BAB 1

KIMIA : ILMU TENTANG PERUBAHAN

Home|Bab 1|Bab 2|Bab 3|Bab 4|Bab 5|Bab 6|Bab 7|Bab 8|Bab 9|Bab 10|Bab 11|Bab 12| Tugas Kimia|

 

1. Apa itu Ilmu Kimia ?

Kimia adalah cabang ilmu pengetahuan alam yang mempelajari tentang materi dan perubahannya. Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, perubahan kimia terjadi hingga pada tingkat atom dan molekul. Kimia merupakan salah satu ilmu pengetahuan dasar yang menjadi pondasi bagi cabang – cabang ilmu pengetahuan lainnya. Banyak teknologi modern yang dibuat berdasarkan hasil penelitian dan pengembangan dibidang kimia. Tanpa ada ilmu kimia, maka kita akan menemukan banyak sekali kesulitan, bahkan mungkin kita akan tetap hidup di jaman primitif.

Kehidupan modern pada saat ini, ilmu kimia telah menjadi tulang punggung untuk terciptanya teknologi modern yang memudahkan kehidupan umat manusia. Hampir semua sisi kehidupan manusia tidak terlepas dari ilmu kimia. Contoh, makanan dan minuman kemasan yang kita makan setiap hari hampir semuanya mengandung bahan – bahan aditif baik sebagai pengawet atau penambah citra rasa. Pakaian yang kita pakai sehari-hari hampir semuanya dibuat dari bahan sintetis dari polimer. Peralatan elektronika modern semua dibuat dengan menggunakan silikon murni yang hanya dapat dimurnikan dengan menggunakan ilmu kimia modern.

Gambar 1.1 wafer kristal silikon murni merupakan bahan dasar untuk membuat komponen elektronika aktif seperti IC dan transistor modern

Gambar 1.2 konstrukti sel fotovoltage yang dibuat dari bahan silikon murni dan perak, sel ini memiliki ukuran yang sangat kecil (skala mikro meter) yang hanya dapat dibuat dengan menggunakan teknologi kimia modern

Di bidang ilmu kedokteran, kimia banyak menyumbangkan manfaat bagi umat manusia, hampir semua obat – obat yang digunakan untuk mengobati penyakit dibuat dari berbagai bahan kimia. Teknologi kedokteran juga sudah sedemikian maju sehingga sekarang manusia sudah dapat melihat bagian – bagian sel yang memiliki ukuran hingga nano meter ( m). Teknologi yang dapat melihat hingga ukuran nanometer disebut nano teknologi. Penelitian di negara – negara maju sekarang ini sedang mengembangkan nano teknologi. Dengan nano teknologi, maka umat manusia akan dapat mengobati macam – macam penyakit yang tadinya tidak dapat diobati dengan sistem pengobatan konvensional.

Di bidang bahan bakar, teknologi kimia juga telah menyumbangkan teknologi bahan bakar baru. Dengan menipisnya cadangan minyak bumi, maka manusia harus mencari jenis bahan bakar lain yang dapat diperbaharui. Salah satu bahan bakar yang dikembangkan dengan teknologi kimia modern adalah biofuel. Biofuel adalah bahan bakar yang dibuat dari minyak nabati seperti minyak sawit dan minyak pohon jarak untuk membuat biodiesel, sedangkan alkohol dari singkong dan tebu untuk membuat biometanol sebagai pengganti bahan bakar motor bensin.

Gambar 1.3 protein ferritin yang terkandung di dalam sel darah merah manusia yang banyak mengandung unsur besi (Fe). Kandungan Fe yang sangat banyak di dalam protein ferritin ini dapat menunjukkan adanya penyakit haemochromatosis. Ukuran protein ini sangat kecil sekali (skala nanometer).

Gambar 1.4 struktur DNA manusia. Struktur DNA digunakan mengidentifikasi potongan atau sisa tubuh manusia sehingga kita dapat mengetahui identitas korban.

Gambar 1.5 minyak jarak pagar yang dapat digunakan untuk bahan bakar motor diesel sebagai pengganti solar. Minyak ini diproduksi melalui suatu proses kimia.

 

2. Selintas Tentang Sejarah Ilmu Kimia

Reaksi kimia pertama kali membuat leluhur kita terkesan adalah api. Sebelum adanya api, manusia hidup dengan peradaban yang sangat primitif. Dengan ditemukannya api, maka manusia mulai dapat memasak, membuat penerangan, bertahan dari hawa dingin dan hewan buas hingga akhirnya manusia dapat mencairkan logam untuk membuat alat-alat yang membantu kerja manusia.

Gambar 1.6 manusia purba yang menggunakan api untuk memasak. Api dan proses-proses lainnya menyingkap sifat – sifat yang tersembunyi. Kalau kita memanaskan sebatang kayu, pada mulanya kayu akan menjadi panas, kemudian tiba – tiba pada suatu saat kayu akan menyala, yang menjadi pertanyaan, dari manakah asalnya nyala api tersebut ?

