Materi & Energi

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
s, 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.

sumber : http://blog.uin-malang.ac.id/spirit/2011/10/14/materi-dan-energi/