Keadaan Materi: Padat, Cair, dan Gas

Apa itu Keadaan Materi?

Materi adalah segala yang memiliki massa dan volumenya dapat diukur. Materi dapat berwujud padat, cair, atau gas, tergantung pada temperatur dan tekanan. Keadaan materi mempengaruhi sifat-sifat fisik dan kimia dari suatu benda.

1. Keadaan Solid
   Solid adalah keadaan materi yang memiliki bentuk dan volume tetap. Partikel-partikel yang ada dalam solid terletak rapat dan tidak bergerak bebas. Molekul-molekul dalam solid bergerak hanya secara vibrasi di tempat mereka berada. Solid memiliki struktur kristal yang teratur, sehingga massa jenis solid lebih tinggi daripada cairan dan gas. Contoh solid adalah besi, emas, dan es.
2. Keadaan Cair
   Cair adalah keadaan materi yang memiliki volume tetap tetapi tidak memiliki bentuk tetap. Partikel-partikel dalam cairan dapat bergerak bebas, tetapi masih terikat satu sama lain oleh gaya van der Waals. Molekul-molekul dalam cairan bergerak lebih bebas daripada dalam solid, sehingga massa jenis cairan lebih rendah daripada solid tetapi lebih tinggi daripada gas. Contoh cairan adalah air, minyak, dan alkohol.
3. Keadaan Gas
   Gas adalah keadaan materi yang tidak memiliki bentuk dan volume tetap. Partikel-partikel dalam gas bergerak bebas dan tidak terikat satu sama lain. Molekul-molekul dalam gas bergerak sangat cepat dan jarak antar molekul jauh lebih besar daripada dalam solid dan cairan. Massa jenis gas paling rendah daripada solid dan cairan. Contoh gas adalah udara, oksigen, dan hidrogen.

Perubahan Keadaan Materi

Keadaan materi dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan yang lain melalui proses pemapan panas atau penambahan volume. Proses ini disebut dengan perubahan fase. Ada tiga jenis perubahan fase, yaitu penguapan, pembekuan, dan penggasan.

1. Penguapan adalah proses perubahan dari keadaan cair ke gas. Contohnya adalah air yang menguap menjadi uap air.
2. Pembekuan adalah proses perubahan dari keadaan cair ke solid. Contohnya adalah air yang menggela menjadi es.
3. Penggasan adalah proses perubahan dari keadaan solid ke gas. Contohnya adalah es yang menguap menjadi uap air tanpa melalui tahap cairan.

Referensi:

• “States of Matter.” Chemistry LibreTexts, LibreTexts, 18 July 2019, https://chem.libretexts.org/@go/page/179.
• “Phases of Matter.” Khan Academy, Khan Academy, https://www.khanacademy.org/science/chemistry/states-of-matter-and-phase-transitions/phases-of-matter/a/phases-of-matter.
• “States of Matter.” National Geographic Society, National Geographic Society, 9 Oct. 2012, https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/states-matter/.

Dalam detail gambar, kami mengamati bagaimana partikel dikelompokkan.

Namun, studi tentang keadaan agregasi materi telah diperpanjang saat ini. Selain yang terjadi secara alami, saat ini yang terjadi dalam kondisi ekstrim, yang diinduksi di laboratorium, sedang dipelajari. Dari kelompok ini, para ilmuwan telah memverifikasi keberadaan tiga keadaan baru: kondensat Bose-Einstein (BEC); kondensat Fermi dan superpadat.

Karakteristik keadaan materi bergantung pada gaya tarik-menarik antar partikel dan mobilitasnya. Suhu dan/atau tekanan adalah faktor yang memengaruhi bagaimana partikel-partikel ini mengumpul dan bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain.

Ketika ada perubahan yang masuk akal dalam variabel suhu dan / atau tekanan, ada perubahan dari satu keadaan materi ke keadaan lainnya. Perubahan ini adalah pemadatan, penguapan, peleburan, sublimasi, sublimasi balik, ionisasi, dan deionisasi.

Berikut adalah tabel perbandingan dengan perbedaan utama antara keadaan dasar materi:

Kondisi padat

Keadaan padat adalah sesuatu yang kita anggap sebagai materi tetap, yang menolak perubahan bentuk dan volume. Dalam materi dalam keadaan padat, partikel memiliki daya tarik yang lebih besar di antara mereka, yang mengurangi pergerakannya dan kemungkinan interaksi. Misalnya: batu, kayu, perkakas logam, gelas, es dan grafit, antara lain.

