BAB IGASPendahuluanSemua benda di alam terdiri atas zat atau materi.Manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan terdiri atas zat atau materi.Setiap zat tersusun atas berjuta-juta partikel. Berdasarkan partikel-partikel penyusunnya, zat dapat dibedakan menjadi zat padat, zat cair, dan gas.Gas adalah salah satu keadaan zat dalam hal ini molekul-molekulnya dapat bergerak sangat bebas, dan dapat mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya. Kondisi gas ditentukan oleh tiga factor yaitu: tekanan, suhu, dan volume namun gas dapat juga mengalami kompresi dan ekspansi.Secara molekuler perbedaan antara fasa gas, cair dan padatan adalah jarak antara partikel-partikel penyusun dari materi tersebut. Molekul-molekul gas jaraknya lebih jauh dibandingkan dengan molekul padatan maupun cairan. Jarak antara partikel yang berjauhan mengakibatkan interaksi antara partikelnya sangat kecil.

Peta KonsepZatMassa JenisPadatCairGasPartikel-partikelGaya tarik-menarik

KohesiAdhesiMeniskusKapilaritasTeganganPermukaanCembungCekung

A. Wujud ZatDi sekitar tempat tinggal kalian terdapat bermacam-macam benda.Beberapa benda seperti batu, besi, gelas, dan kayu termasuk benda padat atau zat padat.Beberapa benda seperti air, bensin, dan minyak tanah termasuk benda cair atau zat cair.Udara, parfum, dan bahan pengisi balon termasuk gas. Jadi, ada tiga wujud zat, yaitu: zat padat, zat cair, dan gas. Tiga wujud zat ini dapat berada pada satu benda, misalnya sepeda motor. Rangka sepeda motor merupakan zat padat, bensin dan oli merupakan zat cair, dan udara pengisi ban merupakan gas. Setiap benda, baik berwujud padat, cair, maupun gas, selalu memiliki massa dan menempati ruang. Dalam fisika, zat didefinisikan sebagai sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Zat padat, misalnya meja belajar, jelas memiliki massa dan di dalam ruang belajar memerlukan ruang atau tempat tertentu. Zat cair, misalnya air, jelas memiliki massa dan memerlukan ruang dalam gelas. Gas juga menempati ruang dapat dilihat pada balon yang ditiup sehingga menggelembung.Bentuk balon yang menggelembung menunjukkan ada udara di dalamnya. Artinya, udara menempati ruang dalam balon.

1. PadatBolpoin, pensil, spidol, dan batuan, termasuk zat padat. Setiap zat padat mempunyai bentuk dan volume yang tetap. Sebagai contoh, pensil tetap berbentuk pensil meskipun dimasukkan ke dalam gelas. Karena tidak ada tekanan yang dapat memampatkan pensil hingga menempati ruang yang lebih kecil, maka pensil itu memiliki volume tetap. 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 partikel di 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. Zat Padat KristalPada 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, kamu dapat melihat bahwa kristal garam dapur berupa kubus-kubus kecil. Es merupakan kristal air yang mempunyai bentuk heksagonal.

Zat Padat Bukan KristalBeberapa 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.

2. CairTeori 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. 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 anda menuang 1 liter minyak goreng ke dalam botol 2 liter, minyak goreng itu tidak akan menyebar memenuhi isi botol tersebut. Demikian juga, anda tidak dapat memaksa 1 liter minyak goreng ke dalam sebuah wadah setengah liter.

Gerak Lebih Banyak 3. GasAnda 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, partikel- partikel 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 anda memompa ban sepeda, berarti anda memaksakan berulang-ulang partikel-partikel udara masuk ke dalam ban sepeda tersebut.

Berikut ini, adalah perbedaan dari susunan partikel zat padat, cair dan gas.

