Materi Wujud‐wujud zat (berdasarkan sifat mikroskopis)
Dalam kehidupan sehari‐hari, kita sering menjumpai tiga wujud zat yang berbeda. Ada zat padat (misalnya batu, besi dll), zat cair (air, bensin dll) dan zat gas (udara dll). Ketiga wujud zat tersebut dapat 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… hehe… Volume zat cair biasanya selalu tetap. Segelas air kalau dimasukan ke dalam bak mandi maka volume air tetap segelas. Bentuk air dapat berubah, tetapi volumenya tidak pernah berubah. Perlu diketahui bahwa volume zat padat dan zat cair bisa berubah hanya jika diberikan gaya yang sangat besar.
Bagaimana 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 ruang 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.
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. Kita akan melihat perbedaan ketiga wujud zat berdasarkan sifat mikroskopisnya. 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 berada 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 cair, udara tidak kelihatan.
Wujud‐wujud zat berdasarkan sifat mikroskopis
Sebelum membahas perbedaan zat padat, zat cair dan zat gas berdasarkan sifat mikroskopisnya, terlebih dahulu kita bahas sebuah hal 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…..
Di dalam batu tersebut terdapat atom‐atom atau molekul‐molekul. Sekarang coba dirimu berimajinasi… Bayangkanlah sebuah batu. 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 terdiri dari beberapa bola yang saling menempel.
Jadi dalam batu terdapat banyak sekali molekul atau atom yang ukurannya sangat kecil. Sudah bisa membayangkan atom‐atom yang ada dalam batu ?
Diameter satu atom sekitar 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. Tetapi molekul juga tidak bisa dilihat dengan mata…
Aneh ya, atom‐atom atau molekul‐molekul yang kecil‐kecil itu 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 setiap bagian batu saling menempel sehingga bentuk batu menjadi padat. 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. 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 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.
Gaya tarik menarik antara atom atau molekul sebenarnya merupakan gaya elektromagnetik. Adanya gaya tarik membuat atom‐atom atau molekul‐molekul saling mendekati. Ketika hendak bertumbukan, 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… Atom‐atom atau molekul‐molekul tersebut bergerak maju mundur (bergetar), sambil mempertahankan jarak minimum.
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 dilempar atau dibenturkan, 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 dan bentuknya kelihatan padat.
Secara garis besar, posisi atom atau molekul penyusun zat padat kira‐kira seperti gambar (dikenal juga dengan julukan kisi kristal). Gambar ini diperbesar. Atom atau molekul 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 bentuk air berubah seperti bentuk gelas. Ketika kita memasukan air ke dalam bak mandi, gaya tarik yang kurang kuat antara atom atau molekul membuat air bisa menyesuikan bentuknya dengan bentuk bak mandi. Volume zat cair selalu tetap karena gaya tarik antara atom atau molekul masih mampu menahan mereka untuk tetap menyatu. Segelas air kalau dimasukkan 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 seperti pada gambar (tanda panah menunjukan arah gerak).
Zat gas
Pada zat gas, gaya tarik antara atom atau molekul sangat lemah sehingga atom atau molekul tidak bisa berada dalam satu kesatuan. Mereka bergerak sesuka hati 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 atom-atom yang membentuk zat padat atau zat cair.
Posisi atom atau molekul penyusun zat gas kira‐kira seperti pada gambar.
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. 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.
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.
