Showing posts with label pengayaan. Show all posts
Showing posts with label pengayaan. Show all posts
Tuesday, January 22, 2019
Danau Pembunuh
Bencana melanda dengan cepat dan tanpa peringatan. Pada 21 Agustus 1986, Danau Nyos di Kamerun, sebuah negara kecil di pantai barat Afrika, tiba-tiba menyemburkan awan karbon dioksida yang pekat. Melaju kencang di lembah sungai, awan itu menghanguskan lebih dari 1.700 orang dan banyak ternak.
Kristal Cair
Biasanya, ada perbedaan yang tajam antara keadaan padatan kristal yang sangat teratur dan susunan cairan molekul yang lebih acak. Es kristal dan air cair, misalnya, berbeda satu sama lain dalam hal ini. Satu kelas zat, bagaimanapun, cenderung sangat ke arah pengaturan yang teratur sehingga kristal leleh pertama membentuk cairan seperti susu, yang disebut keadaan paracrystalline, dengan sifat kristal yang khas. Pada suhu yang lebih tinggi, cairan susu ini berubah tajam menjadi cairan bening yang berperilaku seperti cairan biasa. Zat semacam itu dikenal sebagai kristal cair.
Mendidihkan Telur di Atas Puncak Gunung, Pemasak Bertekanan, dan Seluncur Es
Fase kesetimbangan dipengaruhi oleh tekanan eksternal. Tergantung pada kondisi atmosfer, titik didih dan titik beku air masing-masing dapat menyimpang dari 100 ° C dan 0 ° C, seperti yang kita lihat di bawah ini.
Semua Keinginan Satu Tombol
Pada Juni 1812, pasukan kuat Napoleon, sekitar 600.000 yang kuat, berbaris ke Rusia. Namun, pada awal Desember, pasukannya dikurangi menjadi kurang dari 10.000 orang. Sebuah teori menarik untuk kekalahan Napoleon berkaitan dengan tombol timah pada mantel tentaranya! Timah memiliki dua bentuk alotropik yang disebut (timah abu-abu) dan b (timah putih). Timah putih, yang memiliki struktur kubik dan penampilan logam mengkilap, stabil pada suhu kamar dan di atasnya. Di bawah 13 ° C, perlahan-lahan berubah menjadi timah abu-abu. Pertumbuhan acak dari mikrokristal timah abu-abu, yang memiliki struktur tetragonal, melemahkan logam dan membuatnya hancur. Jadi, di musim dingin Rusia yang parah, para prajurit mungkin lebih sibuk memegang mantel mereka bersama-sama dengan tangan mereka daripada membawa senjata.
Superkonduktor Suhu Tinggi
Logam seperti tembaga dan aluminium adalah konduktor listrik yang baik, tetapi mereka memiliki beberapa hambatan listrik. Bahkan, hingga sekitar 20 persen energi listrik dapat hilang dalam bentuk panas ketika kabel yang terbuat dari logam ini digunakan untuk mengirimkan listrik. Bukankah luar biasa jika kita dapat menghasilkan kabel yang tidak memiliki hambatan listrik?
Mengapa Danau Membeku dari Atas ke Bawah?
Fakta bahwa es kurang padat daripada air memiliki makna ekologis yang mendalam. Pertimbangkan, misalnya, perubahan suhu di air tawar danau di iklim dingin. Saat suhu air di dekat permukaan turun, kerapatan air ini meningkat. Air yang lebih dingin kemudian tenggelam ke arah bawah, sementara air yang lebih hangat, yang kurang padat, naik ke atas. Gerakan konveksi normal ini berlanjut sampai suhu di seluruh air mencapai 4 ° C. Di bawah suhu ini, kerapatan air mulai berkurang dengan penurunan suhu (lihat Gambar 11.13), sehingga tidak lagi tenggelam. Pada pendinginan lebih lanjut, air mulai membeku di permukaan. Lapisan es yang terbentuk tidak tenggelam karena kurang padat daripada cairan; bahkan bertindak sebagai isolator termal untuk air di bawahnya. Jika es lebih berat, es akan tenggelam ke dasar danau dan akhirnya air akan membeku ke atas. Sebagian besar organisme hidup di dalam air tidak dapat bertahan hidup dengan dibekukan dalam es. Untungnya, air danau tidak membeku dari bawah. Sifat air yang tidak biasa ini memungkinkan olahraga pemukulan es.
Bola bucky, apa itu?
Pada tahun 1985 ahli kimia di Rice University di Texas menggunakan laser bertenaga tinggi untuk menguapkan grafit dalam upaya untuk menciptakan molekul yang tidak biasa diyakini ada di ruang antarbintang. Spektrometri massa mengungkapkan bahwa salah satu produknya adalah spesi yang tidak diketahui dengan rumus C₆₀. Karena ukurannya dan fakta bahwa itu adalah karbon murni, molekul ini memiliki bentuk yang eksotis, yang peneliti gunakan dengan menggunakan kertas, gunting, dan selotip. Pengukuran spektroskopi dan X-ray selanjutnya menegaskan bahwa C₆₀ berbentuk seperti bola berongga dengan atom karbon di masing-masing dari 60 simpul. Secara geometris, bola bucky (kependekan dari "buckminsterfullerene") adalah molekul yang paling simetris yang dikenal. Namun, terlepas dari fitur-fiturnya yang unik, skema ikatannya mudah. Setiap karbon adalah hibridisasi sp², dan ada orbital molekul terdelokalisasi yang luas di seluruh struktur.
Penemuan bola bucky menghasilkan minat yang luar biasa dalam komunitas ilmiah. Di sini ada alotrop karbon baru dengan geometri yang menarik dan sifat yang tidak diketahui untuk diselidiki. Sejak 1985 ahli kimia telah menciptakan seluruh kelas fullerene, dengan 70, 76, dan bahkan lebih banyak atom karbon. Selain itu, bola bucky telah ditemukan sebagai komponen alami jelaga.
Bola bucky dan anggotanya yang lebih berat mewakili konsep baru dalam arsitektur molekul dengan implikasi yang luas. Misalnya, bola bucky telah disiapkan dengan atom helium yang terperangkap di dalam kandangnya. Bola bucky juga bereaksi dengan kalium untuk menghasilkan K₃C₆₀, yang bertindak sebagai superkonduktor pada 18 K. Juga dimungkinkan untuk menempelkan logam transisi ke bola bucky. Derivatif ini menunjukkan harapan sebagai katalis. Karena bentuknya yang unik, bola bucky dapat digunakan sebagai pelumas.
Satu penemuan menarik, yang dibuat pada tahun 1991 oleh para ilmuwan Jepang, adalah identifikasi kerabat struktural bola bucky. Molekul-molekul ini panjangnya ratusan nanometer dengan bentuk tubular dan rongga internal berdiameter sekitar 15 nm. Dijuluki "buckytubes" atau "nanotube" (karena ukurannya), molekul-molekul ini memiliki dua struktur yang berbeda. Salah satunya adalah satu lembar grafit yang ditutup pada kedua ujungnya dengan semacam bola bucky yang terpotong. Yang lainnya adalah tabung seperti gulir yang memiliki 2 hingga 30 lapisan seperti grafitel. Nanotube jauh lebih kuat dari kabel baja dengan dimensi yang sama. Banyak aplikasi potensial telah diusulkan untuk mereka, termasuk bahan penghantar dan bahan berkekuatan tinggi, media penyimpanan hidrogen, sensor molekul, perangkat semikonduktor, dan probe molekul. Studi tentang bahan-bahan ini telah menciptakan bidang baru yang disebut nanoteknologi, disebut demikian karena para ilmuwan dapat memanipulasi bahan pada skala molekul untuk menciptakan perangkat yang bermanfaat.
