Pentingnya Termodinamika dalam Ilmu Material

Pentingnya Termodinamika dalam Ilmu Material 
(Thermodynamic Importance in Material Science)


Rizky Arief Shobirin

---

[1] Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya, Indonesia 65100

[2] Pusat Studi Peradaban, Universitas Brawijaya, Indonesia 65100

*email : rizky_ariefs@yahoo.com, rashobirin@gmail.com

Termodinamika memiliki banyak peran dalam ilmu material, terutama pada aplikasinya. Termodinamika sangat aplikatif, terutama di ranah industri, yang sangat penting untuk diterapkan secara luas untuk membuat berbagai aplikasi. Termodinamika mengidentifikasi dan memberikan banyak informasi terkait suatu material,sebagai bahan baku, semi-produk, hingga barang barang jadi, dan juga suatu sistem kerja yang digunakan. Informasi yang diberikan terkait proses antara lain sistem, lingkungan (surroundings), batasan (boundary) dan properties untuk definisi mendalam terkait kondisinya (DeHoff, 2006).

Sebagian besar kasus yang sering ditemui dalam ilmu material, terutama pada proses pembuatannya, yaitu fase campuran, yang mana kerap ditemui pada proses sintesis thin film, keramik, bahan bangunan, bahan makan, hingga obat-obatan. Misal suatu fase X dan Y memiliki sifat termodinamika tertentu yang berbeda, seperti energi bebas gibbs (G), entalpi (H), energi dalam (U), dan sebagainya. Masing – masing sifat termodinamika tersebut dipengaruhi variabel yang berubah – ubah, yang dinamakan dinamika variabel, seperti tekanan (P), suhu (T), volume (V), mol (N), dan lainnya. Dari kedua atau lebih dari fase – fase tersebut dilakukan reaksi hingga mencapai kesetimbangan dan dihasilkan produk yang ditargetkan. Sebelum melakukan proses fabrikasi tersebut, identifikasi definisi dari masing – masing fase tersebut perlu dilakukan untuk menghemat energi yang digunakan selama proses reaksi, sintesis, atau fabrikasi berlangsung, mengingat cadangan energi yang ada di bumi semakin menipis. Penggunaan energi akan dapat dihemat ketika mengetahui dari suatu proses tersebut menghasilkan kalor dalam jumlah tertentu, sehingga dapat dijadikan pertimbangan tersendiri oleh pelaku proses fabrikasi tersebut dengan mengatur suhu dan banyaknya reaktan dan supporting materials yang digunakan selama proses fabrikasi. Proses fabrikasi juga memerlukan perlakuan tertentu, misalkan menggunakan sistem reaktor terbuka, tertutup, atau semi-terbuka. Perlakuan tersebut juga memerlukan tambahan pertimbangan variabel yang digunakan yaitu pengaturan volume dan tekanan untuk menjadikan proses fabrikasi material tersebut berlangsung lebih cepat ataukah lambat, dan didapat produk berupa material dengan karakter tertentu sesuai dengan parameter yang telah ditetapkan sebelumnya. Perlakuan tersebut menentukan kualitas produk material yang diinginkan (Machlin, 2007).

Disamping pengaturan suhu, jumlah reaktan beserta supporting material, volume dan tekanan, termodinamika juga menjadi pertimbangan yang sangat penting untuk menentukan jenis proses yang harus digunakan selama proses fabrikasi material. Proses fabrikasi tidak hanya berlangsung secara spontan dalam jumlah besar, tapi juga memerlukan proses perlakuan khusus untuk menghindari adanya pemborosan energi dan potensi bahaya yang ditimbulkan dari material maupun sistem selama proses fabrikasi, sebagai contoh yaitu ledakan, emisi gas beracun, pencemaran lingkungan, dan sebagainya. Beberapa contoh perlakuan khusus tersebut yang dapat dipelajari lebih lanjut yaitu proses heterogenasi, homogenasi, difusi, penyemprotan, reversible, irreversible, dan sistem bertekanan (stressed system) (Bokstein, Mendelev, & Srolovitz, 2005). Tentunya variable yang digunakan untuk pengaturan sistem tersebut lebih bervariasi dibandingkan reaksi secara langsung dan spontan. Dalam proses tersebut memerlukan referensi lebih banyak terkait masing – masing proses tersebut, definisinya, hingga batasan – batasan selama proses fabrikasinya.

Bibliography

Bokstein, B. S., Mendelev, M. I., & Srolovitz, D. J. (2005). Thermodynamics and Kinetics in Materials Science. Oxford: Oxford University Press.

DeHoff, R. (2006). Thermodynamics in Material Science. Boca Raton: CRC Press.

Machlin, E. S. (2007). An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science. London: Elsevier.