Partikel dalam zat padat, cair, dan gas
Molekul nitrogen di udara sekitarmu pada 30 °C bergerak sekitar 519 m/s, lebih cepat daripada pesawat penumpang.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Tuangkan air ke dalam gelas. Air mengisi bagian bawah gelas dengan permukaan yang rata. Didihkan air yang sama, dan uapnya menyebar ke seluruh ruangan. Molekul air tidak berubah; H₂O tetap H₂O dalam es, air, maupun uap. Yang berubah adalah jarak antarmolekul, kuatnya gaya tarik di antaranya, dan kecepatan geraknya. Model partikel di halaman ini menampilkan 40 partikel yang sama dalam setiap wujud agar kamu bisa membandingkannya langsung.
Perbandingan tiga wujud zat
| Wujud | Partikel | Bentuk dan volume |
|---|---|---|
| Padat | Tersusun rapat dan teratur; bergetar di tempat | Bentuk dan volume tetap; hampir tidak menyusut saat ditekan |
| Cair | Tersusun rapat tetapi tidak teratur; saling bergeser | Mengikuti bentuk wadah, volume tetap; hampir tidak menyusut |
| Gas | Berjauhan; bergerak lurus | Memenuhi wadah; sangat menyusut saat ditekan |
Karena partikel zat padat dan cair sudah saling bersentuhan, tekanan yang lebih besar tidak bisa mendekatkannya lebih jauh secara berarti. Itulah sebabnya dongkrak hidraulis dapat meneruskan dorongan melalui minyak tanpa membuat minyak menyusut. Sebagian besar volume gas berupa ruang kosong antarmolekul, sehingga pompa sepeda bisa memampatkan udara ke dalam ban. Gaya antarmolekul juga menjelaskan mengapa cairan membentuk tetesan dan zat padat mempertahankan bentuk: pada keduanya, gaya tarik antarpartikel cukup kuat untuk menyatukannya. Dalam gas, gerak partikel terlalu cepat dan jaraknya terlalu jauh untuk ditahan oleh gaya tarik itu.
Air menyimpang dari pola umum
Pada kebanyakan zat, wujud padat lebih rapat daripada wujud cairnya, sehingga potongan padatnya tenggelam dalam lelehannya sendiri. Air berbeda. Air cair pada 0 °C memiliki massa jenis 0.99987 g/cm³. Saat membeku, massa jenisnya turun sekitar 9% (USGS). Es mengapung dengan sebagian besar volumenya di bawah permukaan, sehingga sebagian besar gunung es tersembunyi. Susunan molekul yang renggang dalam kristal es memerlukan lebih banyak ruang daripada susunan acak dalam cairan. Air cair sendiri paling rapat pada 4 °C, dengan massa jenis 1.00000 g/cm³. Saat dipanaskan, massa jenisnya kembali turun hingga 0.95865 g/cm³ pada 100 °C.
Suhu berkaitan dengan gerak partikel
Skala Celsius menetapkan 0 pada titik beku air. Ini praktis, tetapi tidak berkaitan dengan partikel. Skala kelvin dimulai dari nol mutlak, suhu terendah yang mungkin dicapai, yaitu −273.15 °C. Untuk mengonversinya, tambahkan 273.15: 25 °C sama dengan 298.15 K. Pada skala ini, energi kinetik rata-rata partikel berbanding lurus dengan suhu. Jadi, gas pada 600 K memiliki energi kinetik rata-rata dua kali gas yang sama pada 300 K.
Untuk gas, kelajuannya dapat dihitung dari energi tersebut. Kelajuan akar kuadrat rata-rata adalah u = √(3RT/M), dengan R = 8.314 J/(mol K), T dalam kelvin, dan M adalah massa molar dalam kilogram per mol. Untuk nitrogen pada 30 °C, OpenStax menghitung √(3 × 8.314 × 303 ÷ 0.028) = 519 m/s. Molekul yang lebih berat bergerak lebih lambat pada suhu yang sama: molekul oksigen pada −23 °C rata-rata bergerak sekitar 441 m/s. Partikel pada gambar di atas diperlambat jutaan kali agar geraknya bisa kamu ikuti.
| Kelvin | °C + 273.15; 0 K adalah nol mutlak |
| Kelajuan rms | u = √(3RT/M), dengan M dalam kg/mol |
| Massa jenis es | Sekitar 9% lebih rendah daripada air cair, sehingga es mengapung |
| Air paling rapat | Pada 4 °C: 1.00000 g/cm³ |
- Ubah 25 °C ke kelvin.
- Nitrogen cair mendidih pada 77.34 K (NIST). Berapa suhu itu dalam °C (1 angka desimal)?
- Gas dipanaskan dari 300 K menjadi 600 K. Energi kinetik rata-ratanya…
- menjadi dua kali lipat
- tetap sama
- menjadi empat kali lipat
- Hitung kelajuan rms molekul N₂ (M = 0.028 kg/mol) pada 303 K, dibulatkan ke m/s terdekat.
- Pada suhu yang sama, mana yang rata-rata bergerak lebih cepat?
- N₂ (28 g/mol)
- O₂ (32 g/mol)
- Keduanya sama cepat
- Mengapa udara bisa dimampatkan ke dalam ban, sedangkan air hampir tidak bisa?
- Molekul gas berjauhan; molekul cairan sudah saling bersentuhan
- Molekul air lebih berat
- Udara bukan materi
- Air pada 0 °C memiliki massa jenis 0.99987 g/cm³. Massa jenis es sekitar 9% lebih rendah. Perkirakan massa jenis es (2 angka desimal).
- Pada suhu berapa air cair paling rapat?
- 4 °C
- 0 °C
- 100 °C
- Pada wujud apa partikel saling bersentuhan tetapi bisa saling bergeser?
- Cair
- Padat
- Gas
- Urutkan wujud zat dari partikel yang paling kuat terikat hingga paling bebas.
- Molekul tetap sama; yang berubah adalah jarak, gaya tarik, dan kelajuannya.
- Massa jenis es sekitar 9% lebih rendah daripada air, sehingga mengapung; air paling rapat pada 4 °C.
- K = °C + 273.15; energi kinetik rata-rata ∝ T dalam kelvin.
- Kelajuan gas u = √(3RT/M): N₂ pada 30 °C ≈ 519 m/s.
Sumber kursus ini (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Diperiksa: 2026-10-17