Wednesday, September 30, 2015

Pengertian ilmu kimia dan materi

TeoriKimia - Kata Kimia berasal dari serapan 2 bahasa asing yaitu bahasa Arab dari kata kimiya yang artinya perubahan benda/zat dan dari bahasa Yunani dari kata khemeia yang artinya ilmu yang mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta perubahannya dan interaksi antar/intra molekul untuk membentuk suatu materi tertentu. 

Kimia sering disebut sebagai "ilmu pusat" karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan, nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika, dan geologi. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Sebagai contoh, kimia fisik melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika terhadap materi pada tingkat atom dan molekul. 

tabel sistem periodik unsur bagan unsur kimia
Tabel Sistem Periodik Unsur - unsur kimia

Ilmu kimia berhubungan dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara materi dan energi, terutama dalam hubungannya dengan hukum pertama termodinamika. Kimia tradisional melibatkan interaksi antara zat kimia dalam reaksi kimia, yang mengubah satu atau lebih zat menjadi satu atau lebih zat lain. Kadang reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan entalpi, seperti ketika dua zat berentalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen elemental bereaksi membentuk air, zat dengan entalpi lebih rendah. Reaksi kimia dapat juga berlangsung dengan menggunakan katalis (contohnya adalah asam sulfat yang mengkatalisasi elektrolisis air) atau fenomena immaterial (seperti radiasi elektromagnet dalam reaksi fotokimia). Kimia tradisional juga menangani analisis zat kimia, baik di dalam maupun di luar suatu reaksi, seperti dalam spektroskopi. 

Materi terdiri dari atom atau komponen – komponen sub atom pembentuk atom yaitu proton, elektron dan neutron. Gabungan dari beberapa atom akan  menghasilkan bentuk materi yang lebih kompleks seperti ion, molekul, atau kristal. Struktur dunia yang kita jalani sehari-hari dan sifat materi yang berinteraksi dengan kita ditentukan oleh sifat zat-zat kimia dan interaksi antar mereka. Baja lebih keras dari besi karena atom-atomnya terikat dalam struktur kristal yang lebih kaku. Kayu terbakar atau mengalami oksidasi cepat karena ia dapat bereaksi secara spontan dengan oksigen pada suatu reaksi kimia jika berada di atas suhu tertentu.

reaksi kimia fase plasma

Materi pada umumnya diklasifikasikan berdasarkan energi, fase, atau komposisi kimianya. Materi dapat digolongkan dalam 4 fase, urutan dari yang memiliki energi paling rendah adalah padat, cair, gas, dan plasma. Dari keempat jenis fase ini, fase plasma hanya dapat ditemui di luar angkasa yang berupa bintang, karena kebutuhan energinya yang teramat besar. Zat padat memiliki struktur tetap pada suhu kamar yang dapat melawan gravitasi atau gaya lemah lain yang mencoba mengubahnya. Zat cair memiliki ikatan yang terbatas, tanpa struktur, dan akan mengalir bersama gravitasi. 

Gas tidak memiliki ikatan dan bertindak sebagai partikel bebas. Sementara itu, plasma hanya terdiri dari ion-ion yang bergerak bebas; pasokan energi yang berlebih mencegah ion-ion ini bersatu menjadi partikel unsur. Perbedaan fasa antara padat, cair dan gas adalah pada volume dan bentuknya. Zat padat memiliki volume dan bentuk yang tetap, zat cair memiliki volume tetap tapi tanpa bentuk yang tetap, sedangkan gas tidak memiliki volume dan bentuk yang tetap.

Teori Asam basa menurut para ahli (Arhenius, Brosted Lowry, Lewis)

TeoriKimia - Pengertianpaling mudah mengenai teori asam basa adalah teori asam basa Arrhenius yang menyebutkan bahwa, asam adalah senyawa kimia apabila dilarutkan dalam air akan membebaskan ion-ion hidrogen, sedangkan basa adalah senyawa kimia apabila dilarutkan dalam air akan membebaskan ion-ion hidroksida (Hadyana, 2003)

Seiring berjalannya waktu teori Arrhenius dianggap kurang sempurna untuk menjelaskan beberapa kasus yang terjadi dialam, oleh sebab beberapa ilmuan tempo dulu melakukan penelitian lebih lanjut untuk melengkapi dari teori Arrhenius, yakni adanya teori asam basa Brosted Lowry dan teori asam basa Lewis. Berikut kita akan pelajari satu persatu dari teori asam basa tersebut.

teori kimia dasar asam basa

  1. Teori Asam Basa Arhenius
Pada akhir abad ke Sembilan belas seorang kimiawan Swedia yang bernama Svante Arrhenius telah mengelompokan mengenai teori asam basa secara umum, yakni
a.       Asam

  • Asam adalah senyawa kimia apabila dilarutkan dalam air akan membebaskan ion-ion hidrogen (H+).
  • Memiliki rasa asam
  • Mengubah warna lakmus biru menjadi merah
  • Larutan asam dalam air dapat menghantarkan listrik (Chang, 2004)

Beberapa contoh dari teori asam Arrhenius adalah asam florida (HF), asam klorida (HCl), asam bromida (HBr), asam iodide (HI), asam sianida (HCN).

