Materi dan Perubahannya

Modul Olimpiade IPA SD — Bab 2

Coba lihat sekelilingmu sebentar. Ada meja, ada udara yang kamu hirup, ada air di gelas, mungkin ada bau masakan dari dapur. Kelihatannya semua itu benda yang berbeda-beda. Tapi kalau kita perkecil pandangan sampai jauh lebih kecil daripada yang bisa dilihat mata, semuanya ternyata tersusun dari hal yang sama: partikel-partikel kecil yang jumlahnya tak terbayangkan banyaknya.

Bab ini akan mengajakmu masuk ke dunia partikel itu. Kamu akan tahu kenapa es mengapung, kenapa besi berkarat sedangkan aluminium tidak, kenapa air naik sendiri lewat tisu, dan kenapa batu apung bisa terapung padahal ia batu.

Semua pertanyaan itu jawabannya satu: lihat partikelnya.

Siap? Ayo mulai.

Materi dan Tiga Wujudnya

Apa itu Materi?

Materi adalah segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Dua syarat itu harus dipenuhi keduanya.

Batu jelas materi: ia menempati ruang dan bisa ditimbang. Air juga materi. Udara pun materi — walaupun tak terlihat, ia menempati ruang (buktinya balon bisa menggembung) dan punya massa (buktinya balon yang ditiup jadi sedikit lebih berat).

Lalu, apa yang bukan materi? Cahaya, panas, dan bunyi. Ketiganya adalah bentuk energi. Cahaya tidak bisa ditimbang dan tidak menempati ruang.

Tiga Wujud dan Susunan Partikelnya

Materi hadir dalam tiga wujud: padat, cair, dan gas. Yang membedakan ketiganya bukan jenis partikelnya, melainkan bagaimana partikel itu tersusun dan bergerak.

Sifat	Zat Padat	Zat Cair	Gas
Bentuk	tetap	berubah mengikuti wadah	berubah mengikuti wadah
Volume	tetap	tetap	berubah, memenuhi seluruh wadah
Jarak antarpartikel	sangat rapat	agak renggang	sangat berjauhan
Susunan partikel	sangat teratur	kurang teratur	acak
Gaya tarik antarpartikel	sangat kuat	lemah	sangat lemah
Gerak partikel	hanya bergetar di tempat	meluncur berpindah tempat	bebas ke segala arah, cepat

Zat Cair dan Gas Sama-Sama Fluida

Ada satu kata yang sering muncul di soal olimpiade: fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas — keduanya, bukan salah satunya.

Kenapa keduanya bisa mengalir? Karena partikelnya sama-sama bebas berpindah tempat. Pada zat padat, partikel terkunci di posisinya, jadi zat padat tidak dapat mengalir.

Ingat! Meskipun sama-sama mengalir, cair dan gas tidak sama persis. Perhatikan dua perbedaan ini, karena keduanya sering dijadikan jebakan:

• Hanya gas yang memenuhi seluruh ruang wadahnya. Zat cair hanya mengumpul di bagian bawah wadah dan volumenya tetap.
• Gas dapat dimampatkan (ditekan sampai volumenya mengecil), karena partikelnya berjauhan sehingga masih ada ruang kosong. Zat cair hampir tidak bisa dimampatkan. Jadi pernyataan "cairan dan gas sama-sama tidak dapat dimampatkan" itu keliru.

Menyusuri Isi Materi: Atom, Molekul, dan Rumus Kimia

Tadi kita bilang materi tersusun dari partikel. Sekarang pertanyaannya: partikel itu sendiri terbuat dari apa?

Atom dan Bagian-Bagiannya

Atom adalah satuan dasar penyusun materi. Ukurannya luar biasa kecil — dalam satu titik tinta di ujung pensilmu terdapat miliaran atom.

Atom punya tiga partikel penyusun:

• Proton — bermuatan positif (+), berada di dalam inti.
• Neutron — tidak bermuatan (netral), juga berada di dalam inti.
• Elektron — bermuatan negatif (−), bergerak di daerah sekitar inti, bukan di dalamnya.

Ingat! Inti atom berisi proton dan neutron. Elektron berada di luar inti. Ini pertanyaan yang hampir selalu muncul, dan jawaban yang menaruh elektron di dalam inti adalah jebakan yang paling sering dipilih.

Dari Atom Menjadi Molekul

Atom jarang sekali hidup sendirian. Biasanya ia bergabung dengan atom lain. Gabungan dua atom atau lebih yang saling berikatan disebut molekul.

Membaca Rumus Kimia

Molekul ditulis dengan rumus kimia. Air ditulis H₂O. Cara membacanya begini:

• Huruf besar menyatakan jenis unsur: H untuk hidrogen, O untuk oksigen.
• Angka kecil di bawah menyatakan berapa banyak atom unsur itu.
• Kalau tidak ada angka, berarti jumlahnya satu.

Jadi H₂O berarti: 2 atom hidrogen + 1 atom oksigen.

Ingat! Angka 2 pada H₂O menyatakan jumlah atom hidrogen, bukan nama unsur baru. Kalau soal bertanya "dua jenis atom penyusun air", jawabannya hidrogen dan oksigen — bukan hidrogen dan nitrogen, bukan pula oksigen dan karbon.

Beberapa rumus kimia lain yang berguna kamu kenali:

Rumus	Nama	Tersusun dari
H₂O	air	2 atom hidrogen + 1 atom oksigen
O₂	gas oksigen	2 atom oksigen
CO₂	karbon dioksida	1 atom karbon + 2 atom oksigen
NaCl	garam dapur	1 atom natrium + 1 atom klorin

Unsur, Senyawa, dan Campuran

Sekarang kita naik satu tingkat. Kalau materi dikelompokkan berdasarkan susunan penyusunnya, ada tiga golongan.

• Unsur — zat yang hanya tersusun dari satu jenis atom dan tidak dapat diuraikan lagi dengan cara kimia biasa. Contoh: besi (Fe), emas (Au), oksigen (O), karbon (C).
• Senyawa — zat yang tersusun dari dua unsur atau lebih yang berikatan secara kimia dengan perbandingan tetap. Contoh: air (H₂O), garam dapur (NaCl), gula, karbon dioksida (CO₂).
• Campuran — gabungan dua zat atau lebih yang tidak berikatan secara kimia, sehingga masing-masing masih membawa sifat aslinya. Contoh: air garam, udara, tanah, susu cokelat.