Teori Partikel ZatApakah partikel itu?Untuk menjawab pertanyaan ini, ambillah sebatang kapur tulis dan potonglah menjadi dua bagian.Selanjutnya, potonglah salah satu potongan kapur tulis itu menjadi dua bagian.Apabila pemotongan kapur tulis itu dilakukan terus-menerus, maka suatu ketika kalian tidak dapat memotongnya lagi.Meskipun kalian sudah tidak dapat memotong kapur tulis lagi, tetapi potongan terakhir ini masih memiliki sifat-sifat kapur.Nah, bagian terakhir yang tidak dapat dipotong lagi dan masih memiliki sifat-sifat kapur dikenal sebagai partikel.Ketika anda membuka botol parfum, parfum menguap. Partikel-partikel parfum bergerak ke segala arah dan memenuhi ruangan, sehingga kalian dapat mencium bau parfum. Berdasarkan teori partikel, jumlah partikel parfum dalam wujud cair sama dengan jumlah partikel parfum dalam wujud gas. Akan tetapi, setetes parfum baunya dapat menyebar ke seluruh ruangan. Artinya, jarak antarpartikel gas lebih jauh daripada jarak antarpartikel zat cair.Ketika anda membuat teh manis, gula pasir berubah dari wujud padat ke wujud cair. Partikel-partikel gula pasir menyebar ke seluruh cairan (air) dalam gelas sehingga air terasa manis. Jumlah partikel gula pasir sebelum dilarutkan (wujud padat) dan setelah dilarutkan sama besar. Artinya, jarak antarpartikel dalam zat cair lebih jauh daripada jarak antara partikel zat padat.Ukuran partikel sangat kecil sehingga anda tidak dapat melihat partikel secara langsung. Anda dapat melihat partikel-partikel itu apabila menggunakan alat yang dinamakan mikroskop elektron. Bagian terkecil zat yang dinamakan partikel sering disebut sebagai molekul.Jadi, partikel atau molekul adalah bagian terkecil dari zat yang masih memiliki sifat-sifat zat yang bersangkutan.Bagaimanakah gerak partikel-partikel zat? Robert Brown, seorang ahli botani berkebangsaan Inggris, pada tahun 1827 telah mengamati gerak partikel zat dengan menggunakan mikroskop. Ia menemukan bahwa partikel-partikel tepung sari di dalam air bergerak secara acak (sembarang). Sesuai dengan nama penemunya, gerak partikel-partikel zat dinamakan gerak Brown.

Gerak Brown.Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa jarak antarpartikel zat secara berurutan dari dekat ke jauh berturut-turut adalah zat padat, zat cair, dan gas.Bagaimanakah Teori Partikel Dapat Menjelaskan Perubahan Wujud Zat?Seperti diketahui air dapat berada dalam wujud, yaitu: es (zat padat), air (zat cair), dan uap air (gas). Bagaimanakah teori partikel dapat menjelaskan perubahan wujud zat?Ketika es dipanaskan, energi partikel-partikel es bertambah sehingga setiap partikel dapat bergerak lebih cepat sehingga jarak antarpartikel semakin jauh. Pada suhu tertentu, gaya tarik-menarik yang mengikat partikel-partikel es sudah tidak mampu lagi menahan gerak partikel sehingga partikel-partikelnya berpindah tempat. Pada saat itulah es (zat padat) berubah wujud menjadi air (zat cair). Hal yang sama terjadi apabila air (zat cair) dipanaskan. Ketika air dipanaskan, energi partikel-partikel air bertambah sehingga setiap partikel dapat bergerak lebih cepat sehingga jarak antarpartikel semakin jauh. Pada suhu tertentu, gaya tarik-menarik yang mengikat partikel-partikel air sudah tidak mampu lagi menahan partikel-partikel air untuk tetap berada di tempatnya. Akibatnya, partikel-partikel air bebas bergerak. Pada saat itulah air (zat cair) berubah wujud menjadi uap air (gas). Ketika air disimpan di lemari es, suhu air menurun sehingga sehingga partikel-partikelnya bergerak semakin lembat dan jarak antarpartikelnya semakin dekat. Akibatnya, gaya tarik antarpartikel semakin kuat. Pada suhu tertentu, gaya tarik antarpartikel ini sangat kuat sehingga partikel-partikelnya sudah tidak mampu lagi untuk melepaskan diri. Pada saat itulah air (zat cair) berubah wujud menjadi es (zat padat).Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa perubahan wujud terjadi apabila ada perubahan gerak partikel-partikel sehingga menyebabkan jarak antarpartikel berubah.Kohesi dan AdhesiGaya tarik-menarik antarpartikel ini dibedakan menjadi dua, yaitu: kohesi dan adhesi. Kohesi adalah gaya tarik-menarik antarpartikel zat yang sejenis. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antarpartikel zat yang tidak sejenis.Peristiwa adhesi dengan kohesi ini dapat di amati di kehidupan sehari-hari. Ketika anda memasukkan air ke dalam bejana gelas, maka akan tampak bahwa bahwa permukaan air tidak datar, tetapi sedikit melengkung ke bawah pada bagian yang bersentuhan dengan dinding gelas. Kelengkungan permukaan zat cair ini dinamakan meniskus.

