a. Perubahan Fisik

Perubahan fisik dapat terjadi pada materi atau benda atau zat yang berwujud padat, cair, dan gas. Zat padat, cair, dan gas memiliki sifat yang berbeda baik dari bentuk dan volumenya, jarak antarpartikelnya, dan gerakan partikelnya.

Sifat Zat Padat, Cair, dan Gas

Zat padat memiliki bentuk tetap karena partikel-partikelnya terikat erat satu sama lain, biasanya membentuk pola teratur yang disebut dengan kisi (lattice). Cairan memiliki bentuk tidak tetap, mengikuti wadahnya, dan jarak antar partikelnya kurang rapat sehingga partikelnya dapat bergerak atau mudah mengalir. Gas memiliki partikel yang sangat renggang dan dapat bergerak sangat bebas sehingga gas dapat menyebar dan memenuhi seluruh tempat atau wadahnya. Wujud zat padat, cair, dan gas dapat dibedakan dari jarak partikelnya seperti yang diilustrasikan pada Gambar.

Partikel pada zat padat, cair, dan gas

Anda tentu sudah banyak mengenal contoh materi yang berwujud padat, cair, maupun gas. Kejadian sehari-hari yang dapat diamati, misalnya pada saat memanaskan air di dalam panci tertutup, air akan mendidih dan menguap. Setelah pemanasan dihentikan dan air mulai dingin, terlihat pada tutup panci terdapat butir-butir air. Uap air yang berwujud gas dapat berubah kembali menjadi cair jika didinginkan. Perubahan dari air yang berwujud cair menjadi uap air yang berwujud gas, kemudian uap air menjadi titik air merupakan contoh perubahan fisik.

Pernahkan Anda mengamati embun di pagi hari yang menempel pada daun? Embun juga dapat terjadi pada dinding gelas yang berisi air es atau sirop yang dicampur es batu. Embun terbentuk dari uap air yang berubah menjadi titik-titik air dan menempel pada daun atau dinding gelas akibat suhu rendah.

Perubahan wujud pada es, air, dan uap air tersebut termasuk perubahan fisik. Masih banyak lagi perubahan-perubahan fisik yang dapat diamati di sekitar kita. Peristiwa pada perubahan fisik pada wujud zat dapat berupa perubahan wujud akibat meleleh, menguap, mengembun, menyublim, atau membeku. Semua perubahan wujud ini semuanya akibat dari adanya perubahan suhu. Perubahan wujud zat dapat digambarkan seperti yang tertera pada Gambar.

Perubahan wujud benda

Perubahan wujud zat dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwa partikel-partikel penyusun zat dalam keadaan bergerak. Jika zat padat dipanaskan, gerakan molekul atau partikelnya akan menjadi cepat sehingga gara tarik-menarik antar molekul atau partikel akan berkurang dan partikel akan bebas bergerak. Akibatnya pada suhu tertentu keadaan zat yang berwujud padat dapat berubah wujud menjadi cair. Jika zat cair dipanaskan, molekul atau partikel-partikelnya akan bergerak lebih cepat dan akan terlepas satu sama lain. Molekul yang terlepas akan meninggalkan zat cair dan berubah menjadi uap.

Sementara jika suatu zat didinginkan, partikel-partikel zat tersebut akan mengalami kekurangan energi yang menyebabkan gaya tarik antarpartikel menjadi lebih kuat. Akibatnya jarak antarpartikelnya akan lebih rapat. Keadaan tersebut menyebabkan perubahan wujud zat dari gas menjadi cair, dari cair menjadi padat. Perubahan wujud tersebut tidak menyebabkan perubahan molekul atau partikel zat, maka yang dimaksud dengan perubahan fisik adalah perubahan materi yang tidak mengubah partikel zat, atau perubahan zat yang dapat kembali ke wujud semula.

b. Jenis-jenis Perubahan Fisik

1) Meleleh

Meleleh adalah proses perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Istilah lain dari meleleh adalah mencair atau melebur. Es batu akan mencair jika dibiarkan di udara terbuka, begitu pula es krim. Lilin atau mentega akan meleleh jika dipanaskan. Pemanasan suatu zat padat menyebabkan molekul-molekul atau partikel- partikel penyusun zat akan bergerak bebas sehingga zat padat akan berubah wujud menjadi cair.

