7.4 Physical dan Chemical Changes and the Law of ... · PDF filetiba menyembur (menyemprot)...

Cheng Shan Noe - http://nusaindah.wordpress.com Ilmu Pengetahuan Lingkungan

pesan sponsor : bila ingin dapat uang melalui internet, coba simak apa yang tertulis di : http://modalkecil.danatunai.net

hal. 126

7.4 Physical dan Chemical Changes and the Law of Conservation of Matter.

PHYSICAL AND CHEMICAL CHANGES. Pada elemen-elemen dan senyawa-senyawa dapat terjadi perubahan fisik atau kimiawi , masing-masing perubahan dapat mengeluarkan energi dan dapat pula membutuhkan energi , biasanya dalam bentuk panas. Perubahan fisik adalah perubahan yang tidak melibatkan perubahan dalam komposisi kimiawi. Misalnya , memotong selembar aluminum foil menjadi potongan-potongan yang lebih kecil adalah perubahan fisik. Masing-masing potongan kecil masih aluminum (2, p. 45).

Perubahan suatu bahan dari satu ujud fisik ke ujud yang lainnya juga termasuk perubahan fisik. Sebagai contoh : pada saat berujud padat, air adalah es ; pada saat berujud cair , air adalah yang biasa disebut air ; pada saat berujud gas , air disebut uap air , bagaimanapun ujudnya tidak ada molekul H2O yang berubah , kecuali molekul-molekul tersebut diorganisir dalam pola-pola spasial (ke-ruang-an) yang berbeda (2, p. 45).

Dalam perubahan kimiawi atau reaksi kimia , ada perubahan komposisi kimiawi dari elemen-elemen atau senyawa-senyawa yang terlibat. Sebagai contoh : pada saat batubara dibakar habis , karbon (C) yang terkandung didalamnya berikatan dengan gas oksigen (O2)yang ada dalam atmosfir membentuk senyawa gas CO2 (karbon dioksida. Dalam hal ini energi dilepaskan , menjadikan batubara sebagai bahan bakar yang berguna ( C + O2 → CO2 + energi) (2, 45).

Reaksi ini memperlihatkan bagaimana pembakaran batubara atau senyawa yang mengandung karbon , seperti kayu , gas alam , minyak , bensin , menambah jumlah karbon dioksida yang terdapat dalam atmosfir.

THE LAW OF CONSERVATION OF MATTER : THERE IS NO AWAY. Dunia kehilangan beberapa molekul gas ke ruang angkasa , dan dunia memperoleh sejumlah kecil zat dari ruang angkasa , namun jumlah ini praktis tidak berarti dibandingkan dengan total masa dunia. Dalam kaitannya dengan zat , dunia secara esensial adalah sistem tertutup. Telah jutaan tahun proses-proses alam ber-evolusi untuk siklus bahan-bahan kimia yang berlangsung terus menerus , bolak balik antara lingkungan non-hidup (tanah , udara , dan air) dan lingkungan hidup (2, p.46).

Manusia sebenarnya tidak mengkonsumsi zat apapun , manusia hanya menggunakan beberapa sumberdaya dunia untuk sementara. Manusia mengambil material-material dari bumi , membawanya ke bagian lain dunia , kemudian memprosesnya menjadi produk-produk. Produk-produk ini kemudian dipakai , dan setelah itu dibuang , dipakai ulang , atau di-daur-ulang (2, p. 46).

Dalam membuat dan menggunakan produk-produk , manusia mungkin merubah berbagai elemen dan senyawa dari satu bentuk fisik atau kimiawi ke bentuk lainnya , namun manusia itu tidak menciptakan sesuatu dari yang sama sekali tidak ada , serta tidak juga memusnahkan sesuatu sehingga benar-benar menjadi tidak ada. Kenyataan ini , didasarkan be-ribu-ribu pengukuran zat yang mengalami perubahan fisik ataupun perubahan kimiawi , yang kemudian disebut sebagai law of conservation of matter (hukum konservasi /kekekalan ? zat) (2, p.46)

Dalam seluruh perubahan fisik atau kimiawi , kita tidak dapat menciptakan ataupun memusnahkan sebuah atom-pun yang dilibatkan. Yang dapat dilakukan adalah merubah susunan atom-atom tersebut menjadi pola-pola spasial yang berbeda (perubahan fisik) atau kombinasi yang berbeda (perubahan kimiawi)

http://nusaindah.wordpress.com/�

http://modalkecil.danatunai.net/�



hal. 127

Makna dari the Law of conservation of matter adalah : there is no “away” . Segala sesuatu yang menurut pikiran kita telah dibuang (thrown away) masih “disini” bersama kita dalam satu bentuk yang sama atau bentuk yang berlainan (2, p. 46).