Kimia adalah ilmu yang menjawab pertanyaan – pertanyaan demikian dan reaksi kimia adalah perubahan – perubahan aneh yang menyingkap sifat – sifat tersembunyi dari suatu zat. Logam pertama kali yang dapat dicairkan oleh manusia adalah tembaga. Tembaga ini mencari dengan memanaskan batuan hijau yang setelah mencapai temperatur tertentu akan mengeluarkan cairan berwarna orange yang setelah dingin menjadi tembaga mengkilap dan bersifat logam. Hal ini yang mendorong manusia untuk mencairkan besi dari batuan yang berwarna merah, memanggang lumpur menjadi batu bata, menumis lemak menjadi abu yang kemudian dapat dibuat menjadi sabun, mendadihkan susu menjadi yoghurt, meragikan gandum menjadi bir dan mengasinkan kubis menjadi kimci, akhirnya kimia menimbulkan peradaban manusia.

Perkembangan ilmu kimia yang benar – benar dapat dikatakan sebagai pengetahuan sistematis dimulai dari jaman Yunani kuno.

Democritus.................... dan ..................Heraclitus

Gambar 1.7 dua orang filsuf Yunani Kuno

Democritus mencetuskan teori yang menyatakan bahwa semua benda disusun oleh partikel – partikel kecil yang tidak dapat dibelah-belah lagi yang disebut atom (a = tidak ,tomos = dibelah). Kemudian seorang Filsuf lain yang bernama Heraclitus berpendapat lain yang menyatakan bahwa semua benda berawal dari api. Pendapat ini pada akhirnya gugur. Teori tentang atom tidak dapat diterima pada waktu itu, karena keberadaan atom yang tidak dapat dilihat sehingga tidak dapat diterima.

Gambar 1.8 Aristoteles, Filsuf Yunani yang sangat terkenal di abad pertengahan, namun banyak teorinya yang gugur  

Seorang filsuf Yunani bernama Aristoteles menyatakan bahwa sebenarnya ada 4 unsur yang menyusun semua benda yaitu unsur api, udara, tanah dan air. Benda – benda lain menurutnya merupakan perpaduan ke 4 unsur tersebut. Pada mulanya teori ini bertahan cukup lama hingga jaman pertengahan, gagasan ini sangat optimis, kalau semua benda merupakan campuran empat unsur, maka kita seharusnya bisa mengubah apapun menjadi sesuatu yang lain hanya dengan menyesuaikan bahan – bahan penyusunnya, termasuk membuat emas dari bahan lain. Pengaruh ini sangat besar di abab pertengahan, walaupun teori ini salah. Dari kegiatan membuat emas inilah muncul ilmu kimia kuno. Kata kimia sendiri berasal dari bahasa arab yaitu al-kimia. Perkembangan kimia di timur tengah lebih maju dibandingkan dengan di eraopa pada abab pertengahan. Di Persia seorang ahli kimia Jabir (abad ke 8) dan Al - Razi (abad ke 10) berhasil menciptakan segala macam peralatan laboratorium dan membuat prosedur-prosedur yang berguna. Gambar 1.9 memperlihatkan peralatan laboratorium kimia pada abad pertengahan.

Gambar 1.9 peralatan laboratorium yang digunakan pada jaman abad pertengahan  

Di Jerman seorang ahli kimia bernama Henning Brand mencoba membuat emas dengan menyuling 60 ember air kencing. Pada akhirnya, dengan menggunakan peralatannya, Brand berhasil membuat suatu materi yang bersinar di dalam gelap. Brand berhasil menemukan Fosfor bukan emas. Meskipun spekulasi ahli kimia di abad pertengahan tergolong gila – gilaan, ahli kimia berhasil mencapai banyak hal di laboratorium mereka. Mereka menyempurnakan proses penyulingan, penyaringan, titrasi dan lain-lain. Mereka memperbaiki pembuatan kaca, metalurgi, bahan peledak, pencegahan karat dan mereka juga berhasil menciptakan anggur berkadar alkohol tinggi yang sangat terkenal hingga saat ini.

Teknik laboratorium kimia kuno belum dapat mengumpulkan gas. Apabila suatu reaksi menghasilkan gas, maka ahli kimia tidak bisa tahu sehingga mereka membiarkan gas lolos ke atmosfir. Ini yang menyebabkan ahli kimia kuno tidak dapat menerangkan secara tuntas tentang bahan – bahan dan produk – produk hasil reaksi kimia secara lengkap.

Kajian modern mengenai gas atau udara dimulai pada tahun 1600-an. Dengan menggunakan pengujian efek tekanan udara, Otto Von Guericke (1602 – 1686) membuktikan bahwa udara memiliki tekanan yang cukup besar. Guericke membuat 2 buah sungkup setengah bola dengan bahan logam yang dilengkapi dengan seal yang rapat di antara keduanya. Kemudian sebuah katup dipasang untuk memungkinkan ia memompa udara keluar dari bagian dalam sungkup. Setelah bola dilekatkan itu hampir hampa udara, 2 ekor kuda yang kuat tidak dapat memisahkannya. Kemudian Guericke memasukan kembali udara ke dalam bola, sehingga bola dengan mudah dapat dipisahkan. Gambar demo percobaan Guericke dapat dilihat pada gambar 1.10.

