Fase Materi

Salah satu cara yang paling jelas bahwa materi bervariasi dalam fase (juga disebut keadaan fisiknya). Tiga fase umum materi adalah: padat, cair dan gas. Bahan padat, seperti batu, menempati sejumlah ruang konstan dan tidak mudah merusaknya ketika tekanan diberikan. Dengan kata lain, padatan memiliki baik volume dan bentuk tertentu. Suatu Cairan juga menempati sejumlah ruang konstan (memiliki volume yang pasti), tapi mudah berubah bentuk (ia memiliki bentuk tak tentu). Satu liter susu, misalnya, dapat mengambil bentuk karton atau bentuk genangan air, namun volume adalah sama pada kedua kasus tersebut. suatu Gas volume atau bentuk yang tidak pasti. Semua sampel gas memiliki bentuk dan volume sesuai dengan wadah yang ditempatinya. Sejumlah udara yang diberikan, misalnya, mungkin memiliki  volume dan bentuk balon mainan atau volume dan bentuk ban sepeda. Bila dibebaskan dari wadah, gas menyebar ke atmosfer, yang merupakan kumpulan berbagai gas yang dimiliki planet kita karena adanya gaya gravitasi.

Pada tingkat submikroskopik, fase padat, cair dan gas dibedakan oleh seberapa baik partikel ‒ atom atau molekul ‒ terus bersama. Menurut teori kinetik materi, partikel-partikel dalam suatu sampel materi selalu bergerak. Dalam materi padat, daya tarik antara partikel cukup kuat untuk menahan mereka dalam pengaturan tiga dimensi tertentu walaupun gerak tetap mereka, acak termal. Partikel-partikel dapat bergetar sekitar posisi tetap, tetapi mereka tidak dapat bergerak melewati satu sama lain. Menambahkan panas menyebabkan getaran ini meningkat sampai, pada suhu tertentu, getaran cukup kuat untuk mengganggu keteraturan mereka. Partikel-partikel kemudian dapat menyelinap melewati satu sama lain dan menjadi kacau seluruhnya, seperti sekelompok kelereng dalam tas. Ini adalah fase materi cair, dan itu adalah mobilitas dari atom atau molekul dalam keadaan yang melahirkan karakter fluida cairan ‒ kemampuan untuk mengalir dan mengambil bentuk wadahnya.

Pemanasan lebih lanjut menyebabkan partikel dalam cairan dapat bergerak dengan amplitudo getaran tinggi sehingga daya tarik yang mereka miliki antara satu sama lain tidak dapat menahan mereka bersama-sama. Mereka kemudian terpisah satu sama lain, membentuk gas. Pada suhu kamar (25 derajat selsius), atom atau molekul bergerak dengan kecepatan rata-rata sekitar 500 meter per detik (1100 mil per jam). Partikel bergerak dalam garis lurus sampai mereka bertabrakan dengan satu sama lain atau dengan dinding wadah mereka, maka mereka terpental jauh dari satu sama lain seperti bola bilyar di game pool. Karena mereka memantul kembali setelah bertabrakan, partikel gas menjadi terpisah jauh. Karenanya materi dalam fase gas menempati volume lebih dari dalam fase padat atau cair. Dengan menerapkan volume yang lebih kecil. Misalnya, cukup udara untuk penyelam di bawah air untuk bernapas selama beberapa menit, bila ditekan (terkompresi) ke dalam tangki cukup kecil untuk dibawa di punggung penyelam.

Meskipun partikel gas bergerak dengan kecepatan tinggi, kecepatan di mana mereka dapat melakukan perjalanan dari satu sisi ruangan yang lain dengan relatif lambat. Hal ini karena partikel gas terus bertabrakan satu sama lain, dan sehingga mereka bergerak dalam tidak menentu, pola zigzag. Di rumah, Anda mendapatkan rasa berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk partikel gas dapat bermigrasi setiap kali seseorang membuka pintu oven setelah memanggang. Semburan partikel gas aromatik oven yang lolos, tapi ada penundaan menonjol sebelum aroma mencapai hidung seseorang duduk di kamar sebelah.

Migrasi bersih dari molekul gas aromatik dari pembakaran kue kepada orang di ruang sebelah adalah contoh dari difusi. Difusi adalah kecenderungan molekul dapat bergerak dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah. Seiring waktu, gas akan berdifusi sepenuhnya mengisi wadah. Karena seluruh gas melakukan hal ini, campuran gas akhirnya akan menjadi benar-benar, tercampur secara merata . Hal ini tidak mengherankan ketika Anda berpikir tentang hal itu. Misalnya, gas-gas yang membentuk udara di kelas Anda memiliki komposisi sama di seluruh kelas. Anda tidak akan mengharapkan molekul oksigen untuk berkonsentrasi pada satu sisi dari kelas sementara membiarkan separuh lain dari kelas terengah bernapas!

Difusi tidak terbatas pada gas. Cairan mudah menyebar juga dan bahkan padatan menyebar secara perlahan. Jika anda menaruh sebatang emas dan sebatang perak dengan sisi berdempet dan meninggalkan mereka untuk beberapa bulan, kemudian menganalisis komposisi kimia mereka, Anda akan menemukan bahwa beberapa partikel emas telah menyebar ke perak dan beberapa perak telah menyebar ke emas. Dalam Bab 15, Anda akan mempelajari bagaimana difusi bahan melintasi membran seluler merupakan mekanisme utama untuk menggerakkan nutrisi ke dalam dan mengeluarkan limbah dari sel.