Manusia sebenarnya dapat membuat lingkungan menjadi lebih bersih dan mengkonversi beberapa bahan-bahan kimia yang potensial membahayakan menjadi bentuk fisik atau kimiawi yang kurang membahayakan , atau bahkan menjadi bentuk fisik atau kimiawi yang sama sekali tidak membahayakan. Dalam redaksi kalimat yang lain , makna dari the Law of conservation of matter adalah : manusia akan selalu menghadapi masalah sehubungan dengan apa yang harus dilakukannya terhadap sejumlah barang buangan. Walaupun demikian , dengan lebih banyak memperhatikan dan mempraktekkan pencegahan polusi dan pengurangan buangan , manusia dapat sangat mengurangi tambahan jumlah buangan kedalam lingkungan (2, p. 46).

Manusia sudah harus mulai memikirkan apakah yang disebut sebagai wastes (“sampah” , yang tidak dapat dipakai lagi) benar-benar merupakan sumberdaya yang tidak dapat dipakai lagi. Yang disebut wastes tersebut adalah sumberdaya potensial yang oleh manusia tidak di-daur-ulang , dipergunakan ulang , atau di-konversi menjadi material bahan baku atau produk-produk yang ada manfaatnya (2, p. 46).

7.5 Nuclear Changes. Selain perubahan fisik dan kimiawi , zat dapat juga berubah dengan cara yang disebut sebagai nuclear change. Perubahan yang demikian ini terjadi bila inti (nuclei) dari isotope tertentu secara tiba-tiba berubah atau dipaksa berubah menjadi satu atau lebih isotope yang berbeda. Tiga tipe prinsip perubahan nuklir : (1) natural radioactivity , (2) nuclear fission , dan (3) nuclear fusion (2, p. 46).

Hukum konservasi zat tidak berlaku untuk perubahan nuklir karena perubahan nuklir melibatkan konversi sejumlah masa yang kecil tapi terukur dalam suatu nucleus menjadi energi. Perubahan tipe ;ini “diatur” oleh the law of conservation of matter and energy. Dalam perubahan nuklir jumlah total zat dan energi yang terlibat tetap sama (2, p. 46).

Natural radioactivity adalah perubahan nuklir dalam mana inti yang tidak stabil secara tiba-tiba menyembur (menyemprot) partikel-partikel (biasanya partikel-partikel alfa dan beta) , energi (sinar gamma) , atau keduanya pada laju yang tetap. Sebuah isotope dari sebuah atom yang tiba-tiba memancarkan partikel-partikel yang bergerak cepat , radiasi energi tinggi , atau dua-dua-nya dari inti yang tidak stabil disebut radioactive isotope , atau radioisotope (2, p. 46).

Radiasi yang dipancarkan oleh radioisotopes merupakan ionizing radiation yang merusak. Bentuk yang paling umum ionizing energy yang dilepaskan dari radioisotopes adalah gamma rays (sinar gamma) , suatu bentuk radiasi elektromagnetik dengan kandungan energi tinggi (Fig. 3.4.) . Partikel-partikel berkecepatan tinggi yang dipancarkan dari inti adalah bentuk lain dari ionizing radiation , dengan energi cukup untuk menghantam atom-atom lainnya dan menghilangkan satu atau lebih elektron-nya membentuk ion-ion bermuatan positif. Dua tipe ionizing particles yang paling umum yang dipancarkan oleh radioactive isotopes adalah alpha particles (bongkah-bongkah zat bermuatan positif yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron) yang berkecepatan tinggi dan beta particles (high speed electrons). Fig. 3.10 memperlihatkan tenaga penetrasi relatif dari alpha , beta , and gamma ionizing radiation. (2, pp. 46-47).





hal. 128

Fig. 3.10 Tiga tipe prinsip ionizing radiation yang terpancar dari radioactive isotopes berbeda tenaga penetrasinya.

7.6 The First and Second Law of Energy. FIRST LAW OF ENERGY : YOU CAN’T GET SOMETHING FOR NOTHING. Setelah membuat jutaan pengukuran , ilmuwan melihat energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya dalam perubahan fisik atau kimiawi , namun para ilmuwan tersebut tidak pernah mendeteksi adanya penciptaan atau pemusnahan energi (2, 47).

Informasi ini disimpulkan dalam the law of conservation of energy , yang juga dikenal sebagai the first law of energy atau first law of thermodynamics. Dalam perubahan fisik dan kimiawi , tidak ada energi yang diciptakan atau dimusnahkan , namun dalam proses-proses ini energi dapat berubah dari satu bentuk menjadi bentuk lainnya. Hukum ini tidak berlaku untuk perubahan nuklir , dimana energi dapat dihasilkan dari sejumlah kecil zat. Hukum ini bermakna : energy input always equals energy output : We can’t get something for nothing in term of energy quantity. (2, p. 47).

SECOND LAW OF ENERGY : YOU CAN’T BREAK EVEN. Karena first law of energy menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan , anda akan berfikir bahwa akan selalu ada cukup energi. Bila anda mengisi tangki mobil dengan bensin kemudian berjalan-jalan , atau anda mempergunakan lampu senter sehingga batre-nya habis , anda telah kehilangan sesuatu , apakah yang hilang ini bukan energi ? Jawabannya adalah : anda tidak kehilangan energi , namun energi yang ada dan dipakai berubah kualitasnya (dan juga bentuknya ? (Fig. 3.8.) (2, p. 47).

Jutaan pengukuran yang dilakukan oleh para ilmuwan telah menunjukan bahwa pada setiap konversi energi dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya , disana akan ada penurunan kualitas energi atau penurunan jumlah energi yang berguna (dapat digunakan). Kesimpulan ini dikenal sebagai the second law of energy atau the second law of thermodynamics , yaitu sebagai berikut : Bila energi berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya , beberapa energi yang berguna (dapat digunakan) akan ber-degradasi menjadi energi dengan kualitas yang lebih rendah , menjadi lebih tersebar . Degradasi energi yang demikian ini biasanya dalam bentuk panas yang mengalir kedalam lingkungan dan menyebar dalam gerak acak molekul udara atau air pada temperatur yang relatif rendah (2, pp. 47-49).





hal. 129

Dalam redaksi kalimat yang lain , menurut hukum degradasi kualitas energi yang ini : we can’t break even in terms of energy quality. Semakin banyak kita mempergunakan , semakin tidak beraturan energi tingkat bawah (panas) yang kita tambahkan kedalam lingkungan (2, p. 49).

LIFE AND THE SECOND ENERGY LAW. Untuk membentuk dan menjaga tatanan molekul-molekul yang sangat beraturan dan jaringan perubahan-perubahan kimiawi yang terorganisasi dalam tubuh manusia , manusia haruslah secara terus menerus memperoleh dan mempergunakan sumberdaya-sumberdaya zat dan energi berkualitas tinggi dari sekitarnya. Dengan dipakainya sumberdaya-sumberdaya ini , manusia menambahkan panas dan waste matter yang tidak beraturan dan berkualitas rendah ke sekitarnya (2, p. 50).

Sebagai contoh , tubuh manusia terus menerus melepaskan panas yang sama yang dikeluarkan oleh lampu 100 Watt , yang demikian ini merupakan alasan mengapa bila dalam suatu ruangan tertutup penuh dengan manusia , maka akan menjadi panas. Disamping itu manusia juga terus menerus mengeluarkan molekul gas karbon dioksida dan uap air , yang menjadi tersebar dalam atmosfir (2, p. 50).

Menanam , menumbuhkan , dan memproses , serta memasak makanan , semuanya membutuhkan energi berkualitas tinggi dan sumberdaya zat yang berakibat penambahan low quality heat dan waste materials kedalam lingkungan. Selain itu , sejumlah yang sangat besar low quality heat dan waste matter ditambahkan pada lingkungan pada saat : concentrated deposits of minerals diekstraksi dari kerak / perut bumi , diproses , dan dipergunakan atau dibakar untuk : menghangatkan atau menyejukkan rumah atau bangunan yang ditempati manusia , men-trasport-kan manusia , membuat jalan , pakaian , dst ..... (2, p. 50).

Berdasarkan the second energy law , semakin banyak energi dipakai manusia (akan semakin banyak pula waste) , akan semakin tidak beraturan lingkungan yang tercipta karenanya. Hal yang diuraikan diatas merupakan alasan mengapa reducing energy waste dan beralih dari harmful non-renewable energy resources ke renewable and perpetual energy resources yang lebih aman merupakan kunci kearah masa depan yang sustainable (2, p. 50).





hal. 130

7.7 Energy Efficiency and Net Useful Energy. INCREASING ENERGY EFFICIENCY. Anda mungkin akan surprised mengetahui bahwa hanya 16 % dari semua energi komersial yang dihasilkan yang mengalir melalui ekonomi Amerika Serikat dipakai untuk kerja yang berguna atau dipakai untuk membuat petrochemicals (yang dipakai untuk menghasilkan plastik) , obat-obat-an ,dan produk-produk lainnya (Fig. 3-15). Hal ini berarti 84 % of all commercial energy used in United States is wasted. Kurang lebih 41 % dari energi ini terbuang secara otomatis , tunduk kepada hukum energi ke dua , namun 43 % lainnya terbuang yang tidak seharusnya atau tidak sepatutnya terbuang (2, p. 50).





hal. 131

Satu cara untuk mengurangi energi yang banyak ter-sia-sia-kan dan menghemat adalah dengan meningkatkan efisiensi energi, yaitu meningkatkan persentase total energi yang benar-benar menjadi kerja yang bermanfaat , menurunkan atau menghilangkan sebanyak mungkin yang terkonversi menjadi low quality energy , yang bentuk umumnya adalah panas yang tidak bermanfaat (belum dapat termanfaatkan) dalam sistem-sistem konversi energi. Alat-alat konversi energi sangat bervariasi efisiensi energinya seperti yang diilustrasikan dalam Fig. 3.16. (2, p. 50).