Dalam aplikasi biologis pertama dari bola bucky, ahli kimia di University of California di San Francisco dan Santa Barbara membuat penemuan pada tahun 1993 yang dapat membantu merancang obat untuk mengobati AIDS. Human immunodeficency virus (HIV) yang menyebabkan AIDS bereproduksi dengan mensintesis rantai protein yang panjang, yang dipotong menjadi segmen yang lebih kecil oleh enzim yang disebut HIV-protease. Maka, salah satu cara untuk menghentikan AIDS adalah dengan menonaktifkan enzim. Ketika para ahli kimia mereaksikan turunan bola bucky yang dapat larut dalam air dengan HIV-protease, mereka menemukan bahwa itu mengikat bagian enzim yang biasanya akan membelah protein reproduksi, sehingga mencegah virus HIV untuk bereproduksi. Akibatnya, virus tidak lagi dapat menginfeksi sel manusia yang mereka tanam di laboratorium.
Senyawa bola bucky itu sendiri bukan obat yang cocok untuk digunakan melawan AIDS karena potensi efek samping dan kesulitan persalinan, tetapi senyawa ini memberikan model untuk pengembangan obat-obatan tersebut.
Grafit terdiri dari lapisan-lapisan cincin karbon beranggota enam.
Model yang dihasilkan komputer dari pengikatan turunan bola bucky ke situs HIV-protease yang biasanya menempel pada protein yang dibutuhkan untuk reproduksi HIV. Struktur bola bucky (warna ungu) melekat erat ke situs aktif, sehingga mencegah enzim menjalankan fungsinya.
Struktur tabung bucky yang terdiri dari satu lapisan atom karbon. Perhatikan bahwa "bola bucky" terpotong, yang telah dipisahkan dari bagian tabung bucky lainnya dalam pandangan ini, memiliki struktur yang berbeda dari bagian silinder mirip tabung seperti tabung. Kimiawan telah menemukan cara untuk membuka tutup untuk menempatkan molekul lain di dalam tabung.
Geometri bola bucky C₆₀ (kiri) menyerupai bola sepak (kanan). Para ilmuwan tiba di struktur ini dengan menyatukan potongan-potongan kertas hexagon dan pentagon yang cukup untuk menampung 60 atom karbon pada titik-titik di mana mereka berpotongan.
Penemuan bola bucky menghasilkan minat yang luar biasa dalam komunitas ilmiah. Di sini ada alotrop karbon baru dengan geometri yang menarik dan sifat yang tidak diketahui untuk diselidiki. Sejak 1985 ahli kimia telah menciptakan seluruh kelas fullerene, dengan 70, 76, dan bahkan lebih banyak atom karbon. Selain itu, bola bucky telah ditemukan sebagai komponen alami jelaga.
Bola bucky dan anggotanya yang lebih berat mewakili konsep baru dalam arsitektur molekul dengan implikasi yang luas. Misalnya, bola bucky telah disiapkan dengan atom helium yang terperangkap di dalam kandangnya. Bola bucky juga bereaksi dengan kalium untuk menghasilkan K₃C₆₀, yang bertindak sebagai superkonduktor pada 18 K. Juga dimungkinkan untuk menempelkan logam transisi ke bola bucky. Derivatif ini menunjukkan harapan sebagai katalis. Karena bentuknya yang unik, bola bucky dapat digunakan sebagai pelumas.
Satu penemuan menarik, yang dibuat pada tahun 1991 oleh para ilmuwan Jepang, adalah identifikasi kerabat struktural bola bucky. Molekul-molekul ini panjangnya ratusan nanometer dengan bentuk tubular dan rongga internal berdiameter sekitar 15 nm. Dijuluki "buckytubes" atau "nanotube" (karena ukurannya), molekul-molekul ini memiliki dua struktur yang berbeda. Salah satunya adalah satu lembar grafit yang ditutup pada kedua ujungnya dengan semacam bola bucky yang terpotong. Yang lainnya adalah tabung seperti gulir yang memiliki 2 hingga 30 lapisan seperti grafitel. Nanotube jauh lebih kuat dari kabel baja dengan dimensi yang sama. Banyak aplikasi potensial telah diusulkan untuk mereka, termasuk bahan penghantar dan bahan berkekuatan tinggi, media penyimpanan hidrogen, sensor molekul, perangkat semikonduktor, dan probe molekul. Studi tentang bahan-bahan ini telah menciptakan bidang baru yang disebut nanoteknologi, disebut demikian karena para ilmuwan dapat memanipulasi bahan pada skala molekul untuk menciptakan perangkat yang bermanfaat.
Dalam aplikasi biologis pertama dari bola bucky, ahli kimia di University of California di San Francisco dan Santa Barbara membuat penemuan pada tahun 1993 yang dapat membantu merancang obat untuk mengobati AIDS. Human immunodeficency virus (HIV) yang menyebabkan AIDS bereproduksi dengan mensintesis rantai protein yang panjang, yang dipotong menjadi segmen yang lebih kecil oleh enzim yang disebut HIV-protease. Maka, salah satu cara untuk menghentikan AIDS adalah dengan menonaktifkan enzim. Ketika para ahli kimia mereaksikan turunan bola bucky yang dapat larut dalam air dengan HIV-protease, mereka menemukan bahwa itu mengikat bagian enzim yang biasanya akan membelah protein reproduksi, sehingga mencegah virus HIV untuk bereproduksi. Akibatnya, virus tidak lagi dapat menginfeksi sel manusia yang mereka tanam di laboratorium.
Senyawa bola bucky itu sendiri bukan obat yang cocok untuk digunakan melawan AIDS karena potensi efek samping dan kesulitan persalinan, tetapi senyawa ini memberikan model untuk pengembangan obat-obatan tersebut.
Struktur tabung bucky yang terdiri dari satu lapisan atom karbon. Perhatikan bahwa "bola bucky" terpotong, yang telah dipisahkan dari bagian tabung bucky lainnya dalam pandangan ini, memiliki struktur yang berbeda dari bagian silinder mirip tabung seperti tabung. Kimiawan telah menemukan cara untuk membuka tutup untuk menempatkan molekul lain di dalam tabung.
Oven microwave - Momen Dipol ketika Bekerja
Dalam 30 tahun terakhir oven microwave telah menjadi alat di mana-mana. Teknologi microwave memungkinkan kita untuk mencairkan dan memasak makanan jauh lebih cepat daripada peralatan konvensional. Bagaimana microwave memanaskan makanan begitu cepat?
Dalam Bab 7 kita melihat bahwa gelombang mikro adalah bentuk radiasi elektromagnetik (lihat Gambar 7.3). Gelombang mikro dihasilkan oleh magnetron, yang ditemukan selama Perang Dunia II ketika teknologi radar sedang dikembangkan. Magnetron adalah silinder berlubang yang terbungkus magnet berbentuk tapal kuda. Di tengah silinder adalah batang katoda. Dinding silinder bertindak sebagai anoda. Saat dipanaskan, katoda memancarkan elektron yang bergerak menuju anoda. Medan magnet memaksa elektron untuk bergerak di jalur melingkar. Gerakan partikel bermuatan ini menghasilkan gelombang mikro, yang disesuaikan dengan frekuensi 2,45 GHz (2,45 x 10⁹ Hz) untuk memasak. "Waveguide" mengarahkan gelombang mikro ke kompartemen memasak. Bilah kipas yang berputar memantulkan gelombang mikro ke semua bagian oven.
