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.

Prosedur

1. Gunakan gelas ukur untuk mengukur air sejumlah 50 ml. Tuangkan 50 ml air itu ke dalam gelas. Bagaimanakah bentuk air setelah kamu menuangkan air itu ke dalam gelas? Dengan menggunakan spidol kecil, buatlah tanda batas atas air pada gelas itu.

2. Sekarang, tuangkan air itu ke dalam cangkir. Bagaimanakah bentuk air setelah kamu menuangkan air itu ke dalam cangkir? Dengan menggunakan spidol kecil, buatlah tanda batas atas air. Sekarang, ukurlah volume air itu. Apakah volume air itu telah berubah?

3. Perhatikan balok padat. Bagaimanakah bentuk balok itu? Ukurlah panjang, lebar, dan tingginya. Letakkan balok itu ke dalam gelas kosong. Berubahkah bentuk balok itu? Catatlah hasil pengamatan dan pengukuranmu terhadap balok padat itu.

4. Tiuplah balon setengah penuh, dan ikatlah ujungnya sehingga udara tidak dapat keluar. Bagaimanakah bentuk udara di dalam balon itu? Secara pelan-pelan tekanlah balon itu. Apakah kamu dapat mengubah bentuk udara?

Analisis
1. Apakah wujud masing-masing benda ini?
a. air
b. balok
c. udara
2. Pikirkan tentang balok. Apakah ukuran dan bentuk balok itu berubah?
3. Apakah setiap benda padat memiliki ukuran dan bentuk yang tetap?
4. Pikirkan kegiatan yang baru kamu lakukan. Tulislah sifat-sifat zat padat, cair, dan gas!

Pertanyaan
1. Bentuk apa yang dihasilkan oleh udara setelah kamu isikan pada bola voli dan bola sepak?
2. Dapatkah kamu mengisi balon dengan balok padat? Mengapa? Bagaimana kalau dengan air?
3. Tulislah lima jenis benda. Apakah dari masing-masing jenis benda yang kamu tulis itu termasuk benda padat, cair, atau gas? Bandingkan pekerjaanmu dengan pekerjaan temanmu.

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. Gambar 3.3 menunjukkan model partikel-partikel zat padat.

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. Pada obyek yang diperbesar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4, kamu dapat melihat bahwa kristal garam dapur berupa kubus-kubus kecil. Es merupakan kristal air yang mempunyai bentuk heksagonal.

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

Jus yang dituangkan ke dalam sebuah gelas pada Gambar 3.5 akan mengambil bentuk seperti gelas tersebut. Mengapa demikian? 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 partikel-partikel lainnya. Oleh karena itu, partikel-partikel 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. Ketika kamu memompa ban sepeda, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7, berarti kamu memaksakan berulang-ulang partikel-partikel udara masuk ke dalam ban sepeda tersebut. Hubungan antara partikel-partikel dan energi dalam zat padat, cair, dan gas dijelaskan pada Gambar 3.8.

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? Untuk menemukan jawabannya lakukanlah kegiatan Lab Mini 3.1. Dengan memperhatikan hasil kegiatan Lab Mini 3.1, diskusikan kembali tentang permisalan dua kantong plastik ukuran sama yang diisi kapas dan pasir, ketika kamu membahas massa. Meskipun volumenya sama, yaitu satu kantong plastik, ternyata pasir memiliki massa yang lebih besar dibanding kapas. Berdasarkan hal ini, dikatakan massa jenis pasir lebih besar daripada massa jenis kapas. Massa jenis merupakan perbandingan antara massa dan volume. Berdasarkan hasil Lab Mini 3.1, apakah massa jenis zat bergantung pada jenis zat? Apakah massa jenis zat dipengaruhi oleh ukurannya?

Untuk menentukan besar massa jenis suatu benda, kamu harus membagi massa benda tersebut dengan volumenya. Bila massa jenis diberi simbol (dibaca: rho), massa m, dan volume V, maka diperoleh hubungan:

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 (lihat Gambar 3.9).

Seperti halnya sambungan logam pada jembatan, besi-besi rel kereta api harus dipasang saling berongga untuk mencegah terjadinya kecelakaan kereta api yang disebabkan rel kereta api melengkung (Gambar 3.10). Karena sambungan rel kereta api berongga, maka suara berisik roda kereta api ketika melewati rel akan terdengar lebih keras di waktu malam hari dibandingkan siang hari. Mengapa? Untuk menjawab pertanyaan ini diskusikan Gambar 3.11.

