaya ini sangat besar, kira-kira 100 juta kali lebih besar daripada kekuatan medan bumi. Namun apabila dipanaskan, sifat feromagnetik akan hilang dan momen magnetiknya kembali acak. Temperatur tertinggi dimana sifat feromagnetiknya masih bisa dipertahankan disebut temperatur Curie (Tc).  

Gambar 3. Pada material feromagnet, medan magnet luar menyebabkan momen magnet menjadi searah. Bahkan saat medan magnet luar dihilangkan, momen magnet ini tetap searah. Apabila material ini dipanaskan di temperatur currie maka momen magnetnya kembali acak.

Pustaka:

http://www.irm.umn.edu/hg2m/hg2m_b/hg2m_b.html

http://www.madsci.org/posts/archives/2008-08/1219953614.Ph.r.html

http://what-when-how.com/electronic-properties-of-materials/magnetic-phenomena-and-their-interpretationclassical-approach-magnetic-properties-of-materials-part-1/
http://www.cndailymag.com/use.htm

Read More

Solder Bebas Timbal

Solder merupakan paduan logam yang digunakan untuk menggabungkan dua atau lebih komponen. Komponen yang disatukan itu bisa berupa logam atau paduan logam lain. Solder digunakan secara ekstensif pada industri elektronik untuk menyatukan komponen secara fisik agar dapat menghantarkan sinyal listrik.

Solder bekerja dengan meleleh oleh adanya panas. Lelehan solder kemudian mengalir dan membuat kontak dengan komponen yang akan bergabung (yang tidak meleleh). Setelah pembekuan, solder membentuk ikatan fisik dengan semua komponen.

Sebelumnya, solder terbuat dari paduan Pb-Sn. Paduan ini murah dan mempunyai titik leleh rendah sehingga memungkinkan bekerja pada suhu dibawah titik leleh komponen yang akan disatukan. Solder Pb-Sn mempunyai komposisi 63 wt% Sn-37 wt % Pb. Menurut diagram fasa Pb-Sn, komposisi ini dekat dengan titik eutektik dan mempunyai temperatur leleh sekitar 183 oC. Temperatur ini adalah temperatur paling rendah yang bisa dicapai dengan keberadaan fasa liquid. Paduan ini kemudian dikenal sebagai solder Pb-Sn eutektik.

Namun sayangnya, timbal merupakan logam toksik dan mempunyai dampak lingkungan yang serius apabila lepas ke air tanah dari landfill atau ke udara jika masuk ke incinerator. Akibatnya, beberapa negara telah membatasi penggunaan timbal ini. Hal ini mendorong pengembangan solder bebas timbal yang masih mempunyai temperatur leleh rendah. Beberapa diantaranya adalah paduan terner (tersusun atas tiga logam) solder timah-perak-tembaga dan timah-perak-bismut. Komposisi beberapa solder bebas timbal disajikan pada tabel berikut.

Ada beberapa kesulitan menggunakan solder bebas timbal. Pertama adalah rendahnya rendahnya kemampuan alir dari solder sehingga kemampuan solder untuk menyatukan komponen secara elektrik berkurang. Kemampuan alir ini diketahui tidak dapat ditingkatkan dengan peningkatan temperatur. Kesulitan kedua adalah tingginya titik leleh. Secara umum titik leleh solder bebas timbal adalah 20 hingga 45 oC lebih tinggi daripada solder konvensional. Akibat dari temperatur tinggi adalah berkurangnya umur tip solder karena oksidasi atau erosi, karbonasi pada solder, dan percikan api. Penggunakan solder bebas timbal dikatakan dapat mengurangi umur tip hingga 4 kali.

Read More

Green to Green

Walaupun daya yang dihasilkan oleh matahari jauh lebih besar daripada batubara, panel surya tidak sepenuhnya ramah lingkungan. Pembuatan panel surya membutuhkan energi yang tidak sedikit. Selain itu panel surya juga menghasilkan limbah elektronik (e-waste) dan produk samping toksik dari industri panel surya. Sekarang salah satu perusahaan Inggris berharap untuk mengurangi masalah ini dengan membuat pabrik pertama di dunia, yaitu pabrik panel surya dengan tenaga angin. Aku kagum tidak ada yang pernah melakukannya sebelumnya.