Gambar 1.10 demontrasi percobaan Guericke

Gambar1.11 Otto Von Guericke 

Penjelasan percobaan Guericke ini adalah pada kondisi hampa, maka udara akan menekan bagian luar bola dan menyatukan kedua sungkup itu. Baru setelah ada udara di dalam yang menekan keluar dengan kekuatan seimbang, maka kedua sungkup dapat dipisahkan dengan mudah.

Ahli kimia yang pertama kali berhasil mengumpulkan gas dari reaksi kimia adalah Joseph Priestley (1733 – 1804). Reaksi kimia Priestley berlangsung di sebuah bejana tertutup yang dihubungkan dengan menggunakan pipa ke dalam botol terbalik yang berisikan cairan (botol itu dicelupkan ke dalam cairan yang sama dengan yang ada di dalam bejana). Cairan yang yang digunakan adalah air, tapi kalau gas tersebut larut di dalam air, maka Prestley menggunakan air raksa. Reaksi ini akan menghasilkan gas yang akan menimbulkan gelembung-gelembung dalam cairan dan berkumpul di dalam botol. Prestley menyimpan gas-gas hasil eksperimennya di dalam kandung kemih babi.

Gambar1.12 Joseph Prestley (1733 – 1804)

Gambar 1.13 laboratorium Prestley, tempat Joseph Prestley melakukan percobaan-percobaannya tentang gas

Sebagai contoh Prestley mereaksikan asam kuat dengan serbuk besi, reaksi itu menghasilkan gas yang sangat mudah terbakar dan meledak. Kita mengenal gas tersebut sebagai hidrogen. Dalam percobaan lain, dia memanaskan mineral merah bernama serbuk oksida raksa (calk of mecury). Ketika serbuk tersebut meleleh, tetes-tetes air raksa murni mengembun pada dinding bejana, sementara gas mengumpul di dalam botol air. Prestley melihat bahwa api akan menyala sangat terang bila diselimuti oleh gas ini. Gas ini juga dapat dihirup dan menghasilkan perasaan yang lega bila menghirupnya, Prietley menamakan gas ini sebagai “udara Bersih”.

Pada saat yang sama Antonie Lavoiser (1743 – 1794) dari Francis melakukan percobaan yang sama tetapi terbalik. Lavoiser memanaskan sepotong logam timah di dalam tabung tertutup rapat. Abu bewarna kelabu muncul dipermukaan timah yang melebur. Lavoiser memanasinya selama satu setengah hari sampai tak ada lagi abu yang terbentuk. Setelah membiarkan tabung itu mendidih, dia membalikannya dan membuka tutup tabung di dalam air. Di memperhatikan bahwa air masuk ke dalam tabung sampai 1/5 isi tabung. Kesimpulannya 1/5 udara awal yang ada di dalam tabung habis digunakan dalam proses pembakaran. Gas itu pasti sudah bergabung dengan timah untuk membentuk zat yang seperti abu tadi.

Gambar 1.14 Antonie Lavoiser dengan peralatan percobaannya

Menurut Lavoiser, udara merupakan gabungan 2 gas yang berbeda yaitu 1/5 ikut bergabung dengan timah menbentuk abu dan 4/5nya yang tersisa di dalam tabung. Selanjutnya Lavoiser mengulangi percobaanya dengan menggunakan air raksa sebagai pengganti timah. Dalam panas tinggi, air raksa juga membentuk abu atau serbuk dan mengambil 1/5 dari volume udara yang diberikan. Kemudian bila serbuk tersebut dipanaskan kembali dengan api kecil, abu akan menghasilkan kembali gas dan seluruh air raksa aslinya (percobaan ala Prestley). Dengan kata lain udara bersih Priestley adalah gas yang sama dengan yang ditemukan oleh Lavoiser yang membentuk 20% atmosfir. Ahli kimia Francis itu memberi nama gas ini OKSIGEN. Tafsiran abu adalah senyawa logam dan oksigen yang disebut oksida logam. Lavoiser memastikan dengan menimbang berat sisa logam yang tidak bereaksi ditambah berat abu lebih besar dibandingkan dengan berat logam mula-mula.

Lavoiser menarik suatu kesimpulan umum : “pembakaran adalah proses dimana bahan bakar bergabung dengan oksigen.” Dengan kata lain Api Bukan Unsur !!. Api adalah hasil reaksi kimia yang membutuhkan oksigen dan menghasilkan panas dan cahaya. Sehingga pendapat Aristoteles yang menyatakan bahwa api dan udara adalah unsur gugur dengan percobaan Lavoiser.

