KONSEP BIOENERGITIKA DAN PRODUKTIVITAS PRIMER DAN SEKUNDER

  • Published on
    16-Jan-2016

  • View
    26

  • Download
    0

DESCRIPTION

Bioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia.

Transcript

KONSEP BIOENERGITIKA DAN PRODUKTIVITAS PRIMER

DAN SEKUNDER

MAKALAH

Disusun untuk Memenuhi Tugas Matakuliah Ekologi yang Dibimbing oleh

Dr. Ibrohim, M.Si dan Prof. Dr. Ir. Suhadi, M.Si

Disusun oleh:

Offering G

Kelompok 11

Agustin Dwi Erlandi

(130342603495)

Rieza Novrianggita (1303426034)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN BIOLOGI

JANUARI 2015

BAB 1PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangBioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Biokimia, seperti namanya, adalah kimia dari makhluk hidup. Oleh karena itu biokimia menjembatani antara ilmu kimia dengan ilmu biologi, ilmu yang mempelajari tentang struktur dan interaksi sel dan organisma. Sistem nonbiologik dapat menggunakan energi panas untuk melangsungkan kerjanya. Sedangkan sistem biologik bersifat isotermik dan menggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan. Bioenergetika atau termodinamika biokimia memberikan prinsip dasar untuk menjelaskan mengapa sebagian reaksi dapat terjadi sedangkan sebagian yang lain tidak. Sejumlah sistem non biologik dapat menggunakan energi panas untuk melaksanakan kerjanya, namun sistem biologi pada hakekatnya bersifat isotermik dan memakai energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.

Bioenergetika atau termodinamika biokimia memberikan prinsip dasar untuk menjelaskan mengapa sebagian reaksi dapat terjadi sedangkan sebagian yang lain tidak. Sejumlah sistem non biologik dapat menggunakan energi panas untuk melaksanakan kerjanya, namun sistem biologi pada hakekatnya bersifat isotermik dan memakai energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.

Prinsip reaksi oksidasi reduksi yaitu reaksi pengeluaran dan perolehan elektron berlaku pada berbagai sistem biokimia dan merupakan konsep penting yang melandasi pemahaman tentang sifat oksidasi biologi. Ternyata banyak reaksi-reaksi oksidasi dalam sel hidup dapat berlangsung tanpa peran molekul oksigen.Adapun untuk mengetahui pembahasan terkait Bioenergetik termasuk di dalamnya energy thermal, termodinamika dan kalor butuh dikaji ulang, sehingga mendapatkan informasi yang tepat.1.1 Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan beberapa masalah antara lain1. Apa pengertian dari bioenergenetika, kalor dan energy thermal?

2. Bagaimana hukum termodinamika?

3. Bagaimana aliran energi pada rantai makanan dapat terjadi?4. Apa pengertian produktivitas primer dan sekunder?

1.2 Tujuan Dari rumusan masalah diatas dapat dibuat tujuan sebagai berikut :

1. Untuk mengetahui perngertian dari bioenergenetika, energy thermal, termodinamika dan kalor.2. Untuk mengetahui hukum termodinamika.3. Untuk mengetahui aliran energi pada rantai makanan dapat terjadi4. Untuk mengetahui produktivitas primer dan sekunder.BAB II

PEMBAHASAN

2. 1Pengertian Bioenergetika Bioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Reaksi ini diikuti oleh pelepasan energi selama sistem reksi bergerak dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. Sebagian besar energi dilepaskan dalam bentuk panas. Pada sistem nonbiologik dapat menggunakan energi panas untuk melangsungkan kerjanya dan dapat diubah menjadi energi mekanik atau energi listrik. Sedangkan pada sistem biologik bersifat isotermik dan menggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.2.2Pengertian Kalor

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor, yaitu : massa zat, jenis zat (kalor jenis), perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Dimana :

Q : kalor yang dibutuhkan (J)

m : massa benda (kg)

c : kalor jenis (J/kgC)

( ) : adalah perubahan suhu (C)Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis:

Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c). Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.2.2.1Hubungan antara kalor dengan energi listrik

Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

Keterangan :

W : energi listrik (J)

P : daya listrik (W)

t : waktu yang diperlukan (s)

Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.( ) maka diperoleh persamaan ;

Keterangan :

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5).

