Rajah 2.8
Dua zarah cecair. Daya-daya yang bertindak ke atas zarah di permukaan cecair tidak sama dengan yang bertindak ke atas zarah di dalam cecair. Ini menimbulkan tegangan permukaan.Cecair
Gas dan cecair dinamakan bendalir, kerana kedua-dua fasa jirim ini akan mengalir meskipun di bawah pengaruh graviti. Kedua-duanya tidak mempunyai bentuk tertentu seperti pepejal. Bentuknya ialah bentuk bekas yang menampung bendalir itu. Namun begitu, cecair mempunyai permukaan tertentu, tidak seperti gas yang mengisi seluruh ruang bekas.
Zarah-zarah dalam fasa cecair masih bebas bergerak, tetapi tidaklah sebebas dalam gas. Gerak Brown masih beroperasi, kecuali di permukaan, gerakan tersebut agak terbatas. Gerakannya adalah secara menggelongsor melepasi satu dengan yang lain. Dibandingkan dengan gas, jarak di antara zarah-zarah di dalam cecair sangatlah dekat, malah zarah-zarah cecair boleh dikatakan bersentuhan antara satu sama lain.
Teori kinetik jirim boleh menerangkan beberapa kelakuan cecair. Antaranya:
1 Kebolehcampuran kebanyakan cecair.
2 Ketermampatan yang kecil.
3 Tegangan permukaan atau tenaga permukaan.
4 Kewujudan tekanan wap dan kesan suhu ke atas tekanan wap.
5 Pendidihan dan haba pendam sejatan.
6 Peleburan dan haba pendam pelakuran.
7 Peresapan bahan larut apabila larutan dibuat.
Ketermampatan dan Kebolehcampuran Cecair-cecair
Zarah-zarah dalam cecair adalah berdekatan antara satu sama lain. Jadi, ketermampatannya kecil sahaja, berbeza dengan gas yang zarah-zarahnya sangat berjauhan.
Air boleh bercampur dengan metanol, tetapi tidak boleh bercampur dengan benzena atau hidrokarbon. Aseton boleh bercampur dengan air dan boleh juga bercampur dengan benzena. Ini merupakan beberapa contoh kebolehcampuran cecair-cecair. Apabila air dan metanol bercampur, zarah-zarah air dan metanol berinteraksi antara satu sama lain, dengan demikian kedudukan zarah-zarah tersebut boleh berdekatan antara satu sama lain. Interaksi zarah air dengan zarah metanol tidak begitu berbeza daripada interaksi sesama zarah air atau sesama zarah metanol. Air tidak bercampur dengan benzena kerana interaksi zarah air dengan zarah benzena sangat berbeza daripada interaksi sesama zarah air atau sesama zarah benzena, malah zarah-zarah air tolak menolak dengan zarah-zarah benzena. Akibatnya zarah-zarah air berkumpul bersama-sama membentuk satu fasa, manakala zarah-zarah benzena berkumpul bersama-sama membentuk satu fasa lain. Fasa benzena akan terletak di atas fasa air kerana ketumpatannya lebih rendah daripada ketumpatan air.
Tegangan Permukaan atau Tenaga Permukaan
Daya kohesif yang wujud dalam cecair ialah hasil interaksi satu zarah dengan zarah-zarah di sekelilingnya. Akan tetapi di permukaan, zarah yang membentuk permukaan mengalami daya kohesif hasil interaksi dengan zarah-zarah di bahagian bawah sahaja. Di bahagian atasnya tidak ada zarah yang sama. Dengan demikian zarah-zarah di permukaan mengalami tindakan daya berarah ke dalam cecair. Ini menimbulkan suatu tegangan di permukaan. Semakin kuat daya berarah yang bertindak ke atas zarah-zarah di permukaan, semakin besar tegangan permukaannya.
|
|
Rajah 2.8 Dua zarah cecair. Daya-daya yang bertindak ke atas zarah di permukaan cecair tidak sama dengan yang bertindak ke atas zarah di dalam cecair. Ini menimbulkan tegangan permukaan. |
Sejatan dan Tekanan Wap
Pada suhu tertentu, zarah-zarah di dalam cecair mempunyai satu nilai tenaga purata tertentu. Tenaga purata ini mengekalkan zarah-zarah tersebut dalam fasa cecair. Namun demikian, sebahagian kecil daripadanya akan mempunyai tenaga yang lebih besar daripada tenaga purata. Tenaga ini mencukupi untuk membawa zarah tersebut melepasi permukaan dan berada dalam fasa gas di atas permukaan cecair. Zarah-zarah dalam fasa gas ini membentuk tekanan wap bahan tersebut.