Perbedaan senyawa dan campuran paling mudah dipegang lewat dua hal:

Pembanding	Senyawa	Campuran
Perbandingan penyusun	selalu tetap (air selalu 2 H : 1 O)	bebas (kopi bisa manis atau pahit)
Sifat penyusun	hilang, muncul sifat baru	tetap terbawa masing-masing
Cara memisahkan	perlu reaksi kimia	cukup cara fisika (disaring, diuapkan)

Contoh yang menarik: natrium adalah logam yang meledak jika kena air, dan klorin adalah gas beracun. Tapi ketika keduanya berikatan menjadi senyawa NaCl, hasilnya adalah garam dapur yang kita makan setiap hari. Sifat penyusunnya benar-benar hilang. Itulah tanda senyawa.

Massa Jenis: Ukuran Kepadatan Materi

Ini materi yang paling sering keluar di olimpiade, jadi kita bahas pelan-pelan sampai benar-benar melekat.

Coba bayangkan dua kantong berukuran sama. Yang satu diisi kapas sampai penuh, yang satu diisi pasir sampai penuh. Volumenya sama, tapi kantong pasir jauh lebih berat. Kenapa? Karena di dalam ruang yang sama, pasir memuat lebih banyak materi.

Ukuran untuk hal itu disebut massa jenis (lambangnya \rho, dibaca "rho"). Massa jenis menyatakan berapa banyak massa yang termuat dalam setiap satuan volume.

\rho = \frac{m}{V}

Dari satu rumus itu lahir dua rumus turunan:

m = \rho \times V \qquad \text{dan} \qquad V = \frac{m}{\rho}

Satuan dan Angka yang Wajib Hafal

• kg/m³ — satuan SI.
• g/cm³ — lebih praktis untuk benda kecil.
• Hubungannya: 1 \text{ g/cm}^3 = 1.000 \text{ kg/m}^3
• Massa jenis air: 1 \text{ g/cm}^3 = 1.000 \text{ kg/m}^3. Angka ini menjadi pembanding di hampir semua soal.

Zat	Massa jenis (g/cm³)
Gabus	0,24
Minyak goreng	0,80
Es	0,92
Air	1,00
Air laut	1,03 (kira-kira)
Aluminium	2,70
Besi	7,90
Raksa	13,60
Emas	19,30

Massa Sama, Volume Berbeda

Perhatikan pola pada gambar itu baik-baik, karena inilah bentuk soal yang paling sering muncul: beberapa benda bermassa sama, volumenya berbeda-beda.

Kalau m tetap dan V membesar, maka \rho = m/V menjadi lebih kecil. Artinya materinya tersebar di ruang yang lebih luas — partikelnya lebih renggang.

Ingat! Pada massa yang sama, volume terbesar = massa jenis terkecil = paling renggang. Banyak yang tertukar dan mengira volume terbesar berarti paling rapat. Periksa lagi rumusnya: volume ada di penyebut.

Contoh Soal 1

Garam dapat dibuat dengan menguapkan air laut. Kandungan garam pada air laut suatu daerah adalah 60%, dan massa jenis air laut itu 1,2 kilogram per liter.

1. Berapa massa 100 liter air laut tersebut?
2. Berapa massa garam yang dihasilkan jika 100 liter air laut itu diuapkan seluruhnya?

Pembahasan:

Diketahui: V = 100 \text{ L}, \rho = 1{,}2 \text{ kg/L}, kadar garam 60%.

Langkah 1 — cari massa air lautnya. Jangan langsung menganggap 100 liter sama dengan 100 kg. Kita harus mengalikannya dengan massa jenis.

m = \rho \times V = 1{,}2 \times 100 = 120 \text{ kg}

Langkah 2 — ambil 60% dari massa itu.

m_{\text{garam}} = 60\% \times 120 = 0{,}60 \times 120 = 72 \text{ kg}

Langkah 3 — periksa kembali. 72 : 120 = 0{,}60, benar 60%.

Jawaban: (a) 120 kg; (b) 72 kg garam.

Ingat! Kesalahan paling sering pada soal seperti ini adalah lupa mengalikan volume dengan massa jenis, sehingga 100 liter dikira 100 kg. Volume dan massa adalah dua besaran berbeda — jembatan di antara keduanya adalah massa jenis.

Terapung, Melayang, dan Tenggelam

Sekarang kita pakai massa jenis untuk menjawab pertanyaan yang sering ditanyakan anak-anak: kenapa ada benda yang mengapung dan ada yang tenggelam?

Aturannya sederhana — bandingkan massa jenis benda dengan massa jenis zat cairnya:

• \rho_{\text{benda}} < \rho_{\text{cairan}} → benda terapung
• \rho_{\text{benda}} = \rho_{\text{cairan}} → benda melayang
• \rho_{\text{benda}} > \rho_{\text{cairan}} → benda tenggelam

Es mengapung karena massa jenisnya 0,92 g/cm³, lebih kecil daripada air yang 1,00 g/cm³. Sesederhana itu.

Ingat! Es bukan mengapung karena lebih dingin daripada air, dan bukan karena volumenya lebih kecil. Suhu memang berperan — tapi perannya adalah membuat massa jenisnya berubah. Yang langsung menentukan terapung atau tidak tetaplah massa jenis.

Hal yang sama menjelaskan kenapa kapal baja yang beratnya ribuan ton tetap mengapung: badan kapal berongga dan berisi udara, sehingga massa jenis rata-rata seluruh kapal menjadi lebih kecil daripada massa jenis air laut.

Contoh Soal 2

Sebuah balok logam berukuran 5 cm × 4 cm × 2 cm memiliki massa 316 gram. Tentukan massa jenisnya, tebak logam apa itu, dan tentukan apakah ia terapung atau tenggelam di air.

Pembahasan:

Langkah 1 — hitung volume balok.

V = p \times l \times t = 5 \times 4 \times 2 = 40 \text{ cm}^3

Langkah 2 — hitung massa jenisnya.

