Kenapa Air Cepat Mendidih di Gunung

Pernahkah kamu mendengar bahwa air lebih cepat mendidih di gunung dibandingkan di pantai? Mungkin ini terdengar aneh, karena biasanya kita berpikir bahwa semakin panas api yang digunakan, semakin cepat air mendidih. Tapi ternyata, ada faktor lain yang mempengaruhi, yaitu tekanan udara. Nah, dalam artikel ini kita akan membahas secara lengkap alasan di balik fenomena ini dari sisi sains.

1. Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Titik Didih Air

Sebelum mulai, mari kita awali dengan satu pertanyaan “Apa yang di maksud mendidih?”. Mendidih adalah proses perubahan wujud suatu zat dari fase cair menjadi fase gas yang terjadi ketika suhu zat mencapai titik didihnya. Pada saat mendidih suhu suatu zat tidak dapat bertambah lagi karena kalor yang diberikan akan digunakan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi gas.

Lalu apa yang dimaksud dengan titik didih? (di sini kita batasi titik didih yang dimaksud untuk Air atau H2O). Titik didih air adalah suhu di mana tekanan uap air sama dengan tekanan udara di sekitarnya, sehingga terjadi perubahan wujud dari cair menjadi gas. Coba tandai dulu kata-kata “tekanan uap air sama dengan tekanan udara di sekitarnya”.

Perlu di ingat juga bahwa mendidih tidak sama dengan menguap! (apalagi menguap karena mengantuk, wkwk). Menguap merupakan perubahan wujud dari cair menjadi gas yang terjadi pada permukaan zat cair pada berbagai suhu (misalnya kamu melihat es yang menguap padahal suhunya sangat rendah), sedangkan mendidih terjadi ketika zat cair mengalami proses penguapan di seluruh bagian zat cair, suhu pada saat keadaan ini terjadi di sebut “temperatur titik didih zat cair”.

Sekarang kita kembali lagi ke pengertian titik didih air “ titik didih adalah suhu dimana tekanan uap air sama dengan tekanan udara di sekitarnya”. Berarti air akan mendidih pada suhu berapa pun selama tekanan uap air sama dengan tekanan udara di sekitarnya. Woww, luar biasa bukan?

Sampai sini, kita sudah punya jawaban kenapa air mendidih lebih cepat di pegunungan di bandingkan di daerah dekat pantai. Jawabannya karena di pegunungan tekanan atmosfer lebih rendah dibandingkan di daerah dekat pantai.

Di daerah dekat pantai yang tekanan udaranya sekitar 1 atmosfer atau 101 kPa, air akan mendidih pada suhu 100°C. tetapi di daerah pegunungan yang memiliki tekanan udara di bawah 101kPa, air akan mendidih pada suhu di bawah 100°C. Jadi perubahan fase dari air ke uap tidak hanya dipengaruhi oleh temperatur atau kalor tapi juga dipengaruhi oleh tekanan udara luar.

Misalnya, di ketinggian 2.000an meter di atas permukaan laut (seperti di Lembang, Bandung), air bisa mendidih pada suhu sekitar 92°C. Sedangkan di puncak Everest (8.848 meter), air bisa mendidih hanya pada suhu sekitar 70°C!

Sampai sini pertanyannya sudah terjawab, tapi mari kita selami lebih dalam lagi fenomena ini. Agar ilmu yang di dapat bisa makin luas lagi.

2. Perubahan Fase Zat dan Titik Tripel Air

Untuk setiap zat cair titik lebur dan titik didihnya bergantung pada tekanan di permukaan zat cair tersebut. Pada tekanan dan suhu tertentu, zat cair dapat berada dalam beberapa wujud dalam keadaan setimbang. Sebagai contoh air dan es pada tekanan 1 atmosfer keduanya bisa memiliki suhu yang sama yakni 0 derajat celcius.

Jadi dalam keadaan setimbang, pada suhu 0 derajat celcius dan tekanan 1 atmosfer ada beberapa partikel yang berubah dari wujud es menjadi cair dan dari air menjadi es, tetapi jumlah partikel pada tiap wujud bernilai tetap. Hubungan antara tekanan dan suhu dalam kesetimbangan dapat digambarkan dalam diagram berikut.

