Wujud Zat Kelima

Wujud Zat Kelima

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.

Wujud zat dapat juga dibedakan berdasarkan interaksi antarmolekul penyuzun zat. Dalam klasifikasi ini, pada zat padat interaksi tarik-menarik antarmolekul membuat posisi molekul-molekul penyusunnya tetap dalam koordinat dimensi ruang. Pada zat cair, interaksi tarik-menarik antarmolekul relatif lebih lemah sehingga posisi molekul-molekulnya berubah-ubah meskipun tidak ekstrim. Sedangkan dalam gas, nyaris tidak terjadi interaksi antarmolekul gas sehingga mereka bebas bergerak ke sana ke mari sehingga membuat gas tidak dapat mempertahankan volume dan bentuknya.

Proses perubahan fase zat. Arah panah ke atas menunjukkan nilai entalpi yang semakin tinggi. Entalpi adalah konsep dalam termodinamika yang menunjukkan total energi dalam plus total energi dari tekanan dan volume zat.

Ada satu wujud tambahan berdasarkan interaksi antarmolekul penyusun, yaitu disebut plasma. Plasma adalah gas yang terionisasi (memiliki muatan listrik) dan biasanya memiliki temperatur yang tinggi. Interaksi ionik antar molekul-molekul bermuatan yang ada dalam plasma memberikan plasma sifat-sifat yang berbeda dari tiga wujud lain. Inilah yang menjadi alasan kenapa plasma disebut wujud zat keempat (the fourth state of matterial).

Di Bumi kita, plasma dapat ditemukan pada awan-awan bermuatan yang menghasilkan petir. Malah, sebagian orang mendeskripsikan petir itu sendiri adalah plasma. Kilatan terang-benderang yang kita saksikan dari petir adalah radiasi elektromagnetik (termasuk di dalamnya cahaya tampak, gelombang radio, dan sinar-X) yang dipancarkan oleh plasma. Selain itu, plasma pada petir membawa arus sampai 30.000 ampere dan memiliki temperatur sampai 28.000 kelvin. Plasma juga ada di dalam tabung televisi (bukan monitor datar seperti pada laptop) dan lampu neon.

Namun, sesungguhnya plasma lebih banyak terdapat di luar angkasa. Debu-debu kosmik yang menjadi cikal-bakal bintang berwujud plasma. Materi penyusun angin surya (solar wind), inti Matahari, bahkan planet Jupiter sebagian besar berwujud plasma. Karena banyaknya plasma mengisi ruang di luar angkasa, plasma menjadi salah satu kunci untuk mempelajari Alam Semesta kita. Dalam fisika, pengkajian plasma secara khusus dilakukan oleh cabang ilmu yang disebut fisika plasma (plasma physics).