Menurut siaran pers dari pelopor energi hijau Ecotricity, pabrik panel surya G24i bertenaga angin di Wales merupakan pabrik pertama di dunia yang membuat panel surya menggunakan energi angin, sebuah konsep 'Green dari Green'. G24i membuat panel surya ringan dan fleksibel untuk mengisi ulang laptop, smartphone dan gadget lainnya. Pada akhir tahun, pembuatan panel ini akan didukung oleh kincir angin tinggi 120 meter dan akan menghasilkan listrik yang cukup untuk 1.700 rumah.

CEO Ecotricity, Dale Vince, yang mempunyai proyek mobil listrik Nemesis, mengatakan: "Kami membangun kincir angin ini untuk mensuplai energi untuk G24i, ini bukan hanya yang pertama di dunia untuk sedikit perbaikan masa depan dan untuk saya setidaknya salah satu yang sangat menarik - gagasan bahwa kita dapat memanfaatkan energi terbarukan dan menggunakannya untuk membuat perangkat yang memanfaatkan energi terbarukan. Namun demikian, gagasan pabrik panel surya bertenaga terbarukan merupakan langkah maju yang sangat simbolis. Aku heran itu tidak terjadi cepat (saya yakin pembaca akan mengingatkan kita jika telah ada yang memiliki!), Tapi aku akan sangat terkejut jika kita tidak melihat lebih banyak proyek serupa dibangun di tahun-tahun mendatang.

(http://www.treehugger.com/files/2010/10/solar-panels-wind-energy.php)

Read More

Cat yang Dapat Berubah Warna

Bagaimana seandainya cat rumah Anda dapat berubah warna pada kondisi tertentu? Misalkan pada cuaca dingin warna cat menjadi biru. Namun pada cuaca yang panas maka warna cat akan berubah menjadi merah. Kalau misal ada cat yang seperti ini maka tentunya rumah kita lebih tampak menarik.

Apakah perubahan warna cat terlihat aneh? Tapi ini adalah kenyataan. Teknologi cat yang dapat berubah warna berdasarkan kondisi lingkungan memang sesuatu yang masih baru dan akan terus dikembangkan. Kalau begitu apa yang menyebabkan perubahan warna? Tentunya harus ada penjelasan yang masuk akal untuk hal ini. Kalau tidak maka orang-orang yang menyukai hal mistis akan mengkaitkan dengan hal-hal gaib.

Sebenarnya rahasia utama teknologi ini ada pada pigmen atau zat warna yang digunakan. Perubahan warna yang terjadi bukan karena kualitas pigmen rendah sehingga pigmen akan rusak apabila terkena panas atau cahaya. Namun perbedaan warna ini disebabkan oleh perubahan struktur kimiawi pigmen yang dipicu oleh perubahan kondisi lingkungan. Tapi ingat, perubahan ini haruslah bersifat reversible. Artinya warna cat akan kembali seperti semula apabila kondisi kembali ke awalnya. Pada contoh di atas, warna cat rumah akan berubah kembali menjadi biru apabila musim dingin tiba.

Ada tiga jenis pigmen yang biasa digunakan dalam teknologi cat yang dapat berubah warna. Ketiga pigmen tersebut adalah pigmen photochromic, pigmen thermochromic dan pigmen electrochromic. Ketiga pigmen tersebut berbeda dalam hal kondisi lingkungan yang memicu perubahan warna. Pigmen photochromic sensitive terhadap cahaya. Pigmen photochromic akan berubah warna dari transparan menjadi berwarna ketika dikenai cahaya dan akan kembali menjadi transparan ketika cahaya dihalangi atau dihilangkan. Dengan menggabungkannya dengan pigmen lain maka perubahan warna yang terjadi adalah dari satu warna ke warna lainnya. Perubahan ini dapat terus menerus terjadi hingga ribuan kali tergantung pada aplikasi. Selain pada cat atau coating, pigmen ini juga digunakan pada lensa kaca mata, kosmetik dan mainan. Pigmen ini dapat digunakan pada jendela cerdas (smart window) yang dapat mengontrol intensitas dan spektrum cahaya yang masuk ke ruangan sehingga dapat mengontrol temperatur di dalam ruangan.

http://en.wikipedia.org/wiki/Photochromism

Berbeda dengan photochromic yang bekerja oleh pengaruh cahaya, cat dan coating thermochromic bekerja dengan adanya perubahan temperatur. Kalau cahaya dapat mengubah struktur ikatan pigmen, perubahan temperatur hanya dapat mengubah konformasi dari pigmen. Pada pigmen tertentu, perubahan ini juga menyebabkan perubahan warna.