\rho = \frac{m}{V} = \frac{316}{40} = 7{,}9 \text{ g/cm}^3

Langkah 3 — cocokkan dengan tabel dan bandingkan dengan air. Nilai 7,9 g/cm³ sama dengan massa jenis besi. Karena 7{,}9 > 1{,}00, benda itu tenggelam.

Jawaban: Massa jenisnya 7,9 g/cm³, logamnya besi, dan ia tenggelam di air.

Anomali Air: Keanehan yang Menyelamatkan Ikan

Hampir semua zat menyusut ketika didinginkan. Air juga begitu — tetapi hanya sampai suhu tertentu. Setelah itu, air berbuat sebaliknya. Keanehan inilah yang disebut anomali air.

Yang perlu kamu pegang cuma satu kalimat: air mencapai volume terkecil, dan karenanya massa jenis terbesar, pada suhu 4 °C.

Dari kalimat itu, dua akibatnya bisa kamu turunkan sendiri:

• Kalau air didinginkan dari 4 °C menuju 0 °C, volumenya justru bertambah (memuai). Massanya tetap, jadi massa jenisnya turun dan partikelnya menjadi lebih renggang.
• Ketika akhirnya membeku menjadi es pada 0 °C, volumenya bertambah lagi. Itulah sebabnya botol berisi air yang penuh bisa retak kalau dimasukkan ke freezer.

Kebalikannya juga berlaku: ketika es mencair menjadi air, molekulnya justru tersusun lebih rapat, sehingga massa jenisnya naik dari 0,92 menjadi 1,00 g/cm³.

Ingat! Pada rentang 4 °C sampai 0 °C, air memuai saat didinginkan. Jawaban "volume menurun" adalah jebakan yang paling banyak dipilih, karena kita terbiasa berpikir dingin berarti menyusut.

Keanehan ini ada gunanya. Karena es lebih ringan daripada air, di daerah dingin es membeku di permukaan danau, bukan di dasarnya. Lapisan es itu menjadi selimut, dan air di bawahnya tetap cair — sehingga ikan-ikan bisa bertahan hidup sepanjang musim dingin.

Enam Arah Perubahan Wujud

Materi bisa berpindah dari satu wujud ke wujud lain. Karena ada tiga wujud, maka ada enam arah perubahan yang mungkin — dan keenamnya punya nama sendiri-sendiri yang wajib kamu kuasai.

Nama	Arah	Kalor	Contoh sehari-hari
Mencair (melebur)	padat → cair	menyerap	es batu menjadi air, mentega meleleh
Membeku	cair → padat	melepas	air menjadi es, lilin cair mengeras
Menguap	cair → gas	menyerap	air mendidih, pakaian basah menjadi kering
Mengembun	gas → cair	melepas	embun pagi, titik air di dinding luar gelas es
Menyublim	padat → gas	menyerap	kapur barus mengecil, es kering (dry ice)
Mengkristal (deposisi)	gas → padat	melepas	terbentuknya salju, jelaga di cerobong asap

Ingat! Perubahan cair menjadi padat namanya membeku, bukan "memadat". Kata "memadat" bukan istilah baku dan sering dipasang sebagai pengecoh.

Aturan Cepat: Kalor Diserap atau Dilepas?

Kamu tidak perlu menghafal enam-enamnya satu per satu. Ada satu aturan yang menutup semuanya.

Urutkan ketiga wujud dari yang paling teratur ke paling acak: padat → cair → gas. Lalu:

• Bergerak ke arah lebih acak (padat→cair→gas) berarti menyerap kalor. Partikel butuh energi untuk melepaskan diri dari cengkeraman tetangganya.
• Bergerak ke arah lebih teratur (gas→cair→padat) berarti melepas kalor. Partikel menyerah dan menempel kembali, energinya dibuang.

Jadi kalau soal bertanya "perubahan mana yang melepaskan kalor", jawabannya selalu tiga ini: mengembun, membeku, dan mengkristal.

Ingat! Menguap dan mencair menyerap kalor, tidak melepasnya. Buktinya mudah: kalau kamu ingin es mencair, kamu harus memberi panas, bukan mengambilnya.

Ingat! Menyublim menghasilkan gas, bukan zat cair. Kalau kamu keliru di titik ini, seluruh rangkaian jawabannya ikut salah.

Apa yang Membuat Perubahan Wujud Lebih Cepat

Dua bongkah es dengan volume persis sama diletakkan di bawah sinar matahari yang sama. Yang satu utuh, yang satu dipecah menjadi bongkahan-bongkahan kecil. Mana yang mencair lebih dulu?

Jawabannya: yang dipecah kecil-kecil. Alasannya, kalor masuk melalui permukaan. Makin luas permukaan yang bersentuhan dengan udara panas, makin banyak kalor yang bisa diserap dalam waktu yang sama.

Faktor-faktor yang mempercepat perubahan wujud:

• Luas permukaan lebih besar — es dipecah, gula dihaluskan, pakaian dibentangkan lebar-lebar.
• Suhu lebih tinggi — dijemur di terik matahari, dipanaskan di atas kompor.
• Aliran udara — dikipasi, dijemur di tempat berangin.
• Pengadukan (untuk pelarutan) — mempercepat pertemuan partikel.

Perubahan Fisika dan Perubahan Kimia

Sampai sini semua perubahan yang kita bahas hanya mengubah wujud, tidak mengubah jenis zatnya. Es yang mencair tetaplah air. Sekarang kita masuk ke jenis perubahan yang benar-benar berbeda.

Pembanding	Perubahan Fisika	Perubahan Kimia
Zat baru	tidak terbentuk	terbentuk
Yang berubah	wujud, bentuk, ukuran	susunan atomnya sendiri
Dapat dibalik?	umumnya mudah dibalik	umumnya sukar dibalik
Contoh	es mencair, gula larut, kayu dipotong, kertas disobek	kayu dibakar, besi berkarat, singkong menjadi tape, buah membusuk

Empat Ciri Terjadinya Reaksi Kimia

1. Terbentuk endapan — muncul butiran padat yang mengendap di dasar wadah.
2. Timbul gas — muncul gelembung, misalnya soda kue dicampur cuka.
3. Terjadi perubahan warna — misalnya buah apel yang dipotong lalu berubah menjadi cokelat.
4. Terjadi perubahan suhu — campuran menjadi lebih panas atau justru lebih dingin dengan sendirinya.