Proses pelepasan zarah dari fasa cecair ke fasa gas dinamakan sejatan. Jika sejatan berlaku di dalam bekas terbuka, zarah bahan yang terlepas dari permukaan itu akan terus lesap ke atmosfera. Akan tetapi jika sejatan ini berlaku di dalam bekas yang tertutup, wap bahan tersebut akan berkumpul di sebelah atas cecair. Sebahagian daripadanya akan ditarik oleh permukaan cecair dan zarah itu masuk semula ke dalam cecair. Proses ini dinamakan kondensasi. Setelah beberapa ketika, bilangan zarah yang terlepas dari permukaan sama dengan bilangan zarah yang masuk semula ke dalam cecair. Pada ketika ini satu keseimbangan dinamik terbentuk. Wap tersebut dikatakan wap tepu dan tekanan yang dikenakannya dinamakan tekanan wap tepu.
Pada suatu suhu tertentu, sepecahan tertentu zarah cecair mempunyai tenaga yang lebih besar daripada nilai tenaga purata. Dengan demikian tekanan wapnya tertentu nilainya. Jika suhu cecair itu dinaikkan, pecahan zarah yang bertenaga lebih besar daripada tenaga purata akan bertambah. Jadi, lebih banyak zarah akan tersejat dan tekanan wap bahan tersebut semakin besar. Sememangnya inilah yang diperhatikan. Tekanan wap sesuatu cecair bertambah apabila suhu cecair itu bertambah.
Sejatan berlaku pada badan kita sebagai satu cara kita mengawal suhu badan. Dalam cuaca panas, suhu badan kita bertambah. Kulit kita berpeluh dan haba dipindahkan kepada cecair peluh yang sebahagian besar daripadanya ialah air. Apabila peluh tersejat haba dalam bentuk zarah yang bertenaga lebih besar daripada tenaga purata akan terlepas ke atmosfera. Dengan ini suhu badan akan turun. Jika kita selalu berpeluh, cecair badan pula akan berkurang oleh sejatan peluh. Oleh itu dalam cuaca panas, kita hendaklah banyak minum air supaya kesihatan kita tidak terjejas.
Pendidihan
Pendidihan ialah sejatan cacair yang berlaku di dalam bekas yang terbuka pada kadar yang tinggi. Untuk mencapai kadar ini, suhu yang relatifnya lebih tinggi diperlukan supaya pecahan molekul yang bertenaga lebih tinggi daripada tenaga purata menjadi lebih besar. Tekanan wap semasa pendidihan adalah sama dengan atau lebih besar daripada tekanan luar. Pendidihan berlaku terus menerus selagi tekanan wapnya sama atau lebih besar daripada tekanan luar. Suhu yang menghasilkan tekanan wap sesuatu cecair bersamaan dengan tekanan luar, dinamakan suhu didih atau takat didih Td .
Kamu tentu tahu bahawa takat didih cecair-cecair berbeza antara satu sama lain. Misalnya, takat didih air ialah 100 ºC, manakala takat didih metanol ialah 76 ºC. Kita boleh mengatakan bahawa daya tarik menarik di antara zarah-zarah air adalah lebih besar daripada daya tarik menarik di antara zarah-zarah metanol. Oleh sebab itulah takat didih air lebih tinggi daripada takat didih metanol. Selain faktor daya tarik menarik zarah-zarah di dalam cecair, bagaimanakah tekanan luar mempengaruhi takat didih sesuatu cecair? Jika kamu pernah berkhemah di Gunung Kinabalu atau di mana-mana kawasan tinggi dan pernah memasak air, kamu tentu sedar bahawa di tempat-tempat seperti ini, air mendidih pada suhu kurang daripada 100 ºC.