Diagram tersebut menjelaskan hubungan tekanan dan suhu pada air. Dimana titik A merupakan titik tripel Air, pada titik ini terjadi kesetimbangan antara wujud padat, cair dan gas. Jadi air bisa berada dalam 3 wujud sekaligus secara bersamaan. Kedaan ini terjadi pada suhu 0,01 derajat celcius dan tekanan 0,006 atm.

Titik C merupakan titik kritis air, di atas suhu kritisnya zat cair hanya berupa uap atau gas stabil. Titik kritis ini memiliki tekanan 1 atmosfer atau 101 kPa dan suhu 100 derajat celcius, titik ini disebut juga titik didih normal dan titik B disebut juga titik beku normal.

Jika wujud pada (es) dipanasakan di bawah titik tripelnya, es tidak akan melebur tetapi langsung berubah menjadi uap. Peristiwa ini dinamakan sublimasi, proses sublimasi bisa juga terjadi pada suhu tetap, dengan menurunkan tekanan di bawah titik tripelnya.

Di bawah titik didih normalnya, jika tekanan permukaan zat cair diturunkan untuk suhu tetap di bawah 100°C, wujud cair akan berubah menjadi uap. Jadi, walaupun di bawah suhu 100°C, air dapat berubah jadi uap jika tekanannya diturunkan. Proses ini juga dapat terjadi sebaliknya, jika tekanan uap dinaikan di bawah titik didihnya, maka uap akan mengembun menjadi air.

Wujud padat pada suhu tetap dapat berubah menjadi cair jika tekanannya dinaikan. Jadi es dapat mencair dengan menambahkan tekanannya, begitupun sebaliknya air dapat menjadi es dengan menurunkan tekanannya.

3. Mengapa semakin tinggi tekanan udara semakin rendah

Tekanan udara berhubungan dengan ketinggian suatu tempat relatif terhadap pantai. Semakin tinggi suatu tempat maka tekanan udaranya akan semkain rendah. Mengapa hal ini bisa terjadi?

Tunggu dulu, sebelum menjawab pertanyaan tersebut mari kita mengulas sebentar tentang sejarah ditemukannya barometer atau pengukur tekanan.

Aristoteles pernah berkata bahwa “alam semesta takut pada ruang hampa”. Pada saat itu dia mengklaim bahwa ruang hampa sejati, ruang tanpa materi mustahil ada. Karena ketika ada ruang yang kosong maka materi di sebelahnya akan mengisi kekosongan tersebut. Bahkan teori ini bertahan selama hampir 2000 tahun.

Hingga pada abad ke-17 para penambang italia menemukan fakta bahwa pompa mereka tidak dapat menaikan air lebih dari 10,3 meter. Hal ini karena pompa air menggunakan tekanan udara untuk mendorong air naik. Namun tekanan udara 1 atmosfer atau 101 kPa hanya bisa mendorong air setinggi 10,3 meter.

Kejadian tersebut menginspirasi Galileo untuk membuat percobaan dengan mengisi tabung dengan air, kemudian air tersebut di tutup dan tabung di balik. Setelah itu tutup tabung diletakan di wadah berisi air kemudian permukaan air dalam tabung turun sampai ketinggiannya 10,3 meter. Dalam percobaan ini pula ruang vakum ditemukan pertama kalinya dalam eksperimen.

Evangelista Torricelli pada tahun 1643, mengganti percobaan Galileo dengan berfokus pada tekanan udara dan mengganti air dengan raksa. Hasilnya menunjukkan bahwa tinggi kolom raksa hanya setinggi 76 cm, hal ini karena masa jenis raksa lebih besar daripada air sehingga memiliki berat yang lebih besar. Tinggi kolom raksa ini yang sekarang kita kenal sebagai konversi untuk tekanan, dimana 76 cmHg (tujuh puluh enam centimeter raksa) sama dengan tekanan udara 1 atmosfer atau 101 kPa.

Percobaan torricelli ini kemudian di dukung oleh Blaise Pascal, dimana ia membawa tabung raksa tersebut ke dataran yang lebih tinggi. Hasilnya menunjukkan bahwa kolom raksa menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian suatu tempat.