Satu Peristiwa, Dua Perubahan Sekaligus

Ini bagian yang paling sering menjebak. Dalam satu peristiwa, bisa terjadi perubahan fisika dan perubahan kimia pada saat bersamaan. Lilin yang menyala adalah contoh terbaiknya.

Ketika lilin menyala, ada beberapa hal yang terjadi bersamaan. Mari pilah satu per satu:

• Malam lilin meleleh — hanya berubah wujud dari padat menjadi cair, dan bisa membeku lagi. Ini perubahan fisika.
• Lilin berubah bentuk — bentuknya saja yang berubah, zatnya tetap malam lilin. Perubahan fisika.
• Sumbu terbakar — sumbu bereaksi dengan oksigen menghasilkan gas dan abu, zat yang benar-benar baru, dan abu tidak bisa dikembalikan menjadi sumbu. Inilah satu-satunya perubahan kimia.
• Ruangan menjadi terang — ini akibat dari reaksi pembakaran, bukan zat baru.
• Udara sekitar menjadi hangat — ini juga akibat, yaitu kalor yang dilepaskan reaksi.

Ingat! Terang dan hangat adalah efek yang menyertai reaksi, bukan bukti terbentuknya zat baru. Pertanyaan kuncinya selalu sama: apakah muncul zat yang jenisnya berbeda dari zat asalnya? Kalau tidak, berarti bukan perubahan kimia.

Perkaratan: Besi Berkarat, Aluminium Tidak

Sekarang mari kita lihat satu perubahan kimia yang terjadi pelan-pelan di sekitar kita setiap hari.

Korosi adalah rusaknya logam karena bereaksi dengan zat di lingkungannya, terutama oksigen dan air. Pada besi, korosi menghasilkan lapisan cokelat kemerahan yang kita sebut karat.

Sekarang bagian yang menarik. Kalau besi dan aluminium sama-sama direndam air selama seminggu, hanya besi yang berkarat. Mengapa?

Sebenarnya aluminium juga teroksidasi — bahkan lebih cepat daripada besi. Bedanya ada pada hasilnya:

• Karat besi bersifat rapuh dan berpori. Lapisannya gampang mengelupas, sehingga besi segar di bawahnya kembali terbuka dan ikut berkarat. Proses ini terus berlanjut sampai besinya keropos habis.
• Oksida aluminium bersifat tipis, rapat, dan melekat kuat. Lapisan itu justru menjadi perisai yang menghalangi udara dan air masuk lebih dalam. Jadi proses korosinya berhenti sendiri.

Ingat! Istilah "karat" khusus dipakai untuk besi. Kalau soal menanyakan logam mana yang berkarat, jawabannya besi saja. Pilihan "kedua logam berkarat" adalah pengecoh yang paling menggoda karena terdengar adil — padahal salah.

Cara mencegah besi berkarat pada dasarnya satu: halangi pertemuan besi dengan udara dan air. Caranya bisa dicat, dilapisi oli, dilapisi logam lain (misalnya seng pada seng gelombang), atau disimpan di tempat kering.

Campuran Homogen dan Heterogen

Tadi kita sudah kenal campuran. Sekarang kita bagi lagi menjadi dua jenis, dan pembeda antara keduanya cuma satu pertanyaan: apakah komponennya masih bisa dibedakan dengan mata?

• Campuran homogen — komposisinya seragam di seluruh bagian, tidak tampak batas antarkomponen, dan hanya terlihat satu fase. Campuran homogen disebut juga larutan. Contoh: alkohol dan air, air garam, air gula, udara bersih, emas 22 karat.
• Campuran heterogen — komponennya masih dapat dibedakan, ada batas yang terlihat, atau ada bagian yang mengendap dan mengambang. Contoh: pasir dan air, minyak dan air, sereal dan susu, air kopi tubruk.

Mari uji keempat contoh pada gambar:

• Pasir + air — pasir tidak larut dan mengendap di dasar. Terlihat jelas. Heterogen.
• Minyak + air — keduanya tidak menyatu dan membentuk dua lapisan dengan batas tegas. Heterogen.
• Sereal + susu — butiran serealnya tetap tampak mengambang. Heterogen.
• Alkohol + air — keduanya saling melarutkan sempurna sampai tidak bisa dibedakan lagi. Homogen.

Ingat! Sereal dalam susu bukan campuran homogen, walaupun terlihat "menyatu" saat diaduk. Selama butirannya masih terlihat, campurannya heterogen.

Zat Terlarut, Pelarut, dan Larutan

Pada sebuah larutan, ada dua peran:

• Zat terlarut — zat yang jumlahnya lebih sedikit dan yang larut. Contoh: gula, garam.
• Pelarut — zat yang jumlahnya lebih banyak dan yang melarutkan. Contoh: air.

Air disebut pelarut universal karena mampu melarutkan sangat banyak jenis zat. Tapi tidak semuanya — minyak dan pasir tetap tidak larut dalam air.

Enam Cara Memisahkan Campuran

Karena campuran tidak berikatan secara kimia, ia dapat dipisahkan kembali hanya dengan cara fisika. Kuncinya adalah menemukan perbedaan sifat antara komponennya, lalu memanfaatkan perbedaan itu.

Berikut enam cara yang paling sering muncul. Perhatikan kolom "dasar pemisahan" — itulah yang biasanya ditanyakan.

1. Filtrasi (Penyaringan)

Dasar pemisahan: perbedaan ukuran partikel. Partikel yang lebih besar dari lubang penyaring akan tertahan.

Contoh: menyaring pasir dari air, menyaring ampas dari air teh, menyaring santan dari parutan kelapa.

2. Evaporasi dan Kristalisasi

Dasar pemisahan: pelarutnya menguap lebih dulu karena titik didihnya jauh lebih rendah, sehingga zat terlarut tertinggal sebagai kristal.

Contoh: membuat garam dari air laut, memperoleh gula dari nira.

