RUANG LINGKUP KIMIA
Kimia merupakan ilmu pengetahuan alam berdasarkan eksperimen. Ketika Anda membaca buku bahwa logam natrium dapat bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen, berarti bahwa ada orang yang telah melakukan eksperimen untuk menemukan fakta ini. Fakta kimia yang diberikan di buku benar-benar merupakan hasil eksperimen dan kesimpulan para ilmuwan.
Dimanakah titik berat perhatian kimia? Kimia mempelajari tentang struktur dan komposisi materi, sifat dan perubahan materi, serta energi yang menyertai perubahan materi. Bagaimanapun, titik berat perhatian kimia adalah mempelajari struktur materi. Melalui struktur materi, komposisi materi dapat dijelaskan. Selain itu struktur materi dapat pula menjelaskan sifat-sifat dan perubahan materi. Karena setiap materi mengandung energi, maka perubahan materi selalu diikuti oleh perubahan energi.
1. Struktur Materi
Dunia kita ini terdiri atas 114 unsur, namun atom-atom unsur-unsur ini dapat berikatan membentuk senyawa melalui jutaan cara yang berbeda. Kimia modern melibatkan pengetahuan bagaimana cara atom-atom bergabung melalui ikatan kimia membentuk struktur yang lebih besar, misalnya struktur molekul. Dalam mempelajari struktur materi, banyak metoda yang sangat berguna, seperti spektroskopi atau kristalografi dengan sinar-X yang digunakan oleh para ahli kimia.
Sebagai contoh, intan tersusun atas atom-atom karbon, sedang air tersusun atas molekul-molekul air. Atom-atom karbon pada intan saling terikat satu sama lain membentuk struktur raksasa yang unit terkecilnya berupa tetrahedron. Struktur materi seperti ini tergolong struktur kristal. Molekul-molekul air merupakan struktur molekul sederhana, karena setiap molekulnya hanya terdiri atas dua atom hidrogen dan satu atom oksigen.
2. Komposisi Materi
Melalui struktur materi, dapat dijelaskan bahwa air terdiri atas unsur-unsur hidrogen dan oksigen yang setiap molekulnya mengandung dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Oleh karena itu, rumus kimia dari molekul air adalah H2O. Rumus kimia menyatakan komposisi suatu zat dan setiap zat mempunyai komposisi tertentu. Contoh lain sebagai pembanding adalah intan dan gula. Rumus kimia intan hanya ditulis sebagai lambang unsurnya, yaitu C, karena intan berupa kristal dan hanya terdiri atas satu jenis unsur. Sedang rumus kimia gula adalah C12H22O11. Dari rumus ini Anda dapat mengetahui komposisi gula. Gula tergolong molekul sederhana seperti air yang setiap molekulnya mengandung 12 atom C, 22 atom H, dan 11 atom O.
3. Sifat-sifat Materi
Pada definisi materi, dikatakan bahwa materi merupakan suatu obyek yang memerlukan ruang dan mempunyai massa. Massa hanyalah salah satu sifat dari materi. Bagaimanapun, massa dapat membedakan materi yang satu dengan materi lainnya. Sifat-sifat materi dapat digolongkan menjadi sifat fisis dan sifat kimia. Warna, kilap, dan kekerasan merupakan contoh sifat fisis yang dapat digunakan untuk menjelaskan keadaan fisik suatu materi. Sedang sifat kimia dapat ditunjukkan oleh adanya kemampuan suatu materi untuk berubah menjadi materi lain.
Contoh sifat fisis : air merupakan zat cair yang tidak berwarna, mempunyai massa jenis sekitar 1 g.cm-3, dan mendidih pada suhu 100°C. Sedang contoh sifat kimia air : kemampuan air untuk bereaksi dengan zat lain, misalnya dengan logam natrium membentuk gas hidrogen. Sifat kimia ini dapat dijelaskan melalui srtuktur dan komposisi molekul air. Karena molekul air tersusun atas unsur-unsur hidrogen dan oksigen, maka bila bereaksi dengan logam natrium, atom-atom oksigennya diikat oleh atom-atom natrium dan atom-atom hidrogennya lepas membentuk gas hidrogen yang rumus kimianya H2.
4. Perubahan Materi
Suatu materi dikatakan berubah bila sifat fisis atau sifat kimianya mengalami perubahan. Perubahan materi digolongkan menjadi dua, yaitu perubahan fisis dan perubahan kimia. Bila sifat fisis suatu materi berubah dan identitasnya tetap, maka dikatakan bahwa materi tersebut mengalami perubahan fisis. Perubahan kimia mengacu pada perubahan sifat kimia zat, yaitu perubahan secara sempurna hingga identitas dasar zat tersebut berubah menjadi zat lain.
Contoh perubahan fisis, yaitu air membeku, gula dilarutkan ke dalam air, dan garam dapur kotor dimurnikan. Contoh perubahan kimia adalah besi berkarat, sampah membusuk, dan kayu dibakar.
5. Proses Endoterm dan Eksoterm
Salah satu contoh perubahan fisis materi, yaitu air mendidih pada suhu 100°C. Berarti untuk mendidihkan air, diperlukan sejumlah kalor agar energi kinetik molekul-molekul air meningkat dan dapat meninggalkan permukaan. Suatu perubahan yang memerlukan kalor dinamakan proses endoterm. Proses eksoterm terjadi bila suatu materi mengalami perubahan, disertai dengan pelepasan kalor. Sebagai contoh adalah timbulnya panas pada saat gamping diberi air.
Berikut beberapa soal uraian sebagai latihan untuk memantapkan pemahaman penjelasan di atas.
Bagaimana perbedaan antara struktur intan, air, dan gas hidrogen?
Bagaimana komposisi intan, air, dan gas hidrogen?
Kalium adalah suatu logam yang lunak, berwarna putih perak dengan titik leleh 64°C. Logam ini mempunyai massa jenis 0,86 g.cm-3; dapat bereaksi dengan air, gas oksigen, gas gas klor. Identifikasi semus sifat fisis dan kimia yang diberikan.
Mengapa intan sangat keras, sedang karet mempunyai sifat elastis?
Berikan contoh perubahan fisis dan perubahan kimia yang ada di sekitar Anda, masing-masing dua.
Terangkan perbedaan antara perubahan fisis dan perubahan kimia.
Apa beda antara proses endoterm dengan proses eksoterm?
Berikan contoh perubahan fisis dan perubahan kimia yang tergolong endoterm dan eksoterm, masing-masing satu.
BAHAN KIMIA
Banyak orang mengatakan “Eh … Hati-hati itu mengandung bahan kimia, ini lho yang tidak mengandung bahan kimia.” Mereka bermaksud menjelaskan kalau bahan makanan yang diawetkan itu mengandung bahan kimia, sedang makanan segar alami itu tidak mengandung bahan kimia. Benarkah pernyataan di atas? Bisa dianggap benar dan bisa salah. Apa alasannya? Jika pengetahuan tentang kimia yang dipelajari oleh seseorang itu benar, maka orang tersebut dapat menerima maksud pernyataan itu, apabila yang menyatakan orang awam. Namun perlu dijelaskan bahwa makanan apapun terdiri atas bahan kimia, walaupun alami dan segar. Jika yang memberikan pernyataan tersebut orang terpelajar, apalagi pernah belajar kimia, kalimat itu salah. Bagaimana hal itu bisa terjadi, sedangkan pada awal belajar kimia telah dibahas bahwa airpun adalah zat kimia. Seluruh tubuh kita, tumbuhan, hewan, batuan, tanah, semua isi alam semesta ini zat kimia. Apapun, alami maupun sintetis. Kejadian itu sungguh-sungguh memprihatinkan, bagaimana tidak, sudah belajar kimia namuin masih salah mengartikan bahan kimia. Apa yang terjadi pada proses pembelajaran? Kawan, dapatkah Anda menjelaskan sekarang juga, andaikan Anda seorang guru kimia, apakah selama mengajar kimia tidak pernah menyinggung hal tersebut? Apakah menurut Anda hal tersebut tidak penting? Banyak guru yang merasa tidak perlu repot-repot mengkaitkan pelajaran kimia dengan kehidupan sehari-hari. Langsung konsep abstrak, nilai siswa sudah bagus, soalnya bersifat hafalanpun tidak masalah, toh akhirnya mereka lulus dengan nilai baik. Sekali lagi, benarkah pernyataan di atas? Sayang, benar_benar sayang, apa gunanya belajar sesuatu kalau manfaatnya tidak dapat langsung dirasakan? Kawan, pada kesempatan berikutnya akan saya upayakan untuk memikirkan permasalahan ini dan mencari solusinya.
