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 difasilitasi dengan suatu katalis, yang umumnya merupakan zat kimia lain yang terlibat dalam media reaksi tapi tidak dikonsumsi (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.
Semua materi normal terdiri dari atom atau komponen-komponen subatom yang membentuk atom; proton, elektron, dan neutron. Atom dapat dikombinasikan untuk 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 suatu suhu tertentu.
Zat cenderung 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. Satu cara untuk membedakan ketiga fase pertama adalah dengan volume dan bentuknya: kasarnya, zat padat memeliki volume dan bentuk yang tetap, zat cair memiliki volume tetap tapi tanpa bentuk yang tetap, sedangkan gas tidak memiliki baik volume ataupun bentuk yang tetap.
Air (H2O) berbentuk cairan dalam suhu kamar karena molekul-molekulnya terikat oleh gaya antarmolekul yang disebut ikatan Hidrogen. Di sisi lain, hidrogen sulfida (H2S) berbentuk gas pada suhu kamar dan tekanan standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan interaksi dwikutub (dipole) yang lebih lemah. Ikatan hidrogen pada air memiliki cukup energi untuk mempertahankan molekul air untuk tidak terpisah satu sama lain, tapi tidak untuk mengalir, yang menjadikannya berwujud cairan dalam suhu antara 0 °C sampai 100 °C pada permukaan laut. Menurunkan suhu atau energi lebih lanjut mengizinkan organisasi bentuk yang lebih erat, menghasilkan suatu zat padat, dan melepaskan energi. Peningkatan energi akan mencairkan es walaupun suhu tidak akan berubah sampai semua es cair. Peningkatan suhu air pada gilirannya akan menyebabkannya mendidih (lihat panas penguapan) sewaktu terdapat cukup energi untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dan selanjutnya memungkinkan molekul untuk bergerak menjauhi satu sama lain.
Ilmuwan yang mempelajari kimia sering disebut kimiawan. Sebagian besar kimiawan melakukan spesialisasi dalam satu atau lebih subdisiplin. Kimia yang diajarkan pada sekolah menengah sering disebut "kimia umum" dan ditujukan sebagai pengantar terhadap banyak konsep-konsep dasar dan untuk memberikan pelajar alat untuk melanjutkan ke subjek lanjutannya. Banyak konsep yang dipresentasikan pada tingkat ini sering dianggap tak lengkap dan tidak akurat secara teknis. Walaupun demikian, hal tersebut merupakan alat yang luar biasa. Kimiawan secara reguler menggunakan alat dan penjelasan yang sederhana dan elegan ini dalam karya mereka, karena terbukti mampu secara akurat membuat model reaktivitas kimia yang sangat bervariasi.
Ilmu kimia secara sejarah merupakan pengembangan baru, tapi ilmu ini berakar pada alkimia yang telah dipraktikkan selama berabad-abad di seluruh dunia.
Sejarah
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Alkimiawan menemukan banyak proses kimia yang menuntun pada pengembangan kimia modern. Seiring berjalannya sejarah, alkimiawan-alkimiawan terkemuka (terutama Abu Musa Jabir bin Hayyan dan Paracelsus) mengembangkan alkimia menjauh dari filsafat dan mistisisme dan mengembangkan pendekatan yang lebih sistematik dan ilmiah. Alkimiawan pertama yang dianggap menerapkan metode ilmiah terhadap alkimia dan membedakan kimia dan alkimia adalah Robert Boyle (1627–1691). Walaupun demikian, kimia seperti yang kita ketahui sekarang diciptakan oleh Antoine Lavoisier dengan hukum kekekalan massanya pada tahun 1783. Penemuan unsur kimia memiliki sejarah yang panjang yang mencapai puncaknya dengan diciptakannya tabel periodik unsur kimia oleh Dmitri Mendeleyev pada tahun 1869.
Penghargaan Nobel dalam Kimia yang diciptakan pada tahun 1901 memberikan gambaran bagus mengenai penemuan kimia selama 100 tahun terakhir. Pada bagian awal abad ke-20, sifat subatomik atom diungkapkan dan ilmu mekanika kuantum mulai menjelaskan sifat fisik ikatan kimia. Pada pertengahan abad ke-20, kimia telah berkembang sampai dapat memahami dan memprediksi aspek-aspek biologi yang melebar ke bidang biokimia.
