11.1 Teori Kinetika Molekul Cairan dan Padatan

Dalam Bab 5 kita telah menggunakan teori kinetika molekul untuk menjelaskan perilaku gas dalam keadaan tetap, gerakan acak dari molekul gas. Dalam keadaan gas, jarak antar molekul sangat besar (dibandingkan dengan diameternya) sehingga pada suhu dan tekanan normal (biasanya, 25°C dan 1 atm), tidak ada interaksi yang berarti antara molekul. Karena ada banyak ruang kosong dalam gas — yaitu, ruang yang tidak ditempati oleh molekul — gas dapat dengan mudah dikompresi atau dimampatkan. Kurangnya kekuatan gaya antar molekul juga memungkinkan gas untuk mengembang hingga memenuhi volume wadahnya. Selain itu, ruang kosong yang luas menjelaskan mengapa gas memiliki kerapatan yang sangat rendah dalam keadaan normal.

Cairan dan padatan adalah keadaan yang sangat berbeda. Perbedaan utama antara keadaan terkondensasi (cairan dan padatan) dan keadaan gas adalah jarak antar molekul. Dalam suatu cairan, molekul-molekulnya begitu berdekatan sehingga hanya ada sedikit ruang kosong. Dengan demikian, cairan jauh lebih sulit untuk dikompres daripada gas, dan juga jauh lebih padat dalam kondisi normal. Molekul dalam cairan disatukan oleh satu atau lebih jenis gaya atraktif, yang akan dibahas dalam Bagian 11.2. Suatu cairan juga memiliki volume yang pasti, karena molekul-molekul dalam suatu cairan tidak terlepas dari gaya-gaya atraktif. Namun, molekul dapat bergerak melewati satu sama lain dengan bebas, sehingga cairan dapat mengalir, dapat dituangkan, dan menyesuaikan bentuk wadahnya.

Dalam benda padat, molekul dipegang dengan kaku pada posisi tanpa kebebasan bergerak. Banyak padatan dicirikan oleh "orde jangka-panjang"; yaitu, molekul diatur dalam konfigurasi reguler dalam tiga dimensi. Bahkan ada lebih sedikit ruang kosong dalam padatan daripada dalam cairan. Dengan demikian, padatan hampir tidak dapat dimampatkan dan memiliki bentuk dan volume yang pasti. Dengan sangat sedikit pengecualian (air menjadi yang paling penting), kepadatan bentuk padat lebih besar daripada bentuk cair untuk zat tertentu. Bukan hal yang aneh bagi dua keadaan suatu zat untuk ada bersama-sama. Sebuah es batu (padat) yang mengapung dalam segelas air (cairan) adalah contoh yang umum. Ahli kimia merujuk pada berbagai kondisi zat yang ada dalam suatu sistem sebagai fase. Fase adalah bagian homogen dari sistem dalam kontak dengan bagian lain dari sistem tetapi dipisahkan darinya oleh batas yang didefinisikan dengan baik. Jadi, segelas air es mengandung fase padat dan fase cair air. Dalam bab ini kita akan menggunakan istilah "fase" ketika berbicara tentang perubahan keadaan yang melibatkan satu zat, serta sistem yang mengandung lebih dari satu fase zat. Tabel 11.1 merangkum beberapa karakteristik sifat dari tiga keadaan atau fase materi.