Penghematan energi dan uang dapat dilakukan dengan memakai dan mempergunakan alat-alat yang paling efisien energi , namun biasanya peralatan yang efisien energi initial cost –nya lebih tinggi , namun untuk kerangka waktu jangka panjang , biasanya , sifatnya menghemat uang karena life-cycle cost –nya yang lebih rendah ( = initial cost + lifetime operating costs) (2, p. 50).

The net efficiency of the entire energy delivery process of heating system , water heater , or car is determined by finding the efficiency of each energy conversion step in the process. These steps include extracting the fuel , purifying and upgrading it to a useful form , transporting it , and then using it (2, p. 50).





hal. 132

Fig. 3.17 memperlihatkan bagaimana net energy efficiencies dihitung untuk pemanasan sebuah well-insulated home (1) secara pasif dengan input langsung energi surya melalui jendela yang dihadapkan ke matahari kemudian panas ini ditampung dalam batu-batu atau air untuk kemudian secara perlahan dilepaskan , dan (2) dengan listrik yang dihasilkan dari pembangkit tenaga listrik nuklir , ditransportasikan melalui kawat ke rumah , dan dikonversi





hal. 133

menjadi panas (electric resistance heating). Analisis ini memperlihatkan bahwa proses konversi energi nuklir berkualitas tinggi dalam bahan bakar nuklir menjadi panas berkualitas tinggi pada beberapa ratus derajat , kemudian panas ini dikonversi menjadi high-quality electricity , kemudian mempergunakan listrik ini untuk dapat tersedianya panas untuk menghangatkan rumah hanya sampai 200 C bersifat sangat memboroskan energi berkualitas tinggi. Membakar batubara atau fossil fuel lainnya , pada pembangkit tenaga dalam rangka pengadaan listrik yang kemudian dipakai untuk menghangatkan juga sifatnya tidak efisien. Hal yang berbeda , adalah sangat lebih hemat untuk memanfaatkan suatu active or passive solar heating system untuk memperoleh low-quality heat dari lingkungan, menyimpannya dalam batu atau air , dan , bila perlu , menaikkan temperaturnya sedikit guna penghangatan ruangan dan penyediaan kebutuhan air panas rumah-rumah (2, p. 50).

Mempergunakan high-quality electrical energy dalam rangka dapat tersedianya low-quality heat untuk keperluan penghangatan ruangan atau air panas adalah ibarat menembak nyamuk dengan meriam. Aturan umum pemakaian energi adalah menyesuaikan kualitas energi yang akan dipakai dengan tugas yang akan dibebankan pada energi tersebut. Jangan mempergunakan high-quality energy untuk suatu “tugas” yang dapat dilakukan oleh energi yang kualitasnya lebih rendah (Fig. 3-8 dan Fig. 3.9.) (2, p. 50).

USING WASTE HEAT. Kita tidak dapat men-daur-ulang energi berkualitas tinggi , namun kita dapat memperlambat laju waster heat flows ke lingkungan pada saat energi berkualitas tinggi berdegradasi. Sebagai contoh (contoh diambil untuk kasus di Amerika Serikat) : dalam musim dingin , sebuah rumah yang uninsulated atau yang insulasinya bocor kehilangan panas dalam ruangan sama cepatnya dengan panas yang dihasilkan dari alat pemanas , namun dalam suatu rumah yang well insulated atau airtight dapat menahan panas selama kurang lebih 5 sampai dengan 10 jam , dan sebuah rumah yang well designed dan super-insulated dapat menahan panas sampai selama 4 hari (2, p. 53).

Dalam beberapa bangunan dan toko , panas yang terbuang dari penerangan , komputer , dan mesin-mesin ditampung dan didistribusikan untuk mengurangi biaya penghangatan ruangan dalam musim dingin dan sebaliknya pada musim panas ditiup keluar untuk mengurangi biaya pendinginan ruangan pada saat musim panas . Panas terbuang dari kegiatan industri dan kegiatan pembangkit tenaga listrik dapat didistribusikan melalui insulated pipes dan dipergunakan sebagai district heating system untuk rumah-rumah , rumah kaca , dan kolam ikan yang terletak di sekitarnya , seperti yang dilakukan di beberapa bagian Eropa (2, p. 55).

