Ternyata Ada Fase Zat Selain Padat, Cair dan Gas

Sejak mengenyam bangku SD hingga SMA, sebagian besar dari kita didoktrin oleh guru bahwa wujud atau fase zat itu ada tiga, yakni: padat, cair, dan gas. Nampaknya, teori tersebut cukup sulit untuk dirubah di bangku sekolah, mengingat saat di sekolah pengetahuan kita memang dibatasi. Apabila pengetahuan yang diajarkan saat sekolah tidak dibatasi, dikhawatirkan para siswa tidak mampu menerima materi secara baik.

Sebenarnya, setelah fase gas terdapat fase lain, yakni fase plasma. Plasma dapat didefinisikan sebagai fase zat keempat setelah padat, cair, dan gas. Pada tahun 1928, Langmuir dan Tonks menemukan teori plasma yang pertama kali. Menurut mereka, plasma merupakan gas yang terionisasi dalam pelepasan listrik^[1]. Selain Langmuir dan Tonks, Chen (2002) mendefinisikan plasma ialah daerah reaksi tumbukan elektron yang sangat signifikan untuk terjadi^[2].

Gambar 1. Ilustrasi Plasma sebagai Fase Zat ke Empat^[2]

Dari gambar 1, fase padat pada molekul es (H₂O) memiliki titik beku di bawah 0⁰C. Kemudian es tersebut diberi energi secara terus menerus dengan menaikkan temperatur. Semakin besar temperatur, maka energi yang diberikan pada molekul tersebut semakin besar yang menyebabkan molekul berubah wujud atau fase. Pada fase padat hingga gas, molekul tetap yakni H₂O yang berubah hanya fasenya saja. Tetapi, ketika molekul H₂O berfase gas diberi energi yang lebih besar dengan menaikkan temperatur, maka molekul H₂ pada H₂O akan terionisasi menjadi H⁺ + H^v, dimana ionisasi tersebut menyebabkan molekul berubah fase dari gas menjadi fase lain yang dinamakan plasma.

Bagaimana Plasma Dapat Terbentuk?

Sebelum berbicara jauh tentang proses terbentuknya plasma, alangkah baiknya kita mengenal lucutan dalam gas yang sering kita jumpai di alam yakni kilat (lightning). Pada dasarnya, gas memiliki sifat isolator dan bisa berubah menjadi konduktor pada kondisi tertentu. Terjadinya kilat disebabkan posisi awan berdekatan dengan permukaan bumi yang memiliki beda potensial sangat tinggi. Akibat adanya radiasi kosmis (radiasi dari partikel berenergi muatan sangat tinggi yang berasal dai luar atmosfer bumi), maka gas di antara awan dan permukaan bumi akan terjadi proses ionisasi kemudian timbul lucutan seperti cahaya yang dinamakan kilat.

Gambar 2. Kilat ialah Lucutan Gas yang Terjadi Secara Alami

Sumber: www.timeforkids.com

Seperti halnya dengan kilat, plasma dapat terbentuk jika suatu gas mengalami proses ionisasi. Proses ionisasi dapat diartikan sebagai proses terlepasnya elektron suatu molekul yang terlepas dari orbitalnya. Proses tersebut dapat terjadi ketika gas yang berada di suatu tempat mengalami peningkatan energi yang disebabkan oleh beda potensial yang sangat tinggi. Peningkatan energi akibat beda potensial akan membuat temperatur semakin meningkat juga^[2].

Jika timbulnya kilat disebabkan beda potensial dari awan dan permukaan bumi, maka plasma dari dua elektroda yang dialiri tegangan tinggi. Di antara dua elektroda tersebut terdapat suatu daerah yang dinamakan daerah aliran (drift region). Daerah aliran merupakan daerah elektron-elektron dari gas terionisasi yang mengalir dari katoda menuju anoda pada elektroda^[2].

Setiap gas memiliki beda potensial atau tegangan yang berbeda agar bisa terionisasi. Tegangan minimum yang digunakan gas untuk terionisasi dinamakan breakdown voltage yang mengikuti Hukum Paschen. Hukum Paschen menerangkan bahwa tegangan minimum pada suatu gas untuk terionisasi dipenguruhi oleh tekanan pada suatu ruang dan jarak antar elektroda. Meskipun dimensi ruang dan jarak antar elektroda sama, tekanan pada ruang tersebut bisa berbeda karena sifat fisis dari suatu gas^[3].

Sejatinya, plasma belum seberapa dikenal sebagai fase zat keempat apalagi di kalangan pelajar. Jangankan pelajar, terkadang mahasiswa pun masih tertanam di pikirannya bahwa fase zat hanya ada tiga, yakni: padat, cair, dan gas. Jika orang menyebut kata ‘plasma’ mungkin yang dipikirkan yakni plasma darah atau sebagainya dan bukan fase zat. Sehingga, sampai saat ini fase zat itu ada empat. Padat, cair, gas, dan plasma.

Referensi:

[1] Kind, D. (1993). Pengantar Teknik Ekspremental Tegangan Tinggi. Bandung: ITB.

[2] Nur, Muhammad. (2011). “Fisika Plasma dan Aplikasinya.” Semarang: Badan Penerbit Universitas Diponegoro.

[3] Usada, Widdi. (2011). “Perhitungan Kerapatan Ion Nitrogen Pada Pembentukan FeN Dalam Proses Nitridasi Plasma.” Yogyakarta: Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN Yogyakarta.