--->HCl (aq)                            H+(aq)         +               Cl (aq)
asam klorida                ion hidrogen                ion klorida

--->CH3COOH(aq)                    H+(aq)          +          CH3COO-(aq)
asam asetat                      ion hidrogen                 ion asetat

  
b.      Basa

  • Basa adalah senyawa kimia apabila dilarutkan dalam air akan membebaskan ion-ion hidroksida (OH-).
  • Memiliki rasa pahit.
  • Mengubah lakmus merah menjari biru.
  • Larutan basa dalam air dapat menghantarkan listrik (Chang, 2004)

Beberapa contoh dari teori basa Natrium Hidroksida (NaOH) dan Kalium Hidroksida (KOH).

--->NaOH(aq)                                   Na+(aq)            +        OH-(aq)
natrium hidroksida                   ion natrium             ion hidroksida

--->NH4OH(aq)                                 NH4+ (aq)          +        OH- (aq)
amonium hidroksida                ion amonium            ion hidroksida


Kelemahan dari teori adalah Arrhenius hanya berlaku jika pelarutnya air saja. Jika pelarutnya bukan air dan zat yang terurai tidak mengandung hidrogen dan hidroksida makan teori asam basa Arrhenius tidak berlaku.

  1. Teori asam basa Brosted Lowry
Pada tahun 1923 seoran kimiawan dari Denmark (Johannes Nicolause Bronsted) dan seorang kimiawan dari Amerika yang bernama Thomas martin Lowry mendifinisikan pengertian asam basa melengkapi dari teori asam basa Arrhenius. Menurut teori Bronsted Lowry.

Asam adalah spesi yang memberikan donor proton sedangkan basa adalah spesi yang menerima proton daam suatu reaksi transfer proton

Contoh dari teori asam basa Bronsted Lowry adalah

1)   HCl(aq) + H2O(l)  --->                  H3O+(aq) + Cl-(aq)
        asam-1      basa-2                     asam-2     basa-1
HCl dengan Cl-merupakan pasangan asam-basa konjugasi.
H3O+dengan H2O merupakan pasangan asam-basa konjugasi.

   --->2) H2O(l) + NH3 (aq)                 NH4+(aq) + OH- (aq)
     Asam-1    basa-2                     asam-2         basa-1
H2O dengan OH- merupakan pasangan asam-basa konjugasi.
NH4+dengan NH3 merupakan pasangan asam-basa konjugasi.

Pada contoh di atas terlihat bahwa air dapat bersifat sebagai asam (proton donor) dan sebagai basa (proton akseptor). Zat atau ion atau spesi seperti ini bersifat ampiprotik (amfoter).

Manfaat dari teori asam basa menurut Bronsted – Lowry adalah sebagai berikut:
1. Aplikasinya tidak terbatas pada pelarut air, melainkan untuk semua pelarut yang mengandung atom Hidrogen dan bahkan tanpa pelarut.
2. Asam dan basa tidak hanya berwujud molekul, tetapi juga dapat berupa anion dan kation
Namun teori asam basa Bronsted Lowry mempunyai kelemahan yakni tidak dapat menjelaskan reaksi asam basa yang tidak melibatkan transfer proton.

  1. Teori Asam Basa Lewis
Pada tahun 1923 seorang kimiawan dari Amerka yang bernama Gilbert N Lewis mendifinisikan pengeritian asam basa untuk menyempurnakan teori Arrhenius dan bronsted  Lowry yang menyebutkan bahwa

Asam adalah penerima pasangan (akseptor) elektron bebas, sedangkan basa adalah pemberi  (donor)pasangan electron bebas.

Contoh dari asam basa Lewis adalah BF3dan NH3 .

1.      Pada gambar pertama, atom B pada molekul BF3 bertindak sebagai asam, karena ia bertindak sebagai akseptor pasangan elektron bebas dari ion F . Sedangkan ion F bertindak sebagai basa, karena ia bertindak sebagai donor pasangan elektron untuk atom B pada molekul BF3.
2.      Pada gambar kedua, ion Hbertindak sebagai asam, karena ia bertindak sebagai akseptor pasangan elektron bebas dari molekul NH3. Sedangkan atom N pada molekul NH3 bertindak sebagai basa, karena ia bertindak sebagai donor pasangan elektron untuk ion H+ .


