Wujud Zat danPerubahannya
1. Zat dan WujudnyaA. Pengertian ZatSemua benda yang terdapat di
sekitar kita merupakan zat atau materi. Misalnya batu, air, atau
balon berisi gas. Ketiga benda tersebut memiliki sifat yang sama,
yaitu menempati ruang. Jadi zat adalah sesuatu yang memiliki massa
dan menempati ruang. Menempati ruang berarti benda dapat
ditempatkan dalam suatu ruang atau wadah tertentu sedangkan massa
benda dapat diukur baik dengan perkiraan atau dengan alat tertentu
seperti neraca. Dua zat tidak dapat menempati ruang yang sama dalam
waktu bersamaan.
B. Macam-macam Wujud Zat
Contoh Zat Padat, Cair, dan Gas
Zat dibedakan menjadi tiga macam yaitu padat, cair, dan gas. Zat
padat contohnya batu, zat cair contohnya air, zat gas contohnya
udara. Zat dapat mengalami perubahan wujud, yaitu perubahan keadaan
suatu zat dari wujud padat ke cair atau sebaliknya, dari cair ke
gas atau sebaliknya, dan dari gas ke padat atau sebaliknya.
Tabel: Sifat-sifat zat padat, cair, dan gas
SifatZat padatZat cairZat gas
BentukTetapMengikuti wadahnyaMengikuti bentuk wadahnya
VolumeTetapTetapTergantung pada tempatnya
KompresibilitasTidak dapat dimampatkanSulit untuk
dimampatkanMudah dimampatkan
Massa JenisUmumnya mempunyai massa jenis besarMempunyai massa
jenis sedangMempunyai massa jenis yang sangat kecil
Kemudahan mengalirTidak mengalirDapat mengalirDapat mengalir
C. Macam-macam Perubahan Wujud Zat
Skema Perubahan Wujud
Perubahan wujud zat dapat berlangsung apabila mendapat pengaruh
panas maupun tekanan, baik dari luar maupun dari dalam zat itu
sendiri. Pengaruh panas yang diserap zat dapat mengubah wujud zat
dari padat ke cair maupun langsung ke bentuk gas, dapat juga
mengubah wujud dari cair menjadi gas. Perubahan wujud zat
digolongkan menjadi enam peristiwa sebagai berikut:1) Membeku :
Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi padat. Dalam peristiwa
ini zat melepaskan energi panas2) Mencair : Peristiwa perubahan
wujud zat dari padat menjadi cair. Dalam peristiwa ini zat
memerlukan energi panas. 3) Menguap : Peristiwa perubahan wujud
dari cair menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi
panas4) Mengembun : Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi
cair. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas5) Menyublim :
Peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa
ini zat memerlukan energi panas6) Mengkristal : Peristiwa perubahan
wujud dari gas menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan
energi panasPerubahan wujud sangat dipengaruhi oleh panas yang
menyertainya. Contoh-contoh berikut merupakan kejadian sehari-hari
yang terkait dengan hal itu.1. Pada cuaca yang panas atau sedang
berolahraga, biasanya orang banyak berkeringat terutama di bagian
telapak kaki, telapak tangan, dan ketiak. Berkeringat adalah salah
satu cara tubuh untuk mendinginkan diri. Air keringat yang
dikeluarkan dari pori-pori tubuh menguap. Agar penguapan terjadi,
air keringat harus mendapatkan panas. Energi panas diperoleh dari
kulit tubuh. Jadi, ketika air menguap dari kulit, kulit kehilangan
panas dan menjadi dingin. Jumlah air yang hilang dari proses
berkeringat ditentukan oleh jumlah pendinginan yang diperlukan
tubuh.2. Apabila kulit kita terkena cairan spritus atau bensin,
biasanya terasa dingin bersamaan dengan menguapnya cairan tersebut
dari kulit tubuh. Spirtus atau bensin cenderung menguap di udara
terbuka. Untuk menguap cairan tersebut memerlukan panas yang
diambil dari kulit tubuh. Akibatnya suhu kulit tubuh di tempat
tersebut menjadi lebih rendah, dan kita merasakan dingin di bagian
kulit itu.