MANFAAT DAN RESIKO BAHAN KIMIA
Dalam kehidupan, kimia benar-benar sangat bermanfaat. Hal ini dapat kita lihat dan rasakan dari contoh-contoh peranan kimia dalam kehidupan dan perkembangan IPTEK. Cobalah renungkan, seluruh proses kehidupan kita. Sejak janin berada dikandungan seorang Ibu, lahir menjadi bayi yang sangat lucu, tumbuh dan berkembang menjadi dewasa, mengarungi kehidupan hingga masuk ke liang kubur, selalu berhubungan dengan bahan-bahan kimia. Sulit bagi kita umtuk membayangkan bagaimana kehidupan ini jika samasekali tidak menggunakan bahan kimia. Yah … tidak mungkin sama sekali, karena pertumbuhan janinpun memerlukan bahan kimia.
Walaupun peranan kimia dirasa sangatlah penting, namun berhati-hatilah dengan bahan kimia. Karena sering kita dengar dan alami sendiri adanya kecenderungan bahwa banyak masalah yang ditimbulkan oleh penggunaan bahan kimia. Sebagai contoh, pembuangan limbah beracun, atau adanya bahan kimia dalam makanan dan lingkungan yang dapat menimbulkan penyakit seperti kanker.
Dengan adanya tantangan yang dihadapi oleh IPTEK, diperlukan pengembangan metoda untuk mengawasi dan mengelola limbah secara wajar. Pengembangan metoda tersebut diharapkan dapat mengiringi produksi dan penggunaan bahan-bahan berharga.
Kimia harus dapat digunakan untuk menganalisis dan menyelesaikan masalah yang ditimbulkan oleh penggunaan bahan kimia dan adanya perkembangan IPTEK. Masalah tersebut, baik lokal maupun global, dapat berupa masalah kedokteran, pertanian., atau limbah industri.
Sejauh manapun manfaat suatu bahan kima, namun harus diperhatikan efeknya, baik efek utama maupun efek samping. Biasanya orang terlupa akan timbulnya efek samping. Ahli kimia harus membantu kita mencermati dan menyikapi efek samping tersebut. Harus diteliti dengan baik, apakah bahan kimia itu memang sangat bermanfaat tanpa menimbulkan efek samping, atau suatu bahan lain akan memberikan resiko yang berarti jika salah pengolahannya atau dikonsumsi dalam keadaan mentah.
UNSUR KIMIA
1. Kelimpahan Unsur
Dari bahan-bahan yang demikian banyaknya di dunia, hingga saat ini telah dikenal sekitar 117 unsur. Masih ada lagi pakar yang menemukan unsur-unsur berikutnya, namun sedang dalam proses. Kelimpahan unsur-unsur ini sangat bervariasi. Sebagai contoh, lebih dari 90% massa kerak bumi hanya mengandung lima macam unsur, yaitu oksigen, silikon, aluminium, besi, dan kalsium. Sedangkan lebih dari 90% massa tubuh manusia hanya terdiri atas tiga macam unsur, yaitu oksigen, karbon, dan hidrogen.
2. Pengertian Unsur
Telah dibahas bahwa senyawa natrium klorida merupakan suatu contoh zat murni yang terdiri atas dua unsur berbeda, yaitu natrium dan klor. Kedua unsur ini dapat diperoleh dari natrium klorida melalui reaksi kimia. Namun unsur-unsur tersebut melalui reaksi kimia tidak dapat diuraikan lagi menjadi zat-zat yang lebih sederhana.
Sebagai zat murni (zat tunggal), unsur mempunyai sifat-sifat fisis dan kimia yang intensif. Sebagai contoh, natrium adalah suatu logam padat yang mempunyai massa jenis 0,97 g.cm-3 dan titik lebur 98°C. Logam ini bereaksi secara cepat dengan gas klor dan air. Tidak menjadi masalah bagaimana natrium dibuat, logam ini selalu mempunyai sifat-sifat di atas.
Berdasarkan eksperimen, Lavoisier adalah ahli kimia pertama yang berhasil membuat suatu batasan tentang unsur. Unsur adalah suatu zat yang tidak dapat diuraikan melalui reaksi kimia menjadi zat-zat lain yang lebih sederhana, karena unsur merupakan materi paling sederhana. Unsur merupakan bahan dasar semua materi yang mempunyai sifat fisis dan kimia tertentu dan khas. Unsur dapat membentuk senyawa-senyawa dari yang sederhana, contohnya garam dapur, ke senyawa-senyawa yang sangat kompleks, misalnya protein.