Setelah sebahagian molekul telah keluar daripada cecair itu, pecahan molekul-molekul yang lebih besar daripada tenaga kinetik purata di kalangan molekul-molekul yang tinggal dalam cecair akan lebih kecil. Akibatnya, suhu cecair tersebut akan turun dan pecahan molekul dengan tenaga yang lebih tinggi daripada tenaga purata akan berkurang. Pendidihan akan berhenti jika pecahan ini cukup kecil sehingga tekanan wapnya menjadi lebih kecil daripada tekanan luar. Jika pendidihan hendak diteruskan, haba mestilah diberi kepada cecair tersebut untuk menetapkan suhu (iaitu suhu didih Td ) sehingga pada suhu ini pecahan molekul yang bertenaga lebih tinggi daripada tenaga purata, cukup besar untuk menghasilkan tekanan wap yang lebih besar daripada tekanan luar. Haba yang diperlukan ini dinamakan haba pendam pengwapan
DHd . Haba pendam tidak menaikkan suhu cecair itu menjadi lebih tinggi daripada suhu didih kerana sebarang zarah yang bertenaga lebih tinggi daripada tenaga purata akan terlepas ke dalam fasa wap.Seperti takad didih, haba pendam sejatan berbeza-beza di antara satu cecair dengan cecair lain. Akan tetapi, ia tidak dipengaruhi oleh tekanan luar. Sebenarnya haba pendam sejatan adalah suatu pemalar cirian sesuatu cecair.
Peleburan dan Pembekuan
Peleburan ialah proses perubahan fasa daripada pepejal kepada cecair. Secara am, mekanismenya serupa seperti mekanisme penyejatan dan pendidihan. Suatu pepejal akan melebur apabila ia dipanaskan ke suatu suhu tertentu, sebagaimana suatu cecair akan mendidih apabila ia dipanaskan ke takat didihnya. Bagi pepejal, suhu yang menghasilkan peleburan dinamakan suhu lebur atau takat lebur Tb . Kadang-kadang kita menamakan suhu lebur atau takat lebur itu sebagai suhu beku atau takat beku. Kedua-duanya adalah suhu atau takat yang sama. Takat lebur merujuk kepada perubahan fasa daripada pepejal kepada cecair (proses pemanasan), manakala takat beku merujuk kepada perubahan fasa daripada cecair kepada pepejal (proses penyejukan). Pada takat beku atau takat lebur, pepejal berkenaan berada dalam keseimbangan dengan cecairnya pada suatu tekanan tertentu, biasanya tekanan atmosfera.
Tenaga kohesif dalam pepejal adalah besar. Untuk berlaku peleburan, tenaga ini perlu di atasi. Zarah-zarah diberi tenaga secara pemanasan. Mula-mula tenaga ini berbentuk tenaga terma atau tenaga getaran. Tenaga ini, apabila bersamaan dengan tenaga kohesif akan menjadikan zarah-zarah dalam pepejal terlepas daripada struktur yang dikawal oleh tenaga kohesif itu. Ini berlaku pada suhu atau takat lebur.
Seperti proses pendidihan, dalam proses peleburan terdapat haba pendam yang dinamakan haba pendam pelakuran
DHd . Ini ialah haba yang diperlukkan supaya sebahagian daripada zarah-zarah di dalam pepejal itu selalu bertenaga lebih besar daripada purata zarah pepejal tersebut.Pelarutan
Oleh sebab zarah-zarah di dalam cecair tidak berkedudukan tetap pada suatu titik, dan masih terdapat ruang-ruang di antara zarah-zarah cecair, maka dalam keadaan-keadaan tertentu zarah-zarah lain boleh menduduki ruang-ruang ini. Apabila ini berlaku, maka berlakulah pelarutan. Di dalam larutan, bilangan molekul bahan larut biasanya jauh lebih kecil daripada bilangan zarah pelarut. Untuk berlaku pelarutan, zarah bahan larut mestilah berinteraksi dengan zarah pelarut. Sebenarnya, pencampuran dan kebolehcampuran cecair-cecair adalah juga proses pelarutan. Bagi pepejal, pelarutan berlaku jika interaksi zarah bahan larut dengan zarah pelarut lebih besar daripada interaksi zarah-zarah di dalam pepejal (tenaga kohesif).