Bimetal (Gambar 3.12) dibuat berdasarkan sifat pemuaian zat padat. Bimetal antara lain dimanfaatkan pada termostat. Prinsip kerja thermostat sebagai berikut. Bila udara di ruangan dingin maka keping bimetal pada Gambar 3.13 akan menyusut, membengkok ke kiri, dan menyentuh logam biasa sehingga kedua ujungnya saling bersentuhan. Sentuhan antara kedua ujung logam itu menjadikan rangkaian tertutup dan menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat. Sebaliknya, apabila ruangan telah cukup hangat maka keping bimetal akan mengembang dan kembali ke posisi semula, yaitu membengkok ke kanan. Akibatnya ujung bimetal tidak bersentuhan lagi dengan logam biasa sehingga rangkaian pemanas menjadi terbuka dan pemanasan ruangan tidak terjadi lagi.

Pemuaian Panjang

Pemuaian linier atau pemuaian panjang adalah pemuaian yang terjadi pada satu dimensi benda, misal pemuaian yang terjadi pada panjang suatu benda. Untuk mengamati pemuaian panjang, lakukan kegiatan Lab Mini 3.2.

  Dari kegiatan Lab Mini 3.2 kamu dapat mengetahui bahwa untuk jenis logam yang berbeda, maka pemuaian yang dialami juga berbeda. Hal tersebut ditunjukkan oleh perbedaan gerakan jarum penunjuk pada alat Musschenbroek antara logam aluminium, tembaga, maupun baja, ketika tiga logam tersebut dipanaskan. Logam apakah yang memuainya paling cepat? Perhatikan nilai koefisien muai panjang yang tertulis dalam Tabel 3.2, kemudian kaitkan dengan hasil penga-matanmu. Logam yang paling cepat memuai, memi-liki koefisien muai panjang paling besar atau paling kecil? Berdasarkan data dalam Tabel 3.2, mengapa kaca pyrex dipilih sebagai bahan pembuatan tabung atau bejana kimia, bukan dari kaca biasa?

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. Lakukan Lab Mini 3.3 untuk mengamati pemuaian zat cair. Pembuatan termometer memanfaatkan sifat pemuaian air. Mengapa cairan alkohol dan raksa dipilih sebagai pengisi pipa kapiler dalam termometer?

Pemuaian Gas

Apakah gas juga memuai bila dipanaskan? Untukvmenyelidiki pemuaian gas, lakukan kegiatan Lab Mini 3.4vberikut ini.

Kegiatan di atas menunjukkan bahwa gas ( udara) yang ada di dalam pipa kapiler akan memuai apabila dipanaskan. Sifat pemuaian gas harus kita perhatikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memompa ban sepeda jangan terlalu keras.

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. Tabel 3.3 menunjukkan kalor jenis beberapa bahan.

Dari Tabel 3.3 terlihat bahwa kalor jenis air lebih tinggi dibandingkan dengan kalor jenis beberapa bahan lainnya. Air, alkohol, dan bahan-bahan lain yang memiliki kalor jenis tinggi dapat menyerap banyak energi panas dengan sedikit perubahan suhu. Kalor jenis dari suatu bahan bergantung pada susunan kimia dari bahan itu.

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 seperti Gambar 3.17. 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.

Simbol Δ (delta) berarti “perubahan,” jadi ΔΤ adalah perubahan suhu. “Perubahan” yang ditunjukkan oleh Q, merupakan simbol perubahan energi panas (benda menerima kalor atau melepas kalor).

Apabila ΔΤ positif, Q juga positif; ini berarti bahwa benda mengalami kenaikan suhu dan mendapat energi panas (menerima kalor). Apabila DT negatif, Q juga negatif; benda kehilangan energi panas (melepas kalor) dan mengalami penurunan suhu. Soal-soal berikut ini akan memberi kamu latihan dalam menghitung perubahan energi panas (kalor).

Mengidentifikasi Perubahan Wujud

Untuk mengamati terjadinya perubahan wujud, lakukan kegiatan Lab Mini 3.6 di bawah ini.