Hal menarik lain yang ditemukan oleh Lavoiser adalah berat total tabung setelah reaksi dan sebelum reaksi adalah sama. Dengan ini lavoiser menemukan “hukum kekekalan massa”, yaitu “ Dalam reaksi kimia, tak ada massa yang diciptakan atau dimusnahkan, tetapi unsur-unsur tersebut hanya tersusun kembali dalam kombinasi baru.”

Dalam percobaan lain ditemukan bahwa air juga bukan unsur, tetapi merupakan gabungan dari unsur oksigen dengan unsur hidrogen. Demikian juga tanah yang merupakan campuran heterogen dari berbagai zat. Sehingga teori Aristoteles yang bertahan lama akhir gugur. Ahli kimia juga menemukan bahwa senyawa bukan sekadar hasil “asal campur” seperti yang dikemukakan Aristoteles. Sebaliknya senyawa selalu menggabungkan unsur – unsur dalam perbandingan tetap. Air, misalnya selalu tersusun oleh 2 atom hidrogen dengan 1 atom oksigen.

John Dalton (1766 – 1844) menghidupkan kembali teori Atom yang dicetuskan oleh filsuf Democritus. Menurutnya setiap unsur tersusun dari atom-atom kecil yang tidak bisa dibelah – belah lagi. Atom – atom satu unsur serupa tetapi berbeda dengan atom – atom unsur lainnya. Bahan – bahan senyawa, kata Dalton tersusun dari kelompok – kelompok atom tertentu yang disebut molekul.

Gambar 1.15 John Dalton dengan lambang atom ciptaannya

Pada tahun 1860 telah ditemukan 80 unsur. Pada tahun 1869, seorang warga Rusia bernama Dimitri Mendeleev (1834 – 1907) mengajukan suatu gagasan untuk mendaftarkan unsur – unsur tersebut berdasarkan kenaikkan massa atomnya dengan prinsip perpindahan baris pada interval tertentu. Hasilnya adalah sebuah tabel dengan unsur – unsur yang diatur dalam baris – baris. Ini adalah versi mini Tabel Medeleev. Unsur – unsur ini menunjukan pola berkala, masing – masing kolom vertikal berisi unsur – unsur yang serupa secara kimiawi. Bahkan Mendeleev mengetahui adanya lubang – lubang dalam tabel itu dan berhasil meramalkan unsur – unsur baru yang akan mengisinya. Sampai saat ini tabel ini telah berisi 114 unsur dan akan terus bertambah dengan ditemukannya unsur – unsur buatan yang baru. Tabel ini disebut Tabel Sistem Periodik Unsur (SPU). Sifat-sifat periodik unsur – unsur di alam akan dipelajari secara khusus pada pokok bahasan berikutnya. Gambar 1.16 menunjukkan profile Dimitri Medeleev dengan sistem periodik unsur pertama buatannya.

Gambar 1.16 Dimitri Medeleev dan tabel sistem periodik unsur buatan medeleev yang pertama. Pada tabel terlihat banyak unsur-unsur yang belum ditemukan namun sifatnya sudah dapat diramalkan melalui tabel ini.

3. Metode Ilmiah

Semua ilmu pengatahuan baik ilmu pengetahuan eksakta maupun non eksakta menyelesaikan suatu masalah yang ditemuinya dengan menggunakan suatu metode yang sistematis yang disebut dengan metode ilmiah. Metode ilmiah adalah suatu metode sistematis yang digunakan di dalam penelitian untuk menyelesaikan masalah. Ada 3 tingkatan yang harus dilewati dalam mengunakan metode ilmiah untuk menyelesaiakan masalah yaitu ;

 

 

Gambar 1.17 tiga tingkatan dalam metode ilmiah yang umum digunakan dalam penelitian di bidang ilmu kimia  

Tahap pertama metode ilmiah adalah mengidentifikasi masalah yang ada. Tahap ini kita harus menentukan masalah utama yang harus diselesaikan. Umumnya masalah ilmiah bukan merupakan masalah tunggal, tetapi merupakan suatu permasalah komplek yang harus dicari penyebab utamanya.

Tahap berikutnya adalah melakukan observasi dan eksperimen untuk mengumpulkan data – data. Observasi dan eksperimen harus dilakukan dengan teliti untuk mendapatkan data yang akurat. Observasi dan eksperimen dapat dilakukan di laboratorium atau langsung dilakukan di lapangan.

Data hasil observasi dan eksperimen ada 2 macam yaitu data yang bersifat kualitatif dan data yang bersifat kuantitatif. Data kualitatif berisikan kualitas atau mutu suatu hasil pengamatan, sedangkan data kuantitatif berisikan angka perbandingan yang diukur dari sistem yang diamati.

