Berat Jenis

Banyak benda yang dapat dilihat dan dijumpai di kehidupan sehari-hari. Misalnya pensil, kacamata, batu, kursi, air, balon berisi udara, tabung LPG berisi gas, es, baja, dan daun. Benda-benda tersebut tersusun dari zat yang berbeda, misalnya pensil dan batu. Namun dapat pula tersusun dari zat yang sama, misalnya air dan es. Tahukah kamu apa yang dimaksud dengan zat? Apakah zat dapat berubah wujudnya? Mari kita ikuti pembahasan berikut ini!

A. Zat dan Perubahan Wujudnya

Berbagai macam benda yang kita jumpai memiliki kesamaan, yaitu benda-benda tersebut memerlukan ruang atau tempat untuk keberadaannya. Air di dalam gelas, menempati ruang bagian dalam gelas itu, batu di pinggir jalan menempati ruang di pinggir jalan di mana ruangan itu tidak ditempati oleh benda lain sebelum batu itu disingkirkan.
Udara dalam balon menempati ruang bagian dalam balon itu. Manusia juga menempati ruang, misalkan dalam lift hanya cukup ditempati paling banyak 8 orang dewasa, lebih dari itu ruang dalam lift tidak mencukupi lagi. Benda atau zat juga memiliki massa, sebagai contoh batu bila ditimbang dengan neraca menunjukkan nilai massa tertentu. Balon berisi udara bila dibandingkan massanya dengan balon yang kempis, akan lebih berat balon berisi udara. Hal itu menunjukkan bahwa udara memiliki massa. Dapat disimpulkan bahwa zat adalah sesuatu yang memiliki massa dan 

menempati ruangan.

Ambillah balok kayu dan letakkan di lantai, amati bentuk dan hitunglah volumenya bila mungkin. Kemudian pindahkan ke atas meja, apakah terjadi perubahan pada bentuk maupun volumenya? Ambillah sesendok air. Amati bentuknya dan perkirakan volumenya. Kemudian tuangkan air tersebut ke sebuah piring. Bagaimana perubahan yang terjadi pada bentuknya? Apakah volumenya berubah? Apabila minyak wangi disemprotkan ke suatu ruangan biasanya dengan cepat aromanya menyebar sampai ke setiap sudut ruangan itu. Hal itu membuktikan bahwa zat minyak wangi itu berubah dari bentuk semula, yaitu botol langsung berubah bentuk memenuhi seluruh ruangan tersebut.

Menurut wujudnya zat digolongkan menjadi tiga yaitu
1. zat padat,
2. zat cair, dan
3. zat gas.

Pada suhu ruang, ketiga wujud zat tersebut memiliki sifat-sifat seperti ditunjukkan Tabel 4.1 (halaman 68).

Perubahan wujud zat dapat berlangsung apabila mendapat pengaruh panas maupun tekanan, baik dari luar maupun dari dalam zat itu sendiri. Pengaruh panas yang diserap zat dapat mengubah wujud zat dari padat ke cair maupun langsung ke bentuk gas, dapat juga mengubah wujud dari cair menjadi gas. Contohnya es dipanaskan akan berubah menjadi air, air bila direbus dapat berubah menjadi uap air.

Es kering (CO2 atau gas asam arang padat) bila dipanaskan berubah menjadi gas CO2. Pengaruh panas yang dilepas zat dapat mengubah wujud zat dari gas menjadi cair atau padat maupun sebaliknya. Oleh karena itu, dapat dikatakan perubahan wujud dari padat menjadi cair kemudian menjadi gas adalah perubahan menuju tingkat yang lebih tinggi. Begitu pula sebaliknya, perubahan wujud menuju ke tingkat rendah adalah perubahan yang mengarah ke wujud padat.

Perubahan wujud zat dapat digambarkan secara skematik sebagai berikut.

Berdasarkan diagram tersebut, zat dari wujud yang satu ke wujud yang lainnya dapat dijelaskan sebagai berikut.

1. Membeku yaitu perubahan wujud zat dari cair ke padat
2. Mencair atau melebur yaitu perubahan wujud zat dari padat ke cair
3. Mengkristal yaitu perubahan wujud zat dari gas ke padat
4. Menyublim yaitu perubahan wujud zat dari padat ke gas
5. Menguap yaitu perubahan wujud zat dari cair ke gas
6. Mengembun yaitu perubahan wujud zat dari gas ke cair.