(gambar diambil dari http://www.mutr.co.uk/images/SMARTCOLO.PDF)

Jenis pigmen yang ketiga adalah pigmen electrochromic. Pigmen ini digunakan pada cat yang dapat berubah warna dengan adanya arus listrik. Artinya arus listriklah yang mengubah warna pigmen. Arus listrik menciptakan kristal spesial pada permukaan yang dapat mengubah warna tergantung pada voltasenya. Pigmen ini hanya bekerja pada substrat yang terbuat dari logam karena diperluakan material konduktif untuk menghantarkan arus listrik. Ketika arus listrik dihilangkan dari cat maka warna akan kembali ke asalnya. Teknologi ini dapat menciptakan warna yang berbeda hanya dengan menekan tombol switch yang dihubungkan dengan arus listrik. Teknologi ini telah digunakan pada cat mobil. Apakah kamu ingin mengubah warna mobil kamu seperti mobil milik James Bond 007? Tinggal tekan satu tombol maka dalam mobil akan berubah warna.

Read More

Mekanisme Pembakaran

Awas bahan mudah terbakar! Jauhkan dari sumber api dan panas!

Begitu melihat peringatan itu, kita tentunya akan waspada dalam menyimpan bahan tersebut. Kita akan menjauhkannya dari nyala api dan panas karena kita telah memahami bahwa sumber nyala api dan panas dapat menyebabkan kebakaran. Bagaimana hubungan antara ketiga hal tersebut dapat kita lihat di segitiga di bawah ini.



Dari segitiga di atas kita melihat ada tiga komponen pembentuk api, yaitu panas, bahan bakar dan oksigen. Panas merupakan sumber energi yang diperlukan untuk membakar suatu bahan. Energi yang dihasilkan dari pembakaran harus cukup besar untuk dapat melakukan pembakaran berikutnya. Bahan bakar adalah gas yang dilepaskan oleh suatu bahan melalui penguapan sederhana ataupun dekomposisi termal. Oksigen berasal dari udara. Oksigen tersebut harus berbaur dengan uap bahan bakar baru kemudian akan terjadi reaksi bila terdapat energi yang cukup. Reaksi pembakaran akan menghasilkan campuran gas panas dan partikulat.

Berikut ini adalah tahapan dari pembakaran:

Tahap pertama: Pemanasan
Sumber energi eksternal mensuplay panas yang kemudian menyebabkan peningkatan temperatur bahan.
Tahap kedua: Transisi
Sifat fisika, mekanik dan termal bahan berubah. Terjadi pelelehan dan penguapan senyawa.
Tahap ketiga: Degradasi
Ikatan akan mulai putus. Material seperti polimer dapat meleleh dulu sebelum terbakar.
Tahap keempat: Dekomposisi
Pada temperatur yang lebih tinggi lagi hampir semua ikatan akan putus dan melepaskan molekul gas yang berbeda-beda tergantung pada material yang dibakar.
Tahap kelima: Oksidasi
Dengan adanya oksigen pada temperatur tinggi oksidasi fragmen gas terjadi secara cepat dengan menghasilkan gas, nyala dan produk pembakaran (CO2 dan air)



Sumber: http://www.pslc.ws/fire/hsteach/index.htm

Read More

Fakta Mengenai Lautan

Indonesia adalah negara yang dikelilingi oleh laut. Maka tidak heran, kita sebagai penduduk Indonesia pasti sering berwisata ke laut atau pantai. Tapi, taukah kita tentang sedikit fakta mengenai air laut? Tentunya kita mengetahui fakta bahwa air laut bukanlah air murni tapi berisi sejumlah padatan terlarut. Namun pernahkah kita memperkirakan berapa jumlah zat terlarut yang ada dalam setiap tetes air laut?