Dari percobaan tersebut didapatkan bahwa permukaan raksa dalam tabung akan berkurang setinggi 1 cmHg, saat ketinggian tempat naik 100 meter.

Secara matematis kita bisa mengukur nilai tekanan di berbagai ketinggian tempat dengan persamaan.

Sampai sini, kita sudah mengetahui fakta ilmiah bahwa semakin tinggi suatu tempat dari pantai tekanan semakin rendah. Lalu kenapa hal tersebut terjadi?

Jawabannya karena adanya gravitasi bumi yang menarik molekul-molekul udara ke permukaan bumi. Semakin dekat dengan permukaan bumi, molekul udara akan semakin rapat. Semakin jauh dari permukaan bumi, molekul udara semakin renggang.

Selain itu, tekanan udara di pantai lebih tinggi daripada dataran tinggi karena mengalami tekanan dari udara yang berada di atasnya. Analoginya seperti kamu menumpuk bantal, bantal yang berada di bagian paling bawah tentu akan mengalami tekanan yang lebih besar dibandingkan bantal yang ada di bagian paling atas.

4. Implikasi pada kehidupan sehari-hari

Pernyataan "Titik didih air adalah suhu di mana tekanan uap air sama dengan tekanan udara di sekitarnya" menjelaskan beberapa fenomena atau situasi di bawah ini:

1. Kondisi Normal (di Permukaan Laut)

Pada tekanan udara standar (1 atmosfer atau sekitar 101,3 kPa), air mendidih pada suhu 100°C. Ini berarti saat air dipanaskan hingga suhu ini, tekanan uap air yang terbentuk akan sama dengan tekanan udara luar, sehingga gelembung-gelembung uap dapat terbentuk dan naik ke permukaan.

2. Di Dataran Tinggi (Tekanan Lebih Rendah)

Jika kita berada di tempat dengan tekanan udara lebih rendah, seperti di pegunungan, titik didih air akan lebih rendah dari 100°C. Misalnya, di Bandung (sekitar 750 mdpl), air mendidih sekitar 97°C, dan di Everest (~8.848 mdpl), air bahkan mendidih sekitar 70°C. Hal ini terjadi karena tekanan udara lebih kecil, sehingga tekanan uap air tidak perlu sebesar 101,3 kPa untuk mencapai keseimbangan.

3. Di Ruang Tertutup atau Panci Tekanan (Tekanan Lebih Tinggi)

Dalam kondisi tekanan yang lebih tinggi, seperti di dalam panci presto, titik didih air meningkat. Panci presto meningkatkan tekanan udara di dalamnya, sehingga air bisa mendidih pada suhu sekitar 120°C. Ini mempercepat proses memasak karena suhu yang lebih tinggi mempercepat reaksi kimia dalam makanan.

4. Dalam Ruang Hampa (Tekanan Mendekati Nol)

Jika air berada dalam ruang hampa udara (vakum), titik didihnya bisa turun drastis, bahkan hingga suhu kamar atau lebih rendah. Inilah alasan mengapa dalam kondisi luar angkasa tanpa tekanan, air bisa langsung mendidih meskipun suhunya rendah.

5. Kesimpulan

Jadi, mengapa air lebih cepat mendidih di gunung? Ini terjadi karena tekanan udara yang lebih rendah di ketinggian menyebabkan air mendidih pada suhu yang lebih rendah. Hal ini bisa berdampak pada proses memasak, eksperimen sains, hingga kehidupan sehari-hari di daerah pegunungan.

Bagi kamu yang suka naik gunung, memahami konsep ini bisa membantu saat memasak atau sekadar bereksperimen dengan air mendidih di ketinggian. Siapa tahu, setelah membaca artikel ini, kamu jadi ingin menguji sendiri bagaimana titik didih air berubah di tempat yang berbeda! 

Referensi:

Purnama, K. K. W. (2016). Aktif dan Kreatif Belajar Fisika. Grafindo

TED-Ed. (2014, Juli 28). The history of the barometer. TED_ed. 

Idschool.net : Cara menghitung tekanan udara.

Share this post