3. Distilasi (Penyulingan)

Dasar pemisahan: perbedaan titik didih. Zat yang mendidih lebih dulu diuapkan, lalu uapnya diembunkan kembali menjadi cairan murni yang disebut destilat.

Contoh: membuat air murni (akuades), menyuling minyak kayu putih, memisahkan bensin dan solar dari minyak bumi.

4. Sublimasi

Dasar pemisahan: hanya salah satu komponen yang dapat menyublim, sedangkan pengotornya tidak.

Contoh: memurnikan kapur barus atau iodin dari campuran pasir.

5. Kromatografi

Dasar pemisahan: perbedaan kecepatan merambat tiap komponen pada medium diam ketika terbawa medium yang bergerak.

Contoh: memisahkan zat warna pada tinta atau pewarna makanan, tes doping pada atlet.

6. Sentrifugasi

Dasar pemisahan: perbedaan massa jenis. Putaran berkecepatan tinggi melemparkan komponen yang lebih rapat ke dasar tabung.

Contoh: memisahkan sel darah merah dari plasma darah, memisahkan krim dari susu.

Ingat! Perhatikan baik-baik apa yang ingin diambil. Kalau yang diinginkan zat terlarutnya (misalnya garam), pakai evaporasi. Kalau yang diinginkan pelarutnya (misalnya air murni), pakai distilasi. Keduanya sama-sama memanfaatkan titik didih, tetapi hasil yang diambil berbeda.

Kohesi, Adhesi, dan Gejala Permukaan

Kita kembali ke partikel, tapi kali ini yang kita lihat adalah tarik-menarik di antara mereka. Dari dua gaya sederhana ini lahir beberapa gejala yang tampak ajaib.

• Kohesi — gaya tarik-menarik antara partikel sejenis. Contoh: antarmolekul air, antarmolekul raksa.
• Adhesi — gaya tarik-menarik antara partikel berbeda jenis. Contoh: molekul air dengan dinding kaca, tinta dengan kertas, cat dengan tembok.

Cara mengingatnya: kohesi seperti kompak dengan sesama; adhesi seperti menempel pada benda lain.

Meniskus: Bentuk Permukaan Zat Cair

Sekarang lihat apa yang terjadi kalau kedua gaya itu bersaing. Permukaan zat cair di dalam tabung sempit ternyata tidak rata, melainkan melengkung. Lengkungan itu disebut meniskus.

Zat cair	Perbandingan gaya	Bentuk permukaan	Akibatnya
Air dalam kaca	adhesi > kohesi	meniskus cekung	tepi naik, air membasahi kaca
Raksa dalam kaca	kohesi > adhesi	meniskus cembung	tepi turun, raksa tidak membasahi kaca

Logikanya begini. Pada air, tarikan molekul air terhadap kaca (adhesi) lebih kuat daripada tarikan sesama molekul air (kohesi). Akibatnya air "memanjat" dinding kaca sehingga bagian tepinya naik dan tengahnya cekung.

Pada raksa terjadi kebalikannya. Molekul raksa lebih suka berpegangan dengan sesamanya, sehingga ia menarik diri dari dinding, tepinya turun, dan tengahnya menonjol.

Ingat! Air = cekung. Raksa = cembung. Jangan tertukar. Ini juga menjelaskan aturan membaca gelas ukur di Bab 1: karena air bermeniskus cekung, kita membacanya pada titik terendah lengkungan.

Kapilaritas

Kapilaritas adalah naiknya (atau turunnya) zat cair di dalam pipa yang sangat sempit, yang disebut pipa kapiler.

Kapilaritas adalah kerja sama dua gaya tadi:

1. Adhesi menarik molekul air menempel dan memanjat dinding pipa.
2. Kohesi membuat molekul di belakangnya ikut terseret naik.

Karena itu, makin sempit pipanya, makin tinggi air dapat naik.

Contoh kapilaritas di sekitarmu: minyak tanah naik pada sumbu kompor, air merambat pada kain pel, tinta meresap ke kertas, dan — yang paling penting — air tanah naik dari akar sampai ke daun melalui pembuluh xilem yang sangat sempit.

Difusi dan Osmosis

Partikel tidak pernah benar-benar diam. Gerakan tak henti inilah yang membuat dua peristiwa berikut terjadi dengan sendirinya, tanpa perlu diaduk atau didorong.

Difusi

Difusi adalah perpindahan partikel dari daerah berkonsentrasi tinggi menuju daerah berkonsentrasi rendah, sampai tersebar merata.

Contoh yang bisa langsung kamu rasakan: bau masakan dari dapur yang lama-lama tercium sampai ruang tamu; setetes tinta yang lama-lama mewarnai seluruh air dalam gelas walaupun tidak diaduk; asap obat nyamuk yang memenuhi kamar.

Ingat! Kalau konsentrasi kedua daerah sudah sama, tidak ada lagi perpindahan bersih. Partikelnya tetap bergerak — tetapi jumlah yang pergi ke kanan sama dengan jumlah yang datang dari kanan, sehingga hasil akhirnya nol. Jawaban "partikel berhenti bergerak" itu keliru; yang berhenti adalah perpindahan bersihnya.

Osmosis

Osmosis adalah bentuk khusus dari difusi. Bedanya ada dua, dan keduanya wajib kamu ingat.

1. Osmosis terjadi melalui membran semipermeabel — selaput yang hanya bisa dilewati partikel tertentu.
2. Yang berpindah adalah pelarutnya (air), bukan zat terlarutnya. Zat terlarut terlalu besar untuk menembus membran.

Arah perpindahannya: air bergerak dari larutan encer menuju larutan pekat. Kelihatannya berlawanan dengan difusi, padahal tidak — kalau yang kita lihat adalah airnya, air memang bergerak dari tempat yang airnya banyak ke tempat yang airnya sedikit. Tetap dari tinggi ke rendah.

Hipotonik, Isotonik, dan Hipertonik

• Hipotonik — larutan yang lebih encer (zat terlarutnya lebih sedikit).
• Isotonik — kedua larutan sama pekatnya, sehingga tidak ada perpindahan bersih.
• Hipertonik — larutan yang lebih pekat (zat terlarutnya lebih banyak).

Air selalu bergerak dari sisi hipotonik menuju sisi hipertonik. Akibatnya, permukaan larutan di sisi hipotonik turun, dan permukaan di sisi hipertonik naik.