Perubahan wujud sangat dipengaruhi oleh panas yang menyertainya. Contoh-contoh berikut merupakan kejadian sehari-hari yang terkait dengan hal itu.
1. Pada cuaca yang panas atau sedang berolahraga, biasanya orang banyak berkeringat terutama di bagian telapak kaki, telapak tangan, dan ketiak. Berkeringat adalah salah satu cara tubuh untuk mendinginkan diri. Air keringat yang dikeluarkan dari poripori tubuh menguap. Agar penguapan terjadi, air keringat harus mendapatkan panas. Energi panas diperoleh dari kulit tubuh. Jadi, ketika air menguap dari kulit, kulit kehilangan panas dan menjadi dingin. Jumlah air yang hilang dari proses berkeringat ditentukan oleh jumlah pendinginan yang diperlukan tubuh.
2. Apabila kulit kita terkena cairan spirtus atau bensin, biasanya terasa dingin bersamaan dengan menguapnya cairan tersebut dari kulit tubuh. Spirtus atau bensin cenderung menguap di udara terbuka. Untuk menguap cairan tersebut memerlukan panas yang diambil dari kulit tubuh. Akibatnya suhu kulit tubuh di tempat tersebut menjadi lebih rendah, dan kita merasakan dingin di bagian kulit itu. Untuk lebih memahami perubahan wujud zat lakukan kegiatan berikut.

B. Menafsirkan Susunan dan Gerak Partikel pada Berbagai Wujud Zat melalui Penalaran

Pernahkah kamu melihat pakaian basah yang dijemur di terik matahari? Ketika menjadi kering, ke manakah air yang berada dalam pakaian basah tersebut? Tentunya dapat dijawab bahwa air itu menguap. Apakah kita dapat melihat uapnya? Tentu tidak karena partikel-partikel uap air itu sedemikian kecilnya, sehingga tidak tampak oleh mata. Partikel-partikel kecil itu disebut molekul.

Molekul diartikan sebagai bagian terkecil benda yang masih memiliki sifat seperti zat semula. Molekul-molekul tersusun oleh partikel lebih kecil lagi yang disebut dengan atom. Atom berasal dari bahasa Yunani yaitu atomos yang berarti bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Dua atom atau lebih secara kimia dapat bergabung membentuk molekul. Oleh karena itu, dapat dikatakan semua zat terdiri atas molekul-molekul atau atom-atom penyusunnya. Teori molekul atau teori atom dapat digunakan untuk menjelaskan perubahan wujud zat. Zat padat mempunyai bentuk yang tetap, karena letaknya berdekatan dan teratur. Selain itu, molekul-molekul zat padat tidak dapat bergerak bebas karena satu sama lain mempunyai gaya tarik menarik yang sangat kuat. Hal itulah yang menyebabkan molekul-

molekul zat padat tidak mudah dipisahkan. Gerak molekul-molekul zat padat hanya sebatas bergetar dan berputar pada tempatnya. Zat cair memiliki bentuk yang tidak tetap dan selalu menyesuaikan tempatnya. Hal itu disebabkan karena molekul-molekul zat cair letaknya berdekatan, tetapi gerakannya lebih bebas dibanding gerak molekul zat padat. Molekul-molekul zat cair dapat dengan mudah berpindah tempat, namun tidak mudah meninggalkan kelompoknya karena masih ada gaya tarik menarik antar molekul-molekulnya. Untuk memahami bahwa zat cair memiliki bentuk yang tidak tetap, lakukan kegiatan berikut.

Zat gas memiliki bentuk dan volume yang berubah-ubah, karena molekul-molekul gas dapat bergerak bebas. Jarak antara molekul-molekulnya berjauhan apabila dibandingkan ukuran molekulnya sendiri sehingga gaya tarik menariknya sangat lemah.

