Di balik kap: Ilmu kimia pada mobil - Cynthia Chubbuck

Simak materi selengkapnya: http://ed.ted.com/lessons/under-the-hood-the-chemistry-of-cars-cynthia-chubbuck

Ada lebih dari satu miliar mobil di dunia saat ini, mengantarkan orang dari satu tempat ke tempat lainnya. Namun, mobil bukan hanya moda transportasi; ia juga bisa mengajarkan kimia. Cynthia Chubbuck mengarungi ilmu kimia rumit yang terjadi pada mesin mobil yang menjaga mesin agar tidak terlalu panas maupun dingin.

Materi oleh Cynthia Chubbuck, animasi oleh FOX Animation Domination High-Def.

Ada lebih dari satu miliar mobil
di dunia saat ini,

yang mengantar orang ke tujuannya,

tetapi mobil bukan hanya
moda transportasi,

ia juga adalah pelajaran kimia
yang bisa diajarkan.

Proses menyalakan mobil
dimulai pada silinder mesin,

saat sesemprot bensin
dari injektor bahan bakar

dan sejumlah udara dari katup

dicampur sebelum dipantik oleh busi,

menghasilkan gas yang mengembang
dan mendorong piston.

Namun, pembakaran adalah reaksi
eksotermik, artinya ia melepas panas.

Banyak sekali.

Dan walau kebanyakan panas
dilepas melalui knalpot,

panas yang tersisa pada blok mesin
perlu diserap, dipindahkan, dan dibuang

untuk melindungi komponen logam
agar tidak rusak atau bahkan meleleh.

Di sinilah peran sistem pendingin.

Sebuah cairan dialirkan
di sepanjang mesin,

tetapi cairan apa
yang bisa menyerap semua panas?

Air nampaknya jelas-jelas
menjadi pilihan pertama.

Bagaimanapun, kalor jenisnya,

jumlah energi yang dibutuhkan
untuk meningkatkan suhu

sejumlah zat sebesar satu derajat Celsius,

lebih tinggi daripada
zat umum yang lainnya.

Dan kita punya banyak panas
yang perlu diserap.

Namun, menggunakan air
bisa jadi masalah besar.

Pertama, titik bekunya
nol derajat Celsius.

Karena air mengembang ketika ia membeku,

malam musim dingin bisa berakibat
radiator pecah dan blok mesin yang rusak,

sesuatu yang mengerikan.

Dan mengingat panasnya mesin mobil,

titik didih yang relatif rendah
pada 100 derajat Celsius

dapat berujung situasi
yang akan membuat siapapun meledak.

Jadi, alih-alih air,
kita menggunakan sebuah larutan,

suatu campuran homogen yang terdiri dari
zat terlarut dan pelarut.

Beberapa sifat larutan akan berubah
bergantung pada proporsi zat terlarut.

Hal ini disebut sifat koligatif,
dan untungnya,

penurunan titik beku dan
kenaikan titik didih termasuk sifat ini.

Jadi, larutan memiliki titik beku lebih
rendah dan titik didih lebih tinggi,

dan semakin banyak zat terlarut,
semakin besar perbedaannya.

Jadi, mengapa sifat-sifat ini
bisa berubah?

Pertama-tama, kita perlu memahami
bahwa suhu adalah ukuran

energi kinetik rata-rata sebuah partikel.

Semakin dingin cairannya,
semakin sedikit energinya,

dan molekul akan bergerak semakin lambat.

Ketika sebuah cairan membeku,
molekulnya melambat,

sampai mereka bisa saling tarik-menarik

dan membentuk struktur kristal.

Namun, adanya zat terlarut
menghambat gaya tarik-menarik ini,

sehingga larutan perlu didinginkan lebih
lanjut sebelum bisa terbentuk susunan.

Untuk titik didih, ketika cairan mendidih,

ia menghasilkan gelembung berisi uap,

tetapi agar tebentuk gelembung,
tekanan uapnya harus sama besar

dengan tekanan atmosfer
yang menekan permukaan cairan.

Saat cairan dipanaskan,
tekanan uapnya meningkat,

dan ketika ia sama besar
dengan tekanan atmosfer,

gelembung terbentuk
dan terjadi pendidihan.

Tekanan uap larutan lebih rendah
dibandingkan pelarut murni,

jadi ia perlu dipanaskan
pada suhu yang lebih tinggi

sebelum bisa menyamai tekanan atmosfer.

Sebagai tambahan,
tekanan pada radiator dijaga

lebih tinggi dari tekanan atmosfer,

meningkatkan lagi titik didihnya
sebesar 25 derajat Celsius.

Larutan yang umumnya digunakan
untuk sistem pendingin mobil

adalah campuran 50/50
antara etilen glikol dan air,

yang membeku pada -37 derajat Celsius
dan mendidih pada 106 derajat Celsius.

Pada rekomendasi perbandingan tertinggi
yaitu 70 banding 30,

titik bekunya lebih rendah
yaitu -55 derajat Celsius,

dan titik didihnya naik
menjadi 113 derajat Celsius.

Seperti kelihatannya,
semakin banyak etilen glikol,

Semakin besar perlindungannya,
jadi mengapa tidak ditambah lagi?

Ternyata, sesuatu yang
berlebihan itu tidak baik

karena di proporsi tinggi,

titik bekunya malah naik kembali.

Sifat larutannya
mendekati sifat etilen glikol,

yang membeku pada -12,9 derajat Celsius,

suhu yang lebih tinggi
dibandingkan titik beku larutan.

Larutan ini mengalir melalui mesin,
menyerap panas sepanjang jalan.

Ketika ia mencapai radiator,
ia didinginkan oleh kipas,

dan udara yang mengalir
melalui bagian depan mobil

sebelum larutan kembali
ke bagian mesin yang panas.

Jadi, pendingin mesin yang ampuh dan aman

harus punya kalor jenis tinggi,
titik beku rendah, dan titik didih tinggi.

Namun, alih-alih kita mengelilingi dunia
mencari cairan sempurna untuk masalah ini,

kita bisa membuat solusi kita sendiri.