Ingat! Dua kekeliruan yang paling sering terjadi: menyebut perpindahan air lewat membran sebagai "difusi" (padahal namanya osmosis), dan membalik arahnya menjadi dari hipertonik ke hipotonik. Pegang satu kalimat ini: air mengejar yang lebih pekat.

Ada juga transpor aktif, yang kadang muncul sebagai pilihan pengecoh. Bedanya jelas: transpor aktif memindahkan zat melawan arah konsentrasi (dari rendah ke tinggi) dan karena itu membutuhkan energi. Difusi dan osmosis berlangsung sendiri tanpa energi tambahan.

Sifat Bahan: Kekerasan dan Kekuatan

Setiap bahan punya sifat yang membuatnya cocok untuk pekerjaan tertentu. Dua sifat berikut sering tertukar, padahal artinya berbeda jauh.

Kekerasan dan Skala Mohs

Kekerasan adalah kemampuan suatu bahan menahan goresan. Untuk mineral, kekerasan diukur dengan skala Mohs yang bernilai 1 sampai 10.

Cara mengujinya sederhana dan bisa kamu bayangkan: saling menggoreskan. Mineral yang bernilai lebih tinggi mampu menggores mineral yang bernilai lebih rendah, tetapi tidak sebaliknya. Intan bernilai 10 karena ia dapat menggores semua mineral lain dan tidak ada yang bisa menggoresnya.

Ingat! Skala Mohs mengukur kekerasan — bukan kilau, bukan keteraturan susunan partikel, dan bukan kecepatan menghantarkan panas. Ketiganya sering dipasang sebagai pilihan pengecoh karena semuanya terdengar seperti sifat mineral yang bagus.

Kekuatan dan Elastisitas

Sekarang dua sifat yang sering dianggap sama padahal berbeda:

• Kekuatan bahan — seberapa besar beban atau tegangan yang sanggup ditahan sebelum bahan itu putus.
• Elastisitas — seberapa jauh bahan dapat meregang, dan kemampuannya kembali ke bentuk semula setelah bebannya dilepas.

Karet gelang sangat elastis tetapi tidak kuat — ia bisa meregang berkali-kali panjangnya, tapi gampang putus. Kawat baja sangat kuat tetapi tidak elastis — ia sanggup menahan beban besar, tapi hampir tidak bisa meregang.

Cara membaca grafik seperti ini:

1. Lihat seberapa tinggi kurva mencapai puncaknya pada sumbu tegak. Makin tinggi, makin kuat bahannya.
2. Lihat seberapa jauh ke kanan kurva itu memanjang pada sumbu mendatar. Makin jauh, makin elastis bahannya.

Contoh Soal 3

Perhatikan Gambar Grafik Tegangan dan Regangan. Manakah pernyataan yang benar mengenai benda A dan benda B?

Pembahasan:

Langkah 1 — baca sumbu tegak. Kurva A mencapai tegangan maksimum yang lebih tinggi daripada kurva B. Artinya A sanggup menahan tegangan lebih besar sebelum putus.

Langkah 2 — baca sumbu mendatar. Kurva B memanjang lebih jauh ke kanan. Artinya B mampu meregang lebih panjang.

Langkah 3 — pasangkan dengan istilahnya. Menahan tegangan besar = kekuatan bahan. Meregang jauh = elastisitas.

Jawaban: Benda A memiliki kekuatan bahan yang lebih besar daripada benda B. Adapun soal elastisitas, justru benda B yang lebih elastis — jadi pernyataan yang menyebut A lebih elastis adalah keliru.

Batuan dan Keradioaktifan

Bagian terakhir bab ini mengajak kita melihat materi dalam ukuran yang jauh lebih besar dan jauh lebih kecil sekaligus: batuan yang terbentuk dari perut bumi, dan inti atom yang meluruh dengan sendirinya.

Batu Apung dan Batuan Beku

Batuan beku terbentuk dari magma yang mendingin dan membeku. Ada dua macam, dan yang membedakan adalah di mana magma itu membeku:

• Batuan beku dalam — magma membeku jauh di dalam bumi, sangat lambat. Kristalnya tumbuh besar-besar dan terlihat. Contoh: granit.
• Batuan beku luar (leleran) — magma keluar ke permukaan sebagai lava lalu mendingin cepat. Kristalnya sangat halus atau bahkan tidak sempat terbentuk. Contoh: basal, obsidian, batu apung.

Batu apung punya kisah pembentukan yang khas:

1. Magma yang mengandung banyak gas terdorong naik ke permukaan.
2. Ketika tekanan di sekitarnya turun, gas terlarut itu memuai membentuk gelembung — persis seperti botol soda yang dibuka.
3. Magma mendingin dengan sangat cepat, sehingga membeku sebelum gelembung sempat keluar.
4. Gelembung yang terperangkap meninggalkan rongga-rongga. Jadilah batu yang penuh lubang dan sangat ringan — begitu ringan sehingga massa jenis rata-ratanya lebih kecil daripada air, dan ia bisa terapung.

Ingat! Rongga pada batu apung adalah bukti adanya banyak gas dalam magmanya. Pilihan "karena batuan menerima panas yang sangat tinggi" adalah pengecoh — panas saja tidak menciptakan rongga. Yang menciptakan rongga adalah gas.

Keradioaktifan

Sebagian atom memiliki inti yang tidak stabil. Inti seperti itu bisa hancur dengan sendirinya — tanpa dipanaskan, tanpa dipukul, tanpa dicampur apa pun. Peristiwa ini disebut peluruhan radioaktif, dan sifatnya spontan.

Ketika meluruh, inti memancarkan tiga macam radiasi:

• Partikel alfa — berupa materi, daya tembusnya paling lemah (tertahan selembar kertas).
• Partikel beta — berupa materi, daya tembusnya sedang (tertahan pelat aluminium tipis).
• Sinar gama — berupa energi, daya tembusnya paling kuat (perlu tembok beton atau timbal).

Ingat! Karena ada yang berupa materi dan ada yang berupa energi, jawaban terlengkap untuk "apa yang dipancarkan pada peluruhan radioaktif" adalah energi dan materi. Pilihan "hanya neutron" terlalu sempit, dan sinar-X bukan hasil peluruhan inti secara spontan.

