Wujud-wujud zat (Berdasarkan sifat mikroskopis)

Pengantar

Tadi pagi waktu mau mandi, Mr.ozan berpikir seperti ini… seandainya air bentuknya padat seperti batu, waduh kepalaku pasti benjol-benjol. Tiap hari harus ganti gayung mandi, soalnya gayung pada pecah semua… Waktu mau minum air, gurumuda membayangkan seandainya bentuk air padat seperti batu, wah tiap hari harus bolak balik ke rumah sakit. Mulut bisa robek, apalagi usus… sebaliknya kalau bentuk batu seperti air, semua bangunan pada mencair… Semua bagunan berubah menjadi kolam renang. he2… Aneh ya, mengapa batu bentuknya padat, air bentuknya cair. Lebih aneh lagi udara… niup sana, niup sini bikin daun berjingkrak-jingkrak, atap rumah pada kabur semua tapi udaranya sendiri tidak kelihatan. Dirimu pernah melihat udara-kah ? pasti belum. Sama dunk, Mr.ozan juga belum pernah lihat. Dalam mimpi pun tidak pernah lihat yang namanya udara. Kehadirannya hanya bisa dirasakan… mirip2 cinta, hanya bisa dirasakan. Ihh, omong soal cinta langsung semangat. Kalau di sekolah ada mata pelajaran Cinta, pasti semuanya dapat nilai hitam Sudah hitam, tebal-tebal lagi. hiks2… Btw, mengapa udara tidak bisa kita lihat ?

Wujud-wujud zat berdasarkan sifat makroskopis

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menjumpai tiga wujud zat yang berbeda. Ada zat padat (misalnya batu, besi dkk), zat cair (air, bensin dkk) dan zat gas (udara dkk). Ketiga wujud zat tersebut bisa dibedakan berdasarkan kemampuannya dalam mempertahankan bentuk dan ukurannya (yang dimaksudkan dengan ukuran di sini adalah volume).

Zat padat biasanya mempertahankan bentuk dan volume yang tetap. Zat cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, tetapi menyesuaikan bentuknya dengan wadah yang ditempati. Misalnya air kalau kita masukkan ke dalam gelas, bentuknya berubah seperti gelas. Kalau air dimasukan ke dalam bak mandi, bentuknya berubah seperti bak mandi. Kalau dimasukan ke dalam plastik yang bocor, tumpah dong airnya… he2… Btw, volume zat cair biasanya selalu tetap. Segelas air kalau dimasukan ke dalam bak mandi ya volume air tetap segelas. Bentuk air boleh berubah, tetapi volumenya tidak pernah berubah. Perlu diketahui bahwa volume zat padat dan zat cair bisa berubah hanya jika diberikan gaya yang sangat besar.

Bagaimanakah dengan gas ? Zat gas tidak mempunyai bentuk dan volume yang tetap. Bentuk dan volume gas selalu disesuaikan dengan bentuk dan volume wadah yang ditempatinya. Misalnya kalau kita masukkan gas ke dalam ban dalam mobil, bentuk gas berubah seperti ban dalam mobil. Demikian juga dengan volumenya. Ketika berada dalam ban, gas menyebar memenuhi seluruh volume ban. Dalam hal ini volume gas berubah seperti volume ban. Kalau kita meniup balon (kita memasukkan udara ke dalam balon), bentuk dan volume udara akan berubah seperti bentuk dan volume balon.

Selain zat padat, zat cair dan zat gas, ada juga wujud keempat zat/materi, namanya plasma. Plasma tidak diulas kali ini. Tunggu tanggal mainnya Ok, kembali ke laptop.

Sejauh ini kita baru membedakan ketiga wujud zat berdasarkan sifat makroskopisnya saja (sifat makroksopis = bentuk dan ukuran zat). Tentu saja hal ini didasarkan pada hasil pengukuran dan pengamatan kita setiap hari. Pada kesempatan ini kita akan melihat perbedaan ketiga wujud zat berdasarkan sifat mikroskopisnya. Ingat ya, setiap zat terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul. Ketika kita mengatakan bentuk batu padat, kita tidak pernah tahu apa yang terjadi dengan atom atau molekul yang bergentayangan di dalam batu sehingga batu menjadi padat. Demikian juga dengan air atau udara. Ada apa gerangan dengan atom atau molekul penyusun air sehingga bentuk air kok cair, udara malah tidak kelihatan.

Btw, dengan melihat perbedaan ketiga wujud zat (padat, cair dan gas) berdasarkan sifat makroskopisnya, kita bisa mengatakan bahwa sifat/perilaku atom atau molekul penyusunnya pasti berbeda. Seperti apakah perbedaannya, mari kita oprek satu persatu…

Wujud-wujud zat berdasarkan sifat mikroskopis

Sebelum membahas perbedaan zat padat, zat cair dan zat gas berdasarkan sifat mikroskopisnya, terlebih dahulu kita bahas sebuah keanehan berikut ini.