Bila eksperimen selesai dilaksanakan dan data – data berhasil dikumpulkan semua, maka kita memasuki tahap berikutnya yaitu tahap pengolahan data. Untuk dapat mengolah data ini kita membutuhkan banyak referensi yang berhubungan dengan topik penelitian kita. Kadang – kadang kita juga membutuhkan data pembanding dari hasil eksperimen sejenis yang pernah dilakukan oleh orang lain. Hasil pengolahan data ini biasanya berupa tabel dan grafik perbandingan antar berbagai varibel dan konstanta. Dari tabel dan grafik ini maka kita dapat melakukan analisis yang mendalam untuk mengambil suatu hipotesis. Hipotesis merupakan kesimpulan sementara. Hipotesis ini harus diuji kebenarannya. Membuat hipotesis ini sudah masuk ke dalam tahap interprestasi hasil.

Tabel dan grafik ini kemudian dipresentasikan dalam suatu presentasi ilmiah. Tujuan melakukan representasi ini adalah untuk memaparkan hasil penelitian kita kepada orang lain supaya orang lain dapat memberikan masukkan dan koreksi tentang hasil penelitian yang telah kita lakukan. Masukan dan koreksi ini menjadi bahan pertimbangan yang penting untuk memperbaiki hipotesis yang kita buat. Hipotesis yang dibuat kemudian harus dilakukan pengujian secara berulang-ulang hingga hipotesis dapat berlaku secara umum.

Hukum adalah suatu pernyataan yang berisi pernyataan atau persamaan matematis yang menjelaskan tentang suatu fenomena yang selalu terjadi pada kondisi yang sama. Contoh hukum adalah hukum Newton, hukum Newton 2 menyatakan bahwa gaya berbanding lurus dengan massa an percepatan benda. Pernyataan ini dapat dikatakan sebagai hukum, karena kondisi gaya berbanding lurus dengan massa dan percepatan benda terjadi pada semua benda di alam semesta ini.

Teori adalah kesamaan prinsip yang menjelaskan tentang fakta suatu benda dengan menggunakan hukum-hukum yang berlaku.

Perlu diingat bahwa tidak ada hukum atau teori di alam semesta ini yang dapat berlaku secara mutlak, semuanya itu dibatasi oleh kondisi – kondisi tertentu. Contoh hukum newton, hukum newton tampaknya merupakan hukum yang berlaku mutlak bagi benda – benda di alam. Namun dalam perkembangannya, ternyata hukum newton hanya berlaku untuk benda – benda yang bergerak jauh dibawah kecepatan cahaya. Bila suatu partikel bergerak mendekati kecepatan cahaya, maka hukum Newton menjadi tidak berlaku dan digantikan dengan hukum relativitas umum.

Tahap – tahap menyelesaikan masalah dengan menggunakan metode ilmiah dapat dilihat pada gambar 1.18 berikut ini.

 

Gambar 1.18 tahap – tahap dalam metode ilmiah

4. Klasifikasi Materi

Kimia adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang materi dan perubahannya. Jadi di dalam ilmu kimia, materi merupakan subtansi yang penting untuk dipelajari. Materi adalah segala sesuatu yang menempai ruang dan memiliki massa. Materi dapat diklasifikasi menjadi:

 

Gambar 1.19 klasifikasi materi di alam

Zat murni (subtansi) adalah salah satu bentuk dari materi yang disusun dengan perbandingan tetap dari zat – zat tunggal. Contoh zat murni (subtansi) antara lain : air (H2O), aminiak (NH3), emas, oksigen dan sebagainya. Suatu zat murni (subtansi) akan berbeda dengan subtansi yang lainnya bila komposisi penyusunnya berbeda, tetapi bila komposisi zat penyusunnya sama, maka zat murni tersebut akan sama.

Campuran adalah gabungan dari 2 atau lebih zat murni dimana sifat zat – zat murni penyusunnya sudah hilang di dalam campuran dan diganti dengan sifat campuran yang baru. Contohnya ; air kopi yang dibuat dari campuran air + gula + kopi, sifat air kopi tidak akan sama dengan sifat zat penyusunnya seperti air, gula atau kopi.

Zat campuran dibedakan menjadi 2 macam yaitu campuran homogen dan campuran heterogen. Campuran homogen adalah campuran yang zat penyusunnya tidak dapat dibedakan lagi secara langsung. Contohnya ai gula yang merupakan campuran homogen antara air dan gula, di dalam air gula, kita tidak dapat lagi membedakan yang mana air dan yang mana gula, semuanya sudah menjadi satu yaitu air gula.

Campuran heterogen adalah campuran yang zat – zat penyusunnya masih dapat dibedakan antara zat penyusun yang satu dengan zat penyusun yang lainnya. Contohnya; campuran debu dan udara. Dalam udara yang berdebu, kita masih dapat membedakan yang mana butiran debu dan yang mana udaranya. Udara bersih sendiri merupakan campuran yang homogen, karena udara terdiri dari campuran dari bermacam – macam gas seperti oksigen (O2), nitrogen (N2 ), karbondioksida (CO2) dan beberapa gas mulia. Masing-masing gas tidak dapat dibedakan lagi satu dengan lainnya. Namun melalui proses fisika dengan pendinginan udara bertingkat kita dapat memisahkan gas – gas yang terdapat di dalam udara.

