Zat dan wujudnya

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Semua benda di sekitarmu adalah zat: punya berat dan menempati ruang. Zat punya tiga wujud utama:

• Padat: bentuknya tetap, seperti batu, es, dan kayu.
• Cair: mengikuti bentuk wadah, seperti air, minyak, dan susu.
• Gas: memenuhi seluruh ruang dan sering tidak terlihat, seperti oksigen dan uap air.

Wujud zat bisa berubah bila dipanaskan atau didinginkan. Es batu mencair menjadi air, air menguap saat jemuran kering, dan uap air mengembun menjadi titik air di gelas es. Kapur barus mengecil karena menyublim, berubah langsung dari padat menjadi gas.

Coba lihat simulasi Partikel & wujud zat untuk melihat "tarian" partikel di setiap wujud.

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Menurut teori partikel, zat tersusun atas partikel (atom, ion, atau molekul) yang selalu bergerak dan saling tarik.

• Pada zat padat partikel tersusun rapat dan hanya bergetar di tempatnya.
• Pada zat cair partikel masih berdekatan tetapi bisa bergeser.
• Pada gas partikel berjauhan dan bergerak cepat ke segala arah.

Saat dipanaskan, partikel mendapat energi kinetik lebih besar. Selama zat mencair atau mendidih, suhunya tetap karena kalor dipakai untuk melawan gaya tarik antarpartikel. Perubahan wujud adalah perubahan fisika: zatnya tetap sama.

Zat dibedakan menjadi zat-tunggal (unsur dan senyawa) serta campuran. Campuran homogen (larutan gula, udara) tampak menyatu, campuran heterogen (pasir dalam air) tidak. Campuran dipisahkan secara fisika: penyaringan, penguapan, distilasi (penyulingan minyak atsiri seperti minyak cengkeh), kromatografi, dan sublimasi.

Jenis campuran, konsentrasi, dan koloid dibahas di Larutan, koloid & suspensi.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Wujud zat ditentukan oleh persaingan antara energi kinetik partikel dan gaya-antarmolekul. Zat dengan gaya tarik kuat, seperti air dengan ikatan-hidrogen, memiliki titik-didih tinggi dibanding molekul seukuran seperti H₂S.

Diagram fase menunjukkan wujud stabil pada setiap suhu dan tekanan. Titik tripel adalah kondisi ketika padat, cair, dan gas berada bersama; titik kritis adalah batas di atasnya cair dan gas tidak dapat dibedakan (fluida superkritis, dipakai untuk dekafeinasi kopi dengan CO₂).

Kurva pemanasan air memiliki dua dataran: saat melebur (kalor lebur 6,01 kJ/mol) dan saat mendidih (kalor uap 40,7 kJ/mol). Titik didih turun di dataran tinggi karena tekanan udara lebih rendah, itulah sebabnya memasak di puncak gunung lebih lama.

Sifat koligatif larutan (penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, tekanan osmotik) hanya bergantung pada jumlah partikel terlarut, bukan jenisnya.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Diagram fase merangkum keadaan setimbang zat murni. Aturan fase Gibbs, F = C − P + 2, memberi derajat kebebasan: di titik tripel air (273,16 K; 611,657 Pa) tiga fase hidup berdampingan dan F = 0. Garis padat–cair air miring ke kiri karena es lebih renggang daripada air cair, sehingga tekanan tinggi menurunkan titik leleh; hampir semua zat lain miring ke kanan. Di atas titik kritis air (sekitar 647 K dan 22,1 MPa) cair dan gas tidak dapat dibedakan lagi: fluida superkritis, pelarut hijau untuk ekstraksi.

Kemiringan setiap garis fase diberikan persamaan Clapeyron, dP/dT = ΔH/(TΔV). Keadaan metastabil juga penting: cairan dapat didinginkan di bawah titik bekunya (pendinginan super) atau dipanaskan di atas titik didihnya tanpa berubah fase, sampai ada inti kristal atau gelembung.

Selain padat, cair, gas, dan plasma ada fase antara seperti kristal cair (5CB pada layar LCD) yang molekulnya searah tetapi dapat mengalir, serta padatan amorf yang melunak pada suhu transisi gelas. Kemurnian zat diuji dengan titik leleh tajam; campuran meleleh dalam rentang suhu dan dapat membentuk eutektik.