Mengapa garam larut dalam air sedangkan minyak tidak?
Singkatnya, kimia,
tetapi jawaban ini kurang memuaskan, bukan?
Alasan kenapa garam larut sedangkan minyak tidak
disebabkan dua alasan utama
mengapa sesuatu bisa terjadi:
energetika
dan entropi.
Energetika terutama berkaitan
dengan gaya tarik antar benda.
Jika kita melihat minyak atau garam dalam air
kita berfokus pada gaya antar partikel
dalam skala yang sangat kecil,
pada tingkat molekul.
Sebagai gambaran skalanya,
di dalam segelas air,
terdapat lebih banyak molekul
daripada bintang yang kita kenal di jagat raya.
Semua molekul ini bergerak konstan,
bergerak, bergetar, dan berputar.
Yang mencegah hampir semua molekul ini
terbang keluar dari gelas
adalah interaksi tarik-menarik antar molekul.
Kekuatan interaksi
antara sesama molekul air dan zat-zat lainnya
adalah yang kita sebut energetika.
Bayangkan molekul air berpartisipasi
dalam dansa yang konstan,
semacam square dance
di mana mereka selalu bertukar pasangan secara acak.
Singkatnya, kemampuan zat
untuk berinteraksi dengan air
diimbangi caranya mengacaukan
interaksi sesama molekul air,
berperan penting untuk menjelaskan
mengapa zat tertentu bisa menyatu dengan air
sementara lainnya tidak.
Entropi pada dasarnya menggambarkan
bagaimana zat dan energi dapat tersusun
berdasarkan gerakan acak.
Contohnya, udara di dalam ruangan.
Bayangkan semua susunan potensial yang berbeda-beda
di ruangan dengan triliunan partikel
yang membentuk udara.
Sebagian susunan itu
mungkin semua molekul oksigennya ada di sini
dan semua molekul nitrogennya ada di sana,
dalam kondisi terpisah.
Namun jauh lebih banyak susunan potensial
memiliki molekul yang saling membaur.
Jadi, entropi suka berbaur.
Energetika berkaitan dengan gaya tarik.
Jadi, jika ada gaya tarik,
potensi beberapa susunan
dapat ditingkatkan,
yaitu zat yang saling tarik-menarik.
Jadi, keseimbangan antar keduanya
selalu menentukan apa yang terjadi.
Pada tingkat molekuler,
air terdiri dari molekul air,
yang tersusun dari 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen.
Sebagai benda cair, semua molekul ini turut serta dalam
square dance yang konstan dan acak
yang disebut jaringan ikatan hidrogen.
Entropi membantu menjaga
square dance itu terus berjalan.
Selalu ada cara lain
untuk menyusun semua molekul air
dalam square dance,
alih-alih jika molekul air itu
menarikan line dance.
Square dance pun terus berjalan.
Lalu, apa yang terjadi jika garam dimasukkan ke dalam air?
Pada tingkat molekuler,
garam sebenarnya terdiri dari dua ion yang berbeda,
klorin dan natrium,
yang ditata seperti dinding bata.
Mereka muncul di pesta dansa
sebagai kelompok besar dalam formasi
yang mulanya duduk di tepi,
pemalu dan enggan berpisah
menjadi ion tunggal untuk ikut berdansa.
Namun diam-diam, para penari pemalu itu
hanya ingin diajak bergabung.
Jadi, ketika air menghampiri salah satunya secara acak
dan menariknya berdansa menjauhi kelompoknya,
mereka ikut serta.
Begitu ada di lantai dansa,
mereka tak akan keluar lagi.
Sebetulnya, penambahan ion garam ini
menambah potensi posisi dansa
dalam square dance tersebut,
sehingga mereka didorong untuk terus berdansa dengan air.
Sekarang, lihatlah minyak.
Molekul minyak sedikit tertarik untuk berdansa dengan air,
jadi entropi membantu mereka bergabung.
Masalahnya, molekul minyak
mengenakan gaun pesta raksasa,
dan mereka jauh lebih besar dari air,
Jadi, ketika molekul minyak ditarik,
ukuran mereka mengacaukan dansa
dan pergantian pasangan acak
yang melibatkan air,
bagian terpenting dari dansanya.
Ditambah lagi, mereka tak mahir menari.
Molekul air mencoba mengajak
molekul minyak berdansa,
tetapi mereka terus menabrak gaunnya
dan memenuhi lantai dansa.
Air lebih leluasa berdansa
jika minyak keluar dari lantai dansa,
jadi air pun mengucilkan minyak,
mendorongnya kembali duduk bersama yang lain.
Tak lama, saat sebagian besar minyak
telah terdorong ke tepi,
mereka berkumpul untuk saling menghibur
tentang betapa tidak adilnya air
dan terus duduk bersama dalam kelompok.
Jadi, kombinasi interaksi antar molekul
dan konfigurasi yang ada
waktu mereka bergerak acak
yang menentukan membaur atau tidaknya mereka.
Dengan kata lain, minyak dan air tidak menyatu
karena mereka bukan pasangan dansa yang baik.