Senyawa adalah zat tunggal yang disusun oleh 2 atau lebih unsur yang dibentuk dengan ikatan kimia dengan perbandingan yang tetap. Tidak seperti halnya dengan campuran yang masih dapat dipisahkan dengan menggunakan proses perubahan fisika, senyawa hanya dapat dipisahkan dengan menggunakan reaksi kimia. Contoh molekul : H2O (air), H2SO4 (asam sulfat), HCl (asam klorida) dan sebagainya. Satu satuan senyawa disebut molekul.

Unsur adalah bagian yang terkecil dari suatu benda yang tidak dapat dipisahkan lagi dengan menggunakan reaksi kimia biasa. Unsur disebut juga atom. Unsur hanya dapat diuraikan dengan menggunakan reaksi inti. Sampai pada saat ini terdapat 118 (sumber : Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division ) unsur yang terdiri dari unsur alami dan unsur buatan. Unsur buatan umumnya memiliki umur yang singkat dan bersifat radioaktif.

5.. Tiga Bentuk Materi Di Alam.

Semua zat di alam memiliki 3 bentuk fase yaitu fase gas, fase padat dan fase cair.

  1. Fase gas
  2. Fase cair
  3. Fase padat
 

Gambar 1.20 tiga fase zat di alam

Pada fase padat molekul – molekul penyusun materi saling berikatan satu dengan lainnya dengan erat sehingga setiap molekul tidak dapat bergerak bebas. Karena saling berikat dengan erat inilah yang menyebabkan bentuk benda padat cendrung tetap. Benda padat memiliki bentuk dan volume yang pasti. Setiap molekul ini bergetar satu dengan lainnya sesuai dengan tingkat energi yang dimilikinya. Besar getarannya sangat ditentukan oleh temperatur materi tersebut. Bila temperatur materi dinaikan atau energi ditambahkan dari luar, maka jumlah energi yang diserap oleh tiap molekul akan bertambah sehingga getaran dari tiap molekul akan semakin besar. Akibatnya bentuk zat padat akan semakin melunak,hingga bila energi yang dimiliki oleh tiap molekul cukup, maka molekul akan dapat bergerak bebas tidak terikat satu dengan lainnya. Kondisi ini menyebabkan zat padat tersebut mencair.

Pada zat cair, molekul masih saling berikat satu dengan lainnya, tetapi molekul ini dapat bergerak bebas, sehingga struktur keseluruhannya lemah. Sifat zat cair adalah dapat menempati ruang yang ada disekitarnya dan bentuknya menyerupai wadahnya tapi memiliki volume yang pasti. Bila energi terus ditambahkan ke pada zat cair ini, maka pada suatu saat setiap molekul penyusunnya akan mempunyai cukup energi untuk melepaskan diri sehingga tidak lagi saling berikatan satu dengan lainnya, kondisi ini disebut fase zat berubah dari fase padar menjadi fase gas.

Pada fase gas, molekul penyusunnya sudah dapat bergerak bebas tanpa terikat satu dengan lainnya sehingga fase gas tidak mempunyai struktur yang pasti. Pertikel-pertikel gas berterbangan memenuhi ruang yang ada disekitarnya. Gas tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap. Sifat gas ini sangat ditentukan oleh tekanan gas dan temperatur gas. Mengenai sifat-sifat gas akan dibahas lebih lanjut pada pokok bahasan tentang gas.

Ada suatu gaya yang menahan bentuk benda pada dan cair tetap yaitu gaya ikat antar molekul (intermoleculer forces, disingkat IMF) dalam zat. Gaya ini adalah gaya tarik menarik antar molekul yang merupakan lawan dari ikatan di dalam molekul.

Gas – gas yang kita kenal seperti oksigen dan nitrogen juga dapat dicairkan. Oksigen dan nitrogen cair dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini.

Oksigen Cair dan Nitrogen cair

Gambar 1.21 oksigen dan nitrogen cair

Umumnya oksigen cair banyak digunakan pada dunia kedokteran untuk alat bantu pernapasan dan untuk industri pengelasan logam sebagai oksidator. Sedangkan nitrogen cair merupakan cairan inert yang banyak digunakan untuk proses – proses cryrogenik.

Ketiga fase benda ini dapat berubah dari satu fase ke fase lainnya melalui proses perubahan fisika yaitu melalui proses pemanasan dan pendinginan. Yang menyebabkan terjadinya perubahan fase adalah bertambahnya energi dalam yang dimiliki oleh tiap – tiap molekul penyusun benda. Pada proses pemanasan, maka kita akan menambahkan sejumlah energi ke molekul tersebut, akibatnya energi yang dimiliki oleh tiap molekul akan meningkat. Bila jumlah energi yang dimiliki oleh tiap molekul cukup kuat untuk mengatasi gaya ikat antar molekul (IMF) maka ikatan antar molekul akan lepas sehingga benda padat akan berubah fase menjadi benda cair dan zat cair akan berubah fase menjadi gas. Proses ini berlaku sebaliknya, bila benda didinginkan, maka kita akan mengambil sejumlah energi sehingga energi yang dimiliki oleh tiap molekul akan berkurang, akibatnya gaya ikatan antar molekul akan semakin besar. Proses perubahan fase ini dapat digambarkan pada diagram gambar 1.22 berikut ini.

 

Gambar 1.22 proses perubahan fase pada benda di alam

6. Sifat Fisika Dan Sifat Kimia Zat

Zat di identifikasi berdasarkan sifat-sifatnya yang ditentukan oleh komposisi senyawa dan unsur yang menyusun zat tersebut. Sifat – sifat benda dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu sifat – sifat fisika dan sifat – sifat kimia benda. Sifat fisika benda dapat ditentukan dan diobservasi tanpa harus mengubah komposisi atau identitas zat tersebut. Contoh sifat fisika benda adalah : titik didih, titik cair, warna, berat dan sebagainya. Kita dapat mengukur perubahan temperatur air yang sedang dipanaskan tanpa harus mengubah struktur kimia air. Perubahan temperatur air merupakan sifat fisika dari air.

Sifat kimia benda hanya dapat ditentukan melalui suatu proses reaksi kimia yang mengubah struktur penyusun suatu zat. Sifat yang di dapat dengan mengubah struktur molekul atau unsur penyusun suatu zat disebut sifat kimia benda. Kita tidak akan dapat menentukan berapa persentase perbandingan oksigen dan hidrogen yang menyusun air murni bila kita tidak memecah struktur air dan mengukur kadar oksigen dan hidrogen di dalam air. Perbandingan komposisi oksigen dan hidrogen di dalam molekul air adalah contoh sifat kimia air.

Sifat – sifat zat yang dapat diukur dibedakan menjadi 2 macam yaitu besaran ekstensif dan besaran intensif. Besaran ektensif ditentukan oleh berapa banyak massa yang terkandung. Contoh besaran ekstensfi adalah massa benda. Massa adalah banyaknya zat yang terkandung di dalam suatu benda. Besaran intensif tidak ditentukan berdasarkan massa benda. Contoh besaran intensif adalah massa jenis benda. Panas jenis benda, kalor jenis benda. Besaran intensif umumnya dibagian massa benda sehingga besaran ini menyatakan sifat yang bebas dari massa benda.

Kita coba bedakan antara kalor dengan satuan kalori dan kalor spesifik dengan satuan kalori/kg. Bila panas dinyatakan dengan satuan kalori (besaran ekstensif), maka kita harus mempertimbangkan berapa besar massa benda yang mengandung kalor tersebut karena bisa saja benda yang sama dengan jumlah massa yang berbeda memiliki kandungan panas yang sama. Tetapi jika kita menyatakan panas dengan satuan kalori/kg (satuan intensif), maka besar panas tersebut tidak tergantung kepada massanya dan ini berlaku sama untuk setiap benda yang sama. Bila kita hendak mengetahui besar kalor yang sebenarnya, kita tinggal mengalikannya dengan massa benda yang kita ukur.

Gambar 1.23 besaran ekstensif ke tiga benda diatas berbeda walaupun jenis bendanya sama yaitu besi. Benda 1 memiliki massa lebih besar dari benda 2 dan benda 2 memiliki massa lebih besar dari benda 3. Namun besaran intensif ke 3 benda adalah sama yaitu 7,9 g/cm 3 untuk besi.

7. Satuan dan Sistem Satuan

Selama bertahun – tahun ilmuan menuliskan sistem satuan dalam satuan metrik dengan sistem desimal dasan (bilangan 10 – an). Pada taun 1960 pada konferensi berat dan pengukuran sistem satuan internasional (SI) diperkenalkan. Tabel berikut menunjukkan 7 besaran pokok dalam satuan SI.

Tabel 1 tujuh besaran pokok dalam SI

No

Besaran

Satuan

1

Massa

kilogram (kg)

2

Panjang

meter (m)

3

Waktu

detik (s)

4

Arus listrik

Ampere (A)

5

Temperatur

Kelvin (K)

6

Jumlah zat

mol

7

Intensitas cahaya

kandela (cd)

Penurunan satuan yang sering digunakan dalam sistem SI adalah seagai berikut :

Tabel 2 prefixes yang digunakan dalam satuan SI

Prefix

Simbol

Artinya

tera

T

1.000.000.000.000

giga

G

1.000.000.000

mega

M

1.000.000

kilo

k

1.000

x

x

1

desi

d

centi

c

mili

m

mikro

m

nano

n

pico

p

Massa dan berat

Penggunaan massa dan berat sering tertukar. Massa sebenarnya menyatakan jumlah zat yang terkandung di dalam suatu benda. Massa dimiliki oleh setiap benda dimana saja benda itu berada. Satuan massa adalah kgm (kilogram massa). Sedangkan berat sebenarnya adalah gaya yaitu massa yang dipengaruhi oleh medan grafitasi bumi. Berat setiap benda berbeda tergantung kepada ketinggian benda dari permukaan bumi. Semakin tinggi benda dari permukaan bumi, maka beratnya akan semakin berkurang karena gaya tarik gravitasi bumi menjadi semakin kecil. Di ruang angkasa setiap benda akan kehilangan berat karena medan gravitasi bumi mendekati nol, tetapi massa benda yang dimilikinya adalah tetap besarnya. Satuan berat benda adalah kgf (kilogram gaya).

Berat satu kilogram standar ditentukan secara internasional. Prototipe 1 kilogram standar dibuat dari bahan campuran logam platinum dan iridium dan disimpan dalam sungkup yang temperaturdan tekanannya dijaga konstan. Prototipe ini di simpan di Sevres dekat kota Paris. Bentuknya dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 1.24 Prototipe standar 1 kilogram massa

Volume

Dalam satuan SI panjang dinyatakan dalam meter (m). Satuan panjang ini menyatakan besaran dalam bentuk 1 dimensi. Dalam bentuk 2 dimensi terdapat besaran luas yang merupakan turunan dari satuan panjang. Lusa area dilambangkan dengan A dan memiliki satuan m 2. Dalam bentuk 3 dimensi terdapat besaran volume yang dilambangkan dengan V dan memiliki satuan m 3.

Sama halnya dengan massa panjang juga memiliki prototipe standard 1 meter. Prototipe ini dibuat dari bahan platinun – iridium dan disimpan di Sevres dekat kota Paris Francis. Bentuknya dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 1.25 Prototipe standar 1 meter yang dibuat dari campuran bahan platinun – iridium yang disimpan di Sevres Francis.

Satuan volume lain yang banyak digunakan dalam kimia adalah liter (l). 1 liter sama dengan 1 dm 3, sehingga 1 liter sama dengan 1000 ml. Satuan volume lainnya adalah cc (centimeter cubic) 1 liter sama dengan 1000 cc. Atau 1 ml sama dengan 1 cc.

Massa Jenis

Massa jenis termasuk besaran intensif. Massa jenis adalah perbandingan antara massa benda dengan volume benda. Secara matematis massa jenis dapat ditulis :

....................................................... (1.1)

dimana :

r adalah massa jenis benda ( atau )

m adalah massa benda (kg atau g)

V adalah volume benda ( atau )

Berikut ini daftar beberapa massa jenis benda yang umum digunakan dalam penyelesai soal – soal kimia.

Tabel 3 massa jenis benda

No

Material

Massa jenis ()

1

Air (STP)

1

2

Etanol (STP)

0,79

3

Udara (STP)

0,001

4

Air raksa

13,6

5

Garam meja

2,2

6

besi

7,9

7

emas

19,3

8

alumunium

2,7

9

osmonium

22,6

Catatan : STP = standar temperatur & pressure yaitu tekanan 1 atm & temperatur 25 derajat Celsius

 

Skala Temperatur

Ada 3 skala temperatur yang sering digunakan yaitu skala temperatur Celsius ( ), Kelvin (K) dan Fahrenheit ( ). Skala Fahrenheit umum digunakan di Amerika serikat untuk keperluan di luar laboratorium. Dalam skala Fahrenheit titik didih air dinyatakan dengan temperatur 212 dan titik beku air adalah 32 . Untuk skala Celsius titik beku air dinyatakan sebagai 0 dan titik didih air dinyatakan dengan 100 . Sedangkan Kelvin adalah temperatur mutlak yang penulisannya tidak boleh menggunakan tanda derajat . Nol derajat kelvin adalah titik beku terendah secara teoritis.

Untuk mengubah skala Fahrenheit ke skala Celsius kita dapat menggunakan persamaan berikut ini.

.......................................... (1.2)

Sedangkan untuk mengubah skalaCelsius ke skala Fahrenheit dapat menggunakan persamaan :

.......................................... (1.3)

sedangka hubungan skala Celsius dengan skala Kelvin adalah

.......................................... (1.4)

 

Daftar Pustaka.

1. Raymond Chang.; Chemitry.; McGraw - Hill International Edition.

2. Charles W. Keenan, Donald C. kleinfelter, Jesse H. Wood; General College Chemistry.; Harper & Row, Publisher, Inc.

3. Larry Gonick & Craig Criddle.; The Cartoon Guide to Chemistry.; HarperResource

4. Beberapa situs -situs tentang Kimia sebagai sumber gambar.

Home|Bab 1|Bab 2|Bab 3|Bab 4|Bab 5|Bab 6|Bab 7|Bab 8|Bab 9|Bab 10|Bab 11|Bab 12| Tugas Kimia|

djukarna@2007