Sains notesnota, bab 5

Jirim

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), pageshalaman 136–161

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh menyatakan bahawa hampir semua benda yang wujud dalam alam ialah jirim (5.1.1)
Saya boleh membuktikan bahawa benda hidup dan benda bukan hidup mempunyai jisim dan memenuhi ruang (5.1.2)
Saya boleh membezakan sifat fizikal dengan sifat kimia jirim (5.1.3)
Saya boleh mengelaskan bahan berdasarkan ketumpatan, takat lebur, takat didih dan keterlarutan (5.1.4)
Saya boleh mengitlak bahawa jirim terdiri daripada zarah-zarah (5.2.1)
Saya boleh membandingkan dan membezakan pepejal, cecair dan gas berdasarkan teori kinetik, iaitu susunan dan pergerakan zarah (5.2.2)
Saya boleh menggunakan hubungan antara ruang dengan masa untuk membezakan kadar resapan dalam pepejal, cecair dan gas (5.2.3)
Saya boleh memerihalkan perubahan keadaan jirim dari segi pergerakan zarah akibat penyerapan dan pembebasan haba (5.2.4)
Saya boleh merumuskan bahawa suhu kekal semasa peleburan, pembekuan dan pendidihan (5.2.5)
Saya boleh merumuskan bahawa jisim kekal tidak berubah semasa perubahan fizikal (5.2.6)
Saya boleh menjelaskan perubahan keadaan jirim dalam kehidupan harian dengan memberi contoh (5.2.7)

5.1Jirim dalam alam

Jirim ialah semua benda yang mempunyai jisim dan memenuhi ruang. Hampir semua benda yang wujud dalam alam ialah jirim.

Benda hidup (manusia, tumbuhan, haiwan) dan benda bukan hidup (air, tanah, batu, udara) ialah jirim. Sesuatu yang tidak mempunyai jisim dan tidak memenuhi ruang, seperti cahaya, bukan jirim.

Membuktikan jirim mempunyai jisim dan memenuhi ruang

Tanah, air dan tauge (Aktiviti 5.1A): timbang bikar kosong dengan neraca tuas, kemudian isi bikar dengan tanah (separuh penuh). Tanah memenuhi ruang di dalam bikar dan bacaan neraca bertambah, jadi tanah mempunyai jisim. Ulang dengan air dan tauge. Tanah dan air ialah benda bukan hidup, tauge ialah benda hidup; ketiga-tiganya ialah jirim.
Udara (Aktiviti 5.1B): dua biji belon ditiup supaya sama saiz dan digantung pada sebatang rod kayu. Sekeping pita selofan ditampal pada satu belon, kemudian belon itu dicucuk dengan jarum peniti. Udara keluar perlahan-lahan dan rod kayu condong ke sebelah belon yang masih penuh. Udara yang keluar tadi mempunyai jisim. Belon mengembang apabila ditiup, jadi udara juga memenuhi ruang.

Dua biji belon digantung pada rod kayu dengan tali; satu belon ditampal pita selofan dan dicucuk jarum — Susunan radas untuk membuktikan udara mempunyai jisim (Rajah 5.2). Pita selofan menghalang belon meletup, jadi udara keluar dengan perlahan.

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), m.s. 140.

Ingat: sesuatu hanya dikira jirim jika ia mempunyai kedua-dua jisim dan ruang. Belon yang dicucuk menunjukkan udara memenuhi ruang (belon mengembang) dan mempunyai jisim (rod condong).

Sifat fizik dan sifat kimia jirim

Sifat fizik ialah kualiti yang dapat dikenal pasti dengan menggunakan lima deria manusia atau alat pengukur. Sifat fizik bergantung pada jenis bahan yang membentuk jirim itu.
Sifat kimia ialah tindak balas sesuatu bahan apabila ia berubah menjadi bahan yang berbeza. Sifat kimia bergantung pada tindak balas yang berlaku. Bahan baharu itu mempunyai komposisi kimia yang berbeza daripada bahan asal.

Air mendidih, gula melarut dalam air kopi, periuk dengan pemegang plastik, ais melebur — Contoh sifat fizik jirim (Rajah 5.3).

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), m.s. 141.

Sifat fizik	Sifat kimia
Takat didih: takat didih air ialah 100 °C	Pengaratan: besi berkarat apabila terdedah kepada air dan udara
Takat lebur: ais melebur pada 0 °C	Kebolehbakaran: petrol mudah terbakar; kertas terbakar apabila dikenakan haba
Keterlarutan: gula boleh melarut dalam air kopi
Kekonduksian haba: periuk logam ialah konduktor haba; pemegang plastik ialah penebat haba
Ketumpatan

Peleburan, pendidihan dan melarut tidak menghasilkan bahan baharu (ais yang melebur masih air), jadi ia ialah sifat fizik. Pembakaran dan pengaratan menghasilkan bahan baharu, jadi ia ialah sifat kimia.