Industri kimia mewakili suatu aktivitas ekonomi yang penting. Pada tahun 2004, produsen bahan kimia 50 teratas global memiliki penjualan mencapai 587 bilyun dolar AS dengan margin keuntungan 8,1% dan pengeluaran riset dan pengembangan 2,1% dari total penjualan [2].
Cabang ilmu kimia
Lima Cabang Utama:
- Kimia analitik adalah analisis cuplikan bahan untuk memperoleh pemahaman tentang susunan kimia dan strukturnya. Kimia analitik melibatkan metode eksperimen standar dalam kimia. Metode-metode ini dapat digunakan dalam semua subdisiplin lain dari kimia, kecuali untuk kimia teori murni.
- Biokimia mempelajari senyawa kimia, reaksi kimia, dan interaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup. Biokimia dan kimia organik berhubungan sangat erat, seperti dalam kimia medisinal atau neurokimia. Biokimia juga berhubungan dengan biologi molekular, fisiologi, dan genetika.
- Kimia anorganik mengkaji sifat-sifat dan reaksi senyawa anorganik. Perbedaan antara bidang organik dan anorganik tidaklah mutlak dan banyak terdapat tumpang tindih, khususnya dalam bidang kimia organologam.
- Kimia organik mengkaji struktur, sifat, komposisi, mekanisme, dan reaksi senyawa organik. Suatu senyawa organik didefinisikan sebagai segala senyawa yang berdasarkan rantai karbon.
- Kimia fisik mengkaji dasar fisik sistem dan proses kimia, khususnya energitika dan dinamika sistem dan proses tersebut. Bidang-bidang penting dalam kajian ini di antaranya termodinamika kimia, kinetika kimia, elektrokimia, mekanika statistika, dan spektroskopi. Kimia fisik memiliki banyak tumpang tindih dengan fisika molekular. Kimia fisik melibatkan penggunaan kalkulus untuk menurunkan persamaan, dan biasanya berhubungan dengan kimia kuantum serta kimia teori.
- Kimia Material menyangkut bagaimana menyiapkan, mengkarakterisasi, dan memahami cara kerja suatu bahan dengan kegunaan praktis.
- Kimia teori adalah studi kimia melalui penjabaran teori dasar (biasanya dalam matematika atau fisika). Secara spesifik, penerapan mekanika kuantum dalam kimia disebut kimia kuantum. Sejak akhir Perang Dunia II, perkembangan komputer telah memfasilitasi pengembangan sistematik kimia komputasi, yang merupakan seni pengembangan dan penerapan program komputer untuk menyelesaikan permasalahan kimia. Kimia teori memiliki banyak tumpang tindih (secara teori dan eksperimen) dengan fisika benda kondensi dan fisika molekular.
- Kimia nuklir mengkaji bagaimana partikel subatom bergabung dan membentuk inti. Transmutasi modern adalah bagian terbesar dari kimia nuklir dan tabel nuklida merupakan hasil sekaligus perangkat untuk bidang ini.
- Kimia Organik Bahan Alam mempelajari senyawa organik yang disintesis secara alami oleh alam, khususnya makhluk hidup.
Konsep dasar
Tatanama
Atom
1. Teori Atom John Dalton
Pada
tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang
atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan
massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts).
Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan
selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts
menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa
selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya
tentang atom sebagai berikut:
1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur
memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan
bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan
atom-atom oksigen
4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau
penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:
model atom dalton
Kelemahan:
Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.
2. Teori Atom J. J. Thomson
Berdasarkan
penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J.
Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan
bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar
baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil
percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel
penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya
disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh
karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang
bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut.
Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom
dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom
Thomson. Yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”
Model
atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas
kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam
bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan
sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan
sebagai berikut:
atom thomson
Kelemahan:
Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford
bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan
percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng
tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu
partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar
sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut
sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom
itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai
partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka,
didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng
emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan
(ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden
diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok
sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom
emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang
bermuatan positif.
3. Partikel tersebut merupakan partikelyang
menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel
alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan
diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil
daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang
didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom
yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom
terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif,
dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga
bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat
partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:
atom rutherford
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.
4. Teori Atom Bohr
ada
tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki
kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom
hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron
dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang
atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford
dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat,
sebagai berikut:
1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang
diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal
sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan
lintasan melingkar disekeliling inti.
