Language
Country/Area
No result found
Bagaimana benda padat berubah menjadi cair? Ungkap misteri proses peleburan!
Mencair adalah proses fisika yang menyebabkan zat berubah dari fase padat menjadi fase cair. Ketika energi internal zat padat meningkat, biasanya melalui penerapan panas atau tekanan, hal ini menyebabkan suhu zat mencapai titik lelehnya. Pada titik leleh, struktur ion atau molekul yang teratur dalam zat padat runtuh, berubah menjadi keadaan yang kurang teratur, dan akhirnya zat padat mencair menjadi cairan.
Selama proses pencairan, viskositas zat cair biasanya menurun seiring dengan peningkatan suhu.
Satu pengecualian adalah unsur belerang, yang viskositasnya meningkat karena polimerisasi pada suhu antara 160 °C dan 180 °C. Beberapa senyawa organik mencair melalui fase antara, keadaan yang sebagian teratur antara padat dan cair.
Analisis termodinamika proses peleburan
Dari sudut pandang termodinamika, pada titik leleh, perubahan energi bebas Gibbs (∆G) suatu zat adalah nol, tetapi perubahan entalpi (H) dan entropi (S) tidak nol, yang disebut Entalpi (atau kalor laten) peleburan dan entropi peleburan. Oleh karena itu, peleburan diklasifikasikan sebagai perubahan fase orde pertama. Peleburan terjadi ketika energi bebas Gibbs cairan lebih rendah daripada energi bebas Gibbs pada padatan, suatu fenomena yang dipengaruhi oleh tekanan sekitar.
Dalam kondisi tekanan konstan tertentu yang sesuai, kalor dapat dihilangkan dari helium-3 dan helium-4 untuk membentuk keadaan cair, sehingga menjadikannya kasus khusus dari proses peleburan.
Dalam tolok ukur teoritis peleburan, kriteria Lindemann dan kriteria Born sering digunakan untuk menganalisis kondisi peleburan. Kriteria Lindemann menyatakan bahwa pelelehan terjadi sebagai akibat dari "ketidakstabilan vibrasi", yaitu, kristal meleleh ketika amplitudo rata-rata getaran termal atom relatif tinggi dibandingkan dengan jarak antar atom di antara keduanya. Kriteria Born didasarkan pada teori cacat kekakuan, yang berarti bahwa kristal akan menjadi cair ketika tidak dapat menahan beban.
Pendinginan berlebih dan pemanasan berlebih
Dalam kondisi standar, titik leleh suatu zat merupakan sifat karakteristiknya dan biasanya sama dengan titik bekunya. Namun, dalam kondisi yang dibuat dengan hati-hati, pendinginan berlebih atau pemanasan berlebih dapat terjadi. Misalnya, air pada permukaan kaca yang sangat bersih sering kali akan tetap berada pada suhu beberapa derajat di bawah titik beku tanpa membeku. Emulsi halus air murni dapat didinginkan pada suhu -38 °C tanpa nukleasi es.
Dalam kondisi stabil, terdapat kekurangan faktor dalam material yang memicu perubahan pendinginan, sehingga pendinginan berlebih dapat terjadi dalam beberapa kasus, yang akan memengaruhi proses peleburan.
Keadaan kaca dan sifat-sifatnya
Kaca adalah padatan amorf yang biasanya diproduksi ketika material cair didinginkan dengan cepat ke suhu transisi kacanya tanpa membentuk kisi kristal yang teratur. Padatan dicirikan oleh konektivitas yang tinggi antara molekul-molekulnya, sedangkan cairan memiliki konektivitas struktural yang lebih rendah. Proses peleburan dapat dianggap sebagai terputusnya hubungan antara partikel. Dengan kata lain, peleburan material amorf terjadi ketika ikatan yang putus membentuk struktur berkelompok.
Pencairan non-termal dalam fisika pulsa ultrapendek
Dalam fisika laser pulsa ultrapendek, fenomena yang disebut peleburan athermal dapat terjadi. Hal ini bukan disebabkan oleh peningkatan energi kinetik atom, melainkan perubahan energi potensial antar atom yang diakibatkan oleh eksitasi elektron. Dalam proses ini, elektron yang dipanaskan dapat memutus ikatan antar atom, yang menyebabkan material meleleh, semuanya tanpa meningkatkan suhu atom.
Fenomena ini juga digunakan dalam genetika, ketika apa yang disebut peleburan DNA terjadi, ketika DNA untai ganda dipisahkan menjadi dua untai tunggal oleh panas atau bahan kimia.
Proses peleburan tidak hanya sangat penting dalam fisika, tetapi juga relevan dengan kehidupan sehari-hari dan banyak bidang sains. Saat kita memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang proses ini, kita mungkin dapat memanfaatkannya dengan lebih baik untuk menciptakan material dan teknologi baru. Kita dapat bertanya pada diri sendiri, aplikasi teknologi baru apa yang mungkin dapat kita eksplorasi dari proses peleburan ini?
