Gas ideal

Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.

Pada kondisi normal seperti temperatur dan tekanan standar, kebanyakan gas nyata berperilaku seperti gas ideal. Banyak gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia dan karbon dioksida dapat diperlakukan seperti gas ideal dengan perbedaan yang masih dapat ditolerir.^[1] Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan rendah,^[1] karena kerja yang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan energi kinetik partikel, dan ukuran molekul juga menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ruangan kosong antar molekul.

Model gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model gas ideal juga tak dapat dipakai pada gas-gas berat seperti refrigeran atau gas dengan gaya intermolekuler kuat, seperti uap air. Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi, gas nyata akan menjalani fase transisi menjadi liquid atau solid. Model gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan yang lebih kompleks.

Gas ideal termodinamika klasik

Karakteristik termodinamika gas ideal dapat dijelaskan dengan 2 persamaan: Persamaan keadaan gas ideal adalah hukum gas ideal

Persamaan ini diturunkan dari Hukum Boyle: (pada n dan T konstan); Hukum Charles: (pada P dan n konstan); dan Hukum Avogadro: (pada P dan T konstan). Dengan menggabungkan ketiga hukum tersebut, maka menjadi yang artinya .

Pada kondisi ideal,  ; maka, .

Energi dalam gas ideal dinyatakan dengan: :

dengan

·         tekanan

·         volume

·         jumlah substansi gas dalam mol

·         konstanta gas

·         temperatur mutlak

·         konstanta Hukum Boyle

·         konstanta proporsional, sama dengan

·         konstanta proporsional, sama dengan

·         energi dalam

·         kapasitas panas spesifik pada volume konstan, ≈ 3/2 untuk gas monoatom, 5/2 untuk gas diatom dan 3 untuk molekul lain yang lebih kompleks. Untuk mengubah dari besaran makroskopik ke mikroskopik, maka digunakan

dengan

·         adalah jumlah partikel gas

·         adalah konstanta Boltzmann (1.381×10⁻²³J·K⁻¹).

Kemungkinan distribusi partikel dari kecepatan atau energi dapat menggunakan distribusi kecepatan Maxwell.

Hukum ideal gas adalah lanjutan dari hukum gas yang ditemukan secara percobaan. Fluida nyata pada densitas rendah dan temperatur tinggi hampir mengikuti hukum gas ideal. Namun, pada temperatur rendah atau densitas tinggi, fluida nyata mengalami penyimpangan jauh dari sifat gas ideal, terutama karena terkondensasi menjadi liquid atau terdeposisi menjadi padat. Penyimpangan ini dinyatakan dalam faktor kompresibilitas.

Model gas ideal mengikuti asumsi berikut ini:

·         Molekul gas tidak dibedakan, berukuran kecil, dan berbentuk bola

·         Semua tabrakan antar gas bersifat elastis dan semua gerakannya tanpa friksi (tidak ada energi hilang pada gerakan atau tabrakan)

·         Menggunakan hukum Newton

·         Jarak rata-rata antar molekul jauh lebih besar daripada ukuran molekul

·         Molekul secara konstan bergerak pada arah acak dengan distribusi kecepatan

·         Tidak ada gaya atraktif atau repulsif antara molekul atau sekitarnya

Persamaan gas ideal

Persamaan gas ideal' adalah persamaan keadaan suatu gas ideal. Persamaan ini merupakan pendekatan yang baik untuk karakteristik beberapa gas pada kondisi tertentu. Persamaan ini pertama kali dicetuskan oleh Émile Clapeyron tahun 1834 sebagai kombinasi dari Hukum Boyle dan Hukum Charles.^[1] Persamaan ini umum dituliskan sebagai

di mana P adalah tekanan mutlak pada gas, V adalah volume, n adalah jumlah partikel pada gas (dalam mol), T adalah temperatur dalam satuan kelvin, dan R adalah konstanta gas ideal, yaitu 0,08205 L atm/mol K.

Persamaan ini juga dapat diturunkan dari teori kinetik, yang dicetuskan secara terpisah oleh August Krönig tahun 1856^[2] dan Rudolf Clausius tahun 1857.^[3] Konstanta gas universal ditemukan dan pertama kali diperkenalkan ke hukum gas ideal oleh Dmitri Mendeleev tahun 1874.^[4][5][6]

Persamaan gas ideal bermanfaat terutama dalam stoikiometri gas.

Sistem ekskresi

Sistem ekskresi adalah sistem pembuangan zat-zat sisa pada makhluk hidup seperti karbon dioksida, urea, racun dan lainnya.

1.      Sistem kemih

a.      Ginjal

Ginjal adalah organ ekskresi dalam vertebrata yang berbentuk mirip kacang. Sebagai bagian dari sistem urin, ginjal berfungsi menyaring kotoran (terutama urea) dari darah dan membuangnya bersama dengan air dalam bentuk urin. Cabang dari kedokteran yang mempelajari ginjal dan penyakitnya disebut nefrologi. Manusia memiliki sepasang ginjal yang terletak di belakang perut atau abdomen. Ginjal ini terletak di kanan dan kiri tulang belakang, di bawah hati dan limpa. Di bagian atas (superior) ginjal terdapat kelenjar adrenal (juga disebut kelenjar suprarenal).

Ginjal adalah sepasang organ saluran kemih yang terletak di rongga retroperitoneal bagian atas. Bentuknya menyerupai kacang dengan sisi cekungnya menghadap ke medial. Kedua ginjal terletak di sekitar vertebra T12 hingga L3. Ginjal kanan biasanya terletak sedikit di bawah ginjal kiri untuk memberi tempat untuk hati.

Sebagian dari bagian atas ginjal terlindungi oleh iga ke sebelas dan duabelas. Kedua ginjal dibungkus oleh dua lapisan lemak (lemak perirenal dan lemak pararenal) yang membantu meredam goncangan.

Berat dan besar ginjal bervariasi; hal ini tergantung jenis kelamin, umur, serta ada tidaknya ginjal pada sisi lain.Pada orang dewasa, rata-rata ginjal memiliki ukuran panjang sekitar 11,5 cm, lebar sekitar 6 cm dan ketebalan 3,5 cm dengan berat sekitar 120-170 gram atau kurang lebih 0,4% dari berat badan.^[1] Ginjal memiliki bentuk seperti kacang dengan lekukan yang menghadap ke dalam. Di tiap ginjal terdapat bukaan yang disebut hilus yang menghubungkan arteri renal, vena renal, dan ureter.

b.      Nefron

Nefron adalah unit fungsional terkecil dari ginjal yang terdiri atas tubulus kontortus proximal, tubulus kontortus distal dan duktus koligentes.^[1] Masing-masing ginjal manusia terdiri dari kurang lebih 1 juta nefron, masing-masing mampu membentuk urin. Ginjal tidak dapat nefron membentuk nefron baru, oleh karena itu jika ada kerusakan nefron karena trauma ginjal atau penyakit ginjal jumlah nefron akan trun bertahap. Jumlah nefron berfungsi akan menurun kira-kira 10% setiap 10 tahun. Berkurangnya fungsi ini tidak mengancam jiwa karena perubahan adaptif sisa nefron menyebabkan nefron tersebut dapat mengeluarkan air, elektrolit, dan produk sisa dalam jumlah yang tepat.^[2]

Setiap nefron terdiri dari komponen vaskuler dan komponen tubulus.

c.       Urin

Urin atau air seni atau air kencing adalah cairan sisa yang diekskresikan oleh ginjal yang kemudian akan dikeluarkan dari dalam tubuh melalui proses urinasi. Eksreksi urin diperlukan untuk membuang molekul-molekul sisa dalam darah yang disaring oleh ginjal dan untuk menjaga homeostasis cairan tubuh. Namun, ada juga beberapa spesies yang menggunakan urin sebagai sarana komunikasi olfaktori. Urin disaring di dalam ginjal, dibawa melalui ureter menuju kandung kemih, akhirnya dibuang keluar tubuh melalui uretra. Urin terdiri dari air dengan bahan terlarut berupa sisa metabolisme (seperti urea), garam terlarut, dan materi organik. Cairan dan materi pembentuk urin berasal dari darah atau cairan interstisial. Komposisi urin berubah sepanjang proses reabsorpsi ketika molekul yang penting bagi tubuh, misal glukosa, diserap kembali ke dalam tubuh melalui molekul pembawa. Cairan yang tersisa mengandung urea dalam kadar yang tinggi dan berbagai senyawa yang berlebih atau berpotensi racun yang akan dibuang keluar tubuh. Materi yang terkandung di dalam urin dapat diketahui melalui urinalisis. Urea yang dikandung oleh urin dapat menjadi sumber nitrogen yang baik untuk tumbuhan dan dapat digunakan untuk mempercepat pembentukan kompos. Diabetes adalah suatu penyakit yang dapat dideteksi melalui urin. Urin seorang penderita diabetes akan mengandung gula yang tidak akan ditemukan dalam urin orang yang sehat. Fungsi utama urin adalah untuk membuang zat sisa seperti racun atau obat-obatan dari dalam tubuh.

Anggapan umum menganggap urin sebagai zat yang "kotor". Hal ini berkaitan dengan kemungkinan urin tersebut berasal dari ginjal atau saluran kencing yang terinfeksi, sehingga urinnya pun akan mengandung bakteri. Namun jika urin berasal dari ginjal dan saluran kencing yang sehat, secara medis urin sebenarnya cukup steril dan hampir bau yang dihasilkan berasal dari urea. Sehingga bisa diakatakan bahwa urin itu merupakan zat yang steril

Urin dapat menjadi penunjuk dehidrasi. Orang yang tidak menderita dehidrasi akan mengeluarkan urin yang bening seperti air. Penderita dehidrasi akan mengeluarkan urin berwarna kuning pekat atau cokelat.

Terapi urin Amaroli adalah salah satu usaha pengobatan tradisional India, Ayurveda.

Dukun Aztec menggunakan urin untuk membasuh luka luar sebagai pencegah infeksi dan diminum untuk meredakan sakit lambung dan usus.

Bangsa Romawi Kuno menggunakan urin sebagai pemutih pakaian.

Di Siberia, orang Kroyak meminum urin orang yang telah mengonsumsi fly agaric (sejenis jamur beracun yang menyebabkan halusinasi bahkan kematian) atau sejenisnya untuk berkomunikasi dengan roh halus.

Dahulu di Jepang, urin dijual untuk dibuat menjadi pupuk.

Penggunaan urin sebagai obat telah dilakukan oleh banyak orang, di antara mereka adalah Mohandas Gandhi, Jim Morrison, dan Steve McQueen.

2.      Usus

Usus adalah bagian dari sistem pencernaan yang bermula dari lambung hingga anus . Pada usus terdiri dari dua bagian: usus kecil dan usus besar (kolon). Pada usus kecil terbagi lagi menjadi duodenum, jejunum, dan ileum, sedangkan usus besar terbagi menjadi cecum, kolon, dan rektum. ^[1] Secara makroskopis, usus halus dibagi menjadi duodenum, jejunum dan ileum yang kontinyu satu sama lain dan pada dasarnya mempunyai struktur histologis hampir sama

a.      Feses

Tinja atau feses atau dalam bahasa kasarnya disebut tahi adalah produk buangan saluran pencernaan hewan yang dikeluarkan melalui anus atau kloaka. Pada manusia, proses pembuangan kotoran dapat terjadi (bergantung pada individu dan kondisi) antara sekali setiap satu atau dua hari hingga beberapa kali dalam sehari. Pengerasan tinja atau feses dapat menyebabkan meningkatnya waktu dan menurunnya frekuensi buang air besar antara pengeluarannya atau pembuangannya disebut dengan konstipasi atau sembelit. Dan sebaliknya, bila pengerasan tinja atau feses terganggu, menyebabkan menurunnya waktu dan meningkatnya frekuensi buang air besar disebut dengan diare atau mencret.

