Zat dan Perubahannya

Zat ada di semua benda yang kita jumpai: air minum, udara, es batu, garam, minyak, logam, kayu, dan makanan. Zat dapat diamati dari wujud, sifat, massa, volume, dan perubahan yang dialaminya. Ketika es mencair, kertas disobek, besi berkarat, atau minyak mengapung di atas air, sebenarnya kita sedang melihat hubungan antara sifat zat, partikel penyusunnya, dan perubahan yang terjadi.

Pada bab ini kamu akan menghubungkan hal yang terlihat sehari-hari dengan penjelasan pada skala partikel. Zat padat, cair, dan gas memiliki sifat berbeda karena susunan dan gerak partikelnya berbeda. Zat juga dapat mengalami perubahan wujud, perubahan fisika, atau perubahan kimia. Selain itu, kamu akan menggunakan konsep kerapatan atau massa jenis untuk menjelaskan mengapa benda dapat mengapung, melayang, atau tenggelam.

Siswa mengamati zat dan perubahannya

Gambar 1. Belajar zat dan perubahannya dimulai dari pengamatan wujud zat, perubahan wujud, perubahan fisika-kimia, dan kerapatan zat di sekitar kita.

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari bab ini, kamu diharapkan mampu:

menjelaskan bahwa zat adalah materi yang memiliki massa dan menempati ruang;
membedakan wujud zat padat, cair, dan gas berdasarkan sifat serta model partikelnya;
menjelaskan perubahan wujud zat sebagai perubahan fisika yang berkaitan dengan pemanasan atau pendinginan;
membedakan perubahan fisika dan perubahan kimia berdasarkan zat sebelum dan sesudah perubahan;
mengenali tanda-tanda terjadinya reaksi kimia, seperti perubahan warna, terbentuk gas, terbentuk endapan, atau perubahan energi;
menggunakan konsep kerapatan atau massa jenis untuk membandingkan zat;
menghitung massa jenis dari massa dan volume dengan satuan yang benar;
menjelaskan hubungan massa jenis benda dan massa jenis cairan terhadap keadaan mengapung, melayang, atau tenggelam;
merancang pengamatan sederhana tentang sifat zat, perubahan zat, atau kerapatan zat;
menyampaikan hasil pengamatan dalam tabel, model, gambar, atau penjelasan ilmiah.

Pertanyaan Pemantik

Mengapa es batu dapat berubah menjadi air, tetapi kertas yang dibakar tidak dapat kembali menjadi kertas?
Mengapa udara di dalam alat suntik lebih mudah ditekan daripada air?
Mengapa aroma parfum dapat tercium dari jarak tertentu?
Mengapa minyak dapat berada di atas air?
Mengapa benda yang berat sekali masih dapat mengapung jika bentuk dan kerapatannya sesuai?

Gambaran Kegiatan

Kamu akan mempelajari bab ini melalui pengamatan, pemodelan partikel, diskusi contoh sehari-hari, perhitungan sederhana, dan rancangan percobaan. Kegiatan utama meliputi membandingkan sifat zat padat, cair, dan gas; menjelaskan perubahan wujud; membedakan perubahan fisika dan kimia; serta menggunakan data massa dan volume untuk menentukan massa jenis.

Zat dan Perubahannya

1. Apa Itu Zat?

Zat adalah materi yang memiliki massa dan menempati ruang. Massa menunjukkan banyaknya materi pada suatu benda, sedangkan ruang yang ditempati benda disebut volume. Air dalam gelas, udara dalam balon, batu, kayu, dan minyak semuanya termasuk zat karena memiliki massa dan menempati ruang.

Zat dapat dipelajari melalui hal yang bisa kita amati, misalnya bentuk, warna, bau, kemampuan mengalir, kemampuan ditekan, massa, volume, dan perubahan yang dialami. Dalam IPA SMP, pengamatan tersebut dihubungkan dengan model partikel, yaitu cara sederhana untuk membayangkan bagian-bagian sangat kecil penyusun zat.

Peta konsep zat dan perubahannya

Gambar 1. Peta konsep bab: wujud zat, perubahan wujud, perubahan fisika-kimia, dan kerapatan zat.

2. Wujud Zat dan Model Partikel

Zat dapat berwujud padat, cair, atau gas. Perbedaan wujud tersebut dapat dijelaskan dengan susunan dan gerak partikel.

Model partikel zat padat, cair, dan gas

Gambar 2. Model partikel membantu menjelaskan mengapa zat padat, cair, dan gas memiliki sifat berbeda.

Wujud zat	Sifat yang terlihat	Penjelasan model partikel
Padat	Bentuk tetap dan volume tetap	Partikel sangat rapat, tersusun lebih teratur, dan hanya bergetar di tempat.
Cair	Bentuk mengikuti wadah, volume tetap	Partikel masih berdekatan, tetapi dapat bergeser sehingga zat cair dapat mengalir.
Gas	Bentuk dan volume mengikuti wadah	Partikel berjauhan, bergerak bebas, dan mudah dimampatkan.