2.2.2 Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang bersuhu tinggi digunakan ( ) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan ( ). 2.2.3 Energi Kalor

Peristiwa yang melibatkan kalor sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, pada waktu memasak air dengan menggunakan kompor. Air yang semula dingin lama kelamaan menjadi panas. Mengapa air menjadi panas? Air menjadi panas karena mendapat kalor, kalor yang diberikan pada air mengakibatkan suhu air naik. Dari manakah kalor itu? Kalor berasal dari bahan bakar, dalam hal ini terjadi perubahan energi kimia yang terkandung dalam gas menjadi energi panas atau kalor yang dapat memanaskan air.

Sebelum abad ke-17, orang berpendapat bahwa kalor merupakan zat yang mengalir dari suatu benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah jika kedua benda tersebut bersentuhan atau bercampur. Jika kalor merupakan suatu zat tentunya akan memiliki massa dan ternyata benda yang dipanaskan massanya tidak bertambah. Kalor bukan zat tetapi kalor adalah suatu bentuk energi dan merupakan suatu besaran yang dilambangkan Q dengan satuan joule (J), sedang satuan lainnya adalah kalori (kal). Hubungan satuan joule dan kalori adalah:

1 kalori = 4,2 joule

1 joule = 0,24 kalori

a. Kalor dapat Mengubah Suhu Benda

Apa yang terjadi apabila dua zat cair yang berbeda suhunya dicampur menjadi satu? Bagaimana hubungan antara kalor terhadap perubahan suhu suatu zat? Adakah hubungan antara kalor yang diterima dan kalor yang dilepaskan oleh suatu zat? Semua benda dapat melepas dan menerima kalor. Benda-benda yang bersuhu lebih tinggi dari lingkungannya akan cenderung melepaskan kalor. Demikian juga sebaliknya benda-benda yang bersuhu lebih rendah dari lingkungannya akan cenderung menerima kalor untuk menstabilkan kondisi dengan lingkungan di sekitarnya. Suhu zat akan berubah ketika zat tersebut melepas atau menerima kalor. Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu benda.

b. Kalor dapat Mengubah Wujud Zat

Suatu zat apabila diberi kalor terus-menerus dan mencapai suhu maksimum, maka zat akan mengalami perubahan wujud. Peristiwa ini juga berlaku jika suatu zat melepaskan kalor terus-menerus dan mencapai suhu minimumnya. Oleh karena itu, selain kalor dapat digunakan untuk mengubah suhu zat, juga dapat digunakan untuk mengubah wujud zat. Perubahan wujud suatu zat akibat pengaruh kalor dapat digambarkan dalam skema berikut.

Keterangan:

1 = mencair/melebur

2 = membeku

3 = menguap

4 = mengembun

5 = menyublim

6 = mengkristal

Energi Termal

Energi termal adalah energi keseimbangan termodinamika yang sebanding dengan suhu mutlak dan dipindahkan sebagai panas dalam proses termodinamika. Energi termal ini merupakan bagian dari potensial total dan energi kinetik dari suatu benda atau sampel benda yang menghasilkan suhu sistem. Energi internal sistem, juga sering disebut energi termodinamika, selain energi panas juga memiliki bentuk lain dalam suatu sistem termodinamika, yaitu bentuk energi potensial yang tidak mempengaruhi temperatur, seperti energi kimia yang tersimpan dalam struktur molekul dan elektronik. Energi termal ini dihasilkan dan diukur oleh panas apapun. Hal ini disebabkan oleh peningkatan aktivitas atau kecepatan molekul dalam substansi, yang dihasilkan oleh suhu yang meningkat pula.

Dalam hukum termodinamika menjelaskan bahwa energi dalam bentuk panas dapat dipertukarkan dari satu objek fisik ke objek yang lain. Misalnya, meletakkan panci yang berisi air di atas api yang akan menyebabkan air memanas sebagai akibat dari gerakan molekul meningkat. Dengan cara itu panas atau energi panas dari api sebagian ditransmisikan ke air yang memiliki gerakan molekul yang tak beraturan yang saling bertumbukan.

Energi kinetik termal rata-rata dari gerakan atom dan molekul penyusun zat tertentu disebut dengan suhu. Suhu dikenal luas sebagai variabel penentu temperatur benda dan dunia medis menggunakan suhu untuk membantu dalam diagnosa demam. Suhu diukur dengan alat yang disebut dengan termometer. Prinsip kerja termometer adalah pemuaian dan penyusutan dari air raksa yang diletakkan dalam tabung kapiler tertutup. Pemuaian air raksa menunjukkan peningkatan suhu, sedangkan penyusutan menunjukkan penurunan suhu. Sampai saat ini kita mengenal 4 macam termometer, yaitu kelvin, celcius, farenheit, dan reamur. Persamaan dari setiap termometer adalah kesepakatan penentuan skala maksimal dan minimal.