Bau khas dari tinja atau feses disebabkan oleh aktivitas bakteri. Bakteri menghasilkan senyawa seperti indole, skatole, dan thiol (senyawa yang mengandung belerang), dan juga gas hidrogen sulfida. Asupan makanan berupa rempah-rempah dapat menambah bau khas feses atau tinja. Di pasaran juga terdapat beberapa produk komersial yang dapat mengurangi bau feses atau tinja.

Tinja atau feses baik dari hewan (lebih sering dipakai) maupun dari manusia (jarang dipakai) dapat juga digunakan sebagai pupuk kandang, sebagai sumber bahan bakar yang disebut bio gas, namun beberapa kalangan menganggap bahwa menggunakan kotoran manusia untuk pupuk atau keperluan lain adalah hal yang dianggap kurang etis.

3.      paru-paru

Paru-paru adalah organ pada sistem pernapasan (respirasi) dan berhubungan dengan sistem peredaran darah (sirkulasi) vertebrata yang bernapas dengan udara. Fungsinya adalah menukar oksigen dari udara dengan karbon dioksida dari darah. Prosesnya disebut "pernapasan eksternal" atau bernapas. Paru-paru juga mempunyai fungsi nonrespirasi. Istilah kedokteran yang berhubungan dengan paru-paru sering mulai di pulmo-, dari kata Latin pulmones untuk paru-paru.

Karbon dioksida

Karbon dioksida (rumus kimia: CO₂) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi. Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm berdasarkan volume ^[1] walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena ia menyerap gelombang inframerah dengan kuat.

Karbon dioksida dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi dan digunakan oleh tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbon dioksida merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga dihasilkan dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geotermal lainnya seperti pada mata air panas.

Karbon dioksida tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya disebut sebagai es kering.

CO₂ adalah oksida asam. Larutan CO₂ mengubah warna lakmus dari biru menjadi merah muda.

4.      Kulit

Kulit manusia terdiri atas epidermis, dermis, dan hipodermis. Kulit berfungsi sebagai alat ekskresi karena adanya kelenjar keringat (kelenjar sudorifera) yang terletak di lapisan dermis.

Keringat

Keringat adalah air yang dikeluarkan oleh kelenjar keringat pada kulit mamalia. Kandungan utama dalam keringat adalah natrium klorida (bahan utama garam dapur) selain bahan lain (yang mengeluarkan aroma) seperti 2-metilfenol (o-kresol) dan 4-metilfenol (p-kresol).

Pada manusia, keringat dikeluarkan untuk mengatur suhu tubuh, walaupun ada yang beranggapan bahwa komponen dari keringat laki-laki dapat berfungsi sebagai feromon^[1].

Penguapan keringat dari permukaan kulit memiliki efek pendinginan karena panas laten penguapan air yang mengambil panas dari kulit. Oleh karena itu, pada cuaca panas, atau ketika otot memanas karena bekerja keras, keringat dihasilkan. Keringat meningkat dalam keadaan gugup dan mual, serta menurun dalam keadaan demam. Hewan-hewan yang memiliki sedikit kelenjar keringat, seperti anjing, menurunkan temperatur tubuh dengan membuka mulutnya sambul menjulurkan lidah (terengah-engah), sehingga air menguap dari rongga mulut dan faringnya. Hewan primata dan kuda, memiliki kelenjar keringat di ketiak seperti pada manusia.