Contoh: udara dalam alat suntik lebih mudah ditekan daripada air karena partikel gas berjauhan. Ketika piston ditekan, jarak antarpartikel gas dapat diperkecil. Pada zat cair, partikel sudah cukup rapat sehingga lebih sulit dimampatkan.

Perbandingan sifat zat padat, cair, dan gas

Gambar 3. Sifat bentuk, volume, kemampuan mengalir, dan kemampuan ditekan berbeda pada setiap wujud zat.

3. Difusi: Partikel Selalu Bergerak

Partikel penyusun zat tidak diam. Pada gas dan zat cair, gerak partikel dapat membuat zat menyebar dari daerah yang lebih pekat ke daerah yang kurang pekat. Peristiwa ini disebut difusi.

Contoh difusi dalam kehidupan sehari-hari:

aroma parfum menyebar di dalam ruangan;
bau makanan dari dapur dapat tercium di ruangan lain;
tetes pewarna makanan menyebar perlahan di dalam air.

Difusi biasanya lebih cepat terjadi pada gas daripada pada zat cair karena partikel gas bergerak lebih bebas dan jaraknya lebih renggang.

4. Perubahan Wujud Zat

Perubahan wujud adalah perubahan dari satu wujud zat ke wujud lainnya. Perubahan ini terjadi karena zat menerima atau melepaskan energi panas. Pada perubahan wujud, jenis zatnya tetap sama. Air yang membeku menjadi es tetap tersusun dari zat yang sama, yaitu air.

Perubahan wujud zat dan arah energi panas

Gambar 4. Perubahan wujud dapat terjadi ketika zat menerima panas atau melepaskan panas.

Perubahan wujud	Arah perubahan	Contoh
Mencair/meleleh	Padat menjadi cair	Es batu menjadi air.
Membeku	Cair menjadi padat	Air menjadi es di freezer.
Menguap	Cair menjadi gas	Air pada pakaian basah menguap saat dijemur.
Mengembun	Gas menjadi cair	Uap air menjadi titik air pada tutup panci.
Menyublim	Padat menjadi gas	Kapur barus lama-kelamaan mengecil.
Mengkristal/deposisi	Gas menjadi padat	Uap tertentu membentuk kristal pada permukaan dingin.

Ketika zat dipanaskan, partikel bergerak lebih cepat. Jika energi yang diterima cukup, susunan partikel dapat berubah sehingga wujud zat berubah. Sebaliknya, ketika zat didinginkan, partikel kehilangan energi, geraknya melambat, dan susunannya dapat menjadi lebih rapat.

5. Perubahan Wujud dalam Siklus Air

Siklus air adalah contoh penting perubahan wujud di alam. Air laut, sungai, dan danau menguap karena panas matahari. Uap air naik, mendingin, lalu mengembun membentuk awan. Tetes air di awan bergabung dan jatuh sebagai hujan.

Siklus air dan perubahan wujud

Gambar 5. Siklus air melibatkan penguapan, pengembunan, dan turunnya hujan.

Dalam siklus air, penguapan dan pengembunan merupakan perubahan wujud. Hujan atau presipitasi bukan perubahan wujud, melainkan perpindahan air dari awan menuju permukaan Bumi.

6. Perubahan Fisika

Perubahan fisika adalah perubahan yang tidak menghasilkan zat baru. Zat sebelum dan sesudah perubahan masih sama, meskipun bentuk, ukuran, atau wujudnya berubah.

Contoh perubahan fisika:

kertas disobek menjadi potongan kecil;
es mencair menjadi air;
air membeku menjadi es;
gula larut dalam air;
kayu dipotong menjadi bagian yang lebih kecil.

Perubahan wujud termasuk perubahan fisika karena zatnya tetap sama. Es, air, dan uap air adalah wujud berbeda dari zat yang sama.

7. Perubahan Kimia

Perubahan kimia adalah perubahan yang menghasilkan zat baru dengan sifat berbeda dari zat awalnya. Perubahan kimia sering sulit atau tidak dapat dikembalikan seperti semula.

Perubahan fisika dan perubahan kimia

Gambar 6. Perubahan fisika tidak menghasilkan zat baru, sedangkan perubahan kimia menghasilkan zat baru.

Contoh perubahan kimia:

kertas dibakar menjadi abu dan gas;
besi berkarat;
beras dimasak menjadi nasi;
adonan kue dipanggang menjadi kue;
korek api menyala.

Perhatikan perbedaan utamanya. Jika hanya bentuk atau wujud yang berubah, biasanya itu perubahan fisika. Jika zat baru terbentuk, itu perubahan kimia.

8. Tanda-Tanda Reaksi Kimia

Perubahan kimia terjadi melalui reaksi kimia. Dalam pengamatan sederhana, reaksi kimia dapat dikenali dari beberapa tanda. Tanda-tanda ini harus dilihat bersama konteksnya, karena satu tanda saja belum selalu cukup untuk memastikan reaksi kimia.

Tanda-tanda reaksi kimia

Gambar 7. Beberapa tanda reaksi kimia: perubahan warna, terbentuk gas, terbentuk endapan, dan perubahan energi.