Nyatakan sama ada sifat fizik atau sifat kimia: (a) kunci besi berkarat; (b) sudu besi menjadi panas dalam air kopi yang panas; (c) ubat melarut di dalam air.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

(a) Sifat kimia (pengaratan menghasilkan bahan baharu). (b) Sifat fizik (kekonduksian haba). (c) Sifat fizik (keterlarutan).

Mengelaskan bahan berdasarkan ciri

Air laut masin kerana mengandungi garam. Garam dan air mempunyai takat didih yang berbeza: air tersejat menjadi wap kerana takat didihnya lebih rendah, maka hanya garam yang tertinggal. Bahan dikelaskan berdasarkan empat ciri: ketumpatan, takat lebur, takat didih dan keterlarutan.

Ketumpatan

Ketumpatan sesuatu bahan ialah jisim per unit isi padu bahan itu. Bahan yang kurang tumpat terapung manakala bahan yang lebih tumpat tenggelam. Minyak kurang tumpat daripada air, maka minyak terapung di permukaan air.

Campuran	Lebih tumpat (tenggelam)	Kurang tumpat (terapung)
Gliserol dan air	Gliserol	Air
Petrol dan merkuri	Merkuri	Petrol
Pasir dan air	Pasir	Air
Minyak dan gabus	Minyak	Gabus

Berdasarkan Jadual 5.1, m.s. 143.

Takat lebur dan takat didih

Takat lebur ialah suhu apabila keadaan pepejal bertukar menjadi cecair.
Takat didih ialah suhu apabila keadaan cecair berubah menjadi gas.

Bahan	Takat lebur (°C)	Takat didih (°C)	Keadaan pada suhu bilik (30 °C)
Air	0	100	Cecair
Alkohol	−117	78	Cecair
Kuprum	1085	2562	Pepejal
Oksigen	−218	−183	Gas

Takat lebur dan takat didih: Jadual 5.2, m.s. 143. Besi melebur pada 1536 °C (Gambar foto 5.5).

Untuk menentukan keadaan pada suatu suhu: di bawah takat lebur, pepejal; antara takat lebur dengan takat didih, cecair; di atas takat didih, gas.

Keterlarutan

Keterlarutan ialah kebolehan sesuatu bahan (bahan larut) untuk melarut di dalam pelarut dan membentuk larutan. Keterlarutan bergantung pada ciri fizik dan kimia bahan larut dan pelarut.

Apabila gula (bahan larut) dilarutkan di dalam air kopi (pelarut), kita mendapat kopi manis (larutan). Dalam Aktiviti 5.3, bahan seperti garam, gula pasir dan serbuk koko dikelaskan mengikut ketumpatan berbanding air dan keterlarutan dalam air.

Gunakan Jadual 5.2. Apakah keadaan alkohol pada suhu 90 °C? Terangkan.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Gas, kerana 90 °C lebih tinggi daripada takat didih alkohol (78 °C).

5.2Tiga keadaan jirim

Jirim terdiri daripada zarah-zarah yang seni. Zarah ini amat kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan mata kasar mahupun mikroskop cahaya; ia hanya dapat dilihat melalui mikroskop elektron.

Aktiviti 5.4: hablur kuprum(II) sulfat dalam air

Beberapa hablur kuprum(II) sulfat dikacau dalam air. Apabila 50 ml air ditambah, warna biru tersebar ke seluruh larutan dan menjadi lebih cair, tetapi masih biru di mana-mana.
Kesimpulan: jirim terdiri daripada zarah-zarah seni yang diskret (berasingan).

Teori kinetik jirim menyatakan bahawa jirim terdiri daripada zarah-zarah halus yang diskret dan sentiasa bergerak pada semua arah. Zarah-zarah sentiasa berlanggar antara satu sama lain. Apabila tenaga haba dibekalkan, zarah bergerak lebih laju; apabila disejukkan, zarah bergerak lebih perlahan.

Pepejal, cecair dan gas

Jirim wujud dalam tiga keadaan: pepejal (cawan seramik), cecair (madu) dan gas (wap daripada teh panas). Air ialah satu-satunya bahan di muka bumi yang wujud secara semula jadi dalam ketiga-tiga keadaan: ais (pepejal), air (cecair, pada suhu bilik) dan stim (gas, pada 100 °C).