Ciri-ciri zat padat adalah:

• Gaya tarik-menarik antara partikel individu lebih besar daripada energi yang menyebabkan pemisahan.
• Partikel terkunci pada posisinya membatasi energi vibrasinya.
• Itu mempertahankan bentuk dan volumenya.

Keadaan cair

Keadaan cair sesuai dengan cairan yang volumenya konstan, tetapi menyesuaikan dengan bentuk wadahnya. Misalnya: air, minuman ringan, minyak dan air liur.

Ciri-ciri zat cair adalah :

• Partikel-partikel tertarik satu sama lain, tetapi jaraknya lebih besar dari pada padatan.
• Partikel lebih dinamis daripada padatan, tetapi lebih stabil daripada gas.
• Ini memiliki volume yang konstan.
• Bentuknya tidak terbatas. Oleh karena itu, cairan mengambil bentuk wadahnya.

keadaan gas

Keadaan gas sesuai dengan gas. Secara teknis itu didefinisikan sebagai pengelompokan partikel dengan sedikit daya tarik satu sama lain yang, ketika bertabrakan satu sama lain, mengembang di ruang angkasa. Contoh: uap air, oksigen (O ₂ ) dan gas alam.

Ciri-ciri wujud gas adalah:

• Ini memusatkan lebih sedikit partikel daripada padatan dan cairan.
• Partikel-partikel memiliki sedikit daya tarik satu sama lain.
• Partikel mengalami pemuaian, itulah sebabnya mereka lebih dinamis daripada padatan dan gas.
• Ia tidak memiliki bentuk atau volume yang pasti.

Keadaan plasma

Keadaan plasmatik adalah keadaan yang mirip dengan keadaan gas, tetapi memiliki partikel bermuatan listrik, yaitu terionisasi. Oleh karena itu, gas panas.

Materi dalam keadaan plasmatik sangat umum di luar angkasa dan sebenarnya merupakan 99% dari materi yang dapat diamati. Namun, keadaan plasmatik juga bereproduksi secara alami dalam beberapa fenomena terestrial. Demikian juga, dapat diproduksi secara artifisial untuk berbagai kegunaan.

Misalnya, ada plasma di matahari, bintang, dan nebula. Itu juga hadir dalam aurora kutub, dalam kilat dan dalam apa yang disebut Api St. Elmo. Mengenai produksi artifisialnya, beberapa contohnya adalah televisi plasma, tabung neon, dan lampu plasma.

Ciri-ciri keadaan plasmatik adalah:

• Itu tidak memiliki bentuk dan volume yang pasti.
• Partikelnya terionisasi.
• Itu tidak memiliki keseimbangan elektromagnetik.
• Ini adalah konduktor listrik yang baik.
• Ini membentuk filamen, lapisan, dan sinar saat terkena medan magnet.

Ini mungkin menarik bagi Anda:

• Kondisi padat
• Keadaan cair
• keadaan gas
• keadaan plasma

Perubahan keadaan materi

Perubahan keadaan materi adalah proses yang memungkinkan struktur spasial materi berubah dari satu keadaan ke keadaan lainnya. Mereka bergantung pada variasi kondisi lingkungan seperti suhu dan/atau tekanan.

Dengan mempertimbangkan keadaan dasar materi, perubahan keadaan materi adalah: pemadatan, penguapan, fusi, sublimasi, sublimasi terbalik, ionisasi, dan deionisasi.

