Wujud dan Teori Partikel Zat
Wujud zat dibagi dalam tiga macam, yaitu padat, cair, dan gas. Zat cair dan padat mempunyai kesamaan sifat, yaitu hanya mengalami sedikit perubahan volume apabila ditekan. Volume zat padat selalu sama bentuknya selama tidak ada pengaruh dari luar.
Sebaliknya, zat cair berada dalam keadaan seimbang ketika dipengaruhi oleh benda bentuk apapun. Zat cair dan gas mempunyai beberapa sifat yang sama. Oleh karena itu, perubahan kedua bentuk zat ini tidak saling bertentangan. Dengan perkataan lain:
Sifat zat padat : volume, dan bentuknya selalu tetap.
Zat cair akan segera mengambil bentuk didalam bejana yang ditempatinya, sedangkan gas akan segera mengisi volume yang dimilikinya. Kedua zat itu tidak bereaksi terhadap gaya yang bekerja sejajar dengan lapisan permukaannya. Oleh sebab itu, bila ada sentuhan sedikit saja, kedua lapisan yang berdampingan akan bergerak antara satu terhadap lainnya.
Sifat zat cair volumenya tetap, bentuknya berubah-ubah sesuai dengan volume, dan bentuk wadah yang ditempatinya.
Perbedaan antara zat cair dan gas adalah volume zat cair selalu tetap dan tidak dapat dimanpatkan, sedangkan zat cair yang ada di dalam bejana terbuka mempunyai permukaan yang mendatar.
1. Perubahan Wujud Zat
a. Perubahan fisika
Adalah perubahan dari suatu tingkat wujud zat ke tingkat wujud zat lainnya di mana susunan molekul zat itu tidak mengalami perubahan. Dengan perkataan lain, perubahan fisika terjadi bila identitas zat itu tidak hilang. Sebaliknya, bila terjadi perubahan, yakni terjadi zat baru dengan sifat-sifat yang juga baru, perubahan seperti itu disebut perubahan kimia. Ilmu yang mempelajari perubahan zat secara fisika ini disebut ilmu fisika (ilmu alam).
Beberapa contoh perubahan fisika adalah es berubah menjadi air (mencair), air berubah menjadi es (membeku), air berubah menjadi uap air (menguap), dan gula larut dalam air. Air, es, dan uap air adalah zat yang sama jenisnya, tetapi berlawanan wujudnya.
Perubahan wujud dari cair menjadi padat disebut membeku, sebaliknya, dari padat menjadi cair disebut melebur. Perubahan wujud zat dari cair ke uap disebut menguap dan dari uap air ke air disebut mengembun.Penguapan yang terjadi di seluruh zat cair berarti zat cair itu larut ke dalam air, meskipun wujudnya tidak tampak lagi. Misalnya, gula, semula gula adalah zat padat, kemudian larut dalam air. Meskipun gula tidak tampak lagi, tetapi sifatnya tidak berubah, sehingga ketika kamu mencicipi air itu pasti terasa manis. Dengan demikian, di dalam perubahan wujud zat (melarut) terjadi perubahan yang panjang, pemuaian volume, dan zat yang dipanaskan.
b. Perubahan kimia
Adalah perubahan zat yang mengakibatkan terbentuknya zat jenis baru. Ilmu pengetahuan yang mempelajari perubahan kimia disebut ilmu kimia. Contoh perubahan kimia adalah kayu terbakar dan air susu yang menjadi asam. Perubahan ini terjadi karena terbentuknya zat baru. Misalnya, besi menjadi berkarat, pelapukan kayu, pernapasan, peruraian, persenyawaan, dan asimilasi.
2. Teori Partikel Zat
Salah seorang ahli teori fisika yang tertarik terhadap partikel zat adalali Johannes Frederick van der Waals (1837-1923). Van der Waals terkenal karena penelitiannya tentang sifat zat cair dan gas. Ia juga mempelajari teori termodinamika, teori kapiler, teori kinetika gas, dan kontinuitas unsur-unsur bersifat gas dan cair.
