Pengantar Ilmu Kimia

PENGANTAR ILMU KIMIA

PENGENALAN ILMU KIMIA

Ilmu kimia berasal dari bahasa arab al-kimia yang berarti perubahan materi

Ilmu kimia pertama kali dikenal abad ke-8 dengan salah satu tokohnya bernama Jabir Ibn Hayyan

Ilmu kimia adalah satu cabang ilmu pengetahuan alam yang mempelajari struktur materi, komposisi materi, sifat dan perubahan materi, serta energi yang menyertai perubahan materi tersebut.

Ilmu kimia dikembangkan dengan metode ilmiah yaitu metode sistematis yang digunakan untuk mengusur setiap cabang ilmu pengetahuan melalui tahap-tahap tertentu. Tahap-tahap tersebut meliputi perumusan masalah deservasi, hipotesis, eksperium, kesimpulan dan perumusan teori yang dihasilkan

Jenis-jenis perubahan materi

1. Perubahan fisika

yaitu perubahan yang tidak menghasilkan zat baru karena perubahan hanya terjadi pada bentuk dan wujud zat, sedangkan jenis zat tidak berubah

contoh : - air membeku menjadi es

              - pelarutan gula dalam air, dll

2. Perubahan kimia

yaitu perubahan yang menghasilkan zat baru dan biasanya ditandai dengan terjadinya perubahan warna, perubahan suhu, terjadinya endapan dan timbulnya gas

contoh : - kayu yang terbakar menjadi arang

- perubahan tapai dari singkong, dll

Cabang-cabang ilmu kimia

a.     Kimia organik

Yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari zat-zat yang berasal dari makhluk hidup

b.     Kimia anorganik

      yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari zat-zat yang bukan berasal dari makhluk hidup

c.     Kimia fisik

      Yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara konsep-konsep kimia dengan konsep-konsep fisika

d.     Kimia analitik

      Yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari analisi suatu zat

e.     Biokimia

       Yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari segala proses kimia dalam tubuh makhluk hidup

f.     Kimia lingkungan

      Yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara zat-zat kimia dengan lingkungan

Contoh-contoh gejala alam yang berhubungan dengan kimia

z  Perkaratan (korosi) logam

Contoh : - Korosi pada besi karena adanya proses oksidasi

     - Korosi pada perunggu dan tembaga berupa warna hijau dan jingga yang terbentuk pada

                 permukaan logam tersebut

z  Pembentukan gua kapur

Terjadi karena pelarutan kapur pada bahan kapur oleh air hujan yang mengandung CO₂ sehingga terbentuk rongga yang dikenal dengan goa kapur

z  Pembentukan stalaktit dan stalagmit dalam gua kapur

Stalaktit terbentuk apabila larutan batuan kapur menetes dari atap gua kapur dengan melepaskan air dan CO₂. Endapan yang masih menempel pada atap gua disebut stalaktit. Jika larutan kapurnya menetes ke lantai gua membentuk padatan kapur dikenal sebagai stalagmit

z  Terjadinya hujan asam yang dapat merusak logam, marmer, tumbuhan dan benda lain.

Hujan asam terjadi apabila partikel-partikel (debu, asap) dari industri mengandung SO₂ dan SO₃ bereaksi dengan air hujan membentuk asam sulfat (H₂SO₄), yang berbahaya bagi manusia dan makhluk hidup lainya serta benda-benda berbahan dasar logam.

z  Rusaknya lapisan ozon

Lapisan ozon adalah lapisan molekul O₃ yang mampu menyerap radiasi sinar ultraviolet yang dapat merusak jaringan. Penyebab rusaknya lapisan ozon adalah penggunaan freon pada kulkas, AC dan alat semprot(sprayer). Freon menyebabkan ozon berubah menjadi O₂  sehingga lapisan yang ditinggalkan oleh ozon  menjadi berlubang dan akhirnya lapisan ozon tidak mampu menyerap sinar ultraviolet lagi akibatnya keseimbangan panas di atmosfir tidak dapat dipertahankan, sinar ultraviolet akan lansung ke bumi sehingga bumi makin panas, es di kutub utara akan mencair sehingga permukaan laut akan naik.

Zat kimia  ada yang bersifat menguntungkan dan ada pula yang merugikan seperti minuman keras dan narkoba

Zat kimia juga dapat merusak lingkungan (bahan pencemar) misalnya limbah industri, limbah rumah tangga, gas gabungan industri dan mesin kendaraan bermotor, sampah radioaktif dan bahan sintesis yang ada dalam makanan. Zat aditif makanan yang menguntungkan misalnya penambahan iodium pada garam dapur dan yang merugikan misalnya penambahan zat pewarna tekstil pada makanan, MSG, boraks pada bakso, pengawet bahan makanan (BHA, asam benzoat) serta pemanis makanan (sakarin) dll

 Zat kimia yang menguntungkan antara lain vitamin, mineral dan obat-obatan

Ada pula zat kimia yang bersifat menguntungkan dan sekaligus merugikan, misalnya petisida dan pupuk.

 

  Materi dan penggolongannya

               Materi : segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang

               Unsur : Zat tunggal yang dengan cara kimia biasa tidak dapat diuraikan menjadi zat lain lagi yang       lebih sederhana

Lambang unsur yang  sekarang digunakan dibuat oleh Jons Jacob Berzelius dengan ketentuan :

a. Unsur dengan lambang satu huruf ditulis dengan huruf besar. Huruf besar tersebut diambil dari huruf terdepan dari nama latinnya. Contoh : Sulphur = S, Oksigen = O, dll

b. Unsur dengan lambang dua huruf ditulis huruf pertama huruf besar dan huruf kedua huruf kecil. Contoh : Aluminium = Al, Magnesium = Mg, dll

  Selain itu pemberian nama unsur dilakukan berdasarkan hal-hal berikut :

1. Warna unsur, misalnya klorin (Cloros = hijau)

2. Sifat unsur, misalnya fosfor (phosporus= bercahaya)

3. Penemu unsur, misalnya Ruhterfordium (ditemukan oleh Rutherford)

Khusus untuk unsur-unsur baru, pemberian namanya menurut IUPAC( International Union of Pure and Applied Chemistry ) yaitu dengan memberi akiran “ium” pada rangkaian asal kata yang menyatakan nