Pernahkah teman-teman menonton kartun Avatar: The Legend of Aang? Atau membaca buku Dan Brown yang berjudul Angel and Demons? Kita tentu tidak akan melakukan pembahasan kartun dan buku tersebut lebih jauh. Namun, baik pada kartun maupun dalam buku, terdapat ‘elemen’ dasar seperti air (water), tanah (earth), udara (air), dan api (fire) yang menjadi poin penting terhadap jalan cerita. Bagi pembaca yang senang permainan RPG (Role Playing Game) pasti sudah tidak asing dengan cerita empat elemen tersebut.
Sekilas tidak ada yang berbeda dari empat elemen tersebut. Tapi jika kita perhatikan baik-baik, ada salah satu elemen yang berbeda dari ketiga lainnya, yaitu api. Kita mengenal bahwa materi merupakan sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Air, tanah, dan udara adalah materi. Lantas, apakah api dapat dikategorikan sebagai materi? Apakah api menempati ruang dan memiliki massa? Jika api itu materi, apakah ia termasuk dalam wujud gas, padat (solid), ataukah cair? Untuk mengetahuinya, mari kita cari tahu bersama-sama.
Manusia sudah memiliki pengetahuan tentang cara membuat api sejak lama meskipun masih terbilang primitif dibandingkan dengan cara pembuatan api saat ini. Api merupakan suatu proses, atau lebih tepatnya oksidasi yang berlangsung dengan sangat cepat pada suatu benda (materi) tertentu. Oksidasi merupakan proses ketika oksigen bergabung dengan substansi lain membentuk suatu produk tertentu. Adapun materi yang dapat terbakar oleh api biasa disebut bahan bakar (fuel).
Proses pada api ini pada dasarnya sama saja seperti pada potongan apel yang berubah warna menjadi kecokelatan atau pada besi yang karatan. Lalu, mengapa api terasa panas dan bercahaya sedangkan besi yang berkarat sama sekali tidak panas dan bercahaya? Malahan, besi yang karatan seringkali tidak sedap dipandang. Meski prosesnya sama, kecepatan reaksi atau sering disebut laju reaksinya berbeda-beda. Pada kasus api, laju reaksinya berlangsung sangat cepat sehingga dapat menimbulkan cahaya, panas, dan suara yang dilepaskan ke lingkungan.
Dilihat dari reaksi kimia untuk pembakaran (combustion), prosesnya sangat sederhana seperti ini:
CxHy + O2 → CO2 + H2O
Senyawa hidrokarbon bereaksi dengan oksigen dalam udara, berubah menjadi karbondioksida dan uap air. Benda-benda yang mengandung senyawa hidrokarbon biasanya dapat terbakar, dan sebagian besar benda di dunia ini mengandung karbon. Contoh yang mudah adalah kertas, kayu, dan kardus. Lalu, mengapa saat ada kertas disimpan di atas meja, bersinggungan secara langsung dengan udara yang mengandung oksigen, tapi tidak terbakar?
Meski api memang menghasilkan panas sebagai salah satu produk reaksinya, pada awalnya bahan bakar harus dipanaskan hingga mencapai suhu pembakaran (ignition temperature). Barulah setelah itu proses dari api sendiri akan menyediakan suhu yang cukup untuk membentuk pembakaran selanjutnya. Panas ini berasal dari lingkungan api. Contoh konkretnya adalah kebakaran lahan gambut. Saat musim kemarau, suhu lingkungan akan naik. Jika panasnya cukup, hal ini dapat menyebabkan kebakaran lahan gambut meski tidak ada yang membakarnya dengan sengaja.
Reaksi pada api merupakan reaksi eksotermis, artinya terdapat energi yang dilepaskan. Pelepasan energi yang tiba-tiba ini menyebabkan kenaikan suhu, kadang sampai ribuan derajat Celsius. Jadi, wajar saja jika kita menyentuh api (asumsi suhu tubuh normal manusia 37 °C), kita akan merasa panas karena suhu api berada jauh di atas suhu tubuh kita.
Obor yang menyala dapat kita gunakan untuk menerangi jalan ketika pulang mengaji dari surau waktu kecil dulu. Api dari obor mengeluarkan cahaya. Pertanyaannya, dari manakah cahaya tersebut berasal? Nah, setiap atom dalam molekul, memiliki kulit-kulit tertentu yang pada setiap kulitnya terdapat elektron. Apabila memiliki energi yang cukup, elektron tersebut akan tereksitasi dari kulit awal tempat ia berada (keadaan dasar) ke kulit yang memiliki tingkat energi lebih tinggi. Keadaan dasar merupakan suatu keadaan saat atom stabil. Hanya saja, eksitasi elektron ini berlangsung secara singkat, elektron pun akan kembali ke keadaan dasarnya. Pada proses ‘kembali’ ini elektron melepaskan energi berupa pancaran foton. Radiasinya kebanyakan berada pada frekuensi cahaya tampak dan infra merah.
Warna Api
Pada suatu perayaan atau festival tertentu, kita akrab dengan kembang api. Kembang api berwarna-warni sedemikian indahnya bertebaran di langit malam. Namun, warna api dari perkemahan biasanya putih kekuningan dengan gradasi ke warna oranye. Warna api di dasar lilin berwarna biru. Api pada kompor pun ada yang warna biru, lalu warna kuning dan oranye. Mengapa warna dari api ini berbeda-beda?