Es Meleleh

Peristiwa perubahan tersebut disebut mencair atau meleleh. Suhu ketika zat mulai meleleh disebut titik leleh atau titik lebur. Contoh dalam kehidupan sehari-hari, mentega yang dioleskan pada roti akan meleleh pada saat roti dibakar. Lemak pada daging akan mencair pada saat daging dipanggang. Garam dapur apabila ditaburkan pada wajan di atas kompor tidak meleleh karena garam dapur meleleh pada suhu 801ºC, sedangkan besi meleleh jika pemanasan dengan suhu yang sangat tinggi yaitu mencapai

2750ºC. Berarti zat padat meleleh pada suhu yang berbeda atau titik lelehnya berbeda-beda. Pada zat murni, yaitu zat yang tidak tercampur dengan zat lain, titik lelehnya selalu tetap. Misalnya es batu meleleh pada suhu 0ºC. Suhu pada saat itu disebut titik leleh es.

Titik leleh adalah temperatur pada saat mulainya zat meleleh sampai proses meleleh berakhir.

grafik temperatur terhadap waktu pada saat zat padat murni meleleh

Keterangan:

1. Suhu dari zat padat naik

2. Zat padat mulai meleleh, suhunya tetap stabil pada Tm (Tm: titik leleh dari zat padat) selama ada zat padat yang tersisa

3. Semua zat padat meleleh

4. Suhu lelehan meningkat

Beberapa bahan dalam kehidupan sehari-hari yang dapat meleleh tertera pada Gambar.

Es krim, mentega, dan coklat batangan meleleh

Es krim yang merupakan campuran susu, gula, dan bahan cita rasa, titik lelehnya tidak sama dengan es batu. Es krim meleleh pada suhu udara terbuka. Coklat dan mentega akan meleleh jika dipanaskan

Pernahkan Anda mengamati proses menyolder? Menyolder adalah proses membuat sambungan logam secara listrik dan mekanis menggunakan logam tertentu (timah) dengan menggabungkannya dengan alat khusus (solder). Alat ini berfungsi untuk memanaskan sambungan pada suhu tertentu. Solder memiliki sebuah elemen pemanas yang menghasilkan panas. Pada proses tersebut timah akan meleleh dan membeku kembali sehingga logam akan tersambung. Proses menyolder tertera pada Gambar.

Kawat timah meleleh karena panas dari solder

Lempengan logam seperti aluminium dan besi diperoleh dengan cara melelehkan logam tersebut kemudian dituangkan ke dalam cetakan sesuai dengan bentuk lempengan logam yang akan diproduksi.

Di kalangan industri, peristiwa pelelehan sengaja dilakukan untuk memperoleh produk yang murni atau dalam bentuk yang diinginkan. Berdasarkan percobaan, ternyata zat-zat murni umumnya memiliki titik lebur yang lebih tinggi dibandingkan ketika zat tersebut telah tercampur dengan zat lain. Berdasarkan hal inilah, maka untuk memperoleh logam yang murni, bijih logam yang dihasilkan dari proses penambangan dipanaskan dalam tungku atau dapur pemanasan sampai melebur dan kemudian melalui proses lebih lanjut sehingga diperoleh logam yang murni.

Proses pelelehan besi

Di Indonesia besi diperoleh dari bijih besi (hematit dan pirit), aluminium diperoleh dari bijih aluminium yaitu bauksit. Besi dan aluminium termasuk logam yang merupakan sumber daya alam mineral Indonesia.

Beberapa titik leleh bahan kimia di rumah dan logam-logam tertera pada Tabel

titik leleh bahan kimia di rumah dan logam

Di laboratorium, data titik leleh sangat berguna, terutama untuk mengidentifikasi zat padat murni yang tidak dikenal, tentunya dengan alat-alat lab yang khusus.

2) Membeku

Air yang disimpan di dalam freezer akan membeku. Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi padat. Membeku disebabkan karena adanya penurunan suhu. Membeku biasanya terjadi pada suhu yang rendah. Suhu pada saat zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku. Titik beku adalah suhu di mana zat cair mulai membeku sampai semua zat cair berubah menjadi padat. Setiap zat memiliki titik beku yang berbeda-beda. Suhu pada saat air membeku dan es meleleh dapat dilihat pada grafik yang tertera pada Gambar.