Tuesday, September 29, 2015

Sejarah ilmu kimia dan peranannya dalam kehidupan sehari-hari

TeoriKimia - Archimedes adalah seorang ahli matematika dan filsut Yunani yang hidup antara 287-212 SM. Menurut legenda, ia diminta oleh raja untuk menentukan apakah sebuah mahkota terbuat dan emas murni atau campuran antara emas dengan logam yang lebih murah seperti perak dan tembaga. 

Setelah menerima tugas ini, suatu hari ketika sedang mandi, Archimedes menemukan bahwa semakin dalam tubuhnya terendam dalam air, semakin banyak air yang tumpah keluar, dan berat tubuhnya terasa semakin ringan. Ia menyimpulkan bahwa kesan pengurangan berat benda yang tercelup di dalam suatu cairan sama dengan berat cairan yang dipindahkan. 

gambar foto teori hukum archimides yunani

Prinsip ini yang sekarang disebut hukum Archimedes, memungkinkannya untuk merancang percobaan berikut. Berdasarkan pengamatannya bahwa volume suatu benda menentukan volume cairan yang dipindahkannya, dia menimbang mahkota dan emas dengan berat yang sama dan kemudian memasukkannya ke dalam air dalam wadah yang terpisah. Karena setiap benda mempunyai perbandingan berat dan volume, atau kerapatan (density) yang berbeda, mahkota (jika tidak terbuat dari emas murni) dan emas murni tersebut yang mempunyai berat yang sama di udara ~ akan memiliki berat yang berbeda dalam air, karena volume air yang dipindahkan keduanya akan berbeda. 

Archimedes sangat gembira dengan temuannya yang cemerlang ini, sehingga ia Iari dari kamar mandi sambil berteriak, "Eureka"—bahasa Yunani berarti "Saya sudah menemukannya!" Ilmu kimia sebagian besar merupakan ilmu percobaan. Seperti penemuan Archimedes, sebagian besar perkembangan ilmu kimia merupakan hasil dari pengamatan dan percobaan, meskipun sering kali dilakukan dalam laboratorium.

Teori Atom Dalton, J.J. Thomson, Rutherford, Bohr dan Mekanika Gelombang

Teorikimia - Teori atom berdasarkan penemunya terdapat beberapa jenis teori, diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Teori atom Dalton

Dasar-dasar teori atom modern dimulai oleh John Dalton, yang mempostulatkan bahwa unsur-unsur tersusun atas partikel-partikel yang luar biasa kecil yang disebut atom, dan semua atom dari suatu unsur identik , tetapi berbeda dari atom-atom unsur yang lain.

Teori Dalton tersebut didasari oleh beberapa hukum yakni,

  1. Hukum perbandingan tetap (Joseph Proust) menyatakan bahwa sampel – sampel yang berbeda dari senyawa yang sama selalu mengandung unsur-unsur penyusunnya dengan perbandingan massa yang sama. 
  2. Hukum perbandingan berganda menyatakan bahwa jika dua unsur dapat bergabung membentuk lebih dari satu senyawa, maka massa-massa dari unsur yang pertama dengan satu massa tetap dari unsur yang kedua akan berbading sebagai bilangan bulat yang sederhana.
  3. Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa materi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. (Chang, 2004)

Teori atom Dalton dapat dilihat pada Gambar 1.

model Teori-Atom-Dalton
Gambar 1. Model Teori Atom Dalton

2. Teori Atom J.J. Thomson (Teori atom roti kismis)

Teori atom J.J Thompson didasari pada percobaan dengan menggunakan tabung katoda. Thomson menemukan bahwa apabila tabung katoda di beri tegangan tinggi maka suatu “sinar” yang disebut sebagai “sinar katoda” akan dihasilkan. Karena sinar ini muncul pada elektroda negatif dan sinar ini menolak kutub negatif dari medan listrik yang diaplikasikan ke tabung katoda maka Thompson menyatakan bahwa sinar katoda tersebut tidak lain adalah aliran partikel bermuatan negatif yang dikemudian hari disebut sebagai elektron. Dengan mengganti katoda menggunakan berbagai macam logam maka Thompson tetap menghasilkan jenis sinar yang sama.

Berdasarkan hal ini maka Thompson menyatakan bahwa setiap atom pasti memiliki elektron, karena atom bersifat netral maka dalam atom juga harus megandung sejumlah muatan positif. Sehingga teori atom Thomson menyatakan bahwa,
“Atom terdiri dari awan bermuatan positif yang terdistribusi sedemikian rupa dengan muatan negatif tersebar secara random di dalamnya”. 
Teori atom Thomson dapat dilihat pada Gambar 2.

model teori atom menurut jj thomson
Gambar 2. Model Teori Atom Thomson

3. Teori Atom Rutherford

Ernest Rutherford dan kawan-kawannya melakukan percobaan melewatkan sinar dalam tabung yang berisi gas. Ternyata sinar bergerak lurus tanpa dipengaruhi oleh gas. Mereka menduga bahwa molekul gas tidak bermuatan dan tidak mengubah arah sinar yang bermuatan positif. 