Fakta menunjukan bahwa tiap tetes air laut mengandung 1,8 mg padatan terlarut atau setiap kilometer kubik air laut mengandung sekitar 3,6x1010 kilogram padatan terlarut. Jumlah yang sangat besar bukan?

Hampir 71% dari permukaan bumi tertutup air. Lautan mencakup area seluas 361 juta kilometer persegi pada kedalaman rata-rata 3.729 meter sehingga memiliki kurang lebih 1,35 milyar kilometer kubik air. Ini berarti bahwa lautan mengandung total lebih dari 4,8 x 1021 kilogram bahan terlarut. Sebagai perbandingan, total massa bumi adalah 6x1024 kg. Jadi sekitar 0,08% massa bumi terlarut di dalam lautan. Sungai mengalir ke lautan dan gunung berapi yang ada bawah laut ini terus-menerus menambah jumlah mineral air laut. Namun, pembentukan sedimen dan kebutuhan biologis organisme selalu menghilangkan jumlah zat terlarut dengan jumlah yang sama. Keseimbangan terjadi!

Air laut adalah larutan yang tersusun banyak zat. Komponen terlarut utama air laut adalah natrium klorida, suatu garam dapur. Selain natrium dan klorin, unsur-unsur utama dalam air laut adalah magnesium, belerang, kalsium, kalium, bromin, karbon, nitrogen, dan strontium.
Sepuluh unsur ini merupakan pembentuk 99% bahan terlarut di dalam lautan. Selain natrium klorida, mereka bergabung untuk membentuk senyawa seperti magnesium klorida, kalium sulfat, dan kalsium karbonat (kapur). Hewan menyerap kalsium karbonat dari laut dan membuatnya menjadi tulang dan cangkang.

Zat lain berada dalam jumlah kecil di air laut. Terdapat jumlah yang mengejutkan dari logam berharga di dalam air laut, termasuk sekitar 1,3x1011 kilogram tembaga, 4,2x1012 kilogram uranium, 5,3x109 kilogram emas, 2,6x109 kilogram perak, dan 6,6x108 kilogram timbal. Unsur-unsur lain termasuk 2,6x1012 kilogram aluminium, 1,3x1010 kilogram timah, 2,6x1011 kilogram mangan, dan 4,0x1010 kilogram merkuri.

Orang mungkin akan berpikir bahwa dengan adanya kandungan logam yang sangat besar, maka dimungkinkan adanya pertambangan laut. Saat ini, hanya empat unsur yang berhasil diekstraksi secara komersial dalam jumlah besar. Unsur tersebut adalah natrium, klorin, magnesium, dan bromin. Bahkan, sebagian besar produksi magnesium AS berasal dari air laut, dan laut merupakan salah satu sumber utama bromin. Unsur-unsur lain belum secara komersial diambil dari lautan karena biaya recovery yang jauh lebih tinggi daripada nilai ekonomi mereka. Namun, adanya kemungkinan penipisan cadangan logam di kontinental dan penemuan teknik recovery yang lebih efisien, menjadikan pertambangan air laut akan menjadi prospek yang menjanjikan.

Salah satu metode yang menjanjikan untuk mendapatkan unsur-unsur dari air laut adalah menggunakan organisme laut. Banyak hewan laut mengabsorpsi unsur-unsur tertentu dalam tubuh mereka pada konsentrasi yang berkali-kali lipat lebih tinggi daripada konsentrasi dalam air laut. Vanadium, misalnya, diambil oleh lendir tunicates tertentu dan dapat terkonsentrasi pada hewan ini lebih dari 280.000 kali konsentrasinya di dalam air laut. Organisme laut lainnya dapat mengkonsentrasikan tembaga dan seng sebanyak 1 juta kali lipat. Jika binatang itu dapat dibudidayakan dalam jumlah besar tanpa membahayakan ekosistem laut, mereka bisa menjadi sumber yang berharga unsur mendapatkan trace metal.