Perbedaan antara satu termometer dengan yang lain terletak pada jumlah skalanya dan nilai derajat skala maksimal dan kinimal. Untuk termometer kelvin dan celcius memiliki 100 skala , sedangkan reamur 80 skala dan fahrenheit 180 skala. Hanya celcius dan reamur yang memiliki skala minimal dengan 00, sedangkan kelvin memiliki skala minimal 2730 dan fahrenheit 2120.

Suhu ekstrim ditemukan pada nol derajat kelvin dimana tak ditemukan lagi organisme yang mampu bertahan hidup pada suhu tersebut. Suhu nol derajat kelvin disebut dengan nol absolut. Tubuh manusia berupaya untuk mempertahankan suhu pada lingkungan internal. Manusia memiliki mekanisme pengaturan suhu tubuh yang diperankan oleh hypothalamus. Hypothalamus berfungsi sebagai thermostat dan reseptor yang sensitif terhadap perubahan suhu. Suhu tubuh dipertahankan konstan pada 37 derajat celcius. Saat tubuh kehilangan panas atau memperoleh panas dari lingkungan eksternal

dapat mempengaruhi reseptor panas dingin di kulit dan hypothalamus. Hal ini akan direspon dengan perubahan aliran darah perifer (vasokontsriksi atau vasodilatasi), produksi keringat, gerakan tubuh tertentu seperti mengigil dan frekuensi napas. Tubuh yang keliru merespon perubahan suhu sekitar akan mengalami demam. Pengukuran suhu tubuh dapat dilakukan pada beberapa tempat, seperti di dalam mulut, ketiak dan per rektal. Pemukuran per pektal mewakili suhu inti tubuh dan memiiki perbedaan antara 0,1 s/d 0.2 derajat dengan di ketiak. Suhu inti tubuh diyakini membentuk poros antara otak dan jantung.

2.3 Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') Perpindahan kalor merupakan suatu bentuk dinamika dari energi termal yang dipindahkan dari benda yang memiliki suhu lebih tinggi kepada benda yang memiliki suhu lebih rendah. Perpindahan kalor antara sistem dengan lingkungan sekitar dapat terjadi bila sistem tersebut terbuka. Sebaliknya bila sistem tersebut tertutup, maka kalor tidak dapat dipindahkan.Pada suatu ketika kalor yang dipindahkan tidak merubah suhu benda melainkan merubah fase benda, misalnya : air menjadi es atau air menjadi uap.

Perubahan fase benda terjadi bila suhu sistem termodinamika telah mencapai titik perubahan fase,misalnya titik beku air 0 celcius dan titik uap air 100celcius. Perubahan fase sangat bergantung pada kalor beku atau kalor uap pada tiap zat. Q = m L, L adalah konstanta kalor lebur, kalor beku atau kalor uap tiap zat.Pemahaman mengenai keseimbangan termodinamika dapat diaplikasikan pada upaya mengukur besar energi termal di dalam tubuh manusia. Bila tubuh manusia yang berada di dalam ruangan tertutup diibaratkan sebuah benda di dalam sistem tertutup.Kalor dipindahkan dari tubuh pada zat alir di dalam sistem tertutup, dan tidak dipindahkan keluar. Hal ini akan merubah tekanan (P), volume (V) dan suhu (T) zat alir yang dapat diamati. Secara tidak langsung besar kalor yan dimiliki tubuh dapat diketahui dari besar kalor yang diterima zat alir melalui perubahan tekanan (P), volume (V) dan suhu (T).Metode yang menggunakan konsep ini disebut dengan kalorimetri, dan alat yang digunakan untuk menerapkan metode ini disebut kalorimeter.

Hukum termodinamika menjelaskan bahwa energi dalam bentuk panas dapat dipertukarkan dari satu objek fisik ke objek fisik yang lain. Misalnya, meletakkan api di bawah panci air akan menyebabkan air memanas sebagai akibat dari gerakan molekul meningkat. Dengan cara itu, panas, atau energi termal, api, sebagian ditransmisikan ke air. Mem...