Ringkasan
1 Zarah-zarah dalam cecair adalah berdekatan antara satu sama lain dan bergerak bebas ke semua arah secara rawak sebagaimana zarah di dalam gas. Keadaan zarah-zarah yang sedemikian ini membolehkan pencampuran sesetengah cecair dan pelarutan sesetengah pepejal di dalam cecair. Gerak Brownan masih berlaku di dalam cecair sebagaimana di dalam gas, tetapi ketermampatan cecair sangat kecil.
2 Tegangan permukaan atau tenaga permukaan cecair wujud kerana zarah cecair di permukaan mengalami interaksi yang tidak sama. Interaksinya ke arah dalam cecair lebih besar daripada interaksi ke arah luar permukaan. Tegangan ini menyebabkan cecair cenderung seboleh mungkin mengambil bentuk sfera yang paling kecil.
3 Sejatan berlaku kerana dalam cecair selalu terdapat sebilangan tertentu zarah yang bertenaga lebih besar daripada tenaga purata. Tenaga ini mencukupi untuk melawan tenaga permukaan dan zarah terlebut berupaya melepaskan diri daripada permukaan.
4 Takat didih ialah suhu suatu cecair yang tekanan wapnya bersamaan dengan tekanan di luar cecair tersebut.
5 Tekanan wap cecair timbul daripada kewujudan sebahagian zarah berkenaan dalam fasa gas dalam keadaan keseimbangan dinamik di antara proses sejatan dan kondensasi.
6 Pendidihan berlaku apabila tekanan wap cecair tersebut bersamaan atau lebih besar daripada tekanan luar. Ini berlaku pada takat didih.
7 Takat beku atau takat lebur ialah suhu bagi sesuatu pepejal berkeseimbangan dengan cecairnya pada suatu tekanan tertentu (biasanya 1 atmosfera).
Tutoran 4
1 Jelaskan mengapakah persamaan gas unggul sama sekali tidak boleh digunakan untuk cecair.
2 Adakah tekanan luar mempengaruhi takat lebur sesuatu pepejal? Mengapa?
3 Adakah pepejal juga mempunyai tekanan wap? Jelaskannya dengan menggunakan teori kinetik. Beri contoh-contoh pepejal yang tekanan wapnya agak penting.
4 Apakah kemungkinan yang akan berlaku apabila pepejal dengan tekanan wap yang agak besar dipanaskan?
5 Apakah pengaruh tekanan ke atas takat didih suatu cecair? Cuba kamu jelaskannya dengan menggunakan teori kinetik.
6 Suatu cecair di dalam bikar pada suhu bilik dipanaskan. Suhu semakin naik sehingga 78 ºC. Pada suhu ini cecair itu mula mendidih. Pemanasan lanjut tidak menaikkan suhu cecair itu sehinggalah cecair itu habis tersejat. Jelaskan pemerhatian ini.
7 Dari segi kimia, molekul heksana C6H14 dan oktana C8H18 mempunyai banyak persamaan. Kedua-dua cecair ini mempunyai tekanan wap yang berbeza pada keadaan atmosfera. Pada pendapat kamu apakah yang mempengaruhi tekanan wap masing-masing? Cuba kamu jelaskannya melalui teori kinetik. Pastikan cadangan kamu itu dengan melihat data tekanan wap bagi dua cecair ini.
8 Tegangan permukaan timbul kerana zarah cecair di permukaan tidak mengalami tindakan daya tarik menarik yang seimbang. Jadi secara tidak langsung, ia menggambarkan kekuatan daya kohesif cecair. Pada pendapat kamu bagaimanakah takat didih cecair berubah dengan tegangan permukaan?
9 Apakah pengaruh suhu ke atas tegangan permukaan?
10 Dengan menggunakan teori kinetik jelaskan pemerhatian-pemerhatian berikut: 10 cm3 hekasana ditambahkan kepada 10 cm3 oktana, isipadu campuran ialah 20 cm3, tetapi 10 cm3 hekasana ditambahkan kepada 10 cm3 butanon, isipadu campuran ialah 20.2 cm3, manakala 10 cm3 butanon ditambahkan kepada 10 cm3 air, isipadu campuran ialah 19.7 cm3.