Selain bahan terlarut, air laut memiliki partikulat tersuspensi yang mengambang di air dalam jumlah yang besar pula. Sekitar 15% mangan dalam air laut berada dalam bentuk partikulat, seperti juga timbal dan besi. Demikian pula, sebagian besar emas dalam air laut menempel pada permukaan mineral lempung tersuspensi. Seperti halnya kasus padatan terlarut, penyaringan partikel-partikel ini dari air laut yang tidak menguntungkan secara ekonomis saat ini. Namun, karena banyak partikel tersuspensi dalam air laut bermuatan listrik, teknik pertukaran ion dan modifikasi proses elektrostatik suatu hari nanti dapat menjadi metode penting untuk recovery trace metal.

Read More

Sekilas tentang nitrogen cair

Berhubung tiap hari menggunakan nitrogen cair, ada beberapa hal yang saya rasa menarik untuk didiskusikan di sini. Di antaranya adalah, ketika nitrogen cair menetes di tangan, kok kerasa gak dingin-dingin amat yaaaa, padahal titik didihnya jauh di bawah 0 ^oC. Trus, kalau nitogen cair tumpah, ia akan menggelinding seperti mutiara-mutiara kecil yang berhamburan, kok bisa yaaaa...

Baiklah, saya mulai dengan beberapa properti nitrogen cair dan sedikit tentang sejarahnya. Liquid nitrogen atau nitrogen cair yang biasa ditulis dengan singkatan LN2, merupakan Nitrogen dalam fase cairnya, tentunya pada suhu yang relatif sangat rendah. Nitrogen pertama kali dicairkan di Jagiellonian university pada 15 april 1883 oleh fisikawan Zygmunt Wróblewski dan Karol Olszewski. Nitrogen cair diproduksi dengan destilasi fraksinasi dari udara cair. Naaahh, trus bagaimana cara mencairkan udara ??? mungkin bisa dilakukan dengan metode heat exchenger, seperti pada adsorption chiller, heeee. Saya tau diantara yang ngebaca tulisan ini, ada yang cukup ngerti tentang adsorption chiller, mungkin yang bersangkutan bisa posting di sini ???

Nitrogen Cair

Nitrogen cair berpenampakan bersih tak berwarna sepeti air biasa, dengan kerapatan 0,807 g/mL pada temperatur titik didihnya dengan konstanta dielektrik 1,4. Pada tekanan atmosfer, nitrogen cair mendidih pada temperatur 77 K atau setara dengan -196 ^oC atau -321 ^oF. Ia merupakan cairan cryogenic yang dapat menyebabkan pembekuan dengan cepat apabila kontak dengan jaringan tubuh makhluk hidup, atau yang lebih dikenal dengan frosbite. Apabila ditempatkan pada kontainer khusus, yakni kontainer isolasi seperti botol vakum, dimana panas tidak dapat keluar masuk, maka nitrogen cair dapat disimpan dengan aman.

Jika nitrogen cair terkonversi menjadi gas, maka rasio perbandingan volumenya adalah sekitar 1:694. Kalau seandainya nitrogen cair menguap dengan cepat, mungkin kejadiannya mirip bom kali yaa, dari volume 1 L tiba-tiba jadi 694 L. Ekspansi tersebut akan menurunkan konsentrasi oksigen di sekitarnya atau mungkin sampai ke titik di mana konsentrasi oksigen nol, sehingga orang yang berada di sekitarnya akan mengalami asphyxiant atau sesak nafas akibat kehabisan oksigen dan meninggal dalam waktu 4 menitan. Selain sangat mudah terkonversi menjadi gas, ternyata nitrogen cair juga sangat mudah untuk dipadatkan. Cukup dengan menurunkan temperaturnya sedikit, pada 63 K atau -210 ^oC atau -346 ^oF nitrogen telah berubah ke fasa padatnya. Dengan demikian, ternyata fasa cair nitrogen hanya terjadi pada rentang temperatur yang sempit yakni -210 s/d – 196, kurang lebih 14 derajat. Bandingkan dengan air yang fasa cairnya dari 0 – 100 ^oC, etanol -114,3 – 78,4 ^oC, oksigen -218,79 s/d -182,95 ^oC.