Tanda reaksi kimia	Contoh pengamatan
Perubahan warna	Cairan bening berubah menjadi kuning setelah dicampur.
Terbentuk gas	Gelembung gas muncul dari campuran zat.
Terbentuk endapan	Larutan menjadi keruh lalu muncul padatan di dasar wadah.
Perubahan energi	Muncul panas, cahaya, atau bunyi.

Persamaan reaksi sederhana dapat ditulis dengan kata:

\text{pereaksi} \rightarrow \text{produk}

Contoh:

\text{tepung} + \text{telur} + \text{gula} + \text{mentega} \rightarrow \text{kue}

9. Kerapatan atau Massa Jenis

Kerapatan zat dalam IPA dinyatakan dengan massa jenis. Massa jenis menunjukkan massa setiap satuan volume. Jika dua benda memiliki volume sama, benda yang massanya lebih besar memiliki massa jenis lebih besar.

Rumus massa jenis:

\rho = \frac{m}{V}

dengan:

Simbol	Arti	Contoh satuan
$\rho$	massa jenis	$\mathrm{g/cm}^{3}$ atau $\mathrm{kg/m}^{3}$
$m$	massa	$\mathrm{g}$ atau $\mathrm{kg}$
$V$	volume	$\mathrm{cm}^{3}$ atau $\mathrm{m}^{3}$

Menghitung massa jenis balok

Gambar 8. Massa jenis balok dapat dihitung dari massa dan volume balok.

Contoh:

Sebuah balok memiliki massa $120\ \mathrm{g}$ , panjang $6\ \mathrm{cm}$ , lebar $4\ \mathrm{cm}$ , dan tinggi $5\ \mathrm{cm}$ . Volumenya:

V = 6\ \mathrm{cm} \times 4\ \mathrm{cm} \times 5\ \mathrm{cm} = 120\ \mathrm{cm}^{3}

Massa jenisnya:

\rho = \frac{120\ \mathrm{g}}{120\ \mathrm{cm}^{3}} = 1\ \mathrm{g/cm}^{3}

10. Mengukur Volume Benda Tidak Beraturan

Volume benda berbentuk balok atau kubus dapat dihitung dengan rumus geometri. Namun, benda seperti batu atau logam tak beraturan lebih mudah diukur dengan metode perpindahan air.

Mengukur volume benda tidak beraturan

Gambar 9. Volume benda tidak beraturan dapat ditentukan dari kenaikan volume air atau volume air yang berpindah.

Jika batu dimasukkan ke gelas ukur, volume air naik. Selisih volume akhir dan volume awal sama dengan volume batu.

V_{\text{benda}} = V_{\text{akhir}} - V_{\text{awal}}

Contoh:

V_{\text{benda}} = 80\ \mathrm{mL} - 55\ \mathrm{mL} = 25\ \mathrm{mL}

Karena $1\ \mathrm{mL} = 1\ \mathrm{cm}^{3}$ , maka:

25\ \mathrm{mL} = 25\ \mathrm{cm}^{3}

11. Mengapung, Melayang, dan Tenggelam

Benda dapat mengapung, melayang, atau tenggelam dalam cairan bergantung pada perbandingan massa jenis benda dan massa jenis cairan.

Mengapung, melayang, dan tenggelam

Gambar 10. Posisi benda dalam cairan ditentukan oleh perbandingan massa jenis benda dan cairan.

Perbandingan massa jenis	Keadaan benda
$\rho_{\text{benda}} < \rho_{\text{cairan}}$	Benda mengapung.
$\rho_{\text{benda}} = \rho_{\text{cairan}}$	Benda melayang.
$\rho_{\text{benda}} > \rho_{\text{cairan}}$	Benda tenggelam.

Contoh: es dapat mengapung di air karena massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air. Benda logam umumnya tenggelam dalam air karena massa jenisnya lebih besar daripada massa jenis air. Namun, kapal logam dapat mengapung karena bentuk kapal membuat volume keseluruhannya besar sehingga massa jenis rata-rata kapal lebih kecil daripada massa jenis air.

12. Lapisan Cairan Berbeda Massa Jenis

Cairan yang tidak mudah bercampur dapat membentuk lapisan. Cairan dengan massa jenis lebih besar berada di bawah, sedangkan cairan dengan massa jenis lebih kecil berada di atas.

Lapisan cairan berdasarkan massa jenis

Gambar 11. Cairan yang lebih rapat berada di bawah, sedangkan cairan yang kurang rapat berada di atas.

Contoh urutan lapisan dari bawah ke atas dapat berupa madu, sirup, air berwarna, minyak, lalu spiritus. Urutan sebenarnya bergantung pada jenis cairan dan massa jenisnya.

13. Rangkuman

Zat adalah materi yang memiliki massa dan menempati ruang.
Zat padat, cair, dan gas memiliki sifat berbeda karena susunan dan gerak partikelnya berbeda.
Perubahan wujud terjadi karena zat menerima atau melepaskan panas.
Perubahan fisika tidak menghasilkan zat baru.
Perubahan kimia menghasilkan zat baru.
Massa jenis dirumuskan sebagai $\rho = \frac{m}{V}$ .
Perbandingan massa jenis menentukan apakah benda mengapung, melayang, atau tenggelam.