(a) (b)Meniskus pada permukaan zat cair: (a) air membentuk meniskus cekung dan (b) raksa membentuk meniskus cembung.Ada dua macam meniskus, yaitu meniskus cekung dan meniskus cembung. Permukaan air dalam bejana gelas membentuk meniskus cekung. Sebaliknya, permukaan raksa dalam bejana gelas membentuk meniskus cembung. Mengapa permukaan air membentuk meniskus cekung, sedangkan permukaan raksa membentuk meniskus cembung? Hal ini dapat dijelaskan dengan menggunakan gaya tarik-menarik antarpartikel. Untuk air yang berada dalam bejana gelas, kohesi antarpartikel air lebih kecil daripada adhesi antarpartikel air dan kaca. Akibatnya, permukaan air dalam bejana gelas membentuk meniskus cekung. Zat cair yang memiliki meniskus cekung selalu membasahi dinding bejana. Jadi, air selalu membasahi dinding kaca. Untuk raksa yang berada dalam bejana gelas, kohesi antarpartikel raksa lebih besar daripada adhesi antarpartikel raksa dan kaca. Akibatnya, permukaan raksa dalam bejana gelas membentuk meniskus cembung. Zat cair yang memiliki meniskus cembung tidak membasahi dinding bejana. Jadi, raksa tidak membasahi dinding kaca. Sifat raksa yang tidak membasahi dinding kaca merupakan salah satu alasan mengapa raksa digunakan sebagai bahan pengisi termometer. Sifat raksa yang mengkilap serta tidak membasahi dinding kaca menyebabkan skala suhu termometer dapat dibaca dengan mudah.KapilaritasKapilaritas atau gejala kapiler sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Peristiwa naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor merupakan salah satu contoh gejala kapilaritas. Seperti diketahui, bagian bawah sumbu kompor tercelup dalam minyak tanah. Dengan adanya kapilaritas minyak dapat meresap pada sumbu kompor sehingga membasahi seluruh sumbu. Akibatnya, apabila dibakar sumbu kompor dapat menyala karena telah mengandung minyak.Jadi, sumbu kompor dapat berfungsi sebagai pipa-pipa kapiler.Kapilaritas juga memegang peranan penting bagi tumbuh-tumbuhan untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya. Proses pengisapan air dari dalam tanah pada tumbuhan juga dapat dijelaskan berdasarkan konsep kapilaritas. Gejala kapiler menyebabkan air dapat naik dari akar ke daun melalui pembuluh kayu dalam batang.Oleh karena itu, pembuluh kayu berfungsi sebagai pipa kapiler.