Tindakan memasak dalam oven microwave dihasilkan dari interaksi antara komponen medan listrik dari radiasi dengan molekul polar — biasanya air — dalam makanan. Semua molekul berputar pada suhu kamar. Jika frekuensi radiasi dan rotasi molekulnya sama, energi dapat ditransfer dari microwave ke molekul polar. Akibatnya, molekul akan berputar lebih cepat. Inilah yang terjadi dalam gas. Dalam keadaan terkondensasi (misalnya, dalam makanan), sebuah molekul tidak dapat melakukan rotasi bebas. Namun demikian, masih mengalami torsi (gaya yang menyebabkan rotasi) yang cenderung menyelaraskan momen dipolnya dengan bidang osilasi dari microwave. Akibatnya, ada gesekan antar molekul, yang muncul sebagai panas dalam makanan.
*Keterangan Gambar: Interaksi antara komponen medan listrik microwave dan molekul polar. (a) Ujung negatif dipol mengikuti rambat gelombang (wilayah positif) dan berputar searah jarum jam. (b) Jika, setelah molekul telah berputar ke posisi baru radiasi juga telah pindah ke siklus berikutnya, ujung positif dari dipol akan pindah ke wilayah negatif gelombang sementara ujung negatif akan didorong ke atas. Dengan demikian, molekul akan berputar lebih cepat. Tidak ada interaksi seperti itu dapat terjadi dengan molekul nonpolar.
Alasan mengapa oven microwave dapat memasak makanan begitu cepat adalah karena radiasi tidak diserap oleh molekul nonpolar dan karenanya dapat mencapai bagian makanan yang berbeda secara bersamaan. (Tergantung pada jumlah molekul air yang ada, gelombang mikro dapat menembus makanan hingga beberapa inci.) Dalam oven konvensional, panas dapat memengaruhi pusat makanan hanya dengan konduksi (yaitu, dengan memindahkan panas dari molekul udara panas ke molekul dingin dalam makanan dengan cara lapis demi lapis), yang merupakan proses yang sangat lambat.
Poin-poin berikut ini relevan untuk pengoperasian oven microwave. Peralatan plastik dan gelas Pyrex tidak mengandung molekul polar dan karenanya tidak terpengaruh oleh radiasi gelombang mikro. (Styrofoam dan plastik tertentu tidak dapat digunakan dalam gelombang mikro karena meleleh dari panas makanan.) Namun, logam memantulkan gelombang mikro, sehingga melindungi makanan dan mungkin mengembalikan energi yang cukup ke penghasil gelombang mikro untuk membebani terlalu banyak. Karena gelombang mikro dapat menyebabkan arus dalam logam, tindakan ini dapat menyebabkan percikan api antara wadah dan bagian bawah atau dinding oven. Akhirnya, meskipun molekul air dalam es terkunci pada posisinya dan karena itu tidak dapat berputar, kita secara rutin mencairkan makanan dalam oven microwave. Alasannya adalah bahwa pada suhu kamar lapisan tipis air cair dengan cepat terbentuk pada permukaan makanan beku dan molekul bergerak dalam lapisan tersebut dapat menyerap radiasi untuk memulai proses pencairan.
Dalam Bab 7 kita melihat bahwa gelombang mikro adalah bentuk radiasi elektromagnetik (lihat Gambar 7.3). Gelombang mikro dihasilkan oleh magnetron, yang ditemukan selama Perang Dunia II ketika teknologi radar sedang dikembangkan. Magnetron adalah silinder berlubang yang terbungkus magnet berbentuk tapal kuda. Di tengah silinder adalah batang katoda. Dinding silinder bertindak sebagai anoda. Saat dipanaskan, katoda memancarkan elektron yang bergerak menuju anoda. Medan magnet memaksa elektron untuk bergerak di jalur melingkar. Gerakan partikel bermuatan ini menghasilkan gelombang mikro, yang disesuaikan dengan frekuensi 2,45 GHz (2,45 x 10⁹ Hz) untuk memasak. "Waveguide" mengarahkan gelombang mikro ke kompartemen memasak. Bilah kipas yang berputar memantulkan gelombang mikro ke semua bagian oven.
Tindakan memasak dalam oven microwave dihasilkan dari interaksi antara komponen medan listrik dari radiasi dengan molekul polar — biasanya air — dalam makanan. Semua molekul berputar pada suhu kamar. Jika frekuensi radiasi dan rotasi molekulnya sama, energi dapat ditransfer dari microwave ke molekul polar. Akibatnya, molekul akan berputar lebih cepat. Inilah yang terjadi dalam gas. Dalam keadaan terkondensasi (misalnya, dalam makanan), sebuah molekul tidak dapat melakukan rotasi bebas. Namun demikian, masih mengalami torsi (gaya yang menyebabkan rotasi) yang cenderung menyelaraskan momen dipolnya dengan bidang osilasi dari microwave. Akibatnya, ada gesekan antar molekul, yang muncul sebagai panas dalam makanan.
Alasan mengapa oven microwave dapat memasak makanan begitu cepat adalah karena radiasi tidak diserap oleh molekul nonpolar dan karenanya dapat mencapai bagian makanan yang berbeda secara bersamaan. (Tergantung pada jumlah molekul air yang ada, gelombang mikro dapat menembus makanan hingga beberapa inci.) Dalam oven konvensional, panas dapat memengaruhi pusat makanan hanya dengan konduksi (yaitu, dengan memindahkan panas dari molekul udara panas ke molekul dingin dalam makanan dengan cara lapis demi lapis), yang merupakan proses yang sangat lambat.
Poin-poin berikut ini relevan untuk pengoperasian oven microwave. Peralatan plastik dan gelas Pyrex tidak mengandung molekul polar dan karenanya tidak terpengaruh oleh radiasi gelombang mikro. (Styrofoam dan plastik tertentu tidak dapat digunakan dalam gelombang mikro karena meleleh dari panas makanan.) Namun, logam memantulkan gelombang mikro, sehingga melindungi makanan dan mungkin mengembalikan energi yang cukup ke penghasil gelombang mikro untuk membebani terlalu banyak. Karena gelombang mikro dapat menyebabkan arus dalam logam, tindakan ini dapat menyebabkan percikan api antara wadah dan bagian bawah atau dinding oven. Akhirnya, meskipun molekul air dalam es terkunci pada posisinya dan karena itu tidak dapat berputar, kita secara rutin mencairkan makanan dalam oven microwave. Alasannya adalah bahwa pada suhu kamar lapisan tipis air cair dengan cepat terbentuk pada permukaan makanan beku dan molekul bergerak dalam lapisan tersebut dapat menyerap radiasi untuk memulai proses pencairan.
Sebuah oven microwave. Gelombang mikro yang dihasilkan oleh magnetron dipantulkan ke semua bagian oven oleh bilah kipas yang berputar.
NO (Nitrogen Oksida)
Nitrogen Oksida (NO), nitrogen oksida paling sederhana, adalah molekul elektron ganjil, dan karena itu bersifat paramagnetik. Gas tidak berwarna (titik didih: -152°C), NO dapat disiapkan di laboratorium dengan mereaksikan natrium nitrit (NaNO₂) dengan zat pereduksi seperti Fe²⁺ dalam media asam.