Zarah tersusun dalam baris dalam pepejal, rapat tetapi tidak tersusun dalam cecair, berjauhan dalam gas — Susunan zarah dalam pepejal, cecair dan gas.

	Pepejal	Cecair	Gas
Ruang antara zarah	Sangat kecil	Sederhana	Besar
Susunan zarah	Tersusun sangat rapat	Tersusun rapat	Berjauhan antara satu sama lain
Pergerakan zarah	Bergetar pada kedudukan yang tetap	Bebas bergerak, menggelongsor dan berlanggar antara satu sama lain	Bebas bergerak secara rawak dan berlanggar antara satu sama lain
Bentuk	Bentuk tetap	Mengikut bentuk bekas yang diisi	Mengikut bentuk bekas yang diisi
Isi padu	Isi padu tetap	Isi padu tetap	Mengikut isi padu bekas
Kebolehmampatan	Tidak boleh dimampatkan	Sukar dimampatkan	Boleh dimampatkan

Berdasarkan Jadual 5.3 dan Rajah 5.8, m.s. 147. Jadual 5.3 buku teks menulis jisim gas sebagai “tiada jisim tetap”; baris jisim tidak disalin di sini kerana jisim ialah ciri semua jirim (5.1).

Kayu atau besi digunakan untuk membina jambatan kerana pepejal mempunyai susunan zarah yang padat dan bentuk yang tetap. Gas dapat dimampatkan ke dalam tong gas kerana ruang antara zarahnya besar.

Hubungkan susunan dengan sifat: zarah berjauhan, maka gas boleh dimampatkan; zarah bergetar pada kedudukan tetap, maka pepejal mempunyai bentuk tetap.

Eksplorasi Sains: Matahari tidak dikategorikan sebagai pepejal mahupun gas. Matahari berada dalam keadaan jirim yang disebut plasma.

Kadar resapan dalam tiga keadaan jirim

Resapan ialah proses pergerakan zarah-zarah jirim dari kawasan yang berkepekatan tinggi ke kawasan yang berkepekatan rendah.

Bau minyak wangi dapat dihidu dari jauh kerana zarah bau yang halus bergerak secara rawak dalam zarah-zarah udara. Lebah pertama yang menyerang mengeluarkan bahan kimia berbau, dan bau itu tersebar melalui resapan untuk memberitahu rakan-rakannya.

Zarah minyak wangi dan zarah udara bergerak rawak selepas minyak wangi disembur — Resapan minyak wangi (Rajah 5.9).

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), m.s. 148.

Resapan kuprum(II) sulfat dalam agar-agar dan air, serta gas bromin dalam udara — Kadar resapan zarah dalam pepejal, cecair dan gas (Rajah 5.12).

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), m.s. 150.

Keadaan	Pemerhatian	Kadar resapan
Pepejal (agar-agar)	Agar-agar menjadi biru selepas beberapa hari	Rendah
Cecair (air)	Air menjadi biru selepas dua jam	Lebih tinggi daripada pepejal
Gas (udara)	Gas bromin memenuhi kedua-dua balang gas selepas 15 minit	Paling tinggi

Kadar resapan paling tinggi dalam gas kerana zarah-zarah gas berjauhan dan bergerak paling bebas. Dalam pepejal, zarah tersusun rapat dan hanya bergetar.

Eksperimen 5.1: pemboleh ubah

Hipotesis: kadar resapan zarah adalah rendah dalam pepejal, tetapi tinggi dalam cecair.
Pemboleh ubah dimalarkan: suhu. Pemboleh ubah dimanipulasikan: medium resapan (agar-agar atau air). Pemboleh ubah bergerak balas: kadar resapan zarah.

Perubahan keadaan jirim: penyerapan dan pembebasan haba

Jirim berubah dari satu keadaan fizikal ke keadaan fizikal yang lain apabila tenaga haba diserap atau dibebaskan. Haba mengubah tenaga kinetik zarah: menyerap haba menjadikan zarah bergerak lebih laju, membebaskan haba menjadikan zarah bergerak lebih perlahan.

Rajah pepejal, cecair dan gas dengan anak panah peleburan, pembekuan, pendidihan atau penyejatan, kondensasi dan pemejalwapan — Kesan haba kepada jirim (Rajah 5.14).

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), m.s. 152.