3. Jenis Unsur
Dari 117 unsur yang dikenal, 92 unsur terdapat di alam dan 22 unsur yang lain merupakan unsur buatan. Daftar unsur-unsur dilampirkan di halaman dalam sampul bagian belakang. Di alam unsur-unsur umumnya berupa senyawa, contohnya air terdiri atas unsur-unsur hidrogen dan oksigen. Sebagian besar materi yang terdapat di alam merupakan suatu campuran, misalnya air laut mengandung zat-zat terlarut, diantaranya senyawa natrium klorida.
Unsur-unsur dapat dikelompokkan menjadi logam dan nonlogam. Aluminium dan besi merupakan contoh unsur logam, sedang contoh unsur nonlogam adalah hidrogen dan oksigen.
4. Lambang Unsur
Belajar kimia, rasanya seperti belajar bahasa baru yang asing. Lebih mudah bagi kita membandingkan lambang-lambang unsur dengan abjad, daripada dengan kata-kata. Dengan alasan inilah maka unsur diberi lambang tertentu. Penulisan lambang unsur mengikuti aturan dari J.J. Berzelius (1779 – 1848).
Lambang unsur biasanya diturunkan dari nama unsur dalam bahasa Inggris. Contohnya, carbon : C dan zink : Zn. Namun beberapa lambang unsur namanya diturunkan dari nama latin, karena unsur-unsur tersebut telah dikenal sejak awal sejarah kimia, ketika Latin merupakan bahasa universal. Sebagai contoh, sodium (Latin, natrium) : Na dan copper (Latin, cuprum) : Cu.
Dari contoh-contoh di atas, lambang unsur ditulis dengan satu atau dua huruf. Huruf pertama ditulis dengan huruf besar, sedang huruf kedua adalah huruf kecil.
PERBEDAAN PERUBAHAN FISIS DENGAN PERUBAHAN KIMIA
Perhatikanlah perubahan materi di sekitar Anda, misalnya pencairan es dan pembakaran kayu. Pada pencairan es dihasilkan air yang menjadi es kembali pada waktu dibekukan. Sedang arang terbentuk pada pembakaran kayu. Berdasarkan data ini, terdapat dua macam perubahan materi, yaitu perubahan fisis dan perubahan kimia. Kedua perubahan ini dapat terjadi dengan sendirinya di alam dan dapat pula terjadi karena perbuatan manusia.
1. Perubahan Fisis
Pencairan es dan pembekuan air tergolong perubahan fisis, sebab kedua proses itu hanya mengalami perubahan wujud. Jadi, perubahan fisis merupakan suatu proses berubahnya penampilan fisik suatu zat, tetapi identitas dasarnya tidak berubah. Ketika es mencair, terjadi perubahan wujud dari padat ke cair, tetapi kandungan zatnya tetap, yaitu air yang rumus kimianya H2O. Zat ini tidak berubah menjadi zat lain. Semua perubahan wujud, misalnya dari padat ke cair atau dari cair ke padat, tergolong perubahan fisis.
Berarti perubahan fisis hanya bersifat sementara, karena tidak menghasilkan zat baru. Dengan kata lain, bila suatu zat mengalami perubahan tanpa menghasilkan zat baru, maka sifat asli zat masih tetap.
Proses pelarutan suatu materi ke dalam materi lain merupakan contoh lain dari perubahan fisis. Bila garam dapur dilarutkan ke dalam air, akan menghasilkan suatu cairan jernih seperti air. Walaupun, banyak ciri-ciri cairan ini berbeda dari air, termasuk massa jenisnya. Air dan garam dapur dalam cairan ini masih mempunyai identitas kimianya dan dapat dipisahkan lagi melalui beberapa cara bergantung pada perubahan fisisnya.
2. Perubahan Kimia
Bila kayu dibakar, terbentuk zat padat berwarna hitam, yaitu arang. Contoh ini menunjukkan bahwa materi semula telah berubah menjadi materi baru, karena melalui proses fisis arang tidak dapat diubah kembali menjadi kayu.
Dari contoh di atas, dapat dikatakan bahwa dalam perubahan kimia, satu atau lebih materi diubah menjadi satu atau beberapa materi baru. Karena itu, perubahan kimia dinamakan reaksi kimia.
Pada pembakaran kayu, dapat disimpulkan bahwa identitas dasar dari kayu telah berubah. Kayu antara lain mengandung unsur-unsur karbon, hidrogen, dan oksigen, sedangkan arang adalah unsur karbon. Bila gas yang terbentuk pada pembakaran kayu ini diteliti, maka unsur-unsur hidrogen dan oksigen dari kayu membentuk uap air.