Bagan membeku dan meleleh pada suhu tertentu

Berdasarkan grafik pada Gambar 3.9, ternyata titik beku air dan titik leleh es adalah sama, yaitu pada suhu 0ºC. Apakah titik beku air yang ditambah gula atau sirop, membeku pada suhu 0ºC juga? Ternyata campuran membeku di bawah titik beku air. Oleh karena itu, es krim atau es lilin harus disimpan dalam Freezer yang suhunya dibawah nol.

Saat ini, banyak toko-toko menjual bahan makanan dalam keadaan beku yang dikenal dengan frozen food.

Frozen Food

Terdapat bahan olahan dari daging seperti bakso, nugget, dan bahan olahan dari sayur seperti wortel, kacang polong, serta kentang yang dibekukan.

Selama ini, banyak dugaan bahwa frozen food tidak baik bagi kesehatan. Nyatanya tidak demikian. Makanan yang dibekukan itu asal disimpan dengan benar dan kedap udara akan selalu terjaga kesegarannya. Jadi, tidak perlu khawatir terkait kualitas dari frozen food yang jelas lebih awet dibandingkan makanan yang disimpan begitu saja di luar.

Penyimpanan di tempat kedap udara dan diletakkan di dalam freezer, membuat makanan beku ini terhindar dari debu atau hal-hal lainnya yang bisa menyebabkan pencampuran bakteri dan terjadi pembusukan, sehingga lebih higienis. Bagaimana dengan pengalaman di rumah? Apakah Anda menyimpan daging, ikan, atau makanan siap saji di freezer? Coba jelaskan manfaatnya membekukan makanan tersebut. Pernahkah Anda mengukur suhu daging pada saat membeku?

3) Menguap

Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas atau uap. Penguapan adalah proses dimana molekul pada permukaan cairan melepaskan diri dan pindah ke fase gasnya. Untuk melepaskan diri, molekul harus memiliki setidaknya sejumlah energi kinetik minimum. Laju penguapan meningkat dengan meningkatnya suhu. Pada suatu zat, rata-rata molekulnya tidak memiliki energi yang cukup untuk melepaskan diri dari cairan. Bila tidak, cairan akan berubah menjadi uap dengan cepat.

Apa bedanya mendidih dan menguap?

Anda pasti pernah melihat peristiwa mendidih dan mgenguap. Apakah terpikir mengapa dari air keluar uap air yang terlihat seperti asap?

Jika air dipanaskan terus pada suhu tertentu, air akan mendidih dan menguap . Mula-mula, pada air akan terjadi gelembung-gelembung gas. lLama-kelamaan gelembung semakin banyak. Makin tinggi suhu, gelembung gas akan mulai naik kepermukaan dan pecah menjadi uap. Pada saat itu air mulai mendidih yakni pada suhu 100ºC dan menguap. Apa yang akan terjadi jika pemanasan diteruskan?

Air mendidih dan menguap

Pakaian yang telah dicuci biasanya dijemur di bawah sinar matahari dan akan mengering. Air dari pakaian basah akan menguap karena panas matahari.

Suhu ketika suatu zat cair berubah menjadi uap disebut dengan titik uap. Ketika suatu zat cair dipanaskan pada tekanan 1 atm, maka pada suhu tertentu akan terlihat pada seluruh bagian zat cair timbul gelembung-gelembung yang bergerak ke atas dan kemudian pecah saat mencapai permukaan. Pada keadaan yang demikian, zat cair dikatakan mendidih. Ketika suatu zat cair mendidih, maka hampir tiap bagian zat segera berubah menjadi uap. Berdasarkan hal ini, maka titik uap sering disebut dengan titik didih. Sebagai contoh, air murni mendidih ketika mencapai suhu 100 pada tekanan 1 atm. Pada keadaan tersebut, molekul-molekul air akan berubah menjadi gas. Apakah air hanya menguap setelah didihkan?

Pada suhu kamar, sebenarnya air mengalami penguapan. Bila air disimpan dalam ruang yang tertutup, molekul-molekul air melepaskan diri dari gaya antarmolekul yang ada, sehingga menjadi gas. Molekul- molekul ini ada yang kembali menuju permukaan zat cair dan ada yang tetap menjadi gas. Akan terjadi kesetimbangan di mana molekul yang meninggalkan permukaan sebanding dengan jumlah molekul yang kembali ke permukaan. Pada kondisi kesetimbangan ini, akan ada jumlah molekul gas yang tetap (tidak berubah) pada ruang di atas permukaan zat cair.