• Fusi atau peleburan. Ini adalah perubahan dari keadaan padat ke keadaan cair. Itu terjadi ketika padatan terkena suhu yang lebih tinggi dari biasanya, hingga meleleh. Ini terjadi karena suhu tinggi yang dialami padatan menyebabkan partikel lebih banyak terpisah dan bergerak lebih mudah.
• Solidifikasi. Pemadatan adalah perubahan dari keadaan cair ke keadaan padat. Ketika suhu cairan turun, partikel-partikel mulai bergerak lebih dekat satu sama lain dan pergerakan di antara mereka berkurang. Setelah mencapai titik beku, mereka menjadi materi padat.
• Penguapan. Penguapan adalah perubahan dari wujud cair ke wujud gas. Itu terjadi ketika suhu naik secara signifikan, yang memecah interaksi antar partikel. Ini menyebabkan pemisahan dan peningkatan gerakan mereka, sehingga menimbulkan gas.
• Kondensasi. Mengembun adalah perubahan dari wujud gas menjadi wujud cair. Dengan menurunkan suhu dan/atau meningkatkan tekanan, partikel gas kehilangan mobilitas dan saling mendekati. Perkiraan ini menjelaskan transisi dari gas ke cair.
• Sublimasi. Sublimasi adalah perubahan dari keadaan padat ke keadaan gas tanpa melalui keadaan cair. Itu terjadi, misalnya, di bola naftalena. Bola-bola yang digunakan untuk menjauhkan ngengat dari lemari ini cenderung memudar dengan sendirinya seiring waktu. Ini berarti bahwa mereka beralih dari keadaan padat ke keadaan gas tanpa melalui keadaan cair.
• Sublimasi terbalik. Sublimasi terbalik, sublimasi regresif, pengendapan atau kristalisasi disebut perubahan dari keadaan gas ke keadaan padat secara langsung.
• Ionisasi. Ionisasi adalah perubahan dari gas menjadi plasma, yang terjadi ketika partikel gas menjadi bermuatan listrik, yang mungkin terjadi ketika gas dipanaskan.
• Deionisasi. Deionisasi terdiri dari transisi dari keadaan plasmatik ke keadaan gas. Oleh karena itu, proses kebalikan dari ionisasi.

Selanjutnya, kami sajikan tabel yang merangkum perubahan materi dan memberikan contoh untuk masing-masingnya.

Ini mungkin menarik bagi Anda:

• Perubahan keadaan materi
• Penguapan
• Mendidih

Keadaan materi baru

Saat ini, penelitian ilmiah telah menemukan keadaan baru agregasi materi melalui prosedur buatan. Yang paling terkenal adalah berdasarkan suhu, dan merupakan kondensat Bose-Einstein, kondensat fermionik, dan keadaan superpadat.

Namun, teori lain tentang keadaan materi yang mungkin terus dipelajari, seperti molekul Rydberg, keadaan Quantum Hall, materi fotonik, dan dropleton.

Kondensat Bose-Einstein (BEC)

Keadaan yang dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein (BEC) dihasilkan ketika gas tertentu terkena suhu mendekati nol mutlak (-273,15°C), mencapai kepadatan dan titik beku sedemikian rupa sehingga atom tidak dapat dipisahkan.

Ini adalah keadaan materi yang dicapai secara artifisial pada tahun 1995. Sejak itu, ia juga dikenal sebagai keadaan materi kelima.

Contoh BEC adalah bahan dengan superkonduktivitas, yaitu dapat mentransmisikan listrik tanpa menimbulkan hambatan dan tanpa kehilangan energi.

Ciri-ciri keadaan terkondensasi Bose-Einstein adalah:

• Partikelnya adalah boson.
• Itu hanya dapat diamati pada tingkat subatomik.
• Ini menghadirkan superkonduktivitas (hambatan listrik nol).
• Keadaan energi minimumnya dikenal sebagai keadaan dasar.

Gali Lebih Dalam: Negara Konsensus Bose-Einstein

Kondensat Fermi

Kondensat Fermi atau kondensat fermionik adalah salah satu materi yang superfluida, yaitu tidak memiliki tingkat viskositas apa pun. Perilaku keadaan fermionik lebih mirip dengan gelombang daripada partikel. Ini terkait dengan keadaan Bose-Einstein.

Ciri-ciri kondensat fermionik adalah:

• Partikelnya adalah fermion (dan bukan boson).
• Itu terjadi pada suhu mendekati nol mutlak.
• Stabilitasnya berlangsung dalam waktu yang sangat singkat.

Super padat

Superpadat adalah keadaan di mana materi tertata dalam ruang dengan sifat-sifat superfluida. Baru pada tahun 2017 ditemukan bukti nyata keberadaannya. Itu masih dalam penyelidikan, seperti juga keadaan hipotetis lainnya.

Lihat juga:

• sifat materi
• Sifat materi yang intensif dan ekstensif