Contoh lain dari reaksi kimia adalah pembakaran logam natrium dalam gas klor untuk menghasilkan natrium klorida. Perkaratan besi juga merupakan reaksi kimia. Besi berikatan dengan oksigen dari udara membentuk materi baru yang dinamakan karat. Pada kedua contoh ini, materi awal berikatan secara kimiawi dan tidak dapat dipisahkan melalui perubahan fisis. Untuk mendapatkan kembali natrium dan klor dari natrium klorida serta besi dan oksigen dari karat besi, memerlukan beberapa reaksi kimia.
Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa reaksi kimia menghasilkan zat baru. Identitas asli dari zat semula hilang dan zat baru yang terbentuk sifatnya benar-benar berbeda. Hal ini dapat diketahui, karena adanya gejala yang dapat diamati, seperti contoh di atas.
Dari pustaka, para ahli kimia telah menemukan bahwa peristiwa yang menyertai reaksi kimia meliputi pembentukan gas, pembentukan endapan, perubahan warna, dan perubahan suhu. Gejala yang terakhir, yaitu perubahan suhu akan sulit digunakan untuk memastikan apakah terjadi reaksi kimia atau hanya perubahan fisis saja, bila gejala lain tidak menyertai perubahan itu. Untuk itu, diperlukan suatu indikator yang dapat menunjukkan bahwa perubahan itu benar-benar tergolong reaksi kimia.
Dari beberapa contoh perubahan materi yang telah dibahas, terlihat bahwa energi selalu menyertai perubahan materi. Pada perubahan fisis, misalnya air menguap, diperlukan sejumlah energi dalam bentuk kalor untuk menjauhkan molekul-molekul air. Sedang pada uap air yang mengembun kembali, dilepaskan sejumlah kalor, sehingga molekul-molekul air yang letaknya berjauhan pada wujud gas berdekatan kembali. Proses pertama tergolong proses endoterm, sedang proses kedua adalah proses eksoterm.
KEDUDUKAN KIMIA DIANTARA ILMU LAIN
Kedudukan kimia diantara ilmu-ilmu lain yang terkait sangatlah penting. Ilmu pengetahuan yang berkaitan erat dengan kimia adalah sain. Mengapa demikian? Sejauh mana kepentingannya? Ilmu-ilmu manakah yang berhubungan dengan kimia?
Ilmu pengetahuan yang menyangkut kimia diantaranya farmasi, kedokteran, pertanian, geologi, biologi, dan fisika. Bidang ilmu ini tidak dapat terlepas dari peranan kimia dalam mengembangkan IPTEK dan mengatasi masalah yang timbul dari perkembangan ilmu tersebut. Industri apapun, tidak mungkin meninggalkan kimia dan berjalan sendiri. Apa yang akan terjadi, jika suatu industri elektronika misalnya, tidak mempunyai ahli kimia? Siapa yang akan bertanggung jawab apabila terjadi kerusakan alat karena adanya proses perkaratan pada logam yang digunakan?
Farmasi yang memproduksi obat-obatan, sangat memerlukan ahli kimia untuk membuat obat-obatan tersebut dengan ketelitian dan ketepatan yang kurang dikuasai oleh pakar lain. Dalam membuat obat baru yang sesuai dengan penyakit yang belum ditemukan obatnya, benar-benar hanya mampu dilakukan oleh ahli kimia.
Di bidang pertanian, kimia sanggup membantu meningkatkan nilai jual suatu produk. Sebagai contoh, agar dapat mengatasi kekurangan unsur-unsur hara pada tanah pertanian, sehingga tanaman dapat hidup lebih subur, maka ahli kimia dapat membantu produksi pupuk. Tanah yang dahulunya tidak dapat ditanamipun dapat diupayakan oleh ahli kimia untuk diteliti agar dapat diolah menjadi tanah pertanian.
Bagaimanapun, kimia juga memerlukan ilmu-ilmu lain, seperti matematika dan fisika. Misalnya, pada waktu Anda menghitung kadar zat dalam suatu campuran, matematika diperlukan untuk menyelesaikan hitungan tersebut. Pada konsep sifat-sifat materi, perubahan materi dan energi yang menyertai perubahan itu, fisika diperlukan agar konsep tersebut dapat dipahami lebih dahulu sebelum memahami sifat-sifat kimia materi.
Kawan, masih banyak lagi keterkaitan antara kimia dengan ilmu pengetahuan lain yang benar-benar sangat berpengaruh dalam hidup kita.
0 komentar:
Posting Komentar