WUJUD ZAT CAIR

Di sekolah dasar dahulu kala, kita belajar bahwa wujud zat (states of matter) ada tiga, yaitu padat (solid), cair (liquid), dan gas. Zat padat memiliki sifat rigid, yaitu mempertahankan volume dan bentuknya seperti bebatuan dan es. Zat cair mempertahankan volumenya tapi bentuknya berubah-ubah sesuai dengan wadahnya. Air misalnya,  menyerupai bentuk gelas ketika di dalam gelas. Terakhir gas, baik volume dan bentuknya berubah-ubah sesuai dengan wadahnya. Udara di dalam balon misalnya, volumenya bertambah ketika balon membesar, begitu juga bentuknya.

Yang membedakan satu dengan yang lain adalah jarak antarmolekul penyusun zat tersebut.Pada zat padat, jarak antarmolekul penyusunnya sangat dekat (rapat) sehingga molekul-molekulnya tidak dapat bebas bepergian. Ini seperti sebuah orang-orang yang berdesakan di dalam lift sempit, mereka tidak dapat ke mana-mana kecuali berdiri di tempat. Kalau pun dapat bergerak, hanya sedikit. Jika sebagian orang tadi keluar dari lift, maka sebagian yang tinggal  merasa lega dan dapat bergerak relatif lebih leluasa. Ini analogi dengan zat cair, yang jarak antarmolekulnya relatif lebih besar daripada zat padat. Dengan demikian, sejumlah air dapat berubah-ubah bentuknya menyesuaikan wadah yang ditempatiny. Terakhir, jika jarak antarmolekul sangat jauh (renggang) sehingga molekul bebas bergerak, maka wujud zatnya adalah gas seperti udara. Dia tidak dapat mempertahankan bentuk dan volumenya.

Diagram temperatur-energi pada perubahan fase wujud zat. Perubahan fase selalu melibatkan panas, baik dilepas ataupun diterima, namun temperatur zat tidak berubah. Dalam gambar, kotak merah menunjukkan proses perubahan fase.

Zat juga dapat berubah wujud dari satu ke yang lain. Namanya perubahan fase zat (phase change). Wujud padat ke cair melewati proses pencairan (melting) seperti es mencair menjadi air — kebalikannya disebut pembekuan (freezing). Wujud cair ke gas melewati proses penguapan (vaporation) seperti air mendidih menjadi uap air — kebalikannya disebut pengembunan atau kondensasi (condensation). Wujud gas juga dapat menjadi padat lewat proses deposisi (deposition) — kebalikannya disebut penyubliman (sublimation) seperti pada kasus kapur barus.

Penemuan- penemuan yang berkaitan dengan wujud zat cair :

Penemuan I: Peneliti Temukan Wujud Baru dari Air

BOSTON - Selain berwujud uap, es, dan cair, kemungkinan masih ada wujud air yang ke 4. Wujud air ini memiliki suhu minus 54 derajat Farenheit.

Zat cair biasanya membeku jadi es pada suhu 32 derajat Farenheit, tapi dalam kondisi yang tepat, misalnya dalam tekanan tinggi di dasar laut, air tetap berwujud cair meskipun suhunya lebih rendah dari 32 derajat Farenheit. Ada kemungkinan wujud ke 4 air ini berupa zat cair yang memiliki karakter es sekaligus karakter zat cair umumnya. Namun, perlengkapan laboratorium saat ini tidak cukup sensitif untuk mengamati perubahan wujud zat cair normal ke wujud ke 4. Demikian dilansir melalui Discovery, Sabtu (12/11/2011). H. Eugene Stanley dan Pradeep Kumar melaporkan penemuan ini dalam Journal of Physical Chemistry. Mereka menggunakan simulasi komputer untuk membuat model zat cair yang sukar dipahami tersebut. Mereka menemukan bahwa pada suhu di bawah 54 derajat Farenheit, struktur air berubah serupa struktur es. Sementara perubahan dalam strukturnya terus berlangsung, air tetap dalam wujud cairnya. Anehnya, pada suhu ini air menjadi lebih mudah menghantarkan panas, kebalikan dari sifat air dan es pada umumnya. Perilaku air yang aneh inilah yang menggerakkan gagasan Stanley dan Kumar tentang keberadaan wujud ke 4 air.