Cara lain untuk memakai panas-panas yang terbuang yang dihasilkan oleh pabrik-pabrik yang membakar batubara atau bahan bakar lainnya untuk menghasilkan panas atau uap adalah cogeneration , produksi dua bentuk energi seperti uap dan listrik dari sumber bahan bakar yang sama. Buangan panas dari coal-fired (tempat pembakaran batubara) dan industrial boilers lainnya dapat dipakai untuk menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin-turbin dan menghasilkan listrik dengan harga (biaya) lebih murah dibanding kalau “membeli” dari perusahaan penjual listrik. Cogeneration banyak diterapkan dibanyak pabrik di Eropa. Bila seluruh large industrials boilers di Amerika Serikat menerapkan cogeneration , maka sampai tahun 2020 tidak menjadi tidak perlu ada pembangunan pembangkit tenaga listrik (2, p. 55).

NET USEFUL ENERGY : IT TAKES ENERGY TO GET ENERGY. Jumlah high-quality energi yang dapat digunakan yang dapat diperoleh dari sejumlah tertentu suatu sumberdaya energi disebut sebagai net useful energy. Net useful energy adalah total energi yang berguna yang tersedia dari suatu sumberdaya sepanjang lifetime –nya dikurangi : jumlah energi yang dipergunakan (hukum energi pertama) , yang secara otomatis terbuang (hukun





hal. 134

energi ke dua) , dan yang terbuang (walaupun sebenarnya tidak perlu terbuang) dalam proses-proses penemuan , pemrosesan , mengkonsentrasikan , dan mentransportasikannya ke para pengguna. Sebagai contoh , bila 9 satuan energi fossil fuel diperlukan untuk dapat memasok 10 satuan energi nuklir , matahari atau fossil fuel tambahan , maka net useful energy yang diperoleh hanyalah 1 satuan energi (2, p. 55).

Hubungan ini dapat dinyatakan dalam rasio antara energi yang bermanfaat yang dapat dihasilkan terhadap energi yang bermanfaat yang dipergunakan untuk menghasilkannya. Dalam contoh yang diberikan diatas , net energy ratio = 10/9 = 1.1. Semakin tinggi nilai rasio , semakin besar net useful energy yang dihasilkan. Bila rasio lebih kecil dari 1 , maka ada net energy loss over the lifetime of the system. Fig. 3-20 memperlihatkan rasio-rasio net useful energy beberapa ragam sistem penghangat ruangan, proses-proses industri temperatur tinggi , dan pemakaian bahan bakar gas dan cair untuk transportasi (2, p. 55).

Sejauh ini , minyak memiliki rasio net useful energy yang relatif tinggi karena kebanyakan sejauh ini minyak masih dapat diperoleh dari deposit yang banyak dan accessible seperti halnya di Saudi Arabia dan bagian-bagian lain Timur Tengah. Walaupun demikian , bila sumber-sumber tersebut telah berkurang (menipis) , net useful energy ratio dari minyak dapat turun dan harganya menjadi naik. Bila yang demikian ini telah terjadi , akan lebih banyak uang dan high quality fossil fuel yang diperlukan untuk dapat menemukan , memproses , dan menyalurkan minyak-minyak baru dari deposit-deposit yang lebih kecil dan sangat tersebar atau dari deposit-deposit yang terdapat lebih dalam di perut bumi , atau dari deposit-deposit yang ada di lokasi-lokasi terpencil , jauh dari lokasi dimana energi tersebut akan dipergunakan (2, p. 55).

Fig. 3.21. The one way, or throwaway , societies of most industrialized countries is based on maximizing the rates of energi flow and matter ,rapidly converting the world’s high-quality matter and energy resources into trash , pollution , and low quality heat (2, p. 56)

7.8 Matter and Energy Laws and Environmental and Resources Problems.

THROWAWAY SOCIETIES. Menurut law of conservation of matter dan second law of energy , sumberdaya yang dipergunakan oleh masing-masing umat manusia secara otomatis menambah jumlah buangan panas dan buangan zat kedalam lingkungan. Penggunaan sumberdaya-sumberdaya zat dan energi oleh setiap kita secara perorangan (apalagi kalau penilaian mengenai hal ini dilakukan oleh kita sendiri , yang by nature banyak tidak mampu





hal. 135

menyalahkan diri sendiri atau disalahkan , walaupun sebenarnya salah) akan nampak sangat kecil dan tidak berarti.

Kalau anda orang Amerika Serikat , (pada tahun 1992) anda adalah salah seorang dari 1.2 milyar orang perorangan yang hidup di negara industrialis yang memakai sejumlah besar sumberdaya zat dan energi yang terdapat di dunia ini dengan laju yang sangat cepat. Sementara itu , 4.2 milyar jiwa di negara yang masing lebih kurang atau belum berkembang sangat berharap untuk mampu lebih banyak mempergunakan sumberdaya dalam rangka meningkatkan taraf hidupnya , memperkaya dirinya atau membayar utang negeri –nya.