Terjadinya kesetimbangan dalam ruang tersebut dinamakan dengan keadaan jenuh (saturated). Tekanan uap ketika jenuh disebut tekanan uap jenuh (kadang-kadang disebut sebagai ”tekanan uap” saja). Ketika temperatur dinaikkan sampai titik tertentu di mana tekanan uap jenuh pada temperatur tersebut sama dengan tekanan luar, terjadilah pendidihan.

Suhu pada saat mendidih akan tetap yang disebut titik didih. Grafik titik didih dapat dilihat pada Gambar.

Grafik suhu terhadap waktu pada saat zat cair murni dipanaskan

Keterangan:

1. Suhu zat cair naik

2. Zat cair mulai mendidih, suhu tetap konstan pada titik didih sampai zat cair itu menguap

Di rumah, tepatnya di dapur, apabila cuka tumpah Anda langsung dapat menciumnya. Mengapa bau cuka yang menyengat dapat terasa dari jarak yang agak jauh? Demikian pula dengan LPG ( Liquified Petroleum Gas), yang terkadang dalam proses pemasangan selang ke kompor dari tabung gas tercium baunya. Mengapa demikian? Titik didih beberapa bahan kimia di rumah dapat dilihat pada Tabel.

Titik didih bahan kimia di rumah pada Tekanan 1 atm

Apa artinya titik didih cuka 118 ºC, alkohol 78 ºC, dan LPG -42 ºC? Bahan apa yang paling cepat menguap?

Beberapa cairan di rumah yang pada suhu udara akan menguap contohnya pembersih kaca. Pada saat kita semprotkan pembersih kaca dalam waktu yang singkat, cairan akan menguap. Minyak kayu putih atau minyak angin juga mudah menguap. Uap kedua cairan akan terasa baunya walau agak jauh. Hal ini menunjukkan keduanya mengalami penguapan pada suhu kamar.

Penguapan dimanfaatkan petani garam untuk menguapkan air sehingga teringgal kristal garam. Air laut adalah air dari laut. Air laut memiliki kadar garam rata-rata 3,5%. Artinya dalam 1000 gram air laut terdapat 35 gram garam terutama natrium klorida. Contoh lain penguapan yaitu pada pembuatan ikan asin. Pada umumnya, ikan disimpan dibawah terik matahari untuk dikeringkan. Penguapan di alam merupakan salah satu bagian dari siklus air.

Metode Penguapan pada pembuatan Garam

Energi panas dari matahari menyebabkan terjadinya penguapan air dari laut, danau, sungai dan sumber air lainnya. Uap air yang terkumpul di udara akan mengalami perubahan wujud melalui pengembunan. Coba pikirkan apa saja manfaat proses penguapan bagi kehidupan manusia.

4) Mengembun

Pada saat hujan, kaca mobil berembun karena adanya perbedaan temperatur udara antara di luar dan di dalam mobil. Jika Anda berada di daerah yang dingin, pada pagi hari kadang-kadang pada jendela rumah penuh titik- titik air seperti yang terlihat pada Gambar. Titik-titik air sering pula kita temukan pada daun-daun dipagi hari, atau pada botol yang berisi minuman yang dingin.

Embun di jendela, botol minuman dan daun

Titik-titik air yang menempel pada jendela, botol dan daun dinamakan embun. Mengembun adalah perubahan zat dari wujud gas menjadi cairan. Pengembunan atau kondensasi terjadi ketika uap didinginkan dan berubah menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila uap dimampatkan (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi.

Uap air di udara yang terkondensasi secara alami pada permukaan yang dingin dinamakan embun. Seperti yang terjadi pada jendela dan daun di pagi hari. Uap air hanya akan terkondensasi pada suatu permukaan ketika permukaan tersebut lebih dingin dari titik embunnya. Titik embun udara adalah suhu yang harus dicapai agar mulai terjadi kondensasi di udara. Molekul air mengambil sebagian panas dari udara. Akibatnya, suhu udara akan sedikit turun. Pada siklus air di alam, kondensasi uap airlah yang menyebabkan terjadinya awan.