Waktu Paruh

Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan agar separuh dari isotop radioaktif meluruh, sehingga tersisa setengahnya.

Polanya selalu sama dan mudah diingat:

100\% \to 50\% \to 25\% \to 12{,}5\% \to 6{,}25\% \to 3{,}125\%

Prinsip ini dipakai untuk memperkirakan umur fosil dan batuan purba. Ilmuwan mengukur berapa persen isotop yang masih tersisa, lalu menghitung sudah berapa kali waktu paruh berlalu.

Contoh Soal 4

Dalam menentukan umur sebuah fosil, diperoleh data persentase isotop yang tersisa pada tiap tahap: tahap 1 = 100%, tahap 2 = X, tahap 3 = 25%, tahap 4 = 12,5%, tahap 5 = Y. Berapakah nilai X dan Y?

Pembahasan:

Langkah 1 — temukan polanya. Bandingkan tahap 3 dan tahap 4: 25\% \to 12{,}5\%, berarti tiap tahap dikalikan \tfrac{1}{2}.

Langkah 2 — hitung X. X berada di antara 100% dan 25%.

X = 100\% : 2 = 50\%

Langkah 3 — hitung Y. Y adalah setengah dari tahap 4.

Y = 12{,}5\% : 2 = 6{,}25\%

Langkah 4 — periksa kembali. Deret lengkapnya menjadi 100%, 50%, 25%, 12,5%, 6,25% — setiap suku tepat setengah dari suku sebelumnya. Cocok.

Jawaban: X = 50% dan Y = 6,25%.

Ingat! Kesalahan yang paling sering adalah membagi 12,5% dengan 4 sehingga memperoleh 3,13%. Waktu paruh berarti dibagi dua, satu tahap satu kali pembagian.

Latihan Yuk!

1. Kelompokkan zat berikut menjadi unsur, senyawa, atau campuran: (a) emas; (b) air garam; (c) karbon dioksida; (d) udara; (e) gula; (f) tembaga.
2. Mengapa udara digolongkan sebagai campuran, bukan senyawa? Jelaskan dengan menyebut satu alasan yang jelas.
3. Sebuah kubus bersisi 3 cm bermassa 54 gram. Berapa massa jenisnya? Apakah ia terapung atau tenggelam di air?
4. Air laut suatu daerah mengandung 25% garam dan massa jenisnya 1,04 kg/L. Berapa massa garam yang diperoleh dari 50 liter air laut tersebut?
5. Sebutkan nama perubahan wujud berikut: (a) air menjadi es; (b) kapur barus mengecil lalu habis; (c) titik air muncul di dinding luar gelas berisi es; (d) mentega meleleh di wajan; (e) terbentuknya salju di awan.
6. Mengapa gula pasir halus lebih cepat larut daripada gula batu, padahal massanya sama?
7. Kelompokkan menjadi campuran homogen atau heterogen: (a) air sirop; (b) air sungai keruh; (c) udara bersih; (d) adonan tepung dan air; (e) kuningan (campuran tembaga dan seng).
8. Apa perbedaan tujuan antara evaporasi dan distilasi, padahal keduanya sama-sama memanfaatkan perbedaan titik didih?
9. Mengapa air di dalam gelas ukur dibaca pada titik terendah lengkungannya, sedangkan raksa dibaca pada titik tertinggi?
10. Sepotong kentang direndam dalam larutan garam yang sangat pekat selama beberapa jam. Apa yang akan terjadi pada kentang itu? Jelaskan dengan istilah hipertonik dan osmosis.
11. Sebuah mineral diberi nilai 7 pada skala Mohs. Apakah mineral itu dapat menggores kuarsa (nilai 7), kalsit (nilai 3), dan intan (nilai 10)? Jelaskan.
12. Sebutkan tiga macam pancaran pada peluruhan radioaktif, dan tandai mana yang berupa materi dan mana yang berupa energi.

Kunci Jawaban Latihan

• Unsur: emas (a), tembaga (f). Senyawa: karbon dioksida (c), gula (e). Campuran: air garam (b), udara (d).
• Karena perbandingan gas penyusun udara tidak tetap — kadar uap air di pantai berbeda dengan di pegunungan — dan tiap gas masih membawa sifatnya sendiri. Selain itu, gas-gas dalam udara tidak berikatan secara kimia.
• V = 3^3 = 27 \text{ cm}^3, maka \rho = \frac{54}{27} = 2 \text{ g/cm}^3. Karena 2 > 1, kubus itu tenggelam.
• Massa air laut = 1{,}04 \times 50 = 52 \text{ kg}. Massa garam = 0{,}25 \times 52 = 13 \text{ kg}.
• (a) membeku; (b) menyublim; (c) mengembun; (d) mencair (melebur); (e) mengkristal (deposisi).
• Karena gula halus memiliki luas permukaan total yang jauh lebih besar, sehingga lebih banyak bagian gula yang bersentuhan langsung dengan air pada saat bersamaan.
• Homogen: air sirop (a), udara bersih (c), kuningan (e). Heterogen: air sungai keruh (b), adonan tepung dan air (d).
• Pada evaporasi, yang diambil adalah zat terlarut yang tertinggal (misalnya garam), sedangkan uap pelarutnya dibiarkan pergi. Pada distilasi, yang diambil justru pelarutnya — uapnya ditangkap dan diembunkan kembali menjadi cairan murni.
• Karena air membentuk meniskus cekung (adhesi > kohesi) sehingga bagian tengahnya paling rendah, sedangkan raksa membentuk meniskus cembung (kohesi > adhesi) sehingga bagian tengahnya paling tinggi. Aturannya: baca pada bagian tengah lengkungan.
• Kentang akan mengerut dan menjadi lembek. Larutan garam pekat bersifat hipertonik terhadap cairan di dalam sel kentang, sehingga air dari dalam sel keluar secara osmosis menuju larutan.
• Mineral bernilai 7 dapat menggores kalsit (3), karena nilainya lebih tinggi. Terhadap kuarsa (7) keduanya saling menggores karena kekerasannya sama. Terhadap intan (10) ia tidak dapat menggores, justru intanlah yang menggoresnya.
• Partikel alfa (materi), partikel beta (materi), dan sinar gama (energi).