Kalau anda orang Garut , anda adalah salah seorang dari ............ ................

Pemakai sumberdaya energi dan zat di dunia ini , setiap tahun –nya , bertambah kurang lebih sejumlah 92 juta jiwa (2, p. 56).

Dewasa ini masyarakat di advanced industrialized countries adalah throwaway societies , sustaining ever-increasing economic growth by maximizing the rate at which matter and energy resources are used and wasted.

Hukum-hukum ilmiah zat dan energi menyatakan bahwa : bila semakin banyak orang serta semakin lebih banyak lagi orang terus memakai dan membuang-buang lebih banyak sumberdaya zat dan energi dengan laju yang semakin dipercepat , maka , cepat atau lambat , kapasitas lingkungan lokal , regional , dan global untuk mampu mengencerkan dan menguraikan zat-zat buangan serta menyerap panas-panas buangan akan dilampaui (2, p. 56).

MATTER-RECYCLING SOCIETIES. Pemecahan yang dapat menghentikan persoalan seperti yang diuraikan diatas adalah mengubah throwaway societies menjadi mater-recycling societies. Tujuan dari perubahan ini adalah untuk memungkinkan pertumbuhan ekonomi untuk tetap berlanjut tanpa membuat semakin menipisnya sumberdaya-sumberdaya zat , tanpa menghasilkan polusi yang berlebihan serta mengakibatkan menjadi semakin buruknya lingkungan (2, p. 56).

Dua hukum energi menyatakan bahwa : recycling matter resources always requires high-quality energy , which cannot be recycled (2, p. 56).

Ketersediaan batubara , minyak , gas alam dan uranium jelas ada batasnya. Ketersediaan bahan bakar minyak yang sejauh ini masih banyak dipakai dan affordable dalam beberapa dekade mendatang tidak akan lagi demikian , mungkin habis , mungkin semakin tidak affordable (2, p. 56).

Energi surya memang jelas merupakan pemasok energi yang tiada ada habisnya. Yang menjadi masalah adalah jumlah energi surya yang mencapai permukaan bumi di masing-masing menit dan jam adalah rendah dan tidak ada di malam hari (2, p. 56).

Dengan sistem pengumpulan dan penampungan yang sepatutnya , mempergunakan sistem pasif atau aktif untuk mengkonsentrasikan energi surya , sebatas untuk keperluan penyediaan air panas rumah-rumah dan menghangatkan ruangan , memang secara termodinamis dan ekonomis masih baik. Namun untuk dapat tersedianya temperatur tinggi untuk mencairkan logam atau untuk menghasilkan listrik di suatu pembangkit tenaga , energi surya tidak akan cost-effective , karena rasio net useful energy –nya yang sangat rendah (2, p. 56).





hal. 136

Hukum energi ke dua bermakna : semakin cepat kita mempergunakan lebih banyak energi untuk mentransformasi lebih banyak zat menjadi produk-produk serta untuk dapat men-daur-ulang produk-produk tersebut , akan semakin cepat sejumlah besar low-quality heat dan waster matter yang ditumpukkan kedalam lingkungan. Jadi , semakin kita meningkatkan keinginan untuk “menguasai” dunia , akan semakin besar pula “tekanan atau beban” yang , sadar atau tidak sadar , kita berikan pada lingkungan. Hukum-hukum ilmiah zat dan energi menyiratkan bahwa : ”semua ini ada batasnya” (2, p. 56).

SUSTAINABLE-EARTH SOCIETIES. Tiga hukum ilmiah tentang perubahan-perubahan zat dan energi menyiratkan bahwa pemecahan jangka panjang terbaik permasalahan lingkungan dan sumberdaya adalah bergerser dari throwaway society yang berlandaskan pada memaksimalkan aliran zat dan energi (dan , dalam prosesnya , banyak menjadikan sumberdaya-sumberdaya dunia menjadi terbuang sia-sia) menjadi sustainable-Earth society (Fig. 3-22) (2, p. 56).

Ciri sustainable-Earth society adalah melakukan hal-hal sebagai berikut (2, pp. 57-60) :

• Mempergunakan energi lebih efisien , tidak mempergunakan high-quality energy untuk suatu kerja yang cukup memanfaatkan moderate-quality energy (Fig. 3-9).

• Beralih dari memakai exhaustible and potentially polluting fossil and nuclear fuels ke memakai less harmful perpetual and renewable energy yang diperoleh dari matahari dan siklus dan aliran alami dunia.

• Recycle and reuse most (at least 80 %) of the matter we now discard as trash.

• Mengurangi pemakaian dan pembuangan sumberdaya zat dengan membuat segala sesuatu lebih bertahan lama dan lebih mudah untuk di-daur-ulang , dipergunakan ulang , dan diperbaiki. Motto gaya hidup haruslah : throwaway no , recycle yes , reuse is better , and reduced use is best.





hal. 137

• Mengupayakan agar populasi manusia tidak semakin padat untuk mengurangi tekanan terhadap Earth’s life-support systems.

• Lebih menekankan dapat terlaksananya pollution prevention dan waste reduction ketimbang pollution cleanup dan waste management.

Tiga hukum ilmiah dasar zat dan energi menyiratkan bahwa : manusia tergantung satu pada yang lainnya dan tergantung pada bagian-bagian alam hidup dan non-hidup lainnya untuk dapat bertahan hidup. Segala sesuatu saling terkait terhadap segala sesuatu yang lainnya , dan semua manusia bersama berada didalamnya (2, p. 60).

7.9 Energy in Ecosystem. Without energy there would be nothing. Without energy , nothing could walk , fly , prowl , dive , swim , chew , slither , hiss , bark , or grow (3, p. 19).

Energi sulit untuk didefinisikan , dibawah ini akan dimulai dengan pendefinisian yang sederhana kemudian dikembangkan lebih lanjut. Energi adalah kebisaan (ability) untuk melaksanakan kerja. Energi adalah sesuatu , bila diperlengkapi dengan alat yang benar , dapat dikonversi menjadi suatu dorongan. Energi dapat dipakai untuk menggerakan obyek melawan gaya-gaya yang menahannya sampai sejauh jarak tertentu , dan yang disebut kerja secara kuantitatif dinyatakan sebagai perkalian antara gaya yang menggerakan obyek dengan sejauh mana obyek tersebut digerakkan. Energi adalah kerja yang tersimpan (3, p. 19).

Untuk meninjau hubungan antara energi dengan kerja , energi haruslah didefinisikan menurut dimensi ruang , jarak dan arahnya. Kerja selalu melibatkan pergerakan atau pergeseran suatu tubuh relatif terhadap yang lainnya. Bila sebuah batu diangkat menjauh dari permukaan bumi, jumlah kerja yang dilakukan berlawanan dengan gravitasi dan besarnya = gaya yang dikeluarkan dikali jarak. Bila batu sudah terangkat, maka batu telah memperoleh sejumlah tertentu energi potensial. Bila kemudian batu dilepaskan serta dimungkinkan jatuh tertarik gravitasi , maka energi potensial yang ada tersebut akan dikonversi menjadi energi kinetis (energi gerak) (3, p. 19).

Ada banyak jenis energi , dan hampir seluruhnya diilustrasikan dalam Fig. 2.1. di halaman berikut :





hal. 138





hal. 139

Entropy. Bila suatu tubuh air , atau sesuatu yang lain , dipanaskan / terpanaskan sampai pada temperatur yang tinggi , energi yang terikat oleh tubuh tersebut , berdasarkan panasnya , tidak akan tersedia untuk dapat melaksanakan kerja kecuali bila didekatnya ada tubuh lain yang tidak terpanaskan yang berfungsi sebagai suatu tempat dengan mana panas dapat digerakkan. Uap hanya dapat menggerakkan mesin bila ada sesuatu di satu tempat sedemikian rupa sehingga uap menjadi dapat mendorong piston. Untuk dapat memperoleh manfaat , energi harus mengalir ; harus ada suatu tempat yang dapat dituju dari tempat asalnya. Kemanfaatan energi dalam melaksanakan kerja , secara langsung terkait dengan bagaimana energi tersebut didistribusikan dalam sistem. Semakin merata panas terdistribusi dalam sistem tertutup , semakin tidak dapat dimanfaatkan panas tersebut untuk kerja. Yang dimaksud dengan entropy adalah jumlah energi dalam suatu sistem yang tidak tersedia untuk kerja didalam sistem tersebut (3, pp. 19-20).

Ilustrasi entropy adalah seperti yang

diilustrasikan dalam gambar disamping. Ruang A yang dipanaskan secara merata (a) memiliki energi panas namun tidak ada yang dimanfaatkan untuk kerja. Bila kemudian ruang ini dihubungkan dengan ruang B yang dingin dan antara kedua ruang tersebut dibuat lubang-lubang penghubung di bagian atas dan bawah dinding pemisah (b) , udara yang lebih padat dari ruang B akan mengalir melalui lubang bawah kedalam ruang A. Udara panas di A akan cenderung naik masuk ke ruang B. Bila dipasang kipas di lubang-lubang tersebut , aliran udara dapat dimanfaatkan / termanfaatkan untuk memutar kipas. Setelah kedua ruangan mempunyai panas yang merata (c) , panas menjadi tidak dapat dimanfaatkan di kedua sistem ruangan tersebut. Kunci untuk dapat memahami entropy atau kemanfaatan energi adalah : dapat melihat : (1) order , (2) dispersion , dan (3) randomness. (3, p. 21).