D. Partikel-partikel zat
Struktur Atom Gas Cair Padat
Zat tersusun atas partikel-partikel zat yang disebut atom.
Beberapa atom bergabung membentuk sebuah molekul. Molekul adalah
bagian terkecil suatu zat yang masih memepunyai sifat zat itu.
Molekul-molekul penyusun zat tersebut selalu bergerak. Molekul pada
zat cair, padat dan gas memiliki sifat yang berbeda.
1. Zat Padat Letak molekulnya sangat berdekatan dan teratur.
Bentuknya tetap dikarenakan partikel-partikel pada zat padat saling
berdekatan, tersusun teratur dan mempunyai gaya tarik antar
partikel sangat kuat. Volumenya tetap dikarenakan partikel pada zat
padat dapat bergerak dan berputar pada kedudukannya saja. Gaya
tarik-menarik antar molekul sangat kuat sehingga gerakan molekulnya
tidak bebas. Gerakan molekulnya terbatas, yaitu hanya bergetar dan
berputar di tempat saja. Molekul-molekulnya sulit dipisahkan
sehingga membuat bentuknya selalu tetap atau tidak berubah. Contoh:
kayu, batu, besi.2. Zat Cair Letak molekulnya relatif berdekatan
bila dibandingkan dengan gas tetapi lebih jauh daripada zat padat.
Bentuknya berubah-ubah dikarenakan partikel-partikel pada zat cair
berdekatan tetapi renggang, tersusun teratur, gaya tarik antar
partikel agak lemah. Volumenya tetap dikarenakan partikel pada zat
cair mudah berpindah tetapi tidak dapat meninggalkan kelompoknya.
Gerakan molekulnya cukup bebas. Molekul dapat berpindah tempat,
tetapi tidak mudah meninggalkan kelompoknya karena masih terdapat
gaya tarik menarik. Contoh : air, minyak, oli.3. Zat Gas Bentuknya
berubah-ubah dikarenakan partikel-partikel pada zat gas berjauhan,
tersusun tidak teratur, gaya tarik antar partikel sangat lemah.
Volumenya berubah-ubah dikarenakan partikel pada zat gas dapat
bergerak bebas meninggalkan kelompoknya. Letak molekulnya sangat
berjauhan. Jarak antar molekul sangat jauh bila dibandingkan dengan
molekul itu sendiri. Molekul penyusunnya bergerak sangat bebas.
Gaya tarik menarik antar molekul hampir tidak ada. Dapat mengisi
seluruh ruangan yang ada. Contoh : UdaraBerdasarkan keadaan
partikel-partikel wujud zat di atas, kita tahu bahwa partikel zat
padat dapat bergerak. Hal ini dapat dilihat dari larutnya gula
dalam air, partikel-partikel gula meninggalkan ikatannya dan
membaur di antara partikel-partikel zat cair sehingga air terasa
manis dan wujud padat gula tidak terlihat lagi.
E. Adhesi dan kohesi Adhesi adalah gaya tarik menarik antara
molekul-molekul zat yang tidak sejenis. Contoh: Tinta dapat
menempel di kertas Kapur / tinta dapat menempel di papan tulis
Semen dapat melekatkan batu dengan pasir Cat dapat menempel pada
tembok Kohesi adalah adalah gaya tarik-menarik antara molekul yang
sejenis. Contoh: gaya tarik menarik antara molekul kayu membentuk
kayu gaya tarik menarik antara molekuk kapur membentuk kapur batang
gaya tarik menarik antara molekul-molekul gula membentuk butiran
gula pasirF. MeniskusGaya tarik menarik antar partikel dibedakan
menjadi dua yaitu, adesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik
menarik antara molekul-molekul sejenis. Adhesi adalah gaya tarik
menarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis.
