Wujud Zat dan Perubahannya - Wasis

Dari Crayonpedia

Langsung ke: navigasi, cari




Daftar isi

Wujud Zat dan Perubahannya

Kamu mungkin mempunyai pengalaman pada waktu membeli es batu dan es itu sedang mencair. Saat terjadi perubahan dari wujud padat ke cair, semua bahan menyerap kalor. Bagaimana kalor berperan dalam proses ini? Kamu akan menemukan jawabannya dalam bab ini, saat mempelajari wujud zat dan cara-cara perubahan dari satu wujud ke wujud yang lain.

A. Wujud Zat

Semua zat menempati ruang, mempunyai massa, dan dapat berada dalam wujud yang berbeda. Pada dasarnya ada tiga wujud zat: padat, cair, dan gas. Wujud dari suatu zat tergantung pada suhunya. Perhatikan Gambar 3.1, senyawa H2O pada suhu kamar berupa air (wujud cair), pada suhu rendah berupa es (wujud padat), dan pada suhu tinggi berubah menjadi uap (wujud gas). Setiap wujud zat mempunyai sifat-sifat khusus yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi zat tersebut, sebagaimana yang akan kamu pelajari.
Padat
Bolpoin, pensil, spidol, dan batuan, seperti yang ditunjukkan Gambar 3.2, termasuk zat padat. Setiap zat padat mempunyai bentuk dan volume yang tetap. Sebagai contoh, pensilmu tetap berbentuk pensil meskipun ada pada tanganmu atau dimasukkan ke dalam gelas. Karena tidak ada tekanan yang dapat memampatkan pensil hingga menempati ruang yang lebih kecil, maka pensil itu memiliki volume tetap.
Apakah yang menjadi penyebab zat padat bentuk dan volumenya tetap? Perlu diketahui, bahwa partikel-partikel.
kecil yang menyusun semua zat senantiasa bergerak secara terus-menerus. Gagasan ini disebut teori kinetik zat. Partikel-partikel zat padat saling berdekatan dan terikat kuat oleh gaya antar partikel-partikel itu. Hal ini menyebabkan volume zat padat tidak dapat dimampatkan menjadi lebih kecil. Partikel-partikel itu mampu menggetarkan tetangga dekatnya, namun tidak mempunyai energi yang cukup untuk keluar dari posisinya atau melepaskan diri dari ikatannya. Hal ini menjelaskan mengapa zat padat dapat mempertahankan bentuknya.
Zat Padat Kristal
Pada kebanyakan zat padat, partikel-partikelnya tertata secara teratur dan berulang. Zat padat yang demikian disebut kristal. Jenis zat padat yang berbeda, mempunyai bentuk kristal yang berbeda pula.
Zat Padat Bukan Kristal
Beberapa bahan, seperti kaca, beberapa plastik, dan beberapa jenis lilin, tampak sebagai zat padat, namun bukan kristal. Bahan-bahan tersebut disebut zat padat amorf. Kata amorf berarti “tidak mempunyai bentuk.” Banyak ilmuwan berpendapat bahwa beberapa bahan bukan kristal itu seharusnya digolongkan sebagai cairan kental.
Cair
Jika kamu memanaskan es batu di dalam gelas, maka es itu segera berubah menjadi cair, dan bentuknya sama seperti bentuk gelasnya. Zat cair mengalir dan bentuknya sama seperti bentuk wadahnya. Walaupun demikian, seperti halnya zat padat, zat cair tidak dapat dimampatkan sehingga volumenya menjadi lebih kecil. Jika kamu menekan ke bawah satu liter air dengan tanganmu, volumenya akan tetap sebesar satu liter.
Gerak Lebih Banyak
Teori kinetik zat selain menjelaskan sifat zat padat, juga menjelaskan sifat zat cair. Karena zat cair tidak dapat dimampatkan, partikel-partikelnya juga harus saling berdekatan rapat. Berbeda dengan zat padat, partikel-partikel zat cair mempunyai energi yang cukup untuk berpindah atau mengembara. Gerak partikel-partikel ini menyebabkan zat cair mengalir dan mengambil bentuk seperti wadahnya.
Karena partikel-partikel zat cair saling berdekatan rapat, hampir serapat partikel-partikel zat padat, zat cair juga mempunyai volume yang tetap. Jika kamu menuang 1 liter minyak goreng ke dalam botol 2 liter, minyak goreng itu tidak akan menyebar memenuhi isi botol tersebut. Demikian juga, kamu tidak dapat memaksa 1 liter minyak goreng ke dalam sebuah wadah setengah liter. Dua bejana (gelas ukur) pada Gambar 3.6 berisi zat cair dengan volume sama.
Gas
Kamu mungkin pernah memompa udara ke dalam bola voli, ban sepeda, atau meniup balon dan memperhatikan bahwa udara mengambil bentuk sama dengan bentuk benda itu. Gas dapat memuai atau menyusut mengisi ruang yang tersedia dan dapat dimampatkan ke tempat yang lebih kecil. Gas mempunyai bentuk dan volume yang tidak tetap. Menurut teori kinetik zat, partikelpartikel gas mempunyai energi yang cukup untuk memisahkan diri dari partikelpartikel lainnya. Oleh karena itu, partikelpartikel tersebut bebas bergerak ke segala arah sampai gas menyebar merata ke seluruh wadahnya. Karena partikel-partikel gas tidak saling berdekatan rapat, maka partikel-partikel itu dapat juga dimampatkan ke dalam ruangan yang lebih kecil.

B. Massa Jenis

Kamu tentu pernah minum air es atau es teh. Perhatikan, mengapa es batu selalu mengapung dalam air? Pernahkah kamu mencampur air dan minyak tanah? Mengapa minyak tanah selalu berada di atas air? Semua logam tenggelam di air, tetapi kayu atau gabus terapung di air. Apa yang menyebabkan semua ini?

C. Pemuaian

Tahukah kamu, mengapa di siang hari yang panas aspal jalan raya dapat retak? Sambungan rel kereta api harus dibuat renggang? Besi-besi penghubung pada jembatanpun harus dibuat renggang? Hal itu sangat berkaitan dengan sifat pemuaian dan penyusutan zat. Peristiwa pemuaian dan penyusutan terjadi pada zat padat, zat cair, dan gas. Untuk itu pada subbab ini kamu akan mempelajari tentang sifat pemuaian dan penyusutan yang terjadi pada ketiga macam zat tersebut dan juga bagaimana penerapan sifat pemuaian itu pada zat -zat tersebut.
Pemuaian Zat Padat
Pada umumnya benda atau zat padat akan memuai atau mengembang bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan. 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.
Seperti halnya sambungan logam pada jembatan, besibesi rel kereta api harus dipasang saling berongga untuk mencegah terjadinya kecelakaan kereta api yang disebabkan rel kereta api melengkung.
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 dalam Tabel 3.2, 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.
Pemuaian Zat Cair
Sebagaimana zat padat, zat cair juga memuai bila dipanaskan. Bahkan pemuaian zat cair relatif lebih mudah atau lebih cepat teramati dibandingkan zat padat. Pembuatan termometer memanfaatkan sifat pemuaian air. Mengapa cairan alkohol dan raksa dipilih sebagai pengisi pipa kapiler dalam termometer?

D. Kalor

Energi Panas
Sebelum kamu mendiskusikan tentang kalor, sebaiknya kamu mengerti terlebih dahulu tentang energi panas. Misalnya kamu memanaskan dua benda, mur besi dan baut besi. Kedua benda itu memiliki massa yang berbeda. Mur dan baut itu terbuat dari bahan yang sama dan keduanya juga dipanaskan di dalam air yang bersuhu sama. Manakah yang memiliki energi panas lebih besar, mur ataukah baut?
Energi panas adalah energi total partikel-partikel penyusun zat. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar mempunyai energi panas yang lebih besar pula. Besi yang lebih besar memiliki massa yang lebih besar. Besi ini memiliki energi panas yang lebih besar meskipun suhunya sama dengan suhu yang dimiliki besi yang lebih kecil. Gambar 3.15 menunjukkan bahwa semangkok sop akan mendingin lebih cepat daripada sop sepanci penuh.
Pengertian Kalor
Apa yang akan terjadi jika kamu menempelkan tanganmu ke dinding yang dingin? Tanganmu akan terasa lebih dingin dan bagian dinding itu akan terasa lebih hangat. Suhu tanganmu itu mengalami penurunan, sedangkan suhu bagian dinding itu mengalami kenaikan. Energi panas mengalir dari tanganmu yang hangat ke dinding yang dingin.
Energi panas yang mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Secara alami kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi (panas) ke benda yang bersuhu lebih rendah (dingin). Kamu tidak mungkin berharap dingin apabila kamu berdiri di dekat api. Pada Gambar 3.16 kamu
tidak mungkin mengharapkan cerek memberikan energi panas ke api dan menjadikan nyala api yang lebih panas. Kalor diukur dalam satuan kalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1 Co dari 1 gram air. Akan dibutuhkan 500 kalori untuk memanaskan 500 gram air dari 20 oC menjadi 21 oC. Namun, satuan kalor dalam SI adalah joule. Satu kalori sama dengan 4,184 joule, dan sering dibulatkan menjadi 4,2 joule.
Tubuhmu mengubah beberapa makanan yang kamu makan menjadi energi panas. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kalori (kilokalori). Satu kilokalori (kkal) makanan sama dengan 1000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan karena kalori terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang kita makan.
Kalor Jenis
Pada saat kamu mencebur ke sungai atau danau di siang hari yang panas, apakah air terasa lebih dingin? Meskipun banyak energi pancaran yang dipindahkan dari matahari ke air, suhu air itu masih lebih dingin daripada suhu sekitarnya.
Apakah perubahan suhu dipengaruhi oleh jumlah energi panas? Untuk menjawab pertanyaan ini lakukan kegiatan Lab Mini 3.5. Jumlah energi panas yang diperlukan oleh 1 kg bahan untuk menaikkan suhunya sebesar 1 kelvin disebut kalor jenis. Setiap bahan memiliki kalor jenis yang berbeda. Satuan kalor jenis adalah joule per kilogram per kelvin [J/(kg.K)], atau dalam joule per kilogram per celsius derajat [J/(kg.Co)]. Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan bahwa perubahan suhu 1 kelvin sama dengan 1 celsius derajat.
Penghitungan Kalor
Perubahan energi panas (kalor yang diterima atau kalor yang diberikan) suatu benda tidak dapat diukur secara langsung, namun dapat dihitung. Kalor jenis dapat dipakai untuk penghitungan kalor tersebut. Misalnya, kamu meletakkan benda yang panas di kalorimeter. Dengan mengukur kenaikan suhu air dalam kalorimeter, kamu dapat menghitung kalor yang diterima air.
Sekarang anggap saja kamu mengambil 32 g sendok perak dari sebuah panci yang berisi air dengan suhu 60 oC dan biarkan dingin hingga mencapai suhu kamar, yaitu sekitar 27 oC. Kamu memiliki cukup informasi untuk menemukan kalor yang dikeluarkan oleh sendok dengan menggunakan persamaan di bawah ini.














Beri Penilaian

Rating : 4.2/5 (18 votes cast)


Peralatan pribadi