Sekitar 30 tahun yang lalu para ilmuwan yang mempelajari relaksasi otot menemukan bahwa tubuh kita memproduksi nitrogen oksida untuk digunakan sebagai neurotransmitter. (Neurotransmitter adalah molekul kecil yang berfungsi untuk memfasilitasi komunikasi sel-ke-sel.) Sejak itu, telah terdeteksi dalam setidaknya selusin jenis sel di berbagai bagian tubuh. Sel-sel di otak, hati, pankreas, saluran pencernaan, dan pembuluh darah dapat mensintesis nitrogen oksida. Molekul ini juga berfungsi sebagai racun seluler untuk membunuh bakteri berbahaya. Dan itu belum semuanya: Pada tahun 1996 dilaporkan bahwa NO mengikat hemoglobin, protein pembawa oksigen dalam darah. Tidak diragukan lagi itu membantu mengatur tekanan darah.
Penemuan peran biologis oksida nitrat telah menjelaskan bagaimana nitrogliserin (C₃H₅N₃O₉) bekerja sebagai obat. Selama bertahun-tahun, tablet nitrogliserin telah diresepkan untuk pasien jantung untuk menghilangkan rasa sakit (angina pectoris) yang disebabkan oleh gangguan singkat dalam aliran darah ke jantung, meskipun cara kerjanya tidak dipahami. Kita sekarang tahu bahwa nitrogliserin menghasilkan oksida nitrat, yang menyebabkan otot rileks dan memungkinkan pembuluh darah melebar. Dalam hal ini, menarik untuk dicatat bahwa Alfred Nobel, penemu dinamit (campuran nitrogliserin dan tanah liat yang menstabilkan bahan peledak sebelum digunakan), yang menetapkan hadiah bertuliskan namanya, memiliki masalah jantung. Tetapi dia menolak rekomendasi dokternya untuk menelan sedikit nitrogliserin untuk mengurangi rasa sakit.
Bahwa NO berevolusi sebagai molekul kurir sepenuhnya tepat. Oksida nitrat berukuran kecil sehingga dapat berdifusi dengan cepat dari sel ke sel. Ini adalah molekul yang stabil, tetapi dalam keadaan tertentu itu sangat reaktif, yang menyumbang fungsi pelindungnya. Enzim yang menyebabkan relaksasi otot mengandung zat besi yang nitrat oksida memiliki afinitas tinggi. Ini adalah pengikatan NO pada zat besi yang mengaktifkan enzim. Namun demikian, di dalam sel, di mana efektor biologis adalah molekul yang sangat besar, efek meresap dari salah satu molekul terkecil yang diketahui belum pernah terjadi sebelumnya.
NO₂⁻(aq) + Fe²⁺(aq) + 2H⁺ ⟶ NO(g) + Fe³⁺(aq) + H₂O(l)Sumber lingkungan nitogen oksida termasuk pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung senyawa nitrogen dan reaksi antara nitrogen dan oksigen di dalam mesin mobil pada suhu tinggi.
N₂(g) + O₂(g) ⟶ 2NO(g)Petir juga berkontribusi pada konsentrasi atmosfer NO. Terkena udara, nitrogen oksida dengan cepat membentuk gas nitrogen dioksida coklat:
2NO(g) + O₂(g) ⟶ 2NO₂(g)Nitrogen dioksida adalah komponen utama kabut asap.
Sekitar 30 tahun yang lalu para ilmuwan yang mempelajari relaksasi otot menemukan bahwa tubuh kita memproduksi nitrogen oksida untuk digunakan sebagai neurotransmitter. (Neurotransmitter adalah molekul kecil yang berfungsi untuk memfasilitasi komunikasi sel-ke-sel.) Sejak itu, telah terdeteksi dalam setidaknya selusin jenis sel di berbagai bagian tubuh. Sel-sel di otak, hati, pankreas, saluran pencernaan, dan pembuluh darah dapat mensintesis nitrogen oksida. Molekul ini juga berfungsi sebagai racun seluler untuk membunuh bakteri berbahaya. Dan itu belum semuanya: Pada tahun 1996 dilaporkan bahwa NO mengikat hemoglobin, protein pembawa oksigen dalam darah. Tidak diragukan lagi itu membantu mengatur tekanan darah.
Penemuan peran biologis oksida nitrat telah menjelaskan bagaimana nitrogliserin (C₃H₅N₃O₉) bekerja sebagai obat. Selama bertahun-tahun, tablet nitrogliserin telah diresepkan untuk pasien jantung untuk menghilangkan rasa sakit (angina pectoris) yang disebabkan oleh gangguan singkat dalam aliran darah ke jantung, meskipun cara kerjanya tidak dipahami. Kita sekarang tahu bahwa nitrogliserin menghasilkan oksida nitrat, yang menyebabkan otot rileks dan memungkinkan pembuluh darah melebar. Dalam hal ini, menarik untuk dicatat bahwa Alfred Nobel, penemu dinamit (campuran nitrogliserin dan tanah liat yang menstabilkan bahan peledak sebelum digunakan), yang menetapkan hadiah bertuliskan namanya, memiliki masalah jantung. Tetapi dia menolak rekomendasi dokternya untuk menelan sedikit nitrogliserin untuk mengurangi rasa sakit.
Bahwa NO berevolusi sebagai molekul kurir sepenuhnya tepat. Oksida nitrat berukuran kecil sehingga dapat berdifusi dengan cepat dari sel ke sel. Ini adalah molekul yang stabil, tetapi dalam keadaan tertentu itu sangat reaktif, yang menyumbang fungsi pelindungnya. Enzim yang menyebabkan relaksasi otot mengandung zat besi yang nitrat oksida memiliki afinitas tinggi. Ini adalah pengikatan NO pada zat besi yang mengaktifkan enzim. Namun demikian, di dalam sel, di mana efektor biologis adalah molekul yang sangat besar, efek meresap dari salah satu molekul terkecil yang diketahui belum pernah terjadi sebelumnya.
Natrium Klorida - Senyawa Ionik Yang Penting dan Akrab
Kita semua akrab dengan natrium klorida sebagai garam dapur. Ini adalah senyawa ionik yang khas, padatan rapuh dengan titik leleh tinggi (801°C) yang menghantarkan listrik dalam keadaan cair dan dalam larutan berair. Struktur NaCl padat ditunjukkan pada Gambar 2.13.
Salah satu sumber natrium klorida adalah garam batu, yang ditemukan dalam endapan bawah tanah setebal ratusan meter. Garam itu juga diperoleh dari air laut atau air garam (larutan NaCl pekat) dengan penguapan matahari. Natrium klorida juga terjadi di alam sebagai mineral halit.
Natrium klorida lebih sering digunakan daripada bahan lain dalam pembuatan bahan kimia anorganik. Konsumsi zat ini di dunia sekitar 150 juta ton per tahun. Penggunaan utama natrium klorida adalah dalam produksi bahan kimia anorganik penting lainnya seperti gas klor, natrium hidroksida, logam natrium, gas hidrogen, dan natrium karbonat. Ini juga digunakan untuk mencairkan es dan salju di jalan raya dan jalan. Namun, karena natrium klorida berbahaya bagi kehidupan tanaman dan meningkatkan korosi mobil, penggunaannya untuk tujuan ini menjadi perhatian lingkungan yang cukup besar.
Salah satu sumber natrium klorida adalah garam batu, yang ditemukan dalam endapan bawah tanah setebal ratusan meter. Garam itu juga diperoleh dari air laut atau air garam (larutan NaCl pekat) dengan penguapan matahari. Natrium klorida juga terjadi di alam sebagai mineral halit.