Meniskus adalah keadaan permukaan zat cair pada tabung yang
disebabkan oleh adanya gaya kohesi atau adhesi partikel zat cair
dan dinding kaca tabung.
(1) Meniskus cekung, terjadi jika gaya kohesi antar partikel zat
cair lebih kecil dari pada gaya adhesi antar partikel zat cair
dengan dinding tabung. (2) Meniskus cembung, terjadi jika gaya
kohesi antar partikel zat cair lebih besar dari pada gaya adhesi
antar partikel zat cair dengan dinding tabung.
G. Kapilaritas
Gejala Kapilaritas
Adanya adhesi dan kohesi dalam berbagai benda dapat menimbulkan
kapilaritas (gejala kapiler). Kapilaritas adalah peristiwa naik
turunnya permukaan zat cair dalam pipa atau saluran kapiler.
Akibatnya, bila pembuluh kaca dimasukkan dalam zat cair,
permukaannya menjadi tidak sama. Gejala ini disebabkan karena
adanya gaya adhesi atau kohesi antara zat cair dan dinding celah
tersebut. Zat cair yang dapat membasahi dinding kaca pipa kapiler
memiliki gaya adhesi antara pipa kapiler dengan dinding pipa
kapiler lebih besar. Sedangkan zat cair yang tidak membasahi
dinding kaca pipa kapiler memilki gaya kohesi yang lebih besar. Hal
ini akan mempengaruhi tinggi rendahnya permukaan zat cair pada pipa
kapiler. Contoh kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari: Naiknya
minyak tanah melalui sumbu kompor. Naiknya minyak tanah melalui
sumbu pada lampu temple. Baiknya air tanah sampai ke daun melalui
pembuluh tapis. Menetesnya air pada kain dalam ember yang
semampai.H. Tegangan Permukaan Tegangan permukaan merupakan
kecenderungan zat cair untuk menegang sehingga pada permukaan zat
cair seolah-olah terdapat selaput atau lapisan yang tegang,
sehingga dapat menahan benda. Hal ini terjadi karena adanya gaya
tarik menarik antara partikel zat cair (kohesi). Beberapa contoh
peristiwa tegangan permukaan diantaranya yaitu serangga air dapat
berjalan di atas permukaan air, tetesan air pada permukaan daun
talas berbentuk seperti bola, tetesan embun yang menempel di atas
rumput berbentuk seperti bola, silet dapat mengambang dipermukaan
air.Contohnya adalah air yang berbentuk bulat di atas daun talas,
silet yang mengambang di atas air.
I. Massa jenis
Massa jenis suatu zat adalah bilangan yang menyatakan zat itu
tiap satuan volumenya. Berikut ini data massa jenis dari beberapa
benda.
Massa jenis benda yang dinyatakan dalam tabel di atas merupakan
massa jenis benda pada suhu 0o C dan tekanan 1atm (atmosfir =
atm)Massa jenis udara dan zat cairMassa jenis fluida berbeda dengan
massa jenis zat padat. Besi atau kayu memiliki kerapatan yang sama
pada setiap bagiannya. Berbeda dengan fluida, misalnya udara atau
air. Makin tinggi udara dari permukaan permukaan laut, massa jenis
udara semakin kecil. Hal ini disebabkan karena gaya gravitasi
berkurang terhadap ketinggian. Semakin ke atas, gaya gravitasi
semakin kecil sehingga jumlah udara yang ditarik juga berkurang.
Jumlah udara di dekat permukaan laut lebih banyak dibandingkan
jumlah udara di puncak gunung. Dalam suatu ruang atau volume yang
sama, udara yang berada di dekat laut mempunyai massa yang lebih
besar sehingga massa jenisnya juga lebih besar. Sebaliknya udara
yang berada di puncak gunung mempunyai massa lebih kecil sehingga
massa jenis udara juga lebih kecil. Semakin jauh dari permukaan
laut, massa jenis udara semakin kecil.