Warna api merupakan hal yang cukup kompleks. Warna api dapat memberi kita petunjuk tentang suhu dan bahan bakarnya. Contohnya mari kita ambil dari api lilin. Dekat sumbu lilin yang terbakar, api berwarna kebiruan, di sini adalah lokasi api sangat panas, suhunya dapat mencapai sekitar 1000 °C. Selubung kehitaman yang melingkupi warna biru pada lilin adalah sumbu lilin yang belum terbakar. Lalu, ada sedikit gradasi warna oranye, hal ini disebabkan karena jelaga (bagian putih) dari lilin terpapar panas.
Jelaga ini suhunya paling panas di bagian atas dekat sumbu lilin. Maka, cahaya yang melingkupi gradasi warna oranye akan berwana putih kekuningan. Suhu api putih kekuningan ini sekitar 800 °C. Adapun ujung api dari lilin hasil akhirnya adalah uap air. Aplikasi menggunakan warna ini biasanya dimanfaatkan para pandai besi tradisional untuk mengetahui suhu dari bahan yang mereka gunakan saat bekerja.
Meski warna nyala api dapat dijadikan acuan yang memberi kita petunjuk tentang suhunya, hal tersebut tidak dapat dijadikan faktor mutlak. Bahan bakar api juga menyumbang pancaran cahaya warna api. Contoh paling mudah adalah kembang api, dimana natrium menyumbang warna kuning, litium berwarna merah, kalium berwarna ungu, dan lain sebagainya. Teman-teman dapat membaca lebih jauh tentang kembang api ini pada rubrik kimia majalah 1000 guru Edisi Oktober 2015.
Penyusun Api
Tetrahedron api, begitu istilah keren untuk menyebut empat faktor penyusun api. Empat faktor tersebut adalah:
- Bahan bakar
- Panas yang cukup
- Udara (Oksigen)
- Reaksi berantai
Faktor keempat, yaitu reaksi berantai, merupakan hasil timbal-balik dari panas yang dihasilkan dari reaksi pembakaran. Panas ini diperlukan untuk menjaga agar api tetap menyala.
Cara Memadamkan Api
Kita mesti bersyukur pada Tuhan karena dalam kandungan udara yang kita hirup, sebagian besarnya mengandung nitrogen, dengan oksigen sekitar 20%, dan sebagian kecilnya zat-zat lain. Mengapa? Menurut Brady et al. (2009), jika dalam udara kita mengandung 10% oksigen lebih banyak, yaitu sekitar 30% dari totalnya, mungkin hampir mustahil bagi kita untuk memadamkan kebakaran hutan.
Dalam proses pemadaman api, kita memiliki beberapa pilihan. Kita hanya perlu menghilangkan salah satu penyusun tetrahedron api untuk memadamkannya. Apa yang dihilangkan tergantung pada kita. Kita dapat menghilangkan sumber bahan bakar (fuel) pembakaran, misalnya kayu atau materi apapun yang menjadi bahan bakar. Kita dapat menghilangkan oksigen di sekitar pembakaran dengan cara menutupi sumber api sepenuhnya atau mengganti udara di sekitar pembakaran dengan karbon dioksida. Contoh kecilnya adalah saat kita menutupkan gelas kaca pada lilin yang menyala, lilin akan menyala selama oksigen masih tersedia. Namun, saat oksigen habis dengan tiada suplai oksigen dari lingkungan, api akan padam.
Cara lain adalah dengan menurunkan suhu api sehingga lebih cepat menghilangkan panas daripada pembentukannya. Cara paling mudah adalah dengan air. Selain itu, kita bisa menambahkan zat yang dapat menurunkan kecepatan reaksi kimia dari pembakaran agar menjadi terlalu lambat untuk membentuk suatu reaksi berantai, contohnya halon.
Bentuk Api
Pada dasarnya gravitasi memainkan peran yang sangat penting pada bentuk api. Udara yang lebih rapat akan tertarik searah gravitasi (ke bawah) dan udara yang lebih panas akan lebih renggang naik ke atas. Hal ini yang membentuk api seperti kerucut. Sekalipun dari luar kita melihat api seperti kerucut yang padat, namun reaksi hanya terjadi saat bahan bakar bersinggungan secara langsung dengan oksigen. Jadi, jika kita amati lebih lanjut, apa yang kita anggap sebagai kerucut padat ternyata isinya kosong belaka (seperti kerucut pembatas jalan). Apabila api berada pada lokasi yang gravitasinya dapat dianggap nol, bentuk api tersebut akan membulat seperti bola.
Api memang banyak manfaatnya bagi kehidupan makhluk, mulai dari memasak, menghangatkan diri, membantu mencegah dominasi suatu populasi dalam ekosistem tertentu, dan masih banyak lagi. Namun, api juga dapat menyebabkan kebakaran bangunan yang dapat mengakibatkan kerugian. Api hanyalah alat, ia dapat digunakan untuk kebaikan maupun keburukan. Kita sebagai manusialah yang mesti bijak dalam menggunakannya.
Bahan bacaan:
- Brady, J. E., Senese, F., dan Jespersen, N. D., 2009. Chemistry. John Wiley and Sons: Asia.
- http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/question43.htm
- https://en.wikipedia.org/wiki/Fire
- http://www.nfpa.org/press-room/reporters-guide-to-fire-and-nfpa/all-about-fire
- https://www.youtube.com/watch?v=tMDKeBaLWDw (It’s Okay to Be Smart)
Penulis:
Viny Alfiyah, Mahasiswa S1 Kimia FMIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Kontak: alfiyahviny(at)gmail(dot)com.