Berdasarkan hal ini Rutherford berhipotesis bahwa partikel dalam padatan akan berubah arah, karena dalam atom terdapat muatan positif. Hipotesis ini dibuktikan oleh Geiger dan Marsden, yang menembakkan sinar pada selempeng platina tipis. Hasilnya ditangkap dengan layar yang terbuat dari ZnS yang dapat berfluoresensi bila kena sinar .

Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sinar yang ditembakkan itu ada yang tembus, membelok, dan memantul. Sinar yang tembus merupakan bagian terbesar, sedangkan yang membelok sedikit, dan yang memantul sedikit sekali. Gejala ini dijelaskan oleh Rutherford, bahwa partikel banyak yang tembus disebabkan oleh atom yang mengandung banyak ruang hampa. 

Di pusat atom terdapat sebuah partikel bermuatan positif yang disebut inti. Sinar akan membelok bila mendekati inti, karena saling tolak menolak. Kejadian ini sedikit jumlahnya karena ukuran inti atom sangat kecil dibandingkan ukuran ruang hampanya. Jika ada partikel yang menabrak inti, maka akan memantul walaupun tidak 180o. Tumbukan langsung ini sangat kecil kemungkinannya, maka jumlah yang memantul kecil sekali.

Di luar inti tidak hanya kosong, tetapi terdapat elektron yang berputar mengelilinginya. Elektron tidak mempengaruhi arah sinar karena elektron sangat kecil dan ringan. Dengan penalaran seperti itulah Rutherford menggambarkan atom terdiri dari inti yang bermuatan positif yang merupakan terpusatnya massa, dan di sekitar inti terdapat elektron yang bergerak mengelilinginya dalam ruang hampa (Gambar 3).

Kelemahan teori Rutherford ini adalah ketidakmampuannya menerangkan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatik inti terhadap elektron.

teori atom menurut percobaan rutherford penembakan-lempeng-emas
Gambar 3. Eksperimen Rutherford

4. Teori Atom Bohr

Penyempurnaan model atom Rutherford yang berkaitan dengan lintasan elektron dilakukan oleh murid Rutherford sendiri, yang bernama Niels Bohr.

Bohr memiliki pendapat sebagai berikut :


  1. Elektron beredar mengelilingi inti atom dengan tingkat-tingkat energi tertentu. Semakin dekat ke inti atom, tingkat energi semakin rendah. Dan sebaliknya, semakin jauh dari inti atom, tingkat energi semakin tinggi. Tingkat-tingkat energi ini membentuk lintasan elektron yang berupa lingkaran. Peredaran elektron dalam lintasannya tersebut tidak membebaskan atau menyerap energi, sehingga bersifat stabil.
  2. Perpindahan elektron dapat terjadi dengan cara : Menyerap energi sehingga elektron tersebut berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi atau lintasan yang lebih luar atau membebaskan energi sehingga elektron tersebut berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah atau lintasan yang lebih dalam.

Energi yang dibebaskan saat elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah dapat diamati sebagai pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Spektrum cahaya atau gelombang elektromagnetik pada atom hidrogen dijadikan bukti oleh Bohr untuk mendukung teorinya (Gambar 4).

Kelemahan teori atom Bohr adalah hanya dapat menerangkan spektrum atom dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion berelektron banyak.

model teori atom bohr
Gambar 4. Model Teori Atom Bohr

5. Teori Atom Mekanika Gelombang

Model atom mekanika gelombang menggambarkan sifat pergerakan elektron dan kedudukan elektron. Dasar pertama model atom mekanika gelombang ini adalah hipotesis de Broglie. Jika menurut Bohr elektron bergerak mengelilingi inti, maka menurut teori Broglie, gerakan itu bukanlah dalam lintasan teretentu melainkan dalam bentuk gelombang. 

Dasar kedua adalah asas ketidakpastian Heisenberg, kedudukan elektron tidak dapat ditentukan secara pasti, karena elektron yang bergerak di sekitar inti memiliki posisi dan momentum tertentu pada setiap saat. Akibatnya, kita tidak mungkin mengetahui lintasan elektron, seperti dikemukakan oleh Bohr dan yang dapat ditentukan hanya orbital. Orbital adalah daerah kebolehjadian atau peluang ditemukannya elektron. Lintasan bergeraknya elektron bukan merupakan sebuah garis yang pasti, melainkan sebuah ruang.