2. Pemuaian
a. Pemuaian Zat Padat
Pada umumnya benda atau zat padat akan memuai atau mengembang
bila dipanaskan dan menyusut bila di- dinginkan. Pemuaian dan
penyusutan itu terjadi pada semua bagian benda, yaitu panjang,
lebar, dan tebal benda tersebut.Bila benda padat (misalnya logam)
dipanaskan maka suhunya akan naik. Pada suhu yang tinggi atom-atom
dan molekul-molekul penyusun logam tersebut akan bergetar lebih
cepat dari biasanya sehingga mengakibatkan logam tersebut akan
memuai ke segala arah. Pemuaian ini menyebabkan volume logam
bertambah besar dan kerapatannya menjadi berkurang.Dalam
menjalankan tugasnya, para ahli konstruksi dan disain bangunan,
jembatan, dan jalan raya harus memperhatikan sifat pemuaian dan
penyusutan bahan karena perubahan suhu. Jembatan umumnya dibuat
dari besi baja yang saling disambungkan satu dengan lainnya. Untuk
itu agar sambungan besi baja tidak melengkung, karena memuai akibat
terik panas matahari atau menyusut di malam hari, maka
sambungan-sambungan besi baja tidak boleh dipasang saling rapat
satu dengan lainnya. Harus ada rongga yang cukup di antara
sambungan-sambungan itu (lihat Gambar).Besi baja pada jembatan
jalan raya harus dipasang berongga untuk mengatasi pemuaian dan
penyusutan besi karena perubahan suhu.
Seperti halnya sambungan logam pada jembatan, besi- besi rel
kereta api harus dipasang saling berongga untuk mencegah terjadinya
kecelakaan kereta api yang disebabkan rel kereta api melengkung
(lihat Gambar).pada siang hari (panas)
Pada malam hari (dingin)Rel kereta api melengkung akibat
pemuaian besi selama musim kemarau.
1) Pemuaian PanjangPemuaian linier atau pemuaian panjang adalah
pemuaian yang terjadi pada satu dimensi benda, misal pemuaian yang
terjadi pada panjang suatu benda. Pemuaian panjang adalah
pertambahan panjang benda akibat pengaruh suhu (1 dimensi). Coba
amati kabel listrik yang terlihat lebih kendor di siang hari jika
dibandingkan pada pagi hari, itulah contoh dari pemuaian panjang.
Besarnya pemuaian zat tergantung pada konstan muai panjang zat dan
nilai konstanta tersebut akan berbeda-beda untuk tiap zatnya. Alat
yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis
zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda
dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan
tergantung dari jenis benda.Jenis logamKoefisien muai panjang ()
(/C0)
Kaca biasa0.000009
Kaca Pyrex0.000003
Alumium0.000026
Kuningan 0.000019
Baja0.000011
Tembaga 0.000017
2) Pemuaian Luas dan Volume
Jika suatu benda berbentuk lempengan dipanaskan maka pemuaian
terjadi pada kedua arah sisi-sisinya. Pemuaian semacam ini disebut
pemuaian luas. Pemasangan pelat-pelat logam selalu memperhatikan
terjadinya pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai
sebesar dua kali koefisien muai panjang. Berdasarkan data,
lempengan baja memiliki koefisien muai luas sebesar
0,000022/Co.
Bagaimanakah pemuaian yang dialami oleh kelereng dan balok besi
bila kedua benda tersebut dipanaskan? Benda-benda yang berdimensi
tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi), akan mengalami muai
ruang bila dipanaskan. Pemuaian ruang memiliki koefisien muai tiga
kali koefisien muai panjang. Balok baja bila dipanaskan akan memuai
dengan koefisien muai sebesar 0,000033/Co.
Pernahkah kamu menjumpai daun pintu tidak dapat ditutupkan pada
bingkai pintunya? Kaca jendela tidak dapat masuk ke dalam
bingkainya? Hal itu terjadi karena pemasangan daun pintu dan kaca
jendela terlalu rapat dengan bingkainya, sehingga ketika terjadi
pemuaian atau penyusutan tidak tersedia lagi rongga yang cukup.