Penemuan Gas Mulia
Pada akhir 1800-an John William Strutt, Third Baron dari Rayleigh, yang adalah seorang profesor fisika di Laboratorium Cavendish di Cambridge, Inggris, secara akurat menentukan massa atom dari sejumlah elemen, tetapi ia memperoleh hasil membingungkan dengan nitrogen. Salah satu metode pembuatan nitrogen adalah dengan dekomposisi amonia termal:
Unsur Cair Ketiga
Dari 117 elemen yang diketahui, 11 adalah gas dalam kondisi atmosfer. Enam di antaranya adalah unsur-unsur Golongan 8A (gas mulia He, Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn), dan lima lainnya adalah hidrogen (H 2), nitrogen (N 2), oksigen (O 2), florine (F 2), dan klorin (Cl 2). Anehnya, hanya dua elemen yang cair pada 25 ° C: merkuri (Hg) dan bromin (Br 2
Mikroskop Elektron
Mikroskop elektron adalah aplikasi yang sangat berharga dari sifat mirip elektron karena menghasilkan gambar objek yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang atau dengan mikroskop cahaya. Menurut hukum optik, tidak mungkin untuk membentuk gambar dari objek yang lebih kecil dari setengah panjang gelombang cahaya yang digunakan untuk pengamatan. Karena kisaran panjang gelombang cahaya tampak mulai sekitar 400 nm, atau 4 3 10 25 cm, kita tidak dapat melihat apa pun yang lebih kecil dari 2 3 10 25 cm. Pada prinsipnya, kita dapat melihat objek pada skala atom dan molekul dengan menggunakan sinar X, yang panjang gelombangnya berkisar antara 0,01 nm hingga 10 nm. Namun, sinar X tidak dapat difokuskan, sehingga mereka tidak menghasilkan gambar yang terbentuk dengan baik. Elektron, di sisi lain, adalah partikel bermuatan, yang dapat difokuskan dengan cara yang sama dengan gambar pada layar TV difokuskan, yaitu dengan menerapkan medan listrik atau medan magnet. Menurut Persamaan (7.8), panjang gelombang elektron berbanding terbalik dengan kecepatannya. Dengan mempercepat elektron ke kecepatan sangat tinggi, kita dapat memperoleh panjang gelombang sesingkat 0,004 nm.
Laser - Cahaya Luar Biasa
Laser adalah akronim untuk penguatan cahaya dengan stimulasi emisi radiasi. Ini adalah jenis emisi khusus yang melibatkan atom atau molekul. Sejak ditemukannya laser pada tahun 1960, laser telah digunakan dalam berbagai sistem yang dirancang untuk beroperasi dalam keadaan gas, cairan, dan padat. Sistem ini memancarkan
Monday, January 21, 2019
Bagaimana Kumbang Pertahankan Dirinya?
Teknik bertahan hidup dari serangga dan binatang kecil di lingkungan yang sangat kompetitif mengambil banyak bentuk. Misalnya, bunglon telah mengembangkan kemampuan untuk mengubah warna untuk mencocokkan lingkungan mereka dan kupu-kupu Limenitis telah berkembang menjadi bentuk yang meniru racun dan menyenangkan-mencicipi kupu-kupu raja (Danaus). Mekanisme pertahanan kurang pasif digunakan oleh kumbang bombardier (Brachinus), yang mengusir predator dengan "semprotan kimia."
Kumbang bombardier atau pengebom memiliki sepasang kelenjar di ujung abdomennya. Setiap kelenjar terdiri dari dua kompartemen. Kompartemen bagian dalam berisi larutan hidroquinon dan hidrogen peroksida, dan kompartemen luar memegang campuran enzim. (Enzim adalah molekul biologis yang dapat mempercepat reaksi.) Ketika terancam, kumbang meremas beberapa cairan dari kompartemen bagian dalam ke dalam kompartemen luar, di mana, di hadapan enzim, reaksi eksoterm terjadi:
(a) C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2H2O(l)
Untuk memperkirakan kalor reaksi, mari kita perhatikan langkah-langkah berikut:(b) C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ΔHo = 177 kJ/mol
(c) H2O2(aq) → H2O(l) + 1/2O2(g) ΔHo = -94,6 kJ/mol
(d) H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ΔHo = -286 kJ/mol
Mengingat hukum Hess, kita menemukan bahwa kalor reaksi untuk (a) merupakan jumlah dari (b), (c), dan (d)
ΔHoa = ΔHob + ΔHoc + ΔHod
= (177 - 94,6 - 286) kJ/mol
= -204 kJ/mol
Jumlah besar kalor yang dihasilkan cukup untuk membawa campuran ke titik didihnya. Dengan memutar ujung perutnya, kumbang dapat dengan cepat melepaskan uap dalam bentuk kabut halus menuju predator tanpa curiga. Selain efek termal, kuinon juga bertindak sebagai penolak serangga dan hewan lainnya. Seekor kumbang pengebom membawa cukup reagen untuk menghasilkan 20 sampai 30 pembuangan secara berurutan, masing-masing dengan ledakan yang terdengar.
Nilai Energi Pembakaran Makanan dan Pembakaran Lainnya
Pembakaran Mmakanan atau bahan makanan adalah sumber energi tubuh kita. Makanan yang kita makan dipecah, atau dimetabolisme, secara bertahap oleh sekelompok molekul biologis yang kompleks yang disebut enzim. Sebagian besar energi yang dilepaskan pada setiap tahap ditangkap untuk mempertahankan fungsi dan pertumbuhan sel. Salah satu aspek yang menarik dari metabolisme adalah bahwa perubahan keseluruhan energi adalah sama dengan pembakarannya. Misalnya, total perubahan entalpi untuk konversi glukosa (C6H12O6) menjadi karbon dioksida dan air adalah sama entahkah kita membakar zat dengan oksigen atau mencernanya dalam tubuh kita:
Perbedaan penting antara metabolisme dan pembakaran adalah bahwa yang terakhir biasanya satu langkah, proses suhu tinggi. Akibatnya, banyak energi yang dilepaskan oleh pembakaran hilang ke lingkungan.
Berbagai makanan memiliki komposisi yang berbeda dan isi energinya juga berbeda. Kandungan energi dari makanan umumnya diukur dalam kalori. Kalori (kal) adalah satuan non-SI energi yang setara dengan 4,184 J:
Dalam konteks gizi, namun, kalori yang kita bicarakan (kadang-kadang ditulis "C besar") sebenarnya sama dengan kilokalori; itu adalah,
Kalorimeter bom yang dijelaskan dalam Bagian 6.5 cocok untuk mengukur kandungan energi, atau "nilai bahan bakar," makanan. nilai bahan bakar hanya entalpi pembakaran (lihat tabel). Untuk dianalisis dalam kalorimeter bom, makanan harus dikeringkan terlebih dulu karena sebagian besar makanan mengandung cukup banyak air. Karena komposisi makanan tertentu sering tidak diketahui, Nilai bahan bakar dinyatakan dalam kJ/g daripada kJ/mol
C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) ΔH = -2801 kJ/mol
Perbedaan penting antara metabolisme dan pembakaran adalah bahwa yang terakhir biasanya satu langkah, proses suhu tinggi. Akibatnya, banyak energi yang dilepaskan oleh pembakaran hilang ke lingkungan.