Terjadinya perubahan wujud sering kita amati dalam kehidupan sehari-hari. Es batu bila dimasukkan dalam air panas, seperti terlihat pada Gambar 3.18, akan berubah wujud menjadi cair. Peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi zat cair semacam ini disebut peleburan/pencairan. Sebaliknya, air bila dimasukkan ke dalam freezer (ruang pembeku pada kulkas) akan berubah wujud menjadi es batu. Peristiwa di atas disebut pembekuan. Pada saat membeku, zat berubah dari wujud cair ke wujud padat. Pada saat kamu mendidihkan air, kamu mengamati perubahan wujud zat yang lain yang disebut penguapan. Penguapan merupakan peristiwa perubahan wujud zat cair menjadi gas. Pada saat mendidih, kamu menambahkan panas pada zat cair sampai zat itu mencapai suhu dimana zat cair itu berubah menjad gelembung-gelembung gas di bawah permukaannya. Banyak zat cair tidak perlu  mendidih untuk berubah menjadi gas. Zat cair tersebut secara berangsur-angsur berubah menjadi gas pada suhu di bawah titik didih. Ketika kamu berkeringat, air keringat yang menempel di kulitmu dapat berubah menjadi gas tanpa mendidih dulu.

Apakah kamu memperhatikan bahwa kapur barus menjadi berkurang ketika diletakkan di ruang terbuka dalam waktu yang cukup lama? Peristiwa ini disebut penyubliman. Pada penyubliman, zat padat berubah secara langsung menjadi gas tanpa melalui wujud cair. Kamu melihat perubahan wujud yang lain ketika gelasmu yang berisi es “berkeringat”, seperti terlihat pada Gambar 3.19. Titik-titik air terlihat pada permukaan gelas ketika uap air mengenai permukaan gelas yang dingin itu. Peristiwa berubahnya gas menjadi cair seperti di atas disebut pengembunan. Titik-titik air pada daun di pagi hari juga merupakan hasil pe-ngembunan.

Panas dan Perubahan Wujud

Bagaimana air keringat menguap dari kulitmu dan mengapa saat itu kamu merasa dingin. Teori kinetik zat dapat menjelaskan peristiwa di atas. Pada saat zat cair menguap, tidak semua partikel-partikelnya memiliki energi kinetik yang sama. Sebagian partikel-partikel bergerak cepat meninggalkan zat cair itu dan menjadi gas. Pada saat sebagian partikel bergerak cepat meninggalkan partikel air yang lain, energi kinetik rata-rata dari partikelpartikel yang ditinggalkan menjadi lebih kecil. Sehingga, suhu air yang tersisa turun. Karena air itu sekarang lebih dingin daripada kulitmu, maka akan mengambil panas dari kulitmu dan kamu merasa dingin. Untuk berubah wujud diperlukan sejumlah kalor. Kalor lebur diperlukan untuk berubah dari wujud padat ke cair. Kalor uap diperlukan untuk berubah dari wujud cair ke gas. Untuk air, kalor leburnya 334 kJ/kg dan kalor uapnya 2260 kJ/kg. Gambar 3.20 secara rinci menggambarkan perubahan energi yang terlibat dalam perubahan wujud.

Titik Lebur dan Titik Beku

Apakah suhu zat cair bertambah selama zat melebur? Apakah diperlukan kalor pada waktu zat melebur? Jika sebongkah es batu dipanaskan dari wujud padat sampai mencair semuanya, maka akan diperoleh grafik hubungan antara kalor dan suhu, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21 (a, b). Berdasarkan hasil pengamatan yang dilukiskan pada grafik Gambar 3.21 ( b) menunjukkan bahwa suhu es tersebut tidak berubah selama es itu melebur. Dalam keadaan itu es menerima kalor namun suhunya tidak mengalami perubahan. Suhu ketika zat melebur disebut titik lebur. Titik beku pada dasarnya sama dengan titik lebur. Setiap zat melebur dan membeku pada suhu yang sama. Titik beku adalah suhu ketika suatu zat membeku. Perbedaan antara titik lebur dan titik beku hanya terletak pada peristiwa perubahan wujud saja. Titik lebur terjadi ketika zat berubah dari padat menjadi cair, sedangkan titik beku terjadi ketika zat berubah dari cair menjadi padat. Kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk melebur sebanding dengan massa zat dan kalor lebur zat. Setiap zat mempunyai nilai kalor lebur tertentu. Kalor lebur menyatakan banyaknya kalor yang diserap setiap 1 kg zat untuk melebur pada titik leburnya. Sedangkan kalor beku menyatakan banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk membeku pada titik bekunya. Jumlah kalor yang diserap oleh zat pada saat melebur dan jumlah kalor yang dilepas pada saat zat membeku, besarnya dapat dihitung dengan persamaan berikut.

Titik Didih dan Titik Embun

Apakah suhu zat cair mengalami peningkatan selama zat cair dalam keadaan mendidih? Untuk menjawab pertanyaan ini lakukan Lab Mini 3.7. Dari kegiatan Lab Mini 3.7 akan diperoleh grafik hubungan antara kalor dan suhu, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21 (c dan d). Berdasarkan hasil pengamatan yang dilukiskan pada grafik Gambar 3.21 (d) menunjukkan bahwa suhu air tersebut tidak berubah meskipun air tersebut dalam keadaan mendidih dan air berangsur-angsur berubah menjadi uap air. Dalam keadaan itu air tetap menerima kalor namun suhunya tidak mengalami perubahan. Suhu zat cair pada waktu mendidih disebut titik didih. Sebaliknya, suhu zat gas pada waktu mengembun disebut titik embun. Setiap zat mendidih dan mengembun pada suhu yang sama, titik didih sama dengan titik embun. Banyaknya kalor yang diperlukan selama mendidih bergantung pada massa zat dan kalor uap. Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diserap oleh 1 kg zat untuk menguap pada titik didihnya. Sedangkan banyaknya kalor yang dilepaskan selama mengembun bergantung pada massa zat dan kalor embun. Kalor embun adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk mengembun pada titik embunnya. Kalor uap sama dengan kalor embun. Jumlah kalor yang diserap selama zat menguap dan jumlah kalor yang dilepas zat selama mengembun, besarnya dapat dihitung dengan persamaan berikut.

Apabila diperhatikan grafik pada Gambar 3.21 menunjukkan bahwa di bagian (b) dan (d), keadaan grafik itu mendatar. Ini menunjukkan bahwa pada waktu es mencair dan air mendidih,  suhunya tidak mengalami peningkatan meskipun terus diberi kalor. Kalor yang diberikan oleh api tidak digunakan untuk menaikkan suhu, namun digunakan untuk mengubah wujud zat dari padat menjadi cair atau dari cair menjadi uap. Pengaruh kalor itu tidak terlihat berupa kenaikkan suhu. Kalor yang diterima zat itu seakan-akan tersembunyi. Oleh karena itu, kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten (“laten” berarti tersembunyi, tidak terlihat).

Pengaruh Ketakmurnian Zat

Pernahkah kamu melihat orang yang sedang membuat es krim secara tradisional di sekitar tempat tinggalmu? Mengapa orang tersebut mencampurkan garam ke dalam es batu? Apakah orang tersebut mengharapkan agar es krim yang dihasilkan memiliki rasa asin? Untuk lebih meyakinkan kamu, lakukanlah kegiatan dalam Lab Mini 3.8. Garam yang dicampurkan ke dalam es dapat menurunkan suhu es tersebut sampai -20 ^oC. Fenomena ini dapat digunakan untuk mendinginkan air menjadi es, misalnya dalam pembuatan es krim. Turunnya suhu disebabkan garam menurunkan titik lebur es. Hal ini menyebabkan es melebur pada suhu di bawah 0 ^oC. Seperti yang telah kita pelajari bahwa setiap benda memerlukan kalor untuk melebur. Karena tidak ada “pasokan” kalor dari luar, maka kalor diambil dari dirinya sendiri. Hal ini menyebabkan air es yang dicampur garam tersebut suhunya turun lebih jauh, sekalipun tampaknya es itu dalam keadaan cair. Apabila kegiatan dalam Lab Mini 3.8 tersebut membuktikan bahwa garam dapat menurunkan titik lebur es, sekarang bagaimana pengaruhnya terhadap titik didih zat (misalnya, air). Untuk mengetahui jawabannya kamu dapat melakukan kegiatan dalam Lab Mini 3.9. Berdasarkan hasil kegiatan dalam Lab Mini 3.9 tersebut kamu dapat menyimpulkan bahwa titik didih suatu zat akan naik jika ke dalam zat itu dilarutkan zat lain. Air laut mendidih pada suhu yang lebih tinggi daripada air tawar. Semakin pekat suatu larutan, semakin tinggi titik didih larutan itu.