5.      Hati

Hati (bahasa Yunani: ἡπαρ, hēpar) merupakan kelenjar terbesar di dalam tubuh, terletak dalam rongga perut sebelah kanan, tepatnya di bawah diafragma. Berdasarkan fungsinya, hati juga termasuk sebagai alat ekskresi. Hal ini dikarenakan hati membantu fungsi ginjal dengan cara memecah beberapa senyawa yang bersifat racun dan menghasilkan amonia, urea, dan asam urat dengan memanfaatkan nitrogen dari asam amino. Proses pemecahan senyawa racun oleh hati disebut proses detoksifikasi.

Lobus hati terbentuk dari sel parenkimal dan sel non-parenkimal.^[2] Sel parenkimal pada hati disebut hepatosit, menempati sekitar 80% volume hati dan melakukan berbagai fungsi utama hati. 40% sel hati terdapat pada lobus sinusoidal. Hepatosit merupakan sel endodermal yang terstimulasi oleh jaringan mesenkimal secara terus-menerus pada saat embrio hingga berkembang menjadi sel parenkimal.^[3] Selama masa tersebut, terjadi peningkatan transkripsi mRNA albumin sebagai stimulan proliferasi dan diferensiasi sel endodermal menjadi hepatosit.^[4]

Lumen lobus terbentuk dari SEC dan ditempati oleh 3 jenis sel lain, seperti sel Kupffer, sel Ito, limfosit intrahepatik seperti sel pit. Sel non-parenkimal menempati sekitar 6,5% volume hati dan memproduksi berbagai substansi yang mengendalikan banyak fungsi hepatosit.

Filtrasi merupakan salah satu fungsi lumen lobus sinusoidal yang memisahkan permukaan hepatosit dari darah, SEC memiliki kapasitas endositosis yang sangat besar dengan berbagai ligan seperti glikoprotein, kompleks imun, transferin dan seruloplasmin. SEC juga berfungsi sebagai sel presenter antigen yang menyediakan ekspresi MHC I dan MHC II bagi sel T. Sekresi yang terjadi meliputi berbagai sitokina, eikosanoid seperti prostanoid dan leukotriena, endotelin-1, nitrogen monoksida dan beberapa komponen ECM.

Sel Ito berada pada jaringan perisinusoidal, merupakan sel dengan banyak vesikel lemak di dalam sitoplasma yang mengikat SEC sangat kuat hingga memberikan lapisan ganda pada lumen lobus sinusoidal. Saat hati berada pada kondisi normal, sel Ito menyimpan vitamin A guna mengendalikan kelenturan matriks ekstraselular yang dibentuk dengan SEC, yang juga merupakan kelenturan dari lumen sinusoid.

Sel Kupffer berada pada jaringan intrasinusoidal, merupakan makrofaga dengan kemampuan endositik dan fagositik yang mencengangkan. Sel Kupffer sehari-hari berinteraksi dengan material yang berasal saluran pencernaan yang mengandung larutan bakterial, dan mencegah aktivasi efek toksin senyawa tersebut ke dalam hati. Paparan larutan bakterial yang tinggi, terutama paparan LPS, membuat sel Kupffer melakukan sekresi berbagai sitokina yang memicu proses peradangan dan dapat mengakibatkan cedera pada hati. Sekresi antara lain meliputi spesi oksigen reaktif, eikosanoid, nitrogen monoksida, karbon monoksida, TNF-α, IL-10, sebagai respon kekebalan turunan dalam fase infeksi primer.

Sel pit merupakan limfosit dengan granula besar, seperti sel NK yang bermukim di hati. Sel pit dapat menginduksi kematian seketika pada sel tumor tanpa bergantung pada ekspresi antigen pada kompleks histokompatibilitas utama. Aktivitas sel pit dapat ditingkatkan dengan stimulasi interferon-γ.

Selain itu, pada hati masih terdapat sel T-γδ, sel T-αβ dan sel NKT.

6.      Sistem tubulus Malphigi (sistem ekskresi serangga)