Berbagai makanan memiliki komposisi yang berbeda dan isi energinya juga berbeda. Kandungan energi dari makanan umumnya diukur dalam kalori. Kalori (kal) adalah satuan non-SI energi yang setara dengan 4,184 J:
1 kal = 4,184J
Dalam konteks gizi, namun, kalori yang kita bicarakan (kadang-kadang ditulis "C besar") sebenarnya sama dengan kilokalori; itu adalah,
1 Cal = 1kkal = 1000 kal = 4184J
Kalorimeter bom yang dijelaskan dalam Bagian 6.5 cocok untuk mengukur kandungan energi, atau "nilai bahan bakar," makanan. nilai bahan bakar hanya entalpi pembakaran (lihat tabel). Untuk dianalisis dalam kalorimeter bom, makanan harus dikeringkan terlebih dulu karena sebagian besar makanan mengandung cukup banyak air. Karena komposisi makanan tertentu sering tidak diketahui, Nilai bahan bakar dinyatakan dalam kJ/g daripada kJ/mol
Membuat Salju
Banyak fenomena dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan dengan hukum pertama termodinamika. Di sini kita akan membahas dua contoh menarik bagi pecinta alam.
Membuat Salju
Jika Anda adalah seorang pemain ski, Anda mungkin telah meluncur di atas salju buatan. Bagaimana hal ini dibuat dalam jumlah yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan pemain ski pada hari-hari tidak bersalju? Rahasia snowmaking dalam persamaan ΔE = q + w. Sebuah mesin snowmaking berisi campuran udara terkompresi dan uap air pada sekitar 20 atm. Karena perbedaan besar dalam tekanan antara tangki dan suasana luar, ketika campuran disemprotkan ke dalam atmosfer mengembang begitu cepat sehingga, sebagai pendekatan yang baik, tidak ada pertukaran panas terjadi antara sistem (udara dan air) dan lingkungan sekitarnya; yaitu, q = 0. (Dalam termodinamika, proses seperti ini disebut proses adiabatik.) Dengan demikian, kita menulis
ΔE = q + w = w
Karena sistem tidak bekerja pada lingkungan, w adalah kuantitas negatif, dan ada penurunan energi sistem.
Energi kinetik adalah bagian dari total energi dari sistem. Dalam Bagian 5.7 kita melihat bahwa energi kinetik rata-rata gas berbanding lurus dengan suhu mutlak [Persamaan (5.15)]. Ini mengikuti, karena itu, bahwa perubahan energi ΔE diberikan oleh
ΔE = C ΔT
di mana C adalah konstanta proporsionalitas. Karena ΔE negatif, ΔT juga harus negatif, dan inilah efek pendinginan (atau penurunan energi kinetik dari molekul air) yang bertanggung jawab untuk pembentukan salju. Meskipun kita hanya perlu air untuk membentuk salju, adanya udara, yang juga mendinginkan ekspansi, membantu menurunkan suhu uap air.
Gambar 13. Mesin snowmaking sedang beroperasi.
Membuat Salju
Jika Anda adalah seorang pemain ski, Anda mungkin telah meluncur di atas salju buatan. Bagaimana hal ini dibuat dalam jumlah yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan pemain ski pada hari-hari tidak bersalju? Rahasia snowmaking dalam persamaan ΔE = q + w. Sebuah mesin snowmaking berisi campuran udara terkompresi dan uap air pada sekitar 20 atm. Karena perbedaan besar dalam tekanan antara tangki dan suasana luar, ketika campuran disemprotkan ke dalam atmosfer mengembang begitu cepat sehingga, sebagai pendekatan yang baik, tidak ada pertukaran panas terjadi antara sistem (udara dan air) dan lingkungan sekitarnya; yaitu, q = 0. (Dalam termodinamika, proses seperti ini disebut proses adiabatik.) Dengan demikian, kita menulis
ΔE = q + w = w
Karena sistem tidak bekerja pada lingkungan, w adalah kuantitas negatif, dan ada penurunan energi sistem.
Energi kinetik adalah bagian dari total energi dari sistem. Dalam Bagian 5.7 kita melihat bahwa energi kinetik rata-rata gas berbanding lurus dengan suhu mutlak [Persamaan (5.15)]. Ini mengikuti, karena itu, bahwa perubahan energi ΔE diberikan oleh
ΔE = C ΔT
di mana C adalah konstanta proporsionalitas. Karena ΔE negatif, ΔT juga harus negatif, dan inilah efek pendinginan (atau penurunan energi kinetik dari molekul air) yang bertanggung jawab untuk pembentukan salju. Meskipun kita hanya perlu air untuk membentuk salju, adanya udara, yang juga mendinginkan ekspansi, membantu menurunkan suhu uap air.
Atom Super Dingin
Apa yang terjadi pada gas ketika didinginkan hingga mendekati nol mutlak? Lebih dari 70 tahun yang lalu, Albert Einstein, memperluas karya fisikawan India Satyendra Nath Bose, meramalkan bahwa pada suhu yang sangat rendah, atom gas dari unsur-unsur tertentu akan "bergabung" atau "mengembun" untuk membentuk satu kesatuan dan bentuk materi baru. Tidak seperti gas, cairan, dan padatan biasa, zat superkondensasi ini, yang dinamai Bose-Einstein condensate (BEC), tidak mengandung atom individu karena atom asli akan saling tumpang tindih, sehingga tidak ada ruang di antaranya.
Hipotesis Einstein menginspirasi upaya internasional untuk menghasilkan BEC. Tetapi, seperti yang kadang-kadang terjadi dalam sains, teknologi yang diperlukan tidak tersedia sampai saat ini, dan penyelidikan awal tidak membuahkan hasil. Laser, yang menggunakan proses berdasarkan ide Einstein lain, tidak dirancang secara spesifik untuk penelitian BEC, tetapi mereka menjadi alat penting untuk pekerjaan ini.
Akhirnya, pada 1995, fisikawan menemukan bukti yang telah lama mereka cari. Sebuah tim di University of Colorado adalah yang pertama melaporkan kesuksesan. Mereka menciptakan BEC dengan mendinginkan sampel atom gas rubidium (Rb) sampai sekitar 1,7 x 10⁻⁷ K menggunakan teknik yang disebut "pendinginan laser," sebuah proses di mana sinar laser diarahkan pada seberkas atom, memukul mereka di kepala dan secara dramatis memperlambat mereka. Atom Rb selanjutnya didinginkan dalam "molase optik" yang dihasilkan oleh persimpangan enam laser. Atom yang paling lambat dan paling keren terperangkap dalam medan magnet sementara atom "panas" yang bergerak lebih cepat keluar, sehingga menghilangkan lebih banyak energi dari gas. Di bawah kondisi ini, energi kinetik dari atom yang terperangkap hampir nol, yang menyebabkan suhu gas yang sangat rendah. Pada titik ini, atom Rb membentuk kondensat, seperti yang diprediksi Einstein. Meskipun BEC ini tidak terlihat oleh mata telanjang (hanya berukuran 5 x 10⁻³ cm), para ilmuwan dapat menangkap gambarnya di layar komputer dengan memfokuskan sinar laser lain di atasnya. Laser menyebabkan BEC pecah setelah sekitar 15 detik, tetapi itu cukup lama untuk merekam keberadaannya.
*Distribusi kecepatan Maxwell dari atom Rb sekitar 1,7 x 10⁻⁷ K. Kecepatan meningkat dari pusat (nol) ke luar di sepanjang dua sumbu. Warna merah mewakili jumlah atom Rb terendah dan warna putih paling tinggi. Kecepatan rata-rata di wilayah putih adalah sekitar 0,5 mm/s.