Proses pengembungan atau kondensasi di laboratorium dilakukan melalui percobaan destilasi. Anda mungkin mengenal tentang pemisahan campuran yang salah satu metodenya adalah destilasi. Pada proses destilasi, uap cairan akan mengalami kondsensasi membentuk titik-titik cairan, dan makin lama makin banyak sehinggga cairan akan menetes dari labu pendingin.

Titik embun adalah suhu di mana air tidak bisa lagi "menahan" semua uap air yang dicampur dengannya, dan sebagian uap air harus mengembun menjadi air cair. Titik embun selalu lebih rendah dari (atau sama dengan) suhu udara.

5) Menyublim

Pernahkah Anda melihat es kering atau “dry ice”?

Es kering merupakan CO2 yang dimampatkan dengan tekanan sangat tinggi sampai berwujud padat. Es kering di udara terbuka secara spontan berubah menjadi gas dan terlihat seperti asap putih. Es kering sering digunakan untuk pertunjukkan musik yang mempergunakan asap untuk membuat efek asap di panggung. Bahan lain yang berwujud padat dan dapat berubah menjadi gas contohnya kapur barus.

Sublimasi es kering

Kapur barus setelah lama disimpan akan habis. Selama penyimpanan di sekitarnya terasa harum karena parfum yang dicampurkannya ikut menyebar dengan kapur barus yang berubah menjadi gas. Kapur barus dan es kering merupakan contoh bahan yang dapat menyublim. Menyublim adalah perubahan wujud zat dari padat langsung menjadi gas (Harword, 2007). Zat kimia yang biasa digunakan sebagai contoh lain peristiwa menyublim di antaranya adalah iodium.

Coba amati gambar percobaan penyubliman iodium. Iodium yang berupa kristal berwarna ungu tua akan menyublim menghasilkan gas yang berwarna ungu. Jika di atas gelas kimia diletakkan wadah yang berisi es batu, maka akan terlihat iodium mengkristal lagi dan menempel pada dinding wadah yang berisi es. Contoh lain penyubliman di alam adalah ketika lapisan permukaan salju atau es berubah menjadi kabut atau uap tanpa meleleh dahulu.

Peristiwa perubahan gas secara langsung menjadi padatan disebut menghablur

Percobaan penyubliman iodium

Proses di laboratorium dapat dilakukan untuk membuat kristal amonium sulfat yang berasal dari gas amonia dan belerang dioksida.

Menyublim merupakan perubahan dari zat padat menjadi gas tanpa terlebih dahulu menjadi cair.

6. Deposisi

Deposisi merupakan terjemahan dari deposition yang artinya adalah proses perubahan gas menjadi padat. Deposisi juga dikenal sebagai desublimation yang berarti kebalikan dari sublimasi ( Davis & Peck, 2010). Salah satu contoh deposisi adalah perubahan uap air menjadi es di dalam freezer lemari es tanpa terlebih dahulu menjadi cairan. Hal ini juga terjadi pada pembentukan salju di awan dan pembentukan es pada daun.

Es pada daun akibat deposisi

Deposisi terjadi jika energi panas berkurang dari udara yang berwujud gas. Ketika daun menjadi dingin, uap air di udara sekitar daun akan kehilangan energinya dan dapat menyebakan uap air yang berwujud gas berubah menjadi padat, yaitu membentuk es dan menempel pada daun. Deposisi dalam uap air terjadi karena kemurnian dari uap air. Fenomena alam turunnya suhu rata-rata di Indonesia pernah terjadi pada tahun 2018 di Dataran Tinggi Dieng, Wonosobo yang menyebabkan para petani menderita kerugian lantaran tanaman mereka layu, rusak, ataupun mati. Mereka mengatakan bahwa hal tersebut terjadi akibat terkena serangan embun upas atau embun es.

Pemandangan di dataran tinggi Dieng yang mengalami cuaca ekstrim sampai dibawah 0 ºC dapat dilihat pada Gambar.

Uap air membeku dipermukaan tanaman

Pada daun, uap air yang sangat dingin akan segera mengembun. Pada titik ini sudah melewati titik beku. Hal inilah yang menyebabkan uap air berubah langsung ke fase padat.

Perubahan Fisik dan Jenis- jenis Perubahan Fisik