2. Selama elektron berada
dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada
energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
3.
Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan
stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat,
besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
4. Lintasan
stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu,
terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut
merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat
dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron
mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit
elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit
elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor
kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
atom Bohr
Kelemahan:
Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.
5. Teori Atom Modern
Model
atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger
(1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner
Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan
prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan
dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat
ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu
dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan
kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan
tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin
Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi
gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron
dalam tiga dimensi.
atom modern
Persamaan Schrodinger
persamaan
x,y dan z
Y
m
ђ
E
V = Posisi dalam tiga dimensi
= Fungsi gelombang
= massa
= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
= Energi total
= Energi potensial
Model
atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern
atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti
terlihat pada gambar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti
menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat
energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau
hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung
membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit
dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya
sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri khas model atom mekanika gelombang
1.Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya
(orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti
penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga
dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan
keadaan tertentu dalam suatu atom)
2.Bentuk dan ukuran
orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron
yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
3.Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr
bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar
ditemukannya elektron.
Unsur
Ion
Ion atau spesies bermuatan, atau suatu atom atau molekul yang kehilangan atau mendapatkan satu atau lebih elektron. Kation bermuatan positif (misalnya kation natrium Na+) dan anion bermuatan negatif (misalnya klorida Cl−) dapat membentuk garam netral (misalnya natrium klorida, NaCl). Contoh ion poliatom yang tidak terpecah sewaktu reaksi asam-basa adalah hidroksida (OH−) dan fosfat (PO43−).Senyawa
Molekul
Molekul adalah bagian terkecil dan tidak terpecah dari suatu senyawa kimia murni yang masih mempertahankan sifat kimia dan fisik yang unik. Suatu molekul terdiri dari dua atau lebih atom yang terikat satu sama lain.Zat kimia
Suatu 'zat kimia' dapat berupa suatu unsur, senyawa, atau campuran senyawa-senyawa, unsur-unsur, atau senyawa dan unsur. Sebagian besar materi yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari merupakan suatu bentuk campuran, misalnya air, aloy, biomassa, dll.Ikatan kimia
Wujud zat
Fase adalah kumpulan keadaan sebuah sistem fisik makroskopis yang relatif serbasama baik itu komposisi kimianya maupun sifat-sifat fisikanya (misalnya masa jenis, struktur kristal, indeks refraksi, dan lain sebagainya). Contoh keadaan fase yang kita kenal adalah padatan, cair, dan gas. Keadaan fase yang lain yang misalnya plasma, kondensasi Bose-Einstein, dan kondensasi Fermion. Keadaan fase dari material magnetik adalah paramagnetik, feromagnetik dan diamagnetik.Reaksi kimia
Kimia kuantum
Kimia kuantum secara matematis menjelaskan kelakuan dasar materi pada tingkat molekul. Secara prinsip, dimungkinkan untuk menjelaskan semua sistem kimia dengan menggunakan teori ini. Dalam praktiknya, hanya sistem kimia paling sederhana yang dapat secara realistis diinvestigasi dengan mekanika kuantum murni dan harus dilakukan hampiran untuk sebagian besar tujuan praktis (misalnya, Hartree-Fock, pasca-Hartree-Fock, atau teori fungsi kerapatan, lihat kimia komputasi untuk detilnya). Karenanya, pemahaman mendalam mekanika kuantum tidak diperlukan bagi sebagian besar bidang kimia karena implikasi penting dari teori (terutama hampiran orbital) dapat dipahami dan diterapkan dengan lebih sederhana.Dalam mekanika kuantum (beberapa penerapan dalam kimia komputasi dan kimia kuantum), Hamiltonan, atau keadaan fisik, dari partikel dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dua operator, satu berhubungan dengan energi kinetik dan satunya dengan energi potensial. Hamiltonan dalam persamaan gelombang Schrödinger yang digunakan dalam kimia kuantum tidak memiliki terminologi bagi putaran elektron.
Penyelesaian persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen memberikan bentuk persamaan gelombang untuk orbital atom, dan energi relatif dari orbital 1s, 2s, 2p, dan 3p. Hampiran orbital dapat digunakan untuk memahami atom lainnya seperti helium, litium, dan karbon.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar