Selasa, 20 Mei 2014

IDasar-Dasar Ilmu Kimia dan Reaksi Kimia

DASAR-DASAR ILMU KIMIA :

Pengantar dan Pengertian-pengertian
Pengantar
Untuk menumbuhkan rasa ingin tahu mempelajari pokok bahasan pertama ini maka di bawah ini ada beberapa pertanyaan yang dapat anda jawab sendiri. Apakah atom menurut Dalton dari unsur yang berbeda adalah berbeda? Apa simbol unsur pembentuk molekul air? Apa rumus molekul air? Bagaimana menjelaskan bahwa rumus molekul air itu adalah H2O dan bukan H3O? Apa rumus molekul silikat, karbohidrat, lemak, protein, vitamin A dan DNA? Apa rumus molekul zat yang digunakan sebagai kontras pada pembuatan foto Rontgen (aplikasi pada program Studi Lintas Jalur Fisika Medik)? Apa rumus molekul zat-zat beracun di lingkungan air/udara (aplikasi pada program studi Teknik Lingkungan)? Apa rumus molekul pembentuk semen dan penstabil tanah sepeti Bio-CAT (aplikasi pada Program Studi Teknik Sipil)? Apa perbedaan sifat molekul CO dan CO2 dan bagaimana menjelaskannya (aplikasi pada Program Studi Kimia FMIPA)? Dll.
Selain menumbuhkan rasa ingin tahu, pertanyaan ini menekankan kembali TIK pokok bahasan I yaitu memberi kemampuan untuk menjelaskan keberadaan suatu atom atau molekul dengan menerapkan hukum-hukum dasar ilmu kimia.
Beberapa pertanyaan di atas adalah pertanyaan-pertanyaan yang sangat mendasar dan substantif. Timbul lagi pertanyaan, apakah kemampuan anda menjawab pertanyaan mendasar di atas dapat membantu menjawab pertanyaan terapan dan sederhana berikut: “Apakah ada manfaatnya untuk menunjang kebutuhan hidup sehari-hari? Jawabannya tentu adalah “Ya”, meskipun jawaban pertayaan-pertanyaan di atas menurut saya memang tidak berkaitan secara langsung. Misalnya bila kita telah mengetahui perbedaan sifat CO dan CO2 tentu kita tidak langsung sejahtera. Tetapi bila hal ini dijabarkan lagi misalnya bahwa gas CO lebih mudah diikat haemoglogin (Hb) dari pada gas O2 sedangkan tubuh membutuhkan O2 untuk pembakaran menghasilkan energi dalam tubuh maka kita dapat menyarankan pada masyarakat agar menghindarkan diri dari gas CO karena bila menghirup gas CO dapat menyebabkan keracunan. Hal ini tentu membuat anggota masyarakat tersebut tidak sehat.
Saya berkeyakinan bahwa kemampuan pada aspek mendasar atau tinjauan teoritik akan menjadi dasar yang kuat dalam pengembangan teknologi 1) yang akan bermuara pada peningkatan kesejahteraan masyarakat. Hal inilah yang menjadi pendorong kepada saya bahwa pada setiap awal kuliah seperti ini saya selalu mengawali dengan penjelasan pengertian “ilmu kimia” dalam wawasan ke-MIPA-an. Penjelasan ini sangat diperlukan untuk meningkatkan apresiasi terhadap ke-MIPA-an yang sebenarnya sudah kita yakini sebagai penopang kemajuan IPTEK, namun karena institusi MIPA belum menampakkan perannya maka saudara tidak begitu tertarik meskipun menurut saya bahwa wawasan ke-MIPA-an bukan hanya milik sarjana sains kimia tetapi juga sarjana lain seperti sarjana sains fisika, sains fisika medik, sarjana teknik sipil maupun teknik lingkungan, dll.
Baiklah kita lanjutkan dengan pertanyaan: Apakah Ilmu Kimia? Ilmu Kimia adalah salah satu bidang ilmu dalam wawasan ke-MIPA-an (Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam). Berarti jelas ilmu kimia berkenaan dengan ilmu tentang alam. Dengan demikian dapat dipastikan bahwa setiap orang pasti tahu jawabannya meskipun belum pernah mendapatkan matapelajaran atau matakuliah ilmu kimia. Jawabannya 2) adalah ilmu tentang zat kimia (“chemicals”).
Pertanyaan berikutnya adalah: Apakah itu zat kimia ? Apa bedanya dengan yang bukan zat kimia? Jawaban yang sangat sederhana yaitu zat penyusun dari segala sesuatu yang dapat kita sentuh, pegang, lihat, cium, dst. Tubuh anda, segala sesuatu di sekitar anda seperti buku dan udara yang saudara hirup adalah tersusun dari zat kimia.
Pembentukan zat kimia dapat dikelompokkan atas dua cara yaitu zat yang terjadi secara alamiah dan zat hasil buatan manusia, tabel-1.
Tabel-1: Penggolongan zat kimia berdasarkan proses pembentukannya
Kelompok A (terdapat/terjadi secara alamiah, atau dihasilkan oleh mahluk hidup). Contoh: Batu dan pasir; besi, emas, perak dan tembaga; kapas dan wool, gula dan garam.
Kelompok B (buatan manusia). Contoh: Nilon, plastik poliester, obat-obatan.
Seiring dengan kemajuan sains dan teknologi, saat ini jumlah zat buatan manusia atau sintetik terus meningkat baik yang digunakan dalam bidang industri, kesehatan maupun lingkungan rumah kita sendiri. Sangat sulit dibayangkan seperti apa kehidupan kita tanpa zat-zat tersebut, tabel-2.
Tabel-2 :
Jenis-jenis bagian rumah dan barang yang ada di dalam rumah
No. Nama bagian rumah/barang (A) atau Jenis zat kimia/tersusun dari zat kimia (B)
1. Lantai (A): Batu, pasir, semen, keramik, kayu (B)
2. Dinding (B): Batu bata, pasir, kayu, polimer, cat (B)
3. Pintu (A): Kayu, besi, aluminium (B)
4. Jendela (A): Kayu, pasir, karet (B)
5. Atap (A): Kayu, genteng, seng, karet (B)
6. Perlengkapan dapur (A): Kayu, karet, polimer, aluminium (B)
7. Perlengkapan lain yaitu lemari, meja, kursi, tempat tidur, TV, radio, telepon, komputer, buku, baju, kompor masak, makanan, dll (A): Kayu, polimer, kapas, karet, aluminium, LPG, minyak, beras, ikan, saruran, garam, air (B)
Selain manfaatnya yang sangat besar, zat kimia dapat juga menyebabkan masalah pada kehidupan kita. Sering kita dengar bahwa pada bahan makanan terdapat zat-zat beracun yang dapat menyebabkan kanker, bumi semakin panas karena kerusakan ozon dan peningkatan karbon dioksida di atmosfer, dll. Oleh karena itu, tantangan yang dihadapi saat ini adalah pengembangan metode pengendalian dan manajemen limbah produksi dan limbah pengunaan material-material baru.
Pada suatu kunjungan kegiatan KKN (Kuliah Kerja Nyata) oleh pimpinan Universitas di daerah Kendal persisnya di Kecamatan Kaliwungu terdapat sengketa antara pemilik Pabrik Kayu Lapis dengan Petani Tambak Udang. Permasalahannya adalah bahwa limbah pabrik kertas telah menyebabkan kematian udang pada tambak. Salah satu hasil analisa menunjukkan bahwa pada air terdapat senyawa fenol yang bersifat racun. Permasalahan lain di wilayah semarang adalah pencemaran oleh limbah tahu dan pencemaran udara.
Kalau begitu, apakah ilmu kimia hanya sekedar menyetahui jenis bahan kimia? Jawabannya tentu “Tidak.” Ilmu kimia adalah sains. Apakah maksudnya bahwa kimia adalah sains? Jawabannya adalah bahwa filosopi pendekatan mempelajari alam atau zat kimia dan segala yang berkaitan dengannya adalah dengan metode saintifik. Apa yang dimakdud dengan metode saintifik? Bahwa pendekatan pemecahan masalah zat kimia adalah dengan mengikuti langkah-langkah logis. Selain pengertian di atas, pada metode saintifik pemecahan masalah zat kimia adalah penelitian dengan pendekatan sistematik.
Jadi sains kimia adalah berkenaan dengan hal-hal yang berhubungan dengan zat-zat kimia 2): (1) Tersusun dari apakah zat kimia itu?, (2) Bagaimana komposisi mempengaruhi sifat-sifat zat kimia? Sehingga sains kimia dapat didefinisikan dengan studi materi penyusun alam dan perubahan yang dialaminya 3). Pendekatan penyelesaian masalah pada sains terdiri dari dua tahap :
1. Tahap I: Observasi
Pada tahap ini dilakukan bebagai percobaan di laboratorium dimana kondisi alam dapat diatur sehingga percobaan dapat diulang, “reproducible”. Kumpulan informasi yang diperoleh dari hasil percobaan disebut data yang dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu observasi kualitatif (observasi umum tentang sistem) dan observasi kuantitatif (terdiri dari bilangan-bilangan yang diperoleh dari berbagai pengukuran sistem). “Pernyataan ringkas atau singkat dari kecenderungan dan generalisasi fakta-fakta hasil percobaan” 2), atau “Pernyataan singkat secara verbal atau matematik hubungan antara fenomena yang selalu sama pada kondisi sama 3)” disebut hukum.
2. Tahap II: Hipotesa
Hukum tidak menjelaskan mengapa atau “Why” alam mempunyai perilaku tertentu. Saintis tidak puas hanya dengan pernyatan-pernyataan fakta secara sederhana dan selalu berusaha mencari penjelasan observasinya. Tahap berikut metode saintifik setelah observasi adalah hipotesa yaitu penjelasan tentatif terhadap satu set observasi suatu masalah yang dapat diuji lagi dengan percobaan-percobaan. Jika hipotesa tidak terbantah dengan percobaan-percobaan ulangan maka akan berkembang menjadi teori. Jadi teori adalah penjelasan perilaku alam yang telah diuji. Atau teori adalah suatu penyatuan prinsip yang menjelaskan sekumpulan fakta dimana hukum-hukumnya didasarkan pada fakta tersebut. Teori menjadi pedoman untuk percobaan baru dan selalu tetap diuji. Jika teori terbukti tidak benar dengan percobaan baru maka harus dibuang atau dimodifikasi hingga konsisten dengan observasi percobaan. Jadi sains berkembang dengan saling mempengaruhi antara teori dan eksperimen.
Gambar-1: Proses siklik metode saintifik
Gambar (in progress)
[Keterangan: percobaan menghasilkan hukum yang dijelaskan dengan teori, teori mendorong percobaan baru yang akan menghasilkan hukum dan teori baru, dst.]
Setelah mengerti pendekatan pemecahan masalah dengan metode saintifik maka akan dibahas secara khusus bagaimana cara mempelajari ilmu kimia. Ilmu kimia adalah “sains eksperimental.”
Kebanyakan ahli kimia bekerja di laboratorium [real atau virtual]. Ilmu kimia dapat dipandang terdiri atas tiga tingkatan kegiatan yaitu:
1. Tingkatan observasi:
Pada tingkat ini, ahli kimia mengobservasi apa sebenarnya yang terjadi dalam suatu percobaan, apakah kenaikan temperatur, perubahan warna, pengeluaran gas, dst.
2. Tingkatan representasi:
Ahli kimia mencatat dan menggambarkan hasil percobaan dalam bahasa saintifik menggunakan singkatan simbol dan persamaan. Hal ini akan membantu penyederhanaan deskripsi dan menetapkannya sebagai cara berkomunikasi antar ahli kimia.
3. Tingkatan interpretasi:
Ahli kimia mencoba menjelaskan fenomena yang telah dia observasi.
Gambar-2: Tiga tingkatan mempelajari ilmu kimia
Gambar (in progress)
[Keterangan: observasi berhubungan dengan dunia makroskopik, sesuatu yang dapat dilihat, disentuh, ditimbang, dst., bukan dengan dunia mikroskopik yaitu atom dan molekul. Representasi adalah gambaran singkat hasil percobaan dengan simbol dan persamaan. Ahli kimia menggunakan pengetahuannya tentang atom dan molekul menjelaskan fenomena yang diamatinya.]
Seperti telah diuraikan di atas bahwa pada tingkatan observasi kita berhubungan dengan dunia makroskopik yaitu segala sesuatu yang dapat dilihat, disentuh, ditimbang, dst. Hal ini sesuai dengan definisi ilmu kimia yaitu ilmu tentang zat kimia dimana telah didefinisikan bahwa zat kimia adalah penyusun dari segala sesuatu yang dapat disentuh, dipegang, dilihat, dicium, dst. Pada observasi kuantitatif perlu dilakukan pengukuran. Pada bagian ini kita tidak membahas tentang pengukuran. Anda dapat mempelajarinya sendiri.
Pengertian-Pengertian
Bagian berikut ini akan menjelaskan beberapa pengertian tentang aspek makroskopik dan mikroskopik. Kenapa kita harus menjelaskan pengertian-pengertian tersebut ? Kata-kata yang kita gunakan dalam hidup sehari-hari sering mempunyai pengertian yang baru dalam konteks sains. Atau dengan kata lain perlu dilakukan pengubahan pengertian suatu kata dari pengertian masyarakat umum ke masyarakat ilmiah atau sebaliknya.
Gambar-3 : Pengertian suatu kata sebaiknya disesuaikan dengan lingkungan masyarakatnya.
1. “Matter”
Segala sesuatu yang menempati ruang dan mempunyai massa disebut matter. Semua zat kimia [penyusun dari sesuatu yang dapat disentuh, dipegang, dilihat, dicium, dst.] yang membentuk dunia ini adalah contoh-contoh matter, misalnya adalah air, tanah, kayu, udara, pensil, buku, tahu, tempe, bacam, oncom, tape, pasir, semen dan manusia.
