Click here to load reader
Upload
aprianti-ramdhani
View
114
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Aplikasi fisika statistika dalam bidang Kimia
Citation preview
Nama : Aprianti Ramdhani
NPM : 140210090086
Aplikasi Fisika Statistika dalam Bidang Kimia
Fisika statistik adalah ilmu yang mempelajari tentang sifat atau perilaku sistem yang
terdiri dari banyak partikel. Generalisasi perilaku partikel merupakan ciri pokok dari pendekatan
statistik. Sampai saat ini pendekatan statistik cukup memadai untuk merepresentasikan keadaan
sistem dan perilaku partikel penyusunnya. Oleh karena itu perlu disusun cara memahami
keadaan suatu sistem dan perilaku partikel pada sistem partikel yang memenuhi hukum-hukum
fisika klasik maupun fisika modern.
Sistem yang tersusun oleh partikel-partikel tidak identik (terbedakan) dan mematuhi
hukum-hukum fisika klasik dapat didekati dengan statistik klasik Maxwell-Boltzmann.
Sedangkan pada sistem yang tersusun oleh partikel-partikel identik (tidak terbedakan), hukum-
hukum fisika klasik tidak cukup memadai untuk merepresentasikan keadaan sistem dan hanya
dapat diterangkan dengan hukum-hukum fisika kuantum. Sistem semacam ini dapat didekati
dengan statistik modern, yaitu statistik Fermi-Dirac dan Bose-Einstein. Statistik Fermi-Dirac
sangat tepat untuk menerangkan perilaku partikel-partikel identik yang memenuhi larangan
Pauli, sedangkan statistik Bose-Einstein sangat tepat untuk menerangkan perilaku partikel-
partikel identik yang tidak memenuhi larangan Pauli.
Energi Fermi yaitu tingkat energi tertinggi yang terisi pada suhu 0 K disebut tingkat
Fermi atau energi Fermi. Pada suhu diatas 0 K, elektron-elektron mendapat tambahan energi
sehingga sejumlah elektron yang semula berada di bawah namun dekat dengan energi Fermi naik
ke atas dan meninggalka beberapa tingkat energi kosong yang semula ditempatinya.
Distribusi Fermi-Dirac. Dalam tinjauan ini partikel dianggap identik dan tak dapat
dibedakan satu terhadap lainnya, partikel-partikel ini juga mengikuti prinsip eksklusi Pauli
sehingga tidak lebih dari dua pastikel berada pada status yang sama. Partikel dengan sifat
demikian biasa disebut fermion (Enrico Fermi 1901-1954).
Aplikasi dari distribusi Fermi-dirac adalah untuk menghitung emisi pada logam. Ada dua
macam emisi pada logam yaitu emisi elektron dan emisi termal. Dan emisi elektron dibagi lagi
menjadi beberapa macam, yaitu emisi termoelektron, emisi dingin, emisi sekunder, emisi
fotolistrik. Emisi fotolistrik dapat disebabkan oleh cahaya yang mengenai material tertentu.
Tenaga cahaya akan diterima oleh elektron, bila tenaga ini cukup untuk mengatasi daya tarik ion
positif material maka akan terjadi emisi. Kecepatan emisi tergantung pada frekuensi cahaya
sedang jumlah emisi tergantung pada intensitas cahaya. Material yang dapat mengeluarkan emisi
bila terkena cahaya matahari ialah: seng, kalium dan logam alkali. Penggunaan emisi fotolistrik
pada sel fotolistrik dan kamera tv. Aplikasi emisi foto listrik dalam bidang kimia adalah terdapat
pada detektor dalam spektrofotometer.
Detektor merupakan komponen yang memiliki kepekaan tinggi dalam daerah spektral,
respon yang linier terhadap radiasi, waktu respon yang cepat, dapat digandakan, dan kestabilan
yang tinggi dengan tingkat noise yang rendah. Detektor merespon perubahan fotokimia (terutama
fotografi), efek fotolistrik dan efek termolistrik, dalam spektrofotometer, detektor yang
digunakan adalah detektor fotolistrik (baik berupa tabung foto atau tabung photomultiplier).
Pada spektrofotometer serapan atom (SSA), digunakan dua macam detektor yaitu
detektor cahaya atau detektor foton dan detektor infra merah serta detektor panas. Detektor foton
bekerja berdasarkan efek fotolistrik, dalam hal ini setiap foton akan membebaskan elektron (satu
foton, satu elektron) dari bahan yang sensitive terhadap cahaya. Bahan foton dapat berupa Si/Ga,
Ga/As, Cs/Na.
