Sains notesnota, bab 5

Air dan Larutan

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), pageshalaman 94-123

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh menghuraikan sifat fizik air tulen, iaitu takat didih, takat beku, warna, ketumpatan, tegangan permukaan dan tindakan kapilari, serta kesan penyerapan dan pembebasan haba terhadap keadaan jirim air (5.1.1)
Saya boleh menunjukkan melalui elektrolisis bahawa air ialah sebatian hidrogen dan oksigen, dan menerangkan kesan bendasing terhadap takat lebur dan takat didih air (5.1.1)
Saya boleh menerangkan penyejatan air dan empat faktor yang mempengaruhi kadar penyejatan, serta penggunaannya dalam kehidupan harian (5.1.2)
Saya boleh menerangkan maksud zat terlarut, pelarut dan larutan, serta membezakan larutan cair, larutan pekat dan larutan tepu, dan larutan dengan ampaian (5.2.1)
Saya boleh menerangkan maksud keterlarutan dan menjalankan eksperimen untuk menentukan faktor yang mempengaruhi kadar keterlarutan (5.2.2)
Saya boleh menjelaskan maksud koloid dengan contoh dalam kehidupan harian (5.2.3)
Saya boleh menghuraikan kegunaan air sebagai pelarut semesta dan menunjukkan cara pelarut bukan air digunakan dalam kehidupan harian (5.2.4, 5.2.5)
Saya boleh menunjukkan kaedah pembersihan air, iaitu pendidihan, pengklorinan, penurasan dan penyulingan (5.3.1)
Saya boleh menyelesaikan masalah mendapatkan bekalan air untuk kegunaan harian (5.3.2)
Saya boleh menerangkan peringkat dalam sistem pembekalan air dan fungsi setiap peringkat (5.3.3)
Saya boleh menghargai kelestarian air dan menerangkan cara mengatasi pencemaran air (5.3.4)

5.1Sifat fizik air

Air tulen tidak berwarna, tidak berbau dan tiada rasa. Air tulen ialah cecair pada suhu bilik, takat bekunya 0 °C, takat didihnya 100 °C dan ketumpatannya 1 g cm⁻³. Lebih 70% permukaan Bumi dilitupi oleh air.

Tegangan permukaan dan tindakan kapilari

Tegangan permukaan ialah daya lekitan antara molekul air di permukaan yang menyebabkan serangga seperti ayak-ayak dapat terapung di permukaan air.
Tindakan kapilari: daya lekitan antara molekul air serta daya lekatan antara molekul air dengan dinding xilem membolehkan air dibawa dari akar ke daun.

Daya lekitan = daya tarikan antara molekul yang sama. Daya lekatan = daya tarikan antara molekul yang berbeza.

Kesan penyerapan dan pembebasan haba terhadap keadaan jirim air

Pepejal, cecair dan gas air dihubungkan oleh anak panah berlabel peleburan, pembekuan, penyejatan atau pendidihan, kondensasi dan pemejalwapan — Anak panah oren: haba diserap (peleburan, penyejatan/pendidihan, pemejalwapan dari pepejal ke gas). Anak panah biru: haba dibebaskan (pembekuan, kondensasi, pemejalwapan dari gas ke pepejal).

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), Rajah 5.3, m.s. 97.

Komposisi air

Air ialah sebatian yang terdiri daripada oksigen dan hidrogen yang bergabung secara kimia. Komposisi unsur dalam molekul air ditentukan melalui elektrolisis: arus elektrik dialirkan melalui air suling yang dititiskan sedikit asid hidroklorik cair.

Dua silinder penyukat K dan L terbalik di atas elektrod karbon dalam bikar air suling dan asid hidroklorik cair, disambung kepada suis dan bateri — Elektrolisis air.

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), Rajah 5.4, m.s. 98.

Elektrod	Gas yang dihasilkan	Ujian	Isi padu
Anod (+)	Oksigen	Kayu uji berbara menyala semula	1 bahagian
Katod (−)	Hidrogen	Kayu uji bernyala berbunyi ‘pop’	2 bahagian

Anod ialah elektrod yang disambungkan pada terminal positif bateri; katod disambungkan pada terminal negatif.
Satu molekul air terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Simbol kimia air ialah H₂O.
Asid hidroklorik cair dititiskan supaya air suling, yang konduktor lemah, dapat mengalirkan arus elektrik.

Contoh pengiraan

Dalam satu elektrolisis, 18 ml gas hidrogen terkumpul di katod.
Hidrogen : oksigen = 2 : 1, maka oksigen = 18 ÷ 2 = 9 ml, terkumpul di anod.

Kesan bendasing terhadap takat lebur dan takat didih air

Dalam Aktiviti 5.3, garam biasa ditambah kepada ais dan kepada air suling. Hasilnya, garam biasa menurunkan takat lebur ais dan menaikkan takat didih air.