Penemuan II : Ditemukan, Titik Beku Air yang SebenarnyaBerapa temperatur yang dibutuhkan air agar membeku? Menurut penelitian yang

dilakukan oleh Valeria Molinero dari University of Utah dan dipublikasikan di jurnal Nature, ternyata jawabannya belum tentu nol derajat Celsius.

Pasalnya, air bisa tetap berbentuk cair meski suhunya jauh berada di bawah ‘titik beku’ itu. Kondisi air yang tetap cair dalam kondisi temperatur di bawah 0 derajat Celsius itu sendiri disebut juga dengan ‘supercooled’ water. Adapun peneliti menemukan bahwa supercooled air cair tersebut bisa tetap cair sampai suhunya berada di -48 derajat Celsius.

Dari penelitian, terungkap bahwa jika ingin membuat es dari air cair, kita perlu memiliki ‘bibit’ es di dalam cairan tersebut – yakni berupa kristal yang menjadi inti di mana kristal lain terbentuk.

Namun dalam air murni, yang tidak memiliki kandungan atau partikel lain di dalamnya, di mana inti atau nukleus penting bisa terbentuk, titik beku jadi lebih sulit dicapai karena sifat thermodynamics yang tidak lazim yang dimiliki H20.

“Air sangatlah unik karena memiliki perilaku yang berbeda dengan cairan lain,” kata Molinero. “Sebagai contoh, es air mengambang di atas air. Padahal, umumnya benda padat tenggelam jika ditempatkan di benda cair,” ucapnya. Misalnya, besi padat tenggelam saat dicelupkan di wadah yang berisi besi cair.

Kepadatan air juga berubah bersamaan dengan perubahan temperatur dan kondisi terpadat adalah saat berada di suhu 3,8 derajat Celsius. Ini menjelaskan mengapa ikan bisa bertahan hidup di bawah es karena berenang di air yang lebih hangat dan lebih padat di bagian bawah danau. “Namun sifat air yang paling mengagumkan adalah Anda bisa mendinginkannya ke suhu jauh di bawah 0 derajat dan ia tetap berbentuk cair,” ucap Molinero.

Menggunakan model komputer, Molinero dan rekan-rekannya kemudian melakukan simulasi terhadap perilaku supercooled water dalam level mikroskopik. Mereka menguji coba apa yang akan terjadi terhadap 32.768 molekul air jika didinginkan, menghitung kapasitas panas dari air, tingkat kepadatan dan tekanannya. Seribu jam kemudian, hasilnya terungkap. Temperatur di mana air dipastikan akan membeku adalah di -48 derajat Celsius.

Molinero menyebutkan, penelitian ini lebih dari sekadar memecahkan rasa kepenasaran secara ilmiah. Ilmuwan yang berkutat di masalah pemanasan global juga perlu mengetahui berapa temperatur dan tingkat kecepatan di mana air membeku dan mengkristal menjadi es.

“Air yang mendingin hingga -40 derajat Celsius bisa ditemukan di awan,” kata Molinero. “Anda perlu hasil temuan ini untuk memprediksi berapa banyak air yang ada di atmosfir dalam bentuk cair atau kristal. Ini penting untuk melakukan prediksi terhadap perubahan iklim global,” ucapnya. (Sumber: AFP, Cosmos) Sumber : National Geographic Indonesia, 25 November 2011

Kesimpulan Penemuan pertama yang dilakukan oleh H. Eugene Stanley dan Pradeep menyatakan

bahwa pada suhu di bawah 54 derajat Farenheit, struktur air berubah serupa struktur es. Sementara perubahan dalam strukturnya terus berlangsung, air tetap dalam wujud cairnya.

Sementara penemuan kedua dilakukan oleh Molinero dan didapati bahwa temperatur di mana air dipastikan akan membeku adalah di -48 derajat Celsius. Walaupun memberikan hasil berbeda, dari kedua penemuan di atas dapat disimpulkan

bahwa wujud zat cair tidak selalu membeku tepat pada suhu .