Gambar ini menunjukkan distribusi kecepatan Maxwell dari atom Rb pada suhu ini. Warna-warna menunjukkan jumlah atom yang memiliki kecepatan ditentukan oleh dua sumbu horizontal. Bagian biru dan putih mewakili atom yang telah bergabung untuk membentuk BEC.
Dalam beberapa minggu setelah penemuan tim Colorado, sekelompok ilmuwan di Rice University, menggunakan teknik serupa, berhasil menghasilkan BEC dengan atom lithium dan pada tahun 1998 ilmuwan di Massachusetts Institute of Technology mampu menghasilkan BEC dengan atom hidrogen. Sejak itu, banyak kemajuan telah dibuat dalam memahami sifat-sifat BEC secara umum dan percobaan diperluas ke sistem molekul. Diharapkan bahwa studi-studi BEC akan menjelaskan sifat-sifat atom yang masih belum sepenuhnya dipahami (lihat Bab 7) dan tentang mekanisme superkonduktivitas. Manfaat tambahan mungkin adalah pengembangan laser yang lebih baik. Aplikasi lain akan tergantung pada studi lebih lanjut dari BEC itu sendiri. Namun demikian, penemuan bentuk materi baru harus menjadi salah satu pencapaian ilmiah terpenting abad ke-20.
Hipotesis Einstein menginspirasi upaya internasional untuk menghasilkan BEC. Tetapi, seperti yang kadang-kadang terjadi dalam sains, teknologi yang diperlukan tidak tersedia sampai saat ini, dan penyelidikan awal tidak membuahkan hasil. Laser, yang menggunakan proses berdasarkan ide Einstein lain, tidak dirancang secara spesifik untuk penelitian BEC, tetapi mereka menjadi alat penting untuk pekerjaan ini.
Akhirnya, pada 1995, fisikawan menemukan bukti yang telah lama mereka cari. Sebuah tim di University of Colorado adalah yang pertama melaporkan kesuksesan. Mereka menciptakan BEC dengan mendinginkan sampel atom gas rubidium (Rb) sampai sekitar 1,7 x 10⁻⁷ K menggunakan teknik yang disebut "pendinginan laser," sebuah proses di mana sinar laser diarahkan pada seberkas atom, memukul mereka di kepala dan secara dramatis memperlambat mereka. Atom Rb selanjutnya didinginkan dalam "molase optik" yang dihasilkan oleh persimpangan enam laser. Atom yang paling lambat dan paling keren terperangkap dalam medan magnet sementara atom "panas" yang bergerak lebih cepat keluar, sehingga menghilangkan lebih banyak energi dari gas. Di bawah kondisi ini, energi kinetik dari atom yang terperangkap hampir nol, yang menyebabkan suhu gas yang sangat rendah. Pada titik ini, atom Rb membentuk kondensat, seperti yang diprediksi Einstein. Meskipun BEC ini tidak terlihat oleh mata telanjang (hanya berukuran 5 x 10⁻³ cm), para ilmuwan dapat menangkap gambarnya di layar komputer dengan memfokuskan sinar laser lain di atasnya. Laser menyebabkan BEC pecah setelah sekitar 15 detik, tetapi itu cukup lama untuk merekam keberadaannya.
Gambar ini menunjukkan distribusi kecepatan Maxwell dari atom Rb pada suhu ini. Warna-warna menunjukkan jumlah atom yang memiliki kecepatan ditentukan oleh dua sumbu horizontal. Bagian biru dan putih mewakili atom yang telah bergabung untuk membentuk BEC.
Dalam beberapa minggu setelah penemuan tim Colorado, sekelompok ilmuwan di Rice University, menggunakan teknik serupa, berhasil menghasilkan BEC dengan atom lithium dan pada tahun 1998 ilmuwan di Massachusetts Institute of Technology mampu menghasilkan BEC dengan atom hidrogen. Sejak itu, banyak kemajuan telah dibuat dalam memahami sifat-sifat BEC secara umum dan percobaan diperluas ke sistem molekul. Diharapkan bahwa studi-studi BEC akan menjelaskan sifat-sifat atom yang masih belum sepenuhnya dipahami (lihat Bab 7) dan tentang mekanisme superkonduktivitas. Manfaat tambahan mungkin adalah pengembangan laser yang lebih baik. Aplikasi lain akan tergantung pada studi lebih lanjut dari BEC itu sendiri. Namun demikian, penemuan bentuk materi baru harus menjadi salah satu pencapaian ilmiah terpenting abad ke-20.
Scuba Diving dan Hukum Gas
Menyelam "scuba diving" adalah olahraga yang menggembirakan, dan, sebagian berkat hukum gas, olah raga ini juga merupakan kegiatan yang aman bagi individu terlatih yang sehat. ("Scuba" adalah akronim untuk alat bantu pernapasan bawah air yang lengkap.) Dua aplikasi hukum gas untuk hobi populer ini adalah pengembangan pedoman untuk kembali dengan aman ke permukaan setelah menyelam dan penentuan campuran gas yang tepat untuk mencegah kondisi yang berpotensi fatal selama menyelam.
Menyelam khususnya mungkin 40 hingga 65 kaki, tetapi menyelam sampai 90 kaki tidak biasa. Karena air laut memiliki kerapatan yang sedikit lebih tinggi daripada air tawar — sekitar 1,03 g/mL, dibandingkan dengan 1,00 g/mL — tekanan yang diberikan oleh kolom 33 kaki air laut setara dengan tekanan 1 atm. Tekanan meningkat dengan meningkatnya kedalaman, sehingga pada kedalaman 66 kaki tekanan air akan menjadi 2 atm, dan seterusnya.
Apa yang akan terjadi jika seorang penyelam naik ke permukaan dari kedalaman, katakanlah, 20 kaki agak cepat tanpa bernapas? Penurunan total tekanan untuk perubahan kedalaman ini adalah (20 kaki / 33 kaki) x 1 atm, atau 0,6 atm. Ketika penyelam mencapai permukaan, volume udara yang terperangkap di paru-paru akan meningkat dengan faktor (1 + 0,6) atm/1 atm, atau 1,6 kali. Ekspansi udara yang tiba-tiba ini secara fatal dapat menghancurkan selaput paru-paru. Kemungkinan serius lainnya adalah emboli udara mungkin berkembang. Saat udara mengembang di paru-paru, ia dipaksa masuk ke pembuluh darah kecil yang disebut kapiler. Kehadiran gelembung udara di pembuluh ini dapat memblokir aliran darah normal ke otak. Akibatnya, penyelam mungkin kehilangan kesadaran sebelum mencapai permukaan. Satu-satunya obat untuk emboli udara adalah rekompresi. Untuk proses yang menyakitkan ini, korban ditempatkan di ruangan yang diisi dengan udara bertekanan. Di sini gelembung-gelembung dalam darah perlahan-lahan diperas ke ukuran yang tidak berbahaya selama beberapa jam sampai sehari. Untuk menghindari komplikasi yang tidak menyenangkan ini, penyelam tahu mereka harus naik perlahan, berhenti pada titik-titik tertentu untuk memberi waktu tubuh mereka untuk menyesuaikan diri dengan tekanan yang turun.