Panas adalah random form of energy (bentuk acak dari energi) karena panas cenderung untuk menjadi tersebar secara cepat (rapidly dispersed) (3, p. 21).

Untuk memahami sifat / kelakuan energi dalam sistem kehidupan perlu terlebih dahulu difahami 2 hukum energi, yaitu : hukum termodinamika 1 dan hukum termodinamika 2. Dua hukum ini berlaku untuk seluruh transaksi-transaksi energi di dunia ini , termasuk yang berlangsung dalam tubuh binatang , tumbuhan dan manusia. Hukum termodinamika merupakan dasar prinsip-prinsip bahwa : energi mengalir melalui ecosystems dan ecosystems harus secara berkesinambungan memperoleh pasokan (input) energi (3, p. 22).

Hukum termodinamika 1 menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan oleh proses atau kejadian apapun , namun energi dapat dirubah dari satu bentuk ke bentuk





hal. 140

lainnya . Dalam kata-kata lain , jumlah total energi di alam raya ini atau dalam sistem tertutup selalu sama , namun proporsi dari berbagai macam bentuk energi yang ada didalamnya dapat berubah-ubah. Atau dalam kata-kata yang lainnya lagi , energi yang kelihatannya hilang , misalnya dalam batere lampu sorot (senter) , sebenarnya masih ada di suatu tempat dalam bentuk lain (3, p. 22).

Perhatikan Figure 2.1. di halaman ( no. halaman perlu dikoreksi) 146 , pada gambar tersebut diilustrasikan sejumlah bentuk energi dan beberapa tatanan dengan mana energi di inter-converted. Hukum pertama menyatakan bagaimanapun tatanan sistem, dan energi yang manapun yang dikonversi menjadi energi lainnya, total energi dalam sistem tertutup akan tetap sama (3, p. 22).

Hukum termodinamika 2 menyatakan bahwa : diantara beberapa benda, bila dihasilkan sejumlah panas , entropy akan meningkat , pada setiap saat energi dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Tidak semua energi dapat dikonversi menjadi kerja , beberapa





hal. 141

diantaranya selalu “hilang” (hilang dalam tanda kutip) sebagai panas dalam proses dipakainya. Tidak ada konversi energi yang 100 % efisien. Hukum termodinamika ke 2 juga menyebutkan bahwa spontaneous processes (proses-proses spontan) adalah proses-proses pada mana entropy cenderung meningkat. Transformasi energi (konversi dari satu bentuk ke bentuk lainnya) pada mana entropy dapat menurun / berkurang kemungkinan besar terjadi tidak secara spontan. Tidak bertentangan dengan hukum termodinamika ke 1 bila suatu danau tiba-tiba menjadi dingin beberapa derajat (kehilangan energi panas) dan pada saat yang sama naik beberapa kaki (memperoleh energi potensial). Dalam kasus ini ada energi panas danau yang dikonversi menjadi sejumlah energi potensial yang sama (3, p. 22).

Figure 2.10. di halaman ( no. halaman perlu dikoreksi) 152 summarizes (menyimpulkan) bagaimana aliran energi kedalam , melalui , dan keluar dari ecosystems. Tumbuhan memanfaatkan sebagian energi kimiawi yang dihasilkannya untuk kegiatannya sendiri. Pola yang serupa berlaku pada herbivora dan karnivora. Herbivora dan karnivora mengambil sebagian energi yang diperolehnya dan mempergunakannya untuk tumbuh , melakukan kegiatan-kegiatan metabolis , serta melakukan berbagai kegiatan mekanis (3, p. 35).

Ada berbagai macam bentuk energi , namun hal yang sama merupakan cirinya adalah : “ability to do work” (kebisaan untuk melaksanakan atau dapat berlangsungnya) kerja). Kerja dapat dipandang sebagai seluruh yang dilakukan oleh tumbuhan atau binatang , berlari , tumbuh , berbuah , berbunga , ........... dst ............. Seluruh makhluk hidup haruslah memiliki sumber-sumber energi agar dapat melakukan apa-apa yang perlu dilakukannya (3, p. 40).

Hukum termodinamika ke 2 pada prinsipnya menyatakan bahwa : begitu energi dalam sistem tertutup dipergunakan , energi tersebut menjadi berkurang kemanfaatannya untuk dapat melakukan kerja (3, p. 40).





hal. 142





hal. 143



7.4 Physical dan Chemical Changes and the Law of ... · PDF filetiba menyembur (menyemprot)...

Documents

Transcript of 7.4 Physical dan Chemical Changes and the Law of ... · PDF filetiba menyembur (menyemprot)...