2. Massa dan berat
Massa adalah ukuran kuantitas matter dalam suatu objek. Massa adalah tetap dan tidak tergantung pada tempat dimana objek tersebut berada. Sedangkan berat berkaitan dengan gaya grafitasi yang dialami objek tersebut. Berat tergantung pada lokasi objek. Satuan massa adalah gram atau kilogram. Alat untuk mengukur massa disebut timbangan, “balance”, dan proses penimbangannya disebut “weighing”.
3. “Substances” dan campuran ["mixtures"]
“Substance” adalah bentuk zat yang mempunyai komposisi tertentu dan tetap serta sifat yang jelas. Contohnya adalah air [H2O], amonia, sukrosa, emas, oksigen, dst. Sedangkan campuran adalah kombinasi dua atau lebih substances dengan tetap mempertahankan identitas substances-nya. Contohnya udara, soft drinks, susu dan semen. Campuran tidak mempunyai komposisi yang tetap. Misalnya sampel udara di dua kota yang berbeda akan mempunyai komposisi berbeda sebagai akibat perbedaan polusi dan ketinggian. Campuran dapat homogen atau heterogen. Campuran homogen adalah bila komposisi campuran sama pada semua bagian. Campuran heterogen adalah bila masing-masing komponen tetap terpisah secara fisik. Setiap campuran baik homogen maupun heterogen dapat dipisahkan dengan cara fisik menjadi komponen-komponen murni tanpa mengubah identitasnya.
4. Sifat-sifat fisik dan kimia “matter”/”substances” [=zat]
Suatu zat dapat dikarakterisasi dari sifat-sifatnya. Sifat-sifat tersebut meliputi fasa, “physical state”, yaitu padat, cair dan gas, warna, titik leleh, titik didih, kerapatan. Sifat-sifat tersebut dapat dikelompokkan sebagai berikut : [1] sifat fisik yaitu sifat yang dapat diukur dan amati tanpa perubahan komposisi atau identitas zat. [2] sifat kimia adalah menyatakan kecenderungan zat tersebut mengalami reaksi kimia. [3] sifat ekstensif yaitu sifat yang tergantung pada ukuran zat. [4] sifat intensif adalah sifat yang tidak tergantung pada ukuran sampel zat.
Gambar-4 : Klasifikasi “matter” dan hubungan antara campuran dengan “substances” murni dan antara senyawa dengan unsur.
5. Unsur dan senyawa
“Substances’ terdiri atas unsur atau senyawa. Unsur adalah suatu zat yang tidak dapat dipisahkan menjadi zat yang lebih sederhana dengan cara kimia. Contohnya adalah unsur besi, tembaga, dst. Sedangkan senyawa adalah zat, “substances”, yang tersusun dari atom-atom dua atau lebih unsur-unsur yang bergabung secara kimia dengan perbandingan tertentu.
6. Atom dan molekul
Atom dan molekul akan diuraikan pada ad-2. Semua matter tersusun dari atom unsur berbeda, bergabung dengan berbagai cara. Atom adalah satuan terkecil dari zat. Molekul adalah partikel tunggal yang terbentuk dari dua atau lebih atom yang berikatan bersama dengan kuat melalui gaya-gaya tertentu.
7. Simbol, rumus kimia dan persamaan reaksi
Pembelajaran ilmu kimia sama dengan pembelajaran bahasa Indonesia, Jawa, Batak, dst.
Tabel-3 : Analogi bahasa komunikasi umum dan bahasa komunikasi kimia
Bahasa umum Bahasa kimia
Alpabet a, b, c, … Simbol kimia Cu, Fe, Na, …
Kata Tembaga, besi, … Rumus kimia CuO, FeO, …
Kalimat Besi bereaksi dengan… Persamaan reaksi kimia Fe + O2  Fe2O3
Simbol kimia adalah singkatan sebutan unsur, misalnya Cu adalah simbol unsur cuprum atau tembaga, dst. Rumus kimia adalah ungkapan simbolik suatu senyawa, misalnya rumus kimia senyawa air adalah H2O, aspirin adalah C9H8O4, dst. Persamaan reaksi kimia adalah menunjukkan perubahan kimia yang terjadi selama reaksi kimia, misalnya reaksi antara besi, Fe, dengan oksigen, O2, menghasilkan besi oksida, Fe2O3. Zat-zat di sebelah kiri anak panah disebut pereaksi dan zat-zat di sebelah kanan anak panah disebut hasil reaksi. Banyak reaksi kimia mengandung bilangan yang disebut koefisien reaksi, suatu bilangan yang ditambahkan dengan maksud menyetimbangkan reaksi, membuat agar jumlah atom di sebelah kira anak panah persamaan reaksi sama dengan jumlah atom di sebelah kanan anak panah. Atau dengan kata lain jumlah atom pereaksi harus sama dengan jumlah atom hasil reaksi. Misalnya reaksi,

Tidak ada komentar:

Posting Komentar