Mari kita tinjau sebuah benda. Misalnya batu… Kalau kita perhatikan batu secara saksama, kita akan melihat bahwa setiap bagian batu tersebut saling menempel. Walaupun ditendang dan dilempar, bentuk dan ukurannya tidak pernah berubah (kecuali dikenai gaya yang sangat besar). Biasanya, semua bagian batu selalu berada dalam satu kesatuan. Mengapa bisa demikian ya ? Ayo berpikir sejenak…..

Ingat ya, di dalam batu tersebut bergentayangan atom-atom atau molekul-molekul. Sekarang coba dirimu berimajinasi… Bayangkanlah sebuah batu. Terserah batu besar atau kecil tidak masalah… Coba bayangkan batu tersebut tersusun dari potongan-potongan yang kecil. Bagi lagi potongan batu itu menjadi lebih kecil dan lebih kecil… sampai pada ukuran atom atau molekul. Bayangkan atom seperti sebuah bola yang ukurannya sangat kecil. Sedangkan molekul tuh beberapa bola yang saling menempel. Biar paham, tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan.

Jadi dalam batu itu terdapat buanyak sekali molekul atau atom yang ukurannya sangat kecil. Sudah bisa membayangkan atom-atom yang ada dalam batu ? Kalau belum bisa, coba lagi… Ayo latih imajinasimu… Untuk pintar fisika, selain butuh logika, imajinasi juga harus kuat.

Diameter satu atom khan 10^-10 m. Kalau dirimu membayangkan atom seperti sebuah bola, maka diameter bola itu = 10^-10 meter. Sangat kecil dan tidak bisa dilihat dengan mata… Hanya bisa dibayangkan. Molekul merupakan atom-atom yang saling menempel, sehingga ukuran molekul lebih besar daripada atom. Btw, molekul juga tidak bisa dilihat dengan mata…

Aneh ya, atom-atom atau molekul-molekul yang kecil-kecil itu kok bisa berada dalam satu kesatuan… Kalau atom-atom atau molekul-molekul tidak berada dalam satu kesatuan tentu saja setiap bagian batu tidak saling menempel. Kenyataannya khan setiap bagian batu saling menempel sehingga bentuk batu menjadi padat. Mengapa bisa demikian ya ? Mengapa atom-atom atau molekul-molekul tidak berpisah ?

Pasti atom-atom atau molekul-molekul itu saling tarik menarik. Kalau atom-atom atau molekul-molekul tidak saling tarik menarik, tentu saja mereka sudah terbang ke mana-mana. Setiap atom atau molekul akan mengucapkan selamat tinggal kepada temannya. Dengan demikian, serpihan-serpihan batu akan tercecer di mana-mana. Serpihan-serpihan batu pun akan tercerai berai dan akhirnya tidak bisa kita lihat. Khan serpihan batu juga tersusun dari atom atau molekul. Ukuran atom kecil sekali, jadi kalau mereka berpisah, tentu saja kita tidak bisa melihat mereka… Tapi kenyataannya tidak seperti itu. Batu khan kelihatan padat, setiap bagian batu tersebut tetap saling menempel. Dengan demikian kita bisa menyimpulkan bahwa atom-atom atau molekul-molekul penyusun benda padat pasti saling tarik menarik.

Nah, gaya tarik menarik antara atom atau molekul sebenarnya merupakan gaya elektromagnetik. Mengenai hal ini akan kita oprek dalam pokok bahasan tersendiri. Adanya gaya tarik membuat atom-atom atau molekul-molekul saling mendekati. Ketika hendak berciuman, elektron-elektron yang berada pada bagian terluar dari atom atau molekul saling tolak menolak (gaya tolak elektris). Adanya gaya tolak membuat atom-atom dan molekul-molekul bergerak mundur. Meskipun atom-atom atau molekul-molekul tersebut mundur, tetapi karena ada gaya tarik maka mereka saling mendekati lagi. Demikian seterusnya… istilah kerennya, atom-atom atau molekul-molekul tersebut bergerak maju mundur (mereka bergetar), sambil mempertahankan jarak minimum antara mereka. Ingin ciuman tidak bisa, ingin kabur juga tidak bisa. Hubungan tanpa status mending putus saja… hiks2…

Catatan :

Dalam atom ada elektron (bermuatan negatif) dan inti atom. Inti atom terdiri dari proton (bermuatan positif) dan neutron (tidak bermuatan alias netral). Elektron bergerak mengelilingi inti atom. Mirip seperti planet-planet yang bergerak mengelilingi matahari. Jadi elektron tuh seperti planet dan inti atom tuh seperti matahari. Nah, posisi elektron-elektron ada di sebelah luar, sedangkan inti ada di bagian tengah alias pusat atom. Ok, kembali ke laptop…

Perbedaan zat padat, cair dan gas berdasarkan sifat mikroskopis sebenarnya terletak pada kuat dan lemahnya gaya tarik antara atom atau molekul penyusun ketiga zat tersebut.

Zat padat

Pada zat padat, gaya tarik antara atom atau molekul sangat kuat sehingga atom atau molekul penyusun zat padat selalu berada pada posisi yang tetap. Atom atau molekul pada zat padat bergerak maju mundur (bergetar), tetapi mereka selalu bergetar pada posisi yang sama.

Kuatnya gaya tarik antara atom atau molekul penyusun zat padat ini yang menjadi alasan, mengapa bentuk dan volume zat padat selalu tetap. Walaupun dirimu melempar batu atau besi, misalnya, bentuk batu atau besi sulit berubah karena gaya tarik antara atom atau molekul sangat kuat. Ketika dirimu memasukan batu atau besi ke dalam ember atau ke dalam bak mandi, volume batu atau besi tidak pernah berubah. Jadi gaya tarik yang kuat antara atom atau molekul penyusun zat padat ini yang membuat mereka tetap berada dalam satu kesatuan (tetap ngumpul) dan bentuknya kelihatan padat.

Secara garis besar, posisi atom atau molekul penyusun zat padat kira-kira seperti gambar di bawah (dikenal juga dengan julukan kisi kristal). Gambar ini diperbesar. Atom atau molekul tuh sangat kecil…

Zat cair

Pada zat cair, gaya tarik antara atom-atom atau molekul-molekul kurang kuat sehingga mereka cukup bebas bergerak ke sana ke mari, saling tumpang tindih satu dengan yang lain. Atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat cair memang bisa bergerak sesuka hatinya, tetapi mereka tidak bisa mengucapkan selamat tinggal kepada teman-temannya. Besarnya gaya tarik masih bisa menahan mereka untuk tidak kabur dan tercerai berai.

Ini yang menjadi alasan, mengapa bentuk zat cair bisa berubah-ubah tetapi volumenya selalu tetap. Ketika kita memasukan air ke dalam sebuah gelas, gaya tarik antara atom atau molekul penyusunnya kurang kuat sehingga mereka bisa berguling ria sesuka hatinya. Akibatnya, bentuk air pun berubah seperti bentuk gelas. Ketika kita memasukan segelas air ke dalam bak mandi, gaya tarik yang kurang kuat antara atom atau molekul membuat air bisa menyesuikan bentuknya dengan bentuk bak mandi. Btw, volume zat cair selalu tetap karena gaya tarik antara atom atau molekul masih mampu menahan mereka untuk tetap ngumpul. Segelas air kalau dimasukan ke dalam bak mandi, volume air tetap segelas. Atom-atom atau molekul-molekul penyusun air tidak tercerai berai sehingga volumenya selalu tetap.

Posisi atom atau molekul penyusun zat cair kira-kira seperti gambar di bawah (tanda panah menunjukka arah gerak).

Zat gas

Pada zat gas, gaya tarik antara atom atau molekul sangat-sangat lemah sehingga atom atau molekul tidak bisa berada dalam satu kesatuan. Mereka bergerak sesuka hati dan semau gue, karena tidak ada ikatan di antara mereka. Gaya tarik yang sangat lemah membuat atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat gas tercerai berai atau tercecer di mana-mana. Atom-atom penyusun zat gas lebih bebas dari pada teman-temannya yang membentuk zat padat atau zat cair.

Posisi atom atau molekul penyusun zat gas kira-kira seperti gambar di bawah

Gaya tarik yang sangat lemah merupakan alasan mengapa bentuk dan volume zat gas bisa berubah-ubah dan mengapa udara tidak bisa dilihat dengan mata. Ukuran atom atau molekul sangat kecil sehingga jika mereka tercerai berai atau tercecer di mana-mana, maka kita tidak bisa melihat mereka. Mirip kaya pasir atau gula pasir… butir-butir pasir atau gula kalau dibiarkan tercecer di mana-mana (jarak antara setiap butir pasir jauh), maka kita sulit melihat mereka. Ukuran pasir atau gula jauh lebih besar daripada atom atau molekul sehingga walaupun tercecer, butir-butir pasir masih bisa dilihat dengan mata walaupun agak sulit. Nah, kalau atom atau molekul tuh sangat-sangat kecil. Karenanya, kalau mereka tercecer di mana-mana maka tentu saja kita tidak akan pernah melihat mereka.

Zat padat atau zat cair bisa dilihat, karena atom-atom atau molekul penyusunnya tidak tercerai berai. Besar gaya tarik pada zat padat dan zat gas masih mampu menahan mereka untuk tetap berkumpul. Gaya tarik pada zat gas sangat lemah sehingga tidak mampu menahan atom-atom atau molekul untuk tetap ngumpul. Kecilnya gaya tarik ini juga yang menjadi alasan mengapa zat gas (dan zat cair) bisa mengalir.

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

www.gurumuda.com