Hasil penelitian Van der Waals dirumuskan dalam bentuk teori, yaitu:
a. Susunan benda terdiri dari molekul-molekul. Molekul adalah bagian dari zat terkecil yang masih mempunyai sifat zat tersebut. Sedemikian kecilnya, sehingga kita tidak dapat melihat, dengan bantuan mikroskop optik yang paling baik sekalipun. Garis tengah molekul hidrogen kira-kira 1,4 mikron, sedangkan 1 mikron kira-kira 0,001 milimeter. Dengan demikian, garis tengah molekul hidrogen kira-kira 0,000004 mm.
b. Molekul saling tarik menarik. Gaya tarik-menarik di antara molekul sejenis disebut kohesi, sedangkan yang tak sejenis disebut adhesi. Gaya kohesi antar molekul benda dapat lebih besar dari pada benda cair dan gas.
c. Molekul yang satu dipindahkan dari molekul lainnya oleh mata ruang kecil yang disebut ruang intermolekul. Pada benda padat, letak molekul satu sama lain lebih berdekatan daripada benda cair, sedangkan pada gas berjauhan. Sebagaimana molekul, ruang intermolekul pun tidak dapat dilihat. Bila zat padat larut dalam zat cair, sebagian ruang intermolekul pun turut larut oleh zat yang dilarutkan.
d. Molekul-molekul selalu bergerak atau bergetar. Pada benda padat, molekul- molekul hanya bergetar dalam satu kedudukan yang seimbang. Pada zat cair lebih bebas, sedangkan pada gas senantiasa berbenturan satu sama lain. Benturan ini disebabkan oleh zat yang mempunyai tekanan. Bila volume gas diperkecil.jumlah benturannya semakin besar sehingga tekanannya pun bertambah. Demikian pula bila dipanaskan, geraknya semakin bertambah besar sehingga jarak antar molekul juga bertambah besar. Itulah sebabnya, benda padat dapat memuai dan mencair.
Selain teori molekul yang dikemukakan oleh Van der Waals, ada juga teori atom yang dikemukakan oleh John Dalton (1766-1844). Dalton adalah ahli fisika dan kimia berkebangsaan Inggris yang telah berhasil mengadakan eksprimen dan merumuskannya dalam bentuk teori atom (1803). Isi teori yang berkaitan erat dengan zat ini adalah:
a. Atom adalah partikel terkecil dari unsur yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Secara kimia kata atom ini berasal dari atomas (bahasa Yunani) yang berarti tidak dapat dibagi-bagi. Pengertian atom sebagai bagian terkecil dari suatu zat telah dikenal oleh para ahli filsafat Yunani kuno, antara lain Leucipus (500 SM) dan Demokritus.
Selain Dalton, ilmuwan lain yang juga mengkaji teori atom adalah Gay Lussac dan Avogadro.
b. Tiap unsur terdiri dari atom-atom yang sama dan sifatnya juga sama.
c. Atom-atom biasanya berkelompok membentuk kesatuan yang disebut molekul, yaitu bagian terkecil yang masih mempunyai sifat-sifat yang sama dengan zat induk dan dapat diuraikan ke dalam bentuk atom. Misalnya, atom oksigen (02 ), hidrogen (H2), dan nitrogen yang selalu berpasangan membentuk molekul. Ada pula unsur yang molekulnya terdiri dari dua atom atau lebih. Misalnya, belerang (molekulnya terdiri dari 8 atom) dan fosfor (molekulnya terdiri dan 4 atom). Molekul suatu unsur selalu terdiri dari atom-atom yang sama.
3. Perubahan Fisika
Teori molekul selain menguraikan masalah atom juga menjelaskan perubahan fisika, tetapi tidak menjelaskan perubahan kimia. Isi perubahan fisika adalah:
a. Zat padat yang mempunyai bentuk tetap, molekul-molekulnya sangat berdekatan. Gaya tarik-menarik antar molekul-molekul tersebut sangat besar sehingga tidak mudah dicerai beraikan.
b. Zat cair mempunyai volume yang tetap, tetapi bentuknya berubah-ubah. Perubahan ini disebabkan oleh letak molekul yang tidak berdekatan seperti halnya benda padat.