C. Membedakan Kohesi dan Adhesi Berdasarkan Pengamatan

Setetes air yang jatuh di kaca meja akan berbeda bentuknya bila dijatuhkan pada sehelai daun talas. Mengapa demikian? Antara molekul-molekul air terjadi gaya tarik-menarik yang disebut dengan gaya kohesi molekul air. Gaya kohesi diartikan sebagai gaya tarikmenarik antara partikel-partikel zat yang sejenis. Pada saat air bersentuhan dengan benda lain maka molekulmolekul bagian luarnya akan tarik-menarik dengan molekul-molekul luar benda lain tersebut. Gaya tarik-menarik antara partikel zat yang tidak sejenis disebut gaya adhesi. Gaya adhesi antara molekul air dengan molekul kaca berbeda dibandingkan gaya adhesi antara molekul air dengan molekul daun talas.

Demikian pula gaya kohesi antarmolekul air lebih kecil daripada gaya adhesi antara molekul air dengan molekul kaca. Itulah sebabnya air membasahi kaca dan berbentuk melebar. Namun air tidak membasahi daun talas dan tetes air berbentuk bulat-bulat menggelinding di permukaan karena gaya kohesi antarmolekul air lebih besar daripada gaya adhesi antara molekul air dan molekul daun talas. Gaya kohesi maupun gaya adhesi mempengaruhi bentuk permukaan zat cair dalam wadahnya. Misalkan ke dalam dua buah tabung reaksi masing-masing diisikan air dan raksa. Apa yang terjadi?

Permukaan air dalam tabung reaksi berbentuk cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan raksa dalam tabung reaksi berbentuk cembung disebut meniskus cembung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12 (halaman 74). Hal itu dapat dijelaskan bahwa gaya adhesi molekul air dengan molekul kaca lebih besar daripada gaya kohesi antarmolekul air, sedangkan gaya adhesi molekul raksa dengan molekul kaca lebih kecil daripada gaya kohesi antara molekul raksa.

Meniskus cembung maupun meniskus cekung menyebabkan sudut kontak antara bidang wadah (tabung) dengan permukaan zat cair berbeda besarnya. Meniskus cembung menimbulkan sudut kontak tumpul (> 90⁰), sedangkan meniskus cekung menimbulkan sudut kontak lancip (< 90⁰). Untuk mengamati peristiwa kohesi dan adhesi, lakukan kegiatan berikut ini.

D. Kapilaritas

Gaya kohesi dan gaya adhesi berpengaruh pada gejala kapilaritas. Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya cairan di dalam pipa kapiler atau pipa kecil. Sebuah pipa kapiler kaca bila dicelupkan pada tabung berisi air akan dijumpai air dapat naik ke dalam pembuluh kaca pipa kapiler, sebaliknya bila pembuluh pipa kapiler dicelupkan pada tabung berisi air raksa akan dijumpai bahwa raksa di dalam pembuluh kaca pipa kapiler lebih rendah permukaannya dibandingkan permukaan raksa dalam tabung. Jadi, kapilaritas sangat tergantung pada kohesi dan adhesi. Air naik dalam pembuluh pipa kapiler dikarenakan adhesi sedangkan raksa turun dalam pembuluh pipa kapiler dikarenakan kohesi. Perhatikan Gambar 4.14 (halaman 76).

Sekarang banyak dikembangkan teknologi yang mendasarkan pada gaya adhesi maupun kohesi. Beberapa tekstil kain tiruan menghasilkan kain yang kohesif terhadap debu. Jadi, pakaian dari bahan tersebut tidak mudah kotor. Di lain pihak, banyak ditemukan bahan-bahan adhesif serbaguna, lem alteco, dan sejenisnya sangat berguna bagi kehidupan. Bahkan, luka bekas operasi sekarang tidak perlu dijahit melainkan cukup dilem dengan lem khusus yang adhesif dengan jaringan kulit dan otot. Beberapa contoh gejala kapilaritas yang berkaitan dengan peristiwa alam yaitu:
1. peristiwa naiknya air dari ujung akar ke daun pada tumbuhtumbuhan;
2. naiknya minyak tanah pada sumbu kompor;
3. basahnya tembok rumah bagian dalam ketika hujan. Ketika terkena hujan, tembok bagian luar akan basah, kemudian merembes ke bagian yang lebih dalam.

E. Massa Jenis dan Pengukurannya

Sebuah kelereng dapat ditimbang massanya dan dihitung volumenya. Hasil perbandingan antara massa dan volume kelereng menunjukkan kerapatan molekul-molekul di dalam kelereng. Hasil tersebut tentunya berbeda dengan perhitungan yang didapat dari perbandingan massa suatu bola gabus dengan volumenya.