Bendasing ditambah	Takat lebur ais	Takat didih air
Garam biasa	Menurun (kurang daripada 0 °C)	Meningkat (lebih daripada 100 °C)

Ciri fizik lain seperti rasa, bau dan warna juga boleh berubah dengan kehadiran bendasing. Contohnya, air laut berasa masin kerana garam terlarut di dalam air laut. Itulah sebabnya periuk yang berisi sup ayam mendidih lebih lambat daripada periuk yang berisi air.

Air tulen mempunyai takat lebur dan takat didih yang tetap. Bendasing mengubah nilai ini, jadi takat didih boleh digunakan untuk menguji sama ada air itu tulen.

Dengan menggunakan Teori Kinetik Jirim, terangkan mengapa ais melebur apabila menyerap haba.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Zarah-zarah ais menyerap haba lalu tenaga kinetiknya bertambah dan bergetar lebih laju. Daya tarikan antara zarah yang mengekalkan kedudukan tetap diatasi, maka zarah dapat bergerak lebih bebas dan ais menjadi air.

Penyejatan air

Penyejatan air ialah proses yang berlaku di permukaan air yang menukarkan air menjadi wap air. Proses ini boleh berlaku pada sebarang suhu. Molekul air di permukaan yang mempunyai tenaga kinetik lebih tinggi bergerak dengan pantas dan dapat terlepas ke udara.

Eksperimen 5.1 mengkaji empat faktor yang mempengaruhi kadar penyejatan air. Kertas kobalt klorida digunakan untuk mengesan air: kertas ini biru muda apabila kering dan merah jambu apabila basah.

Faktor	Kesan terhadap kadar penyejatan	Sebab
Kelembapan udara	Semakin rendah kelembapan (udara kering), semakin tinggi kadar	Udara kering mengandungi wap air yang sedikit, maka dapat menampung lebih banyak molekul air yang terlepas
Suhu persekitaran	Semakin tinggi suhu, semakin tinggi kadar	Molekul air di permukaan memperoleh lebih banyak tenaga, bergerak pantas dan mudah terlepas
Luas permukaan air yang terdedah	Semakin besar luas, semakin tinggi kadar	Lebih banyak molekul air dapat terlepas ke udara pada masa yang sama
Pergerakan udara	Semakin laju pergerakan udara, semakin tinggi kadar	Udara yang bergerak membawa wap air ke tempat lain, maka udara di atas permukaan air sentiasa kering

Berdasarkan Eksperimen 5.1 dan Rajah 5.12, m.s. 101 hingga 104.

Aplikasi penyejatan air dalam kehidupan harian (m.s. 105):

Pakaian yang disidai di ampaian mempunyai luas permukaan terdedah yang besar, maka cepat kering.
Garam laut diperoleh daripada air laut melalui penyejatan air.
Makanan laut yang dikeringkan dapat disimpan lebih lama kerana mikroorganisma tidak dapat hidup tanpa air.
Pengering rambut yang mengeluarkan udara panas meningkatkan suhu lalu mempercepat penyejatan.

Penyejatan dan pendidihan tidak sama. Penyejatan berlaku di permukaan sahaja dan pada sebarang suhu. Pendidihan berlaku pada takat didih (100 °C bagi air tulen) dengan gelembung terbentuk di seluruh cecair.

Mengapakah pakaian mengambil masa lebih lama untuk kering pada hari hujan?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Kelembapan udara tinggi, maka udara sudah mengandungi banyak wap air dan hanya sedikit molekul air dapat terlepas daripada pakaian. Suhu persekitaran juga lebih rendah.

5.2Larutan dan kadar keterlarutan

Zat terlarut ialah bahan yang boleh melarut di dalam cecair.
Pelarut ialah cecair yang boleh melarutkan zat terlarut.
Larutan ialah hasil campuran yang terbentuk apabila zat terlarut melarut di dalam pelarut.

Contoh: gula (zat terlarut) + air (pelarut) = air gula (larutan).

Larutan cair, larutan pekat dan larutan tepu

Kuantiti zat terlarut dalam suatu larutan mempengaruhi kepekatan larutan. Dalam Aktiviti 5.5, kuprum(II) sulfat sebanyak 2 spatula, 4 spatula dan kuantiti yang berlebihan dilarutkan masing-masing dalam 50 ml air.

Larutan cair	Larutan pekat	Larutan tepu
Kuantiti zat terlarut yang sedikit di dalam pelarut	Kuantiti zat terlarut yang banyak di dalam pelarut	Kuantiti zat terlarut yang berlebihan di dalam pelarut
Boleh melarutkan banyak lagi zat terlarut	Boleh melarutkan sedikit sahaja lagi zat terlarut	Tidak boleh melarutkan zat terlarut lagi dan menghasilkan mendakan

Berdasarkan Jadual 5.1 dan Aktiviti 5.5, m.s. 106 dan 107.