Pemasangan daun pintu dan jendela harus diberi rongga.
b. Pemuaian Zat cairPada zat cair hanya dikenal ukuran volume,
karena itu pada zat cair hanya dikenal muai volume.Makin tinggi
kenaikan suhu, makin besar penambahan volume zat cair. Pemuaian zat
cair yang satu dengan yang lain umumnya berbeda, meskipun volume
zat cair mula-mula sama. Untuk seluruh zat cair pemuaian makin
besar jika kenaikan suhu bertambah besar.Pemuaian zat cair dapat
dimanfaatkan dalam penggunaan termometer zat cair, biasanya zat
cair yang digunakan adalah raksa atau alkohol. Sifat naik atau
turunnya zat cair dalam pipa kapiler sebagai akibat pemuaian zat
cair inilah yang digunakan untuk mengukur suhu. Permukaan zat cair
naik sepanjang pipa kapiler dan berhenti pada posisi tertentu yang
sesuai dengan suhu benda. Suhu yang terukur dinyatakan oleh skala
yang berimpit dengan permukaan zat cair pada pipa kapiler
tersebut.Pemuaian yang terjadi pada zat cair adalah muai volume.
Air yang keluar dari bejana merupakan indikasi perbedaan pemuaian
yang berbeda antara zat padat dan zat cair. Air yang tertumpah dari
bejana menandakan pemuaian zat cair yang lebih besar dari muai zat
padat, dalam hal ini adalah bejananya.Di bawah ini adalah tabel
koefisien muai volume beberapa zat cair.Tabel Koefisien Muai Volume
Zat Cair
c. Pemuaian GasGas juga megalamai pemuaian layaknya pada
pemuaian zat cair dan zat padat. Khusus untuk pemuaian zat ini agak
berbeda dengan pemuaian zat padat dan pemuaian zat cair. Ada satu
variabel yang sangat menentukan pemuaia zat gas yaitu tekanan.
Balon yang kepanasan tiba-tiba meletus, itu salah satu contoh
sederhana pemuaian gas.
Gambar : Balon udara merupakan salah satu contoh penerapan muai
gasAlat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas
disebutdilatometer. Salah satu perbedaan antara zat gas dengan zat
padat dancair adalah volume zat gas dapat diubah-ubah dengan mudah.
Misal,sebuah tabung gas elpiji. Di dalam tabung gas tentu akan
mengadakantekanan pada dinding tabung. Tekanan ini disebabkan oleh
gerakanpartikel gas.Gas akan mengalami pemuaianapabila dipanaskan.
Peristiwa pemuaian pada zat gas mudah diamatidaripada pemuaian pada
zat padat. Pemuaian pada zat gas ditunjukkanoleh
gelembung-gelembung udara yang keluar dari dalam pipa kapileryang
ada pada labu didih.
JenisPemuaian ZatContohPemuaian Zat
PemuaianZat padat1. Rel Kereta Api yang bengkok karena panas2.
Kabel listrik/telepon yang lebih kendur ketika siang hari3. Bimetal
pada alat-alat listrik seperti pada setrika yang akan mati sendiri
ketika sudah terlalu panas.4. Pemuaian pada kaca rumah.5. Mengeling
Pelat Logam Umumnya dilakukanpada pembuatan container dan badan
kapal besar.6. Pemasangan Ban Baja pada Roda LokomotifDilakukan
dengan cara memanaskan ban baja hingga memuai kemudian dipasangkan
pada poros roda,setelah dingin akan menyusut dan mengikatkuat.
PemuaianZat Cair1. Termometer Memanfaatkan pemuaian zat
cair(raksa atau alkohol) pada tabung thermometer.2. Air dalam panci
akan meluap ketikadipanaskan. (selain dipengaruhi oleh konveksi
kalor peristiwa ini juga dipengaruhi oleh pemuaian air)
Pemuaian(zat) Gas1. Balon yang meletus terkena panas.2. Roda
kendaraan yang meletus terkena panas
