Melebur dan membeku
Gelas beker berisi es yang dihangatkan udara ruangan tetap tepat pada 0 °C selama lebih dari setengah jam saat es melebur.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Letakkan gelas beker berisi es bersuhu −12 °C di meja. OpenStax menunjukkan apa yang terjadi. Setelah sepuluh menit, es menghangat hingga 0 °C dan sebagian kecilnya melebur. Tiga puluh menit kemudian, lebih banyak es melebur, tetapi termometer tetap menunjukkan 0 °C. Baru setelah seluruh es melebur, suhu mulai naik hingga mencapai 22.2 °C. Sepanjang waktu itu es terus menyerap kalor dari ruangan. Selama peleburan, kalor tersebut tidak menaikkan suhu.
Ke mana kalor berpindah
Dalam kristal, setiap molekul ditahan di tempat oleh molekul di sekitarnya. Pemanasan zat padat membuat molekul bergetar lebih kuat dan suhunya naik. Pada titik lebur, getaran cukup kuat untuk melepaskan molekul dari tempat tetapnya. Sejak saat itu, energi tambahan digunakan untuk mengatasi gaya tarik tersebut, bukan mempercepat gerak. Suhu pun tetap sampai seluruh padatan menjadi cair. Energi yang dibutuhkan untuk meleburkan satu mol padatan disebut entalpi peleburan. Untuk es, nilainya 6.01 kJ/mol, jadi meleburkan 18.02 g es memerlukan 6.01 kJ.
Seberapa besar 6.01 kJ/mol? Bandingkan dengan pemanasan. Air cair memerlukan 4.18 J untuk menaikkan suhu 1 g sebanyak 1 °C, sehingga 18.02 g memerlukan sekitar 75.3 J per derajat. Kalor 6.01 kJ yang meleburkan satu mol es itu, jika dipakai untuk pemanasan, dapat menaikkan suhu air lelehannya sebesar 6010 ÷ 75.3 ≈ 80 °C. Itulah sebabnya minuman dengan es bertahan dingin begitu lama: setiap bongkah es menyerap banyak kalor sebelum habis, dan selama itu suhu minuman tetap mendekati 0 °C.
Pembekuan menjalankan proses yang sama secara terbalik. Saat air cair pada 0 °C menjadi es, air melepaskan 6.01 kJ untuk setiap mol. Peleburan menyerap kalor (endoterm); pembekuan melepaskan kalor (eksoterm). Melebur dan membeku terjadi pada suhu yang sama, sehingga titik lebur es dan titik beku air bernilai sama. Dalam labu yang terisolasi sempurna, campuran es dan air tetap pada suhu tersebut, dengan peleburan dan pembekuan berlangsung sama cepat.
Setiap zat memiliki titik lebur sendiri
Suhu yang harus dicapai padatan sebelum melebur bergantung pada kuatnya gaya tarik antarpartikel. Nilai di bawah berlaku pada tekanan 1 atm, dari NIST Chemistry WebBook. Raksa adalah satu-satunya logam dalam daftar yang cair pada suhu ruang; raksa membeku pada −38.84 °C, sehingga termometer raksa berhenti bekerja di bawah suhu itu. Nitrogen dan oksigen, yang molekulnya hanya disatukan oleh gaya lemah, melebur pada suhu lebih dari 200 derajat di bawah nol.
| Zat | Titik lebur | Titik didih |
|---|---|---|
| Air | 0 °C (273.15 K) | 100 °C (373.15 K) |
| Etanol | −114 °C (159 K) | 78.4 °C (351.5 K) |
| Raksa | −38.84 °C (234.31 K) | 356.66 °C (629.81 K) |
| Nitrogen | −209.9 °C (63.3 K) | −195.8 °C (77.34 K) |
| Oksigen | −218.4 °C (54.8 K) | −183.0 °C (90.2 K) |
Karena setiap zat murni melebur pada suhu tetap, ahli kimia memakai titik lebur untuk pemeriksaan identitas secara cepat. Sampel yang mulai melebur di bawah nilai yang semestinya kemungkinan tidak murni, sebab pengotor terlarut menurunkan titik beku. Garam yang ditaburkan di jalan berlapis es bekerja dengan cara yang sama: larutan garam membeku di bawah 0 °C, titik beku air murni, sehingga es melebur meskipun suhu udara di bawah 0 °C (OpenStax 11.4).
Selama padatan melebur, suhunya tetap pada titik lebur. Es menyerap 6.01 kJ per mol untuk melebur dan melepaskan jumlah yang sama saat membeku.
- Saat es pada 0 °C sedang melebur, suhunya…
- tetap pada 0 °C
- naik perlahan
- turun di bawah 0 °C
- Berapa kalor, dalam kJ, yang meleburkan 2.00 mol es pada 0 °C?
- Berapa kalor, dalam kJ, yang meleburkan 90.1 g es (18.02 g/mol)? Gunakan 1 angka desimal.
- Air yang membeku…
- melepaskan kalor
- menyerap kalor
- tidak melepaskan maupun menyerap kalor
- Manakah yang berwujud cair pada 20 °C?
- Raksa
- Nitrogen
- Es
- Etanol melebur pada 159 K. Berapa suhu itu dalam °C, dibulatkan ke derajat terdekat?
- Mengapa nitrogen dan oksigen melebur pada suhu sangat rendah?
- Gaya antarmolekulnya lemah
- Molekulnya sangat berat
- Keduanya tidak mengandung atom
- Serbuk putih seharusnya melebur pada 135 °C, tetapi melebur antara 120 dan 128 °C. Apa penyebab yang paling mungkin?
- Serbuk itu tidak murni
- Termometer menunjukkan suhu dalam kelvin
- Titik lebur berubah setiap hari
- Mengapa garam meleburkan es di jalan pada −5 °C?
- Garam terlarut menurunkan titik beku air
- Garam lebih hangat daripada es
- Garam bereaksi dan terbakar
- Urutkan berdasarkan titik lebur, dari yang terendah.
- Suhu tetap pada titik lebur sampai seluruh padatan melebur.
- Entalpi peleburan es: 6.01 kJ/mol; pembekuan melepaskan jumlah yang sama.
- Titik lebur = titik beku.
- Gaya tarik antarpartikel yang lebih kuat berarti titik lebur lebih tinggi.
Sumber kursus ini (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Diperiksa: 2026-10-17