Larutan dan ampaian

Larutan ialah campuran jernih yang terbentuk apabila zat terlarut larut di dalam pelarut. Ampaian ialah campuran keruh yang terbentuk daripada zat terlarut yang tidak larut di dalam pelarut, contohnya air sungai yang mengandungi pasir. Aktiviti 5.6 membandingkan hablur kuprum(II) sulfat dengan serbuk kapur dalam air.

	Larutan	Ampaian
Rupa	Jernih, sekata dari segi warna dan rupa bentuk	Keruh
Cahaya	Cahaya dapat menembusi larutan	Zarah yang besar menghalang cahaya menembusinya
Jika dibiarkan	Tidak mendak	Mendak di dasar
Apabila dituras	Tiada sisa pada kertas turas	Ada sisa pada kertas turas
Contoh	Hablur kuprum(II) sulfat dalam air	Serbuk kapur dalam air; air sungai yang keruh

Ubat dalam bentuk ampaian perlu digoncang sebelum digunakan supaya bahan aktif dalam ubat tersebar secara sekata. Botol minyak masak yang mengandungi campuran juga digoncang atas sebab yang sama.

Larutan berwarna tetap ialah larutan. Larutan kuprum(II) sulfat berwarna biru tetapi jernih, maka cahaya dapat menembusinya.

Keterlarutan dan kadar keterlarutan

Keterlarutan suatu bahan ialah kuantiti maksimum zat terlarut yang dapat larut di dalam 100 ml pelarut pada suhu yang tertentu.

Eksperimen 5.2 mengkaji tiga faktor yang mempengaruhi kadar keterlarutan.

Faktor	Kadar keterlarutan	Sebab
Suhu pelarut	Semakin tinggi suhu, semakin tinggi kadar	Zarah-zarah pelarut bergerak dengan pantas, maka mengisi ruang antara zarah-zarah dengan lebih cepat
Kadar kacauan	Semakin tinggi kadar kacauan, semakin tinggi kadar	Zarah-zarah pelarut dan zat terlarut lebih cepat mengisi ruang antara satu sama lain
Saiz zat terlarut	Semakin kecil saiz, semakin tinggi kadar	Jumlah luas permukaan yang terdedah kepada zarah-zarah pelarut lebih besar

Berdasarkan Eksperimen 5.2 dan Gambar foto 5.7, m.s. 109 hingga 111.

Aplikasi: membancuh kopi dengan cepat

Air panas (suhu tinggi) + gula halus dan serbuk kopi segera (saiz kecil) + dikacau dengan cepat (kadar kacauan tinggi) = gula larut dengan cepat.

Contoh pengiraan (andaian)

Andaikan pada suatu suhu, 36 g garam larut di dalam 100 ml air sehingga tepu. Jika 40 g garam dimasukkan ke dalam 100 ml air pada suhu itu, garam yang tidak larut = 40 − 36 = 4 g, yang kekal sebagai mendakan. Larutan itu tepu.

Jangan keliru antara keterlarutan (berapa banyak zat terlarut larut dalam 100 ml pada suhu tertentu) dengan kadar keterlarutan (seberapa cepat zat terlarut larut).

Koloid

Koloid ialah campuran dua atau lebih zat terlarut yang tersebar secara sekata. Koloid tidak membentuk campuran yang jernih dan juga tidak menghasilkan mendakan. Jadi, koloid ialah suatu bentuk campuran yang keadaannya terletak di antara larutan dan ampaian. Contoh dalam kehidupan harian: busa (krim pencukur) dan emulsi (susu, mayonis).

Air sebagai pelarut semesta

Air dikenali sebagai pelarut semesta kerana keupayaannya untuk melarutkan hampir semua bahan sama ada pepejal, cecair ataupun gas. Air digunakan sebagai pelarut secara domestik dan sebagai bahan mentah dalam industri pembuatan, pertanian dan perubatan. Contoh: baja larut di dalam air dan diserap oleh akar tumbuhan; minuman ringan dihasilkan dengan menggunakan air sebagai pelarut; air melarutkan detergen dalam proses pembersihan.

Pelarut bukan air

Pelarut bukan air yang berasaskan karbon boleh digunakan untuk melarutkan zat terlarut yang tidak larut di dalam air.

Pelarut bukan air	Contoh kegunaan
Alkohol	Minyak wangi, antiseptik
Kerosin	Minyak lampu
Aseton	Varnis kuku, lakuer
Turpentin	Penanggal kotoran cat, pencair cat
Eter	Pengekstrak minyak

Berdasarkan Rajah 5.20, m.s. 112.