Rangkuman Bab 2

Wujud Zat dan Partikelnya

• Materi adalah segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Cahaya, panas, dan bunyi bukan materi.
• Padat: bentuk dan volume tetap, partikel teratur rapat, hanya bergetar. Cair: bentuk berubah, volume tetap, partikel meluncur. Gas: bentuk dan volume berubah, partikel bebas dan berjauhan.
• Zat cair dan gas sama-sama fluida karena dapat mengalir, tetapi hanya gas yang memenuhi seluruh wadah dan hanya gas yang mudah dimampatkan.

Atom, Molekul, dan Golongan Materi

• Inti atom berisi proton (+) dan neutron (netral). Elektron (−) berada di daerah sekitar inti.
• Molekul = dua atom atau lebih yang berikatan. Pada H₂O, angka 2 menyatakan jumlah atom hidrogen; penyusunnya hidrogen dan oksigen.
• Unsur = satu jenis atom. Senyawa = beberapa unsur berikatan dengan perbandingan tetap. Campuran = beberapa zat tanpa ikatan kimia, perbandingannya bebas.

Massa Jenis

• \rho = \dfrac{m}{V}, m = \rho V, V = \dfrac{m}{\rho}. Massa jenis air = 1 g/cm³ = 1.000 kg/m³.
• Pada massa sama, volume terbesar = massa jenis terkecil = paling renggang.
• Terapung jika \rho_{\text{benda}} < \rho_{\text{cairan}}, melayang jika sama, tenggelam jika lebih besar.
• Anomali air: volume terkecil dan massa jenis terbesar terjadi pada 4 °C. Dari 4 °C ke 0 °C air justru memuai. Saat es mencair, massa jenisnya naik.

Perubahan Wujud

• Menyerap kalor: mencair, menguap, menyublim (menuju susunan lebih acak).
• Melepas kalor: membeku, mengembun, mengkristal (menuju susunan lebih teratur).
• Cair → padat namanya membeku, bukan "memadat". Menyublim menghasilkan gas, bukan cairan.
• Perubahan wujud dipercepat oleh luas permukaan yang lebih besar, suhu yang lebih tinggi, dan aliran udara.

Perubahan Fisika dan Kimia

• Penanda utama perubahan kimia: terbentuk zat baru dan umumnya sukar dibalik.
• Ciri reaksi kimia: muncul endapan, timbul gas, berubah warna, atau berubah suhu.
• Satu peristiwa bisa memuat keduanya — pada lilin menyala, meleleh adalah fisika sedangkan sumbu terbakar adalah kimia. Terang dan hangat hanyalah efek.
• Karat adalah oksida besi. Aluminium juga teroksidasi, tetapi lapisan oksidanya rapat dan melindungi sehingga tidak berkarat.

Campuran dan Pemisahannya

Cara	Dasar pemisahan	Contoh
Filtrasi	ukuran partikel	pasir dari air
Evaporasi/kristalisasi	pelarut menguap, zat terlarut tertinggal	garam dari air laut
Distilasi	titik didih, uapnya ditangkap	air murni, minyak bumi
Sublimasi	salah satu zat dapat menyublim	kapur barus dari pasir
Kromatografi	kecepatan merambat	zat warna tinta
Sentrifugasi	massa jenis	sel darah dari plasma

Gejala Permukaan dan Perpindahan Zat

• Kohesi = partikel sejenis. Adhesi = partikel berbeda jenis.
• Air: adhesi > kohesi → meniskus cekung. Raksa: kohesi > adhesi → meniskus cembung.
• Kapilaritas = naiknya zat cair pada pipa sempit, hasil kerja sama adhesi dan kohesi.
• Difusi = zat berpindah dari konsentrasi tinggi ke rendah. Bila sudah sama, tidak ada perpindahan bersih.
• Osmosis = perpindahan pelarut melalui membran semipermeabel, dari hipotonik ke hipertonik. Permukaan sisi hipotonik turun, sisi hipertonik naik.

Sifat Bahan, Batuan, dan Radioaktif

• Skala Mohs 1–10 mengukur kekerasan lewat kemampuan menggores. Intan bernilai 10.
• Kekuatan = tegangan tertinggi yang ditahan. Elastisitas = kemampuan meregang jauh. Keduanya berbeda.
• Batu apung terbentuk dari magma kaya gas yang mendingin cepat; rongganya adalah bekas gelembung gas.
• Peluruhan radioaktif bersifat spontan dan memancarkan energi dan materi (alfa, beta, gama).
• Waktu paruh: tiap tahap tersisa setengahnya — 100% → 50% → 25% → 12,5% → 6,25%.

Penutup

Selamat, kamu sudah menyelesaikan bab kedua!

Kalau kamu perhatikan, hampir semua hal di bab ini sebenarnya dijawab dengan pertanyaan yang sama: apa yang sedang terjadi pada partikelnya?

• Kenapa es mengapung? Karena partikelnya tersusun lebih renggang.
• Kenapa mengembun melepas kalor? Karena partikelnya menjadi lebih teratur.
• Kenapa air naik di tisu? Karena partikel air ditarik serat tisu, lalu menyeret temannya.
• Kenapa batu apung terapung? Karena ada rongga gas di antara partikelnya.

Kalau nanti kamu menemui soal yang belum pernah kamu lihat, coba mulai dari sana. Bayangkan partikelnya. Banyak jawaban yang tiba-tiba menjadi masuk akal.

Satu hal lagi yang sering menentukan benar atau salah di olimpiade: membaca soal dengan teliti. Ditanya massa atau volume? Yang diambil pelarutnya atau zat terlarutnya? Yang dimaksud kekuatan atau elastisitas? Perbedaan kecil pada pertanyaan bisa mengubah seluruh jawaban.

Di Bab 3 nanti kita akan masuk lebih dalam ke dunia zat: Kimia Dasar dalam Kehidupan. Di sana kamu akan berkenalan dengan asam, basa, garam, dan reaksi-reaksi yang setiap hari terjadi di dapur rumahmu sendiri.

Sampai jumpa di sana!