B. Keadaan GasZat dapat berada dalam tiga bentuk fisik yang berbeda yaitu: padat, cair dan gas. Pada bab ini kami khusus membahas mengenai gas. Gas memiliki gaya tarik-menarik antar molekulnya yaitu gaya tarik-menarik suatu molekul dengan molekul lainnya yang sangat lemah. Gaya yang lemah ini menyebabkan molekul-molekul dapat bergerak dengan cepat dan bebas sehingga gerak-gerik fisik dari gas hampir tak tergantung dari komposisi kimianya. Bahkan gerak-gerak dari gas dikendalikan oleh volume, tekanan, suhu dan jumlah molnya. Variabel-variabel inilah yang menentukan keadaan gas. Volume dan TekananBila gas dimasukkan ke dalam suatu wadah, molekul-molekulnya akan bergerak secara bebas dan akan menempati seluruh volume wadah tersebut. Akibatnya volume gas selalu diberikan berdasarkan volume dari wadahnya. Karena gas akan bercampur satu sama lain secara bebas, bila ada beberapa macam, gas dalam campuran, maka volume dari tiap komponen sama dengan volume wadah yang ditempati seluruh macam gas.Tekanan didefenisikan sebagai gaya per satuan luas yang merupakan jumlah intensif yang didapat sebagai hasil perbandingan dua kuantitas ekstensif yaitu gaya dan luas. Misalnya bila suatu gaya sebesar 100 lb diberikan pads sebuah piston dengan luas 100 inci2, tekanan tiap inci2 adalah 100-1b/100 inci2 = 1 lb/inci2 (1 pound per inci2 atau 1 psi). Suatu gaya 1 lb yang menaikkan luas 1 inci2 tekanannya akan sama dengan gaya 100 lb yang menekan 100inci2100 lb/ 100 inci2 = 1ilb/inci2Bila gaya sebesar 100 lb ditekankan pada luas yang kecil misalnya 1 inci2, tekanannya akan besar sekali. Sekarang tekanannya adalah 100 Ib/inci2 = 100 psi. Ketergantungan dari tekanan pada gaya dan luas dapat dilihat pada orang yang pernah menginjak paku. Seseorang yang beratnya 110 lb bila menginjak paku kecil yang ujungnya mempunyai luas 0,01 inci2 akan merasakan, bagaimana besamya tekanan sebesar 11.000 psi! Tekanan ini sudah lebih dari cukup untuk paku menusuk kulitnya.Bila tekanan yang dihasilkan oleh sebuah piston dilakukan pada zat yang mengalir (gas atau cairan) seperti terlihat pada gambar dibawah, akan disebarkan merata ke segala arah sehingga seluruh dinding dari wadah akan mendapat tekanan yang sama. Bila piston ditahan oleh gas atau cairan, berarti zat tersebut juga memberikan tekanan yang sama terhadap piston dan dinding wadah.

Gambar Tekanan adalah perbandingan antara gaya per luas. Gaya yang sama sebesar 100 Ib dilakukan pads dua buah piston, tetapi piston sebelah kanan yang luasnya lebib kecit akan menghasilkan tekanan yang lebih besar Pada masing-masing sitinder tekanan yang .sama akan dilakukan padaseluruh dinding.