Kerapatan molekul-molekul kelereng lebih tinggi daripada kerapatan molekul-molekul gabus. Dalam ilmu alam, kerapatan sering disebut dengan massa jenis. Pengertian massa jenis adalah massa tiap satuan volume. Massa jenis dilambangkan dengan simbol p (dibaca rho), salah satu huruf Yunani.

Massa jenis benda sering disebut dengan kerapatan benda dan merupakan ciri khas setiap jenis benda. Massa jenis tidak tergantung pada jumlah benda. Apabila jenisnya sama maka nilai massa jenisnya juga sama. Misalnya, setetes air dan seember air mempunyai nilai massa jenis sama yaitu 1 gram/cm³. Berbagai logam memiliki nilai massa jenis besar dikarenakan atom-atom dalam susunan molekulnya memiliki kerapatan yang besar. Gabus atau stirofoam mempunyai massa jenis kecil karena susunan atom-atom dalam molekulnya memiliki kerapatan kecil.

Beberapa nilai massa jenis benda dapat dilihat dalam Tabel 4.5.

Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa kerapatan logam tertentu seperti platina atau emas jauh lebih besar dibandingkan zat-zat lainnya. Massa jenis berbagai zat berbeda-beda walaupun benda-benda tersebut jumlah atau volumenya sama. Massa jenis zat yang umum digunakan sebagai patokan adalah massa jenis air dan massa jenis raksa. Massa jenis air dalam wujud cair, yaitu 1000 kg/m³ atau 1 g/cm³, sedangkan raksa atau mercury memiliki massa jenis 13.600 kg/m³ atau 13,6 g/cm³.

Selain massa jenis, dikenal pula berat jenis. Berat jenis adalah berat benda (w) tiap satuan volume (V). Bila berat jenis dapat dilambangkan dengan S, dapat dinyatakan dengan persamaan 

Berat benda merupakan hasil kali antara massa benda (m) dengan percepatan gravitasi bumi (g), atau dapat ditulis sebagai

Dengan demikian, berat jenis dapat ditulis dalam bentuk lain sebagai berikut.

Jadi, berat jenis benda adalah hasil kali antara massa jenis dengan percepatan gravitasi. Untuk memahami pengukuran massa jenis pada benda yang memiliki bentuk tidak teratur, lakukanlah kegiatan berikut ini.

F. Penggunaan Konsep Massa Jenis dalam Kehidupan Sehari-Hari

1. Kapal Selam

Tahukah kamu mengapa es dapat terapung di air, sedangkan batu tenggelam dalam air? Es memiliki massa jenis lebih kecil dari air, sehingga es dapat terapung dalam air. Batu tenggelam dalam air karena memiliki massa jenis lebih besar daripada air.

Tahukah kamu mengapa kapal selam dapat terapung dan tenggelam di air? Ketika terapung massa jenis total kapal selam lebih kecil dari air laut dan sewaktu tenggelam massa jenis total kapal selam lebih besar dari air laut. Kapal selam memiliki tangki pemberat yang berisi air dan udara. Tangki tersebut terletak di antara lambung kapal sebelah dalam dan luar. Tangki dapat berfungsi membesar atau memperkecil massa jenis total kapal selam. Ketika air laut dipompa masuk ke dalam tangki pemberat, massa jenis kapal selam lebih besar dan sebaliknya agar massa jenis total kapal selam menjadi kecil, air laut dipompa keluar.

2. Balon Gas

Pernahkah kamu melihat balon udara? Tahukah kamu, gas apa yang terdapat di dalamnya? Balon gas berisi gas helium. Gas helium memiliki massa jenis yang lebih kecil dari udara, sehingga balon gas bisa naik ke atas.

3. Air Minum Dingin di Dalam Lemari Es

Suatu ketika kamu mungkin pernah melihat dalam botol air minum dingin yang berasal dari lemari es terdapat endapan kapur. Kenapa hal itu dapat terjadi? Air yang jernih dapat juga mengandung kapur, namun apabila dilihat langsung dengan mata tidak kelihatan. Ketika air dingin massa jenis air lebih kecil dan terpisah dari kapur sehingga kapur yang memiliki massa jenis lebih besar akan turun ke bawah dan mengendap.

Beri Penilaian