Pelarut bukan air mudah meruap, maka digunakan secara meluas dalam bahan semburan seperti cat, minyak wangi dan racun serangga. Pelarut ini membahayakan kesihatan manusia, jadi perlu dikendalikan dengan cermat.

Klorofil tidak larut di dalam air. Cadangkan satu pelarut yang boleh menghilangkan kotoran klorofil.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Alkohol, iaitu pelarut bukan air.

5.3Pembersihan dan pembekalan air

Air meliputi dua pertiga daripada permukaan Bumi, tetapi sebahagian besar tidak boleh terus digunakan kerana mengandungi bendasing, mikroorganisma dan bahan terlarut. Pembersihan air menyingkirkan bau, rasa, warna, mikroorganisma dan bahan terlarut supaya air selamat diminum.

Kaedah pembersihan air

Penurasan air kolam melalui corong ke dalam silinder penyukat, dan penyulingan air kolam menggunakan kelalang penyulingan dan kondenser Liebig — Penurasan dan penyulingan air kolam.

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), Rajah 5.21, m.s. 114.

Kaedah	Fungsi
Pendidihan	Membunuh mikroorganisma
Pengklorinan	Membunuh mikroorganisma
Penurasan	Memisahkan bendasing terampai daripada cecair
Penyulingan	Menyingkirkan bendasing terampai, bahan terlarut dan membunuh mikroorganisma

Berdasarkan Aktiviti 5.7 dan Rajah 5.22, m.s. 113 dan 114.

Dalam Aktiviti 5.7, penyulingan menghasilkan air tulen. Air yang dididihkan atau diklorin selamat daripada mikroorganisma tetapi masih mengandungi bahan terlarut.

Menyelesaikan masalah kekurangan bekalan air

Negara yang kekurangan sumber air menggunakan cara alternatif untuk mendapatkan bekalan air, contohnya kitar semula air, mendapatkan air daripada kabus dan mendapatkan air daripada lautan (osmosis berbalik). Singapura mengitar semula air kumbahan melalui projek NEWater supaya boleh digunakan sebagai air minuman dan untuk kegunaan industri.

Sistem pembekalan air

Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), Rajah 5.23, m.s. 116.

Peringkat	Fungsi
1. Penapisan	Menyingkirkan bendasing seperti ranting kayu dan daun
2. Pengoksidaan	Menambahkan kandungan oksigen di dalam air untuk menyingkirkan bau dan rasa yang kurang menyenangkan
3. Penggumpalan	Alum dimasukkan supaya zarah-zarah lumpur bergumpal dan tenggelam; kapur mati (kalsium hidroksida) ditambah untuk mengurangkan keasidan air
4. Pengenapan	Bahan terampai mendak di dasar tangki
5. Penurasan	Menyingkirkan bendasing dengan penapis pasir
6. Pengklorinan dan pemfluoridaan	Klorin membunuh mikroorganisma di dalam air; natrium fluorida mengelakkan pereputan gigi

Berdasarkan Rajah 5.24, m.s. 117.

Susunan peringkat: Penapisan, Pengoksidaan, Penggumpalan, Pengenapan, Penurasan, Pengklorinan dan pemfluoridaan. Hanya penurasan menggunakan penapis pasir, dan hanya penggumpalan menggunakan alum.

Kelestarian air

Sungai ialah sumber air utama di Malaysia. Pencemaran air menjadikan air tidak sesuai untuk kegunaan manusia dan memberi kesan buruk kepada alam sekitar. Projek pembangunan, perindustrian dan pertanian antara punca utama pencemaran air.

Bahan pencemar air	Cara mengatasi pencemaran air
Bahan buangan domestik	Menaik taraf sistem pembentungan; mendidik masyarakat tentang cara pembuangan sampah yang betul; menyediakan kemudahan sanitasi yang sempurna di kawasan pedalaman
Bahan buangan industri	Menguatkuasakan undang-undang supaya bahan buangan industri dirawat sebelum dibuang ke dalam sungai
Bahan kimia dalam pertanian	Mendidik petani menggunakan baja dan racun perosak yang bersifat terbiodegradasi
Tumpahan minyak	Membendung dan memungut tumpahan minyak di laut menerusi Rancangan Kontinjensi Kebangsaan Kawalan Tumpahan Minyak Semakan Tahun 1999/2000; mempertingkat pengawasan melalui udara

Berdasarkan Rajah 5.25, m.s. 118.

Pendidihan membunuh mikroorganisma tetapi tidak menyingkirkan bahan kimia terlarut yang berbahaya, seperti raksa. Air sungai yang tercemar oleh bahan buangan industri tidak selamat diminum walaupun telah dididihkan.

Nyatakan fungsi alum dan klorin dalam sistem pembekalan air.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Alum menyebabkan zarah-zarah lumpur bergumpal dan tenggelam (penggumpalan). Klorin membunuh mikroorganisma di dalam air.