Pengambilan nitrogen cair dari tank

Seperti yang saya utarakan di awal tadi, ketika nitrogen cair tumpah di atas meja lab, kita akan dapat melihatnya menggelinding bebas di atas meja seperti mutiara yang berhamburan beberapa saat sampai akhirnya hilang lenyap sebagai gas, atau ketika nitrogen cair muncrat dan menetes-netes di tangan, kita tidak merasakan dingin yang teramat sangat yang sangat menyakitkan, bahkan mungkin kita akan beranggapan bahwa es batu terasa lebih dingin dari pada nitrogen cair yang menetes di tangan. Kok bisa kayak gitu yaahh?? Harusnya dengan kondisi perbedaan temperatur yang ekstrim, nitrogen akan langsung berubah jadi gas dengan menyerap kalor disekitarnya dan membuat lingkungan sekitarnya sangat dingin. Begitu juga kalau menetes di tangan, secara tiba-tiba kalor dari tangan akan berpindah ke nitrogen cair, seketika itu juga tangan akan merasakan dingin yang teramat sangat.

uap air yang mengembun di saluran nitrogen cair

Tapi ternyata yang terjadi tidak seperti itu, nitrogen cair tidak serta merta menjadi gas jika kontak dengan benda-benda dengan suhu kamar. Nitrogen cair mengalami suatu efek yang dikenal dengan efek Leidenfrost. Efek Leidenfrost adalah suatu fenomena yang hanya terjadi ketika suatu cairan kontak dengan benda yang temperaturnya jauh di atas titik didih cairan tersebut, yakni di antara cairan dan permukaan benda tersebut terbentuk suatu lapisan gas insulator yang menjaga cairan dari segera mendidih atau menguap. Contoh lain dari efek Leidenfrost adalah, celupkan jari anda ke dalam air, dan dalam keadaan basah tersebut, celupkan jari anda ke timbal cair (kira-kira temperaturnya 327,46 ^oC), maka jari anda tidak akan apa-apa. Tapi ingat, efek ini hanya berlaku pada cairan, tidak berlaku pada padatan atau cairan kental seperti lumpur, dan dalam tempo yang sebentar saja. Kalau lama-lama, tetap saja kerasa dingin (dalam kasus nitrogen cair, cryogenic) dan panas (dalam kasus timbal cair) dan mematikan. Aaahh, seandainya tidak ada lapisan isolator itu, tentu tidak akan pernah kita bermain-main dengan nitrogen cair.

*Sebagian sumber diambil dari wikipedia

Read More

Tin Disease (Tin pest)

Kejadian menarik sempat dialami oleh pasukan Napoleon dimana kancing seragam mereka tiba-tiba hancur karena cuaca yang sangat dingin. Apakah yang menyebabkan kejadian ini?

Ini terjadi karena kancing baju mereka terbuat dari timah. Seperti yang telah kita ketahui bahwa timah (Sn) merupakan salah satu logam yang dapat mengalami perubahan alotropi. Pada temperatur kamar, timah putih (fasa β) mempunyai struktur kristal tetragonal berpusat badan. Pada suhu 13,2 oC (55,8 oF) akan terjadi transformasi timah putih menjadi timah abu-abu (fasa α) yang memiliki struktur kristal seperti intan.



Laju transformasi ini berlangsung sangat lambat. Namun dengan menurunnya temperatur (di bawah 13,2 oC), laju transformasi akan meningkat. Transformasi ini menyebabkan peningkatan volume hingga 27%. Adanya ekspansi volume ini menyebabkan disintegrasi logam timah putih menjadi bubuk kasar alotrop timah abu-abu.

Read More

Mengapa Dedaunan itu Berubah Warna

Dan pada sisi Allah-lah kunci-kunci semua yang ghaib, tidak ada yang mengetahuinya kecuali Dia sendiri, dan Dia mengetahui apa yang ada di daratan dan di lautan, dan tiada sehelai daunpun yang gugur melainkan Dia mengetahuinya (pula), dan tidak jatuh sebutir bijpun dalam kegelapan bumi dan tidak sesuatu yang basah atau yang kering, melainkan tertulis dalam kitab yang nyata (Lauh Mahfuzh) (QS: Al-An’am 5:59)

Sering kita melihat daun daun berguguran, sering kita melihat daun daun mulai menguning dan pada akhirnya jatuh. Namun sangat jarang kita memikirkan kejadian sehari-hari yang sebenarnya tidak sederhana, atau bahkan terlampau rumit untuk difahami. Seperti pada daun, mengapa daun berwarna hijau, mengapa ada daun yang berwarna kuning dan bahkan ada yang berwarna merah. Pada proses daun jatuh, awalnya daun berwarna hijau kemudian menguning dan selanjutnya menjadi coklat, dan pada akhirnya jatuh ke tanah.