Contoh kedua adalah aplikasi langsung hukum Dalton. Gas oksigen sangat penting untuk kelangsungan hidup kita, jadi sulit untuk percaya bahwa kelebihan oksigen bisa berbahaya. Meskipun demikian, toksisitas terlalu banyak oksigen sudah diketahui dengan baik. Misalnya, bayi baru lahir yang ditempatkan di tenda oksigen sering mengalami kerusakan pada jaringan retina, yang dapat menyebabkan kebutaan sebagian atau total.
Tubuh kita berfungsi paling baik ketika gas oksigen memiliki tekanan parsial sekitar 0,20 atm, seperti halnya di udara yang kita hirup. Tekanan parsial oksigen diberikan oleh
dimana PT adalah tekanan total. Namun, karena volume berbanding lurus dengan jumlah mol gas yang ada (pada suhu dan tekanan kita), sekarang kita dapat menuliskan
Dengan demikian, komposisi udara adalah 20 persen gas oksigen dan 80 persen gas nitrogen berdasarkan volume. Ketika seorang penyelam tenggelam, tekanan air pada penyelam lebih besar daripada tekanan atmosfer. Tekanan udara di dalam rongga tubuh (misalnya, paru-paru, sinus) harus sama dengan tekanan air di sekitarnya; kalau tidak mereka akan runtuh. Sebuah katup khusus secara otomatis menyesuaikan tekanan udara yang dihirup dari tangki scuba untuk memastikan bahwa tekanan udara sama dengan tekanan air setiap saat. Misalnya, pada kedalaman di mana tekanan total 2,0 atm, kandungan oksigen di udara harus dikurangi hingga 10 persen volume untuk mempertahankan tekanan parsial yang sama sebesar 0,20 atm; itu adalah,
Meskipun gas nitrogen tampaknya merupakan pilihan yang jelas untuk bercampur dengan gas oksigen, ada masalah serius dengannya. Ketika tekanan parsial gas nitrogen melebihi 1 atm, cukup gas terlarut dalam darah untuk menyebabkan suatu kondisi yang dikenal sebagai narkosis nitrogen. Efek pada penyelam mirip dengan yang terkait dengan keracunan alkohol. Penyelam yang menderita narkosis nitrogen diketahui melakukan hal-hal aneh, seperti menari di dasar laut dan mengejar hiu. Karena alasan ini, helium sering digunakan untuk mengencerkan gas oksigen. Gas inert, helium jauh lebih mudah larut dalam darah daripada nitrogen dan tidak menghasilkan efek narkotika.
Menyelam khususnya mungkin 40 hingga 65 kaki, tetapi menyelam sampai 90 kaki tidak biasa. Karena air laut memiliki kerapatan yang sedikit lebih tinggi daripada air tawar — sekitar 1,03 g/mL, dibandingkan dengan 1,00 g/mL — tekanan yang diberikan oleh kolom 33 kaki air laut setara dengan tekanan 1 atm. Tekanan meningkat dengan meningkatnya kedalaman, sehingga pada kedalaman 66 kaki tekanan air akan menjadi 2 atm, dan seterusnya.
Apa yang akan terjadi jika seorang penyelam naik ke permukaan dari kedalaman, katakanlah, 20 kaki agak cepat tanpa bernapas? Penurunan total tekanan untuk perubahan kedalaman ini adalah (20 kaki / 33 kaki) x 1 atm, atau 0,6 atm. Ketika penyelam mencapai permukaan, volume udara yang terperangkap di paru-paru akan meningkat dengan faktor (1 + 0,6) atm/1 atm, atau 1,6 kali. Ekspansi udara yang tiba-tiba ini secara fatal dapat menghancurkan selaput paru-paru. Kemungkinan serius lainnya adalah emboli udara mungkin berkembang. Saat udara mengembang di paru-paru, ia dipaksa masuk ke pembuluh darah kecil yang disebut kapiler. Kehadiran gelembung udara di pembuluh ini dapat memblokir aliran darah normal ke otak. Akibatnya, penyelam mungkin kehilangan kesadaran sebelum mencapai permukaan. Satu-satunya obat untuk emboli udara adalah rekompresi. Untuk proses yang menyakitkan ini, korban ditempatkan di ruangan yang diisi dengan udara bertekanan. Di sini gelembung-gelembung dalam darah perlahan-lahan diperas ke ukuran yang tidak berbahaya selama beberapa jam sampai sehari. Untuk menghindari komplikasi yang tidak menyenangkan ini, penyelam tahu mereka harus naik perlahan, berhenti pada titik-titik tertentu untuk memberi waktu tubuh mereka untuk menyesuaikan diri dengan tekanan yang turun.
Contoh kedua adalah aplikasi langsung hukum Dalton. Gas oksigen sangat penting untuk kelangsungan hidup kita, jadi sulit untuk percaya bahwa kelebihan oksigen bisa berbahaya. Meskipun demikian, toksisitas terlalu banyak oksigen sudah diketahui dengan baik. Misalnya, bayi baru lahir yang ditempatkan di tenda oksigen sering mengalami kerusakan pada jaringan retina, yang dapat menyebabkan kebutaan sebagian atau total.
Tubuh kita berfungsi paling baik ketika gas oksigen memiliki tekanan parsial sekitar 0,20 atm, seperti halnya di udara yang kita hirup. Tekanan parsial oksigen diberikan oleh
Dengan demikian, komposisi udara adalah 20 persen gas oksigen dan 80 persen gas nitrogen berdasarkan volume. Ketika seorang penyelam tenggelam, tekanan air pada penyelam lebih besar daripada tekanan atmosfer. Tekanan udara di dalam rongga tubuh (misalnya, paru-paru, sinus) harus sama dengan tekanan air di sekitarnya; kalau tidak mereka akan runtuh. Sebuah katup khusus secara otomatis menyesuaikan tekanan udara yang dihirup dari tangki scuba untuk memastikan bahwa tekanan udara sama dengan tekanan air setiap saat. Misalnya, pada kedalaman di mana tekanan total 2,0 atm, kandungan oksigen di udara harus dikurangi hingga 10 persen volume untuk mempertahankan tekanan parsial yang sama sebesar 0,20 atm; itu adalah,
Meskipun gas nitrogen tampaknya merupakan pilihan yang jelas untuk bercampur dengan gas oksigen, ada masalah serius dengannya. Ketika tekanan parsial gas nitrogen melebihi 1 atm, cukup gas terlarut dalam darah untuk menyebabkan suatu kondisi yang dikenal sebagai narkosis nitrogen. Efek pada penyelam mirip dengan yang terkait dengan keracunan alkohol. Penyelam yang menderita narkosis nitrogen diketahui melakukan hal-hal aneh, seperti menari di dasar laut dan mengejar hiu. Karena alasan ini, helium sering digunakan untuk mengencerkan gas oksigen. Gas inert, helium jauh lebih mudah larut dalam darah daripada nitrogen dan tidak menghasilkan efek narkotika.
Penyelam Scuba
Logam Dari Laut
Magnesium adalah logam ringan dan berharga yang digunakan sebagai bahan struktural serta dalam paduan, baterai, dan sintesis kimia. Meskipun magnesium berlimpah di kerak bumi, lebih murah untuk “menambang” logam dari air laut. Magnesium membentuk kation paling melimpah kedua di laut (setelah natrium); ada sekitar 1,3 g magnesium dalam satu kilogram air laut. Proses untuk mendapatkan magnesium dari air laut menggunakan ketiga jenis reaksi yang dibahas dalam bab ini: reaksi presipitasi, asam-basa, dan redoks.
Subscribe to:
Posts (Atom)