Dengan demikian, diantara molekul-molekul itu masih ada sedikit gaya tarik-menarik. Oleh sebab itu, molekul zat cair dapat berpindah-pindah meskipun tidak mudah meninggalkan kelompoknya.
c. Pada gas jarak antara molekul-molekul sangat berjauhan, sehingga gaya tarik-menarik antar molekul sangat kecil, bahkan hampir tidak ada. Oleh sebab itu, gas dapat mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya. Selain itu, gas juga dapat dimampatkan dan diregangkan. Pemampatan dan perenggangan tidak bisa dilakukan oleh zat padat dan cair, karena letak molekul-molekulnya sangat berdekatan.
d. Zat akan memuai bila dipanaskan, karena molekul-molekulnya bergerak lebih cepat dan saling menjahui. Sebaliknya, zat akan menyusut bila didinginkan, karena molekul- molekulnya bergerak lebih lambat dan saling mendekati.
e. Bila sudah mencapai titik lebur, zat padat yang terus-menerus dipanaskan akan melebur, karena molekul-molekulnya bergetar.
f. Meniskus air dalam pipa gelas berbentuk cekung, karena adanya gaya adhesi antara molekul-molekul. Gaya adhesi antara molekul air dan gelas lebih besar daripada kohesi antara molekul air itu sendiri.
4. Kohesi dan Adhesi
Pernahkah kamu melihat air diatas daun talas?Bagaimana bentuk butir air itu?Apakah permukaan daun talas basah? Sekarang tumpahkan sedikit air ke atas meja. Apa yang terjadi pada air di atas meja tersebut?Apakah bentuk butir air sama dengan bentuk air di atas daun talas?
Bentuk butir air pada daun talas berbentuk bola dan tidak membasahi permukaan daunnya. Sedangkan air yang ditumpahkan ke atas meja bentuknya melebar dan membasahi permukaan meja. Mengapa terjadi demikian?Diantara partikel partikel zat yang sejenis terjadi gaya tarik menarik yang disebut kohesi. Sebaliknya gaya tarik antara partikel-partikel zat yang berbeda dinamakan adhesi.
Bentuk butir air di atas daun talas berbentuk bola dikarenakan gaya tarik menarik antara partikel air dengan partikel air lebih besar dibandingkan gaya tarik menarik antara partikel air dengan partikel daun talas. Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa gaya kohesi air lebih besar dibandingkan dengan gaya adhesi air dengan daun talas.
Bentuk butir air di permukaan meja bentuknya melebar dikarenakan gaya tarik menarik antara air dengan meja lebih besar dibandingkan gaya tarik menarik antara air dengan air. Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa gaya adhesi air dan meja lebih besar dibandingkan dengan gaya kohesi air.
5. Meniskus Cembung dan Meniskus Cekung
Gaya kohesi dan gaya adhesi dapat menyebabkan permukaan air di dalam tabung permukaannya tidak rata Untuk memahami kejadian tersebut, kamu dapat melakukan kegiatan dengan cara memasukkan air dan air raksa ke dalam dua tabung yang berbeda. Perhatikan, apakah bentuk kedua permukaan air pada tabung tersebut sama? Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa permukaan zat cair yang menempel pada kaca tabung sedikit melengkung. Kelengkungan permukaan zat cair dalam tabung itu disebut meniskus.
Permukaan air di dalam tabung reaksi yang diisi raksa berbentuk cembung dan disebut meniskus cembung. Sedangkan permukaan air dalam tabung reaksi yang diisi air berbentuk cekung dan disebut meniskus cekung.
6. Kapilaritas
Kapilaritas adalah peristiwa meresapnya air atau zat cair lainnya melalui celah-celah kecil.
Gejala kapilaritas terjadi, karena antara gelas dan air ada gaya adhesi yang lebih besar daripada kohesi antara molekul-molekul air, sedangkan adhesi antara gelas dan air lebih kecil daripada kohesi antara molekul-molekul gelas.
Contah gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari adalah pengisapan air didalam bunga karang, kayu, kertas isap, dinding rumah pada musim hujan, dan naiknya minyak tanah dalam lampu teplok. Kertas koran yang dimasukkan sebagian ke dalam air mengakibatkan sebagiannya lagi yang ada diluar air, akan menjadi basah, karena air naik melalui saluran-saluran lembut di dalam serat kertas.
Pada tumbuhan, gejala kapiler mempunyai peranan penting dalam proses pengangkutan air. Air masuk melalui akar dan naik ke bagian atas tanaman melalui proses kapilaritas dalam serabut akar dan batang.