Tekanan AtmosfirAtmosfir yang mengelilingi bumi adalah campuran berbagai gas. Tekanannya dengan mudah dapat diperlihatkan oleh percobaan bila kita mengeluarkan udara dari wadah yang terbuat dari baja. Sebelum udara dikeluarkan, udara di luar dan di dalam wadah tekanannya sama. Tetapi ketika udara dikeluarkan yang tinggal hanya tekanan atmosfir dari luar dan ini cukup kuat untuk membuat wadah baja itu ringsek.Tekanan atmosfir diukur dengan suatu alat yang disebut barometer. Alat ini dibuat dengan mengisi suatu tabung gelas yang panjangnya 1 meter dengan air raksa, dan menutup ujungnya sehingga air raksa tak akan keluar. Lalu tabung yang berisi air raksa ini dimasukkan ke dalam wadah yang juga berisi air raksa, sehingga ujungnya yang terbuka akan terbenam dalam air raksa. Waktu tabung gelas dibalik, ada sedikit air raksa yang keluar, sehingga tabung di atas tak berisi apa-apa (vakum). Air raksa dalam tabung tetap bertahan karena adanya tekanan atmosfir ke permukaan cairan air raksa.Tinggi kolom air raksa, h, dalam tabung gelas ternyata tak tergantung dari diameter dan panjang tabung gelas, asal saja tabungnya cukup panjang untuk ruangan vakum di atas air raksanya, tetapi tinggi dari air raksanya dapat berubah, tergantung dari perubahan tekanan atmosfir. Misalnya bila akan ada angin topan, tekanan atmosfir akan turun, maka tinggi kolom h akan lebih pendek. Ternyata yang dilaporkan pada laporan cuaca melalui radio dan TV mengenai tekanan barometer adalah tinggi dari kolom air raksa tersebut umumnya dalam centimeter (cm Hg) air raksa.Bila tinggi dari kolom air raksa dalam .tabung tak berubah, maka tekanan yang disebabkan kolom air raksa tepat sesuai dengan tekanan atmosfir dapat kita nyatakan dengan tinggi dari kolom air raksa. Pada permukaan laut tingginya berkisar sekitar 760 mm, sehingga angka ini yang mendasari defenisi dari standar satuan tekanan yang disebut standar atmosfir (atm). Defenisi mula-mula dari standar atmosfir sama dengan tekanan yang dilakukan kolom air raksa setinggi 760 mm pada permukaan air laut dan pada temperatur 0C.1 atm = 760 mm HgDalam satuan Inggris satuan tersebut sama dengan tekanan sebesar 14,7 lb/inci2.Untuk satuan internasional (SI) tekanan adalah Pascal (Pa) didefenisikan sebagai 1 newton (satuan Internasional untuk gaya) per meter persegi.I Pa = 1 N/m2Setelah diperkenalkan satuan Internasional, defenisi standar atmosfir diubah dalam istilah pascal, sehingga defenisinya sekarang1 atm = 101.325 Pa= 101,325 kPaSatuan yang lebih kecil dari tekanan, yang biasa digunakan dalam percobaaan adalah torr, berasal dari name Evangelista Torricelli, yang menemukan barometer. Defenisinya adalah 760 torr sesuai dengan 1 atm. Tekanan barometer yang normal pada permukaan laut kira-kira 29,9 inci air raksa.1 atm = 760 torrUntuk semua pengukuran tekanan gas, 1 torr dapat dianggap sama dengan tekanan oleh kolom air raksa setinggi 1 mm.I torr = 1 mm Hg TemperaturKonsep temperatur muncul dari pengamatan terhadap energi, yang dapat mengalirkan dari satu zat ke zat lain, jika zat itu bersentuhan (seperti pada saat logam panas merah dimasukkan ke dalam air). Temperatur adalah sifat yang menunjukkan arah aliran energi. Jadi, jika energi mengalir dari A ke B, kita akan mengatakan bahwa A mempunyai temperatur yang lebih tinggi daripada B. Jika tidak ada energy yang mengalir ketika A dan B bersentuhan, kita katakana bahwa A dan Bmempunyai temperatur yang sama dan sudah mencapai keadaan kesetimbangan termal.Misalnya zat A (yang dapat kita misalkan sebagai sebuah balok besi) ada dalam kesetimbangan termal dengan zat B (satu balok tembaga) dan juga B dalam kesetimbangan termal dengan zat C (satu labu air). Kemudian, secara eksperimen ditemukan bahwa A dan C juga dalam kesetimbangan termal jika keduanya bersentuhan. Hal ini diringkas dengan pernyataan yang disebut dengan Hukum ke Nol TermodinamikaHukum Ke Nol Termodinamika. Jika A dalam kesetimbangan termal dengan B dan B dalam kesetimbangan termal dengan C maka A juga dalam kesetimbangan termal dengan C.Mengukur Tekanan Gas yang TerperangkapSering diperlukan untuk mengukur tekanan gas yang terdapat dalam suatu sistim yang tertutup (misalnya gas yang dihasilkan suatu reaksi kimia). Alat yang biasa dipakai untuk mengukur tekanan semacam ini disebut manometer. Suatu manometer (gambar dibawah) yang berbentuk tabung U mengandung cairan air raksa.

Salah satu tangan tabung dihubungkan dengan sistim dimana tekanan gasnya akan diukur, sedangkan tangan lainnya tetap terbuka. Kalau tekanan gas di dalam sistim (Pgas) sama dengan Patm., tinggi permukaan air raksa di kedua tangan akan sama (Gambar a) Bila tekanannya lebih besar dari Patm,, tinggi air raksa pada tangan -sebelah kiri akan ditekan ke bawah yang menyebabkan permukaan air raksa sebelah kanan naik (Gambar b). Tekanan gas dari sistim akan kita ketahui dengan membandingkan kedua tangan tabung pada permukaan tertentu (h0) yaitu kita pilih tinggi dari air raksa yang lebih pendek. Tekanan pada kolom sebelah kiri bila Pgas> Patm. adalah juga Pgas., sedangkan pada permukaan yang sama pada kolom, sebelah kanan tekanannya adalah tekanan atm ditambah tekanan dari air raksa yang naik di atas ho = PHg.Bila permukaan tetap, tekanan pada permukaan yang ditentukan pada kedua sisi adalah sama, sehinggaPgas = Patm + PHgTekanan atmosfir Patm dapat dilihat dari barometer dan PHg tak lain adalah perbedaaan dari tinggi kolom air raksa. Demikian juga, bila Pgas.