Proses	Perubahan	Haba	Zarah-zarah
Peleburan	Pepejal → cecair	Diserap	Memperoleh tenaga dan bergetar lebih kuat. Tenaga haba digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara zarah. Zarah bergerak bebas pada takat lebur
Pendidihan	Cecair → gas	Diserap	Memperoleh tenaga dan bergerak lebih laju. Berlaku apabila suhu mencapai takat didih; zarah bergerak bebas dan rawak
Penyejatan	Cecair → gas	Diserap	Berlaku pada sebarang suhu, dan cecair tersejat secara perlahan
Kondensasi	Gas → cecair	Dibebaskan	Kehilangan tenaga, bergerak lebih perlahan dan menghampiri antara satu sama lain pada suhu di bawah takat didih
Pembekuan	Cecair → pepejal	Dibebaskan	Kehilangan tenaga dan bergerak lebih perlahan; pada takat beku zarah bergetar pada kedudukan tetap
Pemejalwapan	Pepejal → gas secara langsung (haba diserap); gas → pepejal (haba dibebaskan)	Diserap / dibebaskan	Tenaga kinetik bertambah sehingga zarah bergerak terus daripada pepejal ke gas

Pendidihan dan penyejatan sama-sama menukar cecair kepada gas, tetapi pendidihan berlaku hanya pada takat didih, manakala penyejatan berlaku pada sebarang suhu dan secara perlahan. Buku teks menamakan kedua-dua arah (pepejal kepada gas, gas kepada pepejal) sebagai pemejalwapan.

Suhu kekal dan jisim kekal semasa perubahan fizikal

Apabila bahan dipanaskan, suhu meningkat, dan apabila disejukkan, suhu menurun. Walau bagaimanapun, suhu tidak berubah ketika mencapai takat beku, takat lebur dan takat didih semasa pembekuan, peleburan dan pendidihan.

Bikar berisi 100 ml air dipanaskan dengan termometer dipegang pengapit kaki retort — Mengukur suhu air yang dipanaskan (Rajah 5.15).

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 1 (KSSM), m.s. 154.

Sebabnya: tenaga kinetik zarah tidak bertambah. Haba yang diserap atau dibebaskan digunakan untuk memastikan daya tarikan antara zarah diatasi atau dibentuk, bukan untuk menaikkan suhu.

Jisim kekal tidak berubah semasa perubahan fizikal (ais melebur, garam melarut dalam air, bebola logam dipanaskan dan mengembang) kerana kuantiti zarah tidak berubah. Hanya tenaga kinetik zarah yang berubah.

Contoh pengiraan

Bikar kosong berjisim 125 g. Dengan kiub ais, jisimnya 173 g. Selepas semua ais melebur, jisim bikar bersama air masih 173 g.
Jisim ais = 173 − 125 = 48 g, maka jisim air yang terhasil = 48 g.

Perubahan keadaan jirim dalam kehidupan harian

Contoh	Proses
Air daripada pakaian basah tersejat menjadi wap	Penyejatan
Krim manis membeku menjadi aiskrim dalam peti sejuk beku	Pembekuan
Ais kering mengelakkan aiskrim daripada cair; ia berubah terus menjadi gas	Pemejalwapan
Ubat gegat menjadi semakin kecil	Pemejalwapan
Embun terbentuk apabila wap air dalam udara terkondensasi menjadi titisan air	Kondensasi
Mentega melebur apabila dipanaskan	Peleburan
Air mendidih dalam periuk menjadi wap	Pendidihan

Mengapakah tayar basikal kelihatan sedikit kempis apabila cuaca sejuk?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Udara di dalam tayar membebaskan haba apabila cuaca sejuk. Zarah-zarah gas bergerak lebih perlahan dan menghampiri antara satu sama lain, jadi tayar mengecut.

Ringkasan

Ingat	Fakta penting
Jirim	Mempunyai jisim dan memenuhi ruang; benda hidup dan bukan hidup ialah jirim
Sifat fizik dan sifat kimia	Fizik: dikenal pasti dengan deria atau alat pengukur (takat lebur, takat didih, keterlarutan, kekonduksian haba, ketumpatan). Kimia: bahan baharu terbentuk (pengaratan, kebolehbakaran)
Ketumpatan	Kurang tumpat terapung; lebih tumpat tenggelam
Teori kinetik	Jirim terdiri daripada zarah halus dan diskret yang sentiasa bergerak dan berlanggar
Zarah	Pepejal: sangat rapat, bergetar. Cecair: rapat, menggelongsor. Gas: berjauhan, bergerak rawak
Kadar resapan	Gas > cecair > pepejal
Haba diserap	Peleburan, pendidihan, penyejatan, pemejalwapan (pepejal → gas)
Haba dibebaskan	Pembekuan, kondensasi, pemejalwapan (gas → pepejal)
Suhu dan jisim	Suhu kekal semasa peleburan, pembekuan dan pendidihan; jisim kekal semasa perubahan fizikal