Perbedaan Wujud  Zat Gas, Cair, dan Padat Beserta Sifatnya

          Padatan, cairan, dan gas dibedakan oleh sifat curahnya. Sifat curah dikaitkan dengan rakitan molekul secara keseluruhan, bukan dengan sesama anggota yang dirakit. Sifat curah mengukur  tanggapan dari rakitan itu terhadap gangguan dari luar (misalnya perubahan tekanan dan temperatur) dan mencerminkan sampai sejauh mana molekul dapat bergerak sebagai tanggapan terhadap gangguan tersebut. Tanggapan molekul bergantung pada jarak rerata antara molekul-molekul dan magnitudo gaya di antara mereka. Keterkaitan tersebut akan menghasilkan struktur  lokal, atau susunan molekul yang khas dalam setiap keadaan materi. Struktur lokal ini menentukan sifat curah materi.

          Sifat curah dari gas, cairan dan padatan meliputi beberapa penafsiran molekular, yaitu :

1.    Volume Molar

Satu mol padatan atau cairan khas menempati 10-100 cm³ pada keadaan ruang, tetapi volume molar suatu gas dibawah kondisi yang sama sekitar 24.000 cm³ mol^-1. Selisih yang besar ini menjelaskan mengapa padatan dan cairan disebut keadaan materi yang terkondensasi. Volume molar adalah kebalikan dari angka rapatan (jumlah molekul per cm³) materi. Ciran dan padatan mempunyai angka kerapatan yang tinggi, sedangkan gas memiliki angka kerapatan yang sangat rendah. Jika meleleh, volume kebanyakan padatan hanya berubah 2 sampai 10 %, menunjukkan bahwa keadaan padatan dan cairan suatu zat memang relatif terkondensasi terhadap keadaan gas dalam jumlah yang sama.

Pengukuran rapatan menunjukkan  bahwa sentuhan antar molekul, jarak antar inti atom terjauh dari satu molekul dan inti atom terdekat dari molekul tetangganya berkisar dari 3 x 10^-10 sampai 5 x 10^-10 m pada padatan dan cairan. Jarak tersebut jauh lebih pendek dibandingkan jarak pada gas, yaitu sekitar 30 x 10 ^-10 m pada kondisi kamar.

2.     Kompresibilitas

Kompresibilitas adalah kemampuan suatu zat didefinisikan sebagai fraksi penurunan volume akibat tekanan.  Padatan dan cairan, keduanya nyaris tak terkompresi , sedangkan gas kompresibilitasnya besar.kompresibilitas yang besar dalam inilah yang menyebabkan banyak ruang kosong dalam gas, namun pada keadaan terkondensasi partikel-partikel zat hampir bersentuhan atau bersentuhan.

            Gas sangat dapat terkompresi, sementara padatan dan cairan hampir tidak dapat memang taat pada asas dengan gaya antarmolekul kuat yang ada dalam keadaan terkondensasi dan tidak adanya gaya seperti itu dalam keadaan gas. Hanya energyang cukup rendah yang diperlukan untuk mendekatkan molekul-molekul yang berjauhan itu sebab gaya di antaranya dapat diabaikan.

 Upaya untuk mengkompresi padatan dan cairan memerlukan energi yang besar untuk melawan gaya tolak yang bekerja begitu molekul-molekul telah bersentuhan.

3.    Ekspansi Termal

Koefisien ekspansi termal adalah fraksi peningkatan volume zat per derajat peningkatan suhu. Hokum Charles memperlihatkan bahwa koefisien ini sama untuk gas dan besarnya yaitu 1/273,15 (⁰C)^-1 pada 0⁰C. dengan demikian peningkatan suhu sebesar 1⁰C menyebabkan gas berekspansi sebesar 1/273,15 atau 0,366 % dari volume asalnya pada 0⁰C, salkan tekanannya tetap. Sedangkan koefisien ekspansi padatan dan cairan jauh lebih kecil. Koefisien ekspansi termal padatan umumnya kurang dari 0,02 % per derajat celcius.

Meningkatnya volume volume dalam wujud padatan dan cairan mensyaratkan bahwa gaya tarik di antara molekul dan molekul tetangganya harus diatasi sebagian. Karena jarak antarmolekul padatan dan cairan berada di daerah gaya tarik yang paling kuat, ekspansi yang relative kecil dihasilkan oleh meningkatnya volume. Sebaliknya, molekul dalam keadaan gas sangat berjauhan sehingga gaya tarik antarkeduanya dapat diabaikan. Dalam suhu yang sama meningkatkan ekspansi yang jauh lebih besar dalam gas dibandingkan dalam padatan dan cairan.

4.  Fluiditas dan Kekakuan

Sifat paling menonjol dari gas dan cairan adalah fluiditasnya atau daya alirnya yang bertentangan dengan kekakuan padatan.  Cairan mempunyai volume tertentu tetapi bentuknya tidak tentu , jadi dibawah tegangan cairan mudah mengalir. Ketahanan material terhadap aliran makroskopik diukur dari viskositas sesarnya. Pada tingkat mikroskopik, viskositas sesar menyatakan ketahanan bila satu lapis molekul ditarik sejajar dari lapis tipis lainnya.viskositas sesar masing-masing cairan adalah sekitar 16 kali lebih kecil dibandingkan padatan, dan untuk gas lebih kecil. Sifat kekerasan (ketahanan terhadap takukan, indentation) dan elastisitas (daya untuk mengembaikan bentuknya bila tegangan deformasinya dihilangkan) berhubungan dengan kekakuan atau viskositas sesar yang tinggi. Dalam sifat ini, padatan mempunyai sifat yang baik, sedangkan gas dan cairan tidak.

5.  Difusi

Molekul gas pada kondisi kamar berdifusi dengan laju beberapa sentimeter per detik. sedangkan molekul cairan dan padatan berdifusi jauh lebih lambat. Tetapan difusi suatu zat mengukur laju difusi pencampuran. Pada suhu dan tekanan kamar, tetapan difusi untuk difusi cairan kedalam cairan adlah sekitar empat kali lebih kecil daripada gas ke gas, sedangkan tetapan difusi padatan ke padatan lebih kecil lagi.

Sumber : Oxtoby, David W dkk. 2001. PRINSIP-PRINSIP KIMIA MODERN EDISI KE EMPAT JILID 1 (terjemahan oleh Suminar Setiati Achmadi, Ph.D). Jakarta : Erlangga