Senyawa kimia pada daun yang berwarna hijau dikenal dengan klorofil. Fungsi dari klorofil ini adalah menangkap sinar matahari, lebih tepatnya menangkap sebagian sinar matahari untuk selanjutnya digunakan sebagai inisiator pada proses pembentukan gula-gula atau karbohidrat yang lebih kita kenal sebagai proses fotosintesis. Sebenarnya tidak hanya karbohidrat, tetapi juga ada selulosa dan lignin. Selain klorofil yang memberikan warna hijau, juga terdapt xantofil sebagai pigmen warna kuning dan karoteniod sebagai pemberi warna kuning, jingga dan merahSeperti halnya klorofil, xantofil dan karotenoid juga berperan dalam proses fotosintesis, namun tidak sebesar peran klorofil.

Pada musim gugur yang terdapat di negara-negara sub tropis, dedaunan mengalami transformasi warna dari hijau menjadi kekuningan dan merah. Pada akhirnya dedaunan tersebut berwarna coklat sebagai warna kematian bagi daun tersebut. Mengapa dedaunan itu berubah warna? jawaban secara sederhana adalah sebagai berikut, peralihan dari musim panas ke musim gugur juga berarti perubahan iklim. Perubahan temperatur dan perubahan distribusi spektrum cahaya matahari menyebabkan klorofil berada pada kondisi yang tidak optimal, klorofil tidak bekerja secara maksimal, sehingga tumbuhan beradaptasi dengan memunculkan pigmen warna lain yang lebih efisien dalam iklim tersebut. Dalam hal ini, xantofil dan karotenoid bekerja sebagai pengkonversi sinar matahari setelah sebagian besar klorofil hilang. Maka jadilah dedaunan tersebut berwarna kuning atau merah.

Keadaan cuaca semakin dingin, hal ini berarti kelambaban semakin berkurang, udara semakin kering. Guna mengurangi penguapan air, maka pepohonan menggugurkan daunnya. Bagaimana proses pengguguran daun tersebut? Saat ini saya belum mengetahui secara jelas, namun jika saya sudah menemukan jawabannya, akan saya segera posting di sini. Saya menduga, sebagai akibat menguapnya air dari daun, keseimbangan sistem daun menjadi rusak. Klorofil dan pigmen warna lain yang sangat tidak stabil mengalami oksidasi dengan segera yang ditandai dengan munculnya warna coklat. Warna coklat atau gelap yang muncul, merupakan akibat dari rusaknya zat warna akibat proses oksidasi tersebut. Oksidasi zat warna menghasilkan beragam senyawa-senyawa lain yang lebih kecil yang tentunya memancarkan gelombang cahaya yang berbeda, perpaduan perbedaan ini menimbulkan warna coklat. Setelah teroksidasi sempurna, daun pun terlepas, gugur dari tangkai dan jatuh ketanah. Wallahualam bisshowab.

Read More

Karakterisasi Padatan Berpori Menggunakan Persamaan Adsorpsi Isoterm Gas

Material berpori didefinisikan sebagai padatan yang mempunyai pori sehingga mempunyai luas permukaan besar. Suatu padatan dapat disebut sebagai material berpori apabila mempunyai porositas 0,2-0,95. Porositas merupakan fraksi volume pori terhadap volume total padatan. Material berpori telah digunakan secara luas sebagai katalis dan pengemban katalis pada berbagai industri kimia, adsorben pada penjernihan dan detoksifikasi air, elektroda pada sel elektrokimia, sensor, bahan isolator, dan sebagainya.

Menurut IUPAC, material berpori dapat diklasifikasikan menurut ukuran porinya, yaitu material mikropori (diameter pori kurang dari 2 nm), mesopori (diameter pori 2-50 nm), dan makropori (diameter pori lebih dari 50 nm). Pori pada material berpori dapat berbentuk silindris terbuka (open-ended cylindris), celah antara dua bidang paralel (slit-shape), dan botol tinta (ink-bottle). Penentuan model atau bentuk pori merupakan salah satu langkah penting pada penentuan distribusi pori. Biasanya penentuan ini berdasarkan atas pertimbangan struktur geometri material. Misalkan model pori silindris untuk zeolit dan model pori slit shape untuk lempung dan karbon aktif.

Pengukuran adsorpsi isoterm gas pada temperatur mendekati titik kondensasi gas adsorbat merupakan teknik konvensional dan sederhana dalam karakterisasi padatan berpori. Teknik ini dilakukan dengan mengukur jumlah gas yang diadsorpsi (adsorbat) oleh suatu padatan pada variasi tekanan gas dalam keadaan isotermal. Penentuan jumlah adsorbat dilakukan dengan mengukur pengurangan tekanan atau volume gas setelah kondisi keseimbangan adsorpsi-desorpsi tercapai. Gas yang digunakan adalah gas yang sifatnya inert seperti nitrogen dan argon.

Berbagai metode, teori dan persamaan telah dikembangkan diantaranya adalah metode Langmuir dan metode Brunauer-Emmett-Teller (BET). Keduanya digunakan untuk menentukan luas permukaan spesifik suatu padatan dari data adsorpsi isoterm gas. Luas permukaan merupakan salah satu parameter penting yang menentukan kualitas padatan berpori. Luas permukaan spesifik merupakan parameter yang menggambarkan kapasitas adsorpsi suatu adsorben. Pada bidang katalisis, luas permukaan spesifik merupakan gambaran banyaknya situs aktif yang ada pada permukaan katalis yang menentukan sifat katalitiknya. Pada elektroda sel elektrokimia, luas permukaan spesifik berhubungan dengan banyaknya transfer elektron yang terjadi pada daerah antar muka.

Pada awal perkembangan metode dan teori adsorpsi isoterm, data mengenai luas permukaan sudah cukup sebagai ukuran kualitas dari padatan berpori. Namun selanjutnya, data tentang luas permukaan tidak cukup rinci untuk menerangkan sifat adsorpsi padatan. Ukuran pori dan distribusi pori sekarang menjadi target utama sintesis material berpori.

Telah dikenal metode baru untuk pengolahan data adsorpsi isoterm yang dapat digunakan tidak hanya terbatas pada penentuan luas permukaan padatan, akan tetapi juga mampu menghitung volume dan luas permukaan pori, luas permukaan eksternal, dan distribusi pori. Metode perbandingan (t-plot dan αs-plot) berhasil mendapatkan luas permukaan pori, luas permukaan ekternal, diameter dan volume pori pada material mikropori dan mesopori.Metode MP sebagai perluasan t-plot merupakan metode untuk menentukan distribusi mikropori. Penentuan distribusi mesopori biasa digunakan metode Barrett-Joyner-Halenda (BJH) yang disusun berdasarkan atas konsep kondensasi kapiler menggunakan persamaan Kelvin dan faktor koreksi dari ketebalan statistik multilayer.

Read More

Mekanisme Reaksi Esterifikasi dengan Katalis Asam

-->

Sebenarnya bagaimanakah mekanisme reaksi esterifikasi suatu asam karboksilat itu? Reaksi esterifikasi pada dasarnya adalah penggantian hidrogen pada gugus karbonil dengan suatu hidrokarbon atau alkil. Reaksi esterifikasi dapat berlangsung dengan katalis asam atau basa. Pada sesi ini, kami akan menampilkan bagaimana mekanisme reaksi esterifikasi dengan katalis asam.

Reaksi keseluruhan:

-->

Mekanisme reaksi:

-->

Keterangan:

A. Protonasi, aktivasi gugus karbonil

B. Adisi EtOH pada gugus aktif karbonil

C. Deprotonasi oxonium ion

D. Protonasi pada gugus hidroksi sehingga menghasilkan gugus pergi yang baik (air)

E. Eliminasi air dengan bantuan lone pair elektron dari oksigen

F. Deprotonasi, sebagai tahap terakhir.

Pada sesi selanjutnya akan dibahas bagaimana mekanisme reaksi esterifikasi dengan katalis basa, serta mekanisme reaksi yang lainnya.

Read More