Statistika Bose-Einstein menentukan distribusi statistik bagi boson pada berbagai tingkat
energi di dalam kesetimbangan termal. Tidak seperti fermion, boson adalah materi berspin bulat
sehingga tidak mematuhi larangan Pauli; sejumlah besar materi boson dapat menempati keadaan
yang sama pada saat yang sama pula. Hal itu dapat menjelaskan mengapa pada suhu rendah
boson dapat berperilaku sangat berbeda dengan fermion; semua materi akan menggumpal
bersama-sama pada keadaan energi yang paling rendah. Proses yang demikian itu disebut
sebagai “kondensasi Bose-Einstein”, misalnya pada fenomena superfluida di dalam helium cair.
Superfluida didasari oleh kemajuan teknologi cair-cair menggunakan superkritis, kritis
atau mendekati kritis seperti CO2 dan gas biner lainnya. Penerapan pada bidang kimia ada pada
kromatografi fluida super kritis, dimana digunakan CO2 superfluida sebagai fase gerak untuk
proses pemisahan. Metode ini digunakan untuk pemisahan komponen-komponen pada unsur
yang mudah terurai pada suhu yang tinggi.
Aplikasi lain dari kondensasi Bose-Einstein adalah superkonduktor. Superkonduktor
merupakan material yang dapat menghantarkan arus listrik tanpa adanya hambatan, sehingga
dapat mengalirkan arus listrik tanpa kehilangan daya sedikitpun. Superkonduktor adalah unsure
atau alloy metal yang jika didinginkan sampai mendekati suhu nol mutlak (0 K), menjadi hilang
tahanannya.
Perkembangan bahan superkonduktor dari saat pertama kali ditemukan sampai sekarang
dapat diikuti pada table di bawah ini:
Bahan Tc(K)
Raksa (Hg)
Timbal (Pb)
Niobium nitrida
Niobium-3-timah
Al0,8Ge0,2Nb3
Niobium germanium
Lanthanum barium tembaga oksida
Yitrium barium tembaga oksida (1-
2-3 atau YBCO)
Thalium barium kalsium tembaga
oksida
4,2
7,2
16,0
18,1
20,7
23,2
28
93
125
Pada bidang kimia, telah dilakukan sintesis superkonduktor BPSCCO/Ag dengan
menggunakan metode reaksi padatan, langkahnya yaitu menggerus bahan sampai benar-benar
halus, dikalsinasi, digerus ulang, dipeletisasi, disinterring dan dikarakterisasi dengan uji
Meissner, uji Tc dan uji XRD. Sampel superkonduktor BPSCCO/Ag ini dibuat sebanyak 2
sampel dengan rumus kimia yang berbeda yaitu Bi1,6Pb0,4Sr2Ca2Cu3AgxO10+δ dengan nilai x= 0,5
dan 1,0.
Distribusi Maxwell-Boltzmann menggambarkan kecepatan partikel dalam gas, di mana
partikel bergerak bebas antara tumbukan kecil , tetapi tidak berinteraksi satu sama lain, sebagai
fungsi suhu dari sistem, massa partikel, dan kecepatan partikel. Distribusi Maxwell-Boltzmann
berlaku untuk gas ideal di dalam kesetimbangan termodinamika dengan efek kuantum yang
dapat diabaikan dan di kecepatan non-relativistik.
Karena energi aktivasi memegang peranan penting dalam menentukan suatu tumbukan
menghasilkan reaksi, hal ini sangat berguna untuk menentukan bagaimana macam bagian
partikel berada untuk mendapatkan energi yang cukup ketika mereka bertumbukan.
Di dalam berbagai sistem, keberadaan partikel-partikel akan memiliki berbagai variasi besar
energi. Untuk gas, dapat diperlihatkan melalui diagram yang disebut dengan Distribusi Maxwell-
Boltzmann dimana setiap kumpulan beberapa partikel memiliki energinya masing-masing.
Luas dibawah kurva merupakan ukuran banyaknya partikel berada.
Ketika reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan guna memperoleh energi
yang sama atau lebih besar daripada energi aktivasi untuk melangsungkan reaksi. Dan untuk
mengetahui dimana energi aktivasi berlangsung didapat dari distribusi Mazwell-Boltzmann.
Perhatikan bahwa sebagian besar dari partikel-partikel tidak memiliki energi yang cukup
untuk bereaksi ketika mereka bertumbukan. Untuk membuat mereka bereaksi kita dapat
mengubah bentuk dari kurva atau memindahkan aktivasi energi lebih ke kanan.
Daftar Pustaka
Csuros M. 1997. Environmental Sampling and Analysis Lab Manual. CRC Press. Hal. 23-27
Wei YJ, Li KA, Tong SY. 1997. A linear regression method for the study of the coomassie
brilliant blue protein assay. Talanta 44(5): 923-930.
Triyono, W. 2011. Spektrofotometri Ultra Violet Visibel. http://waris-triyono.blogspot.com/
2011/12/spektrofotometri-ultra-violet-visibeluv.html
Rizqi, D. 2012. Archive. http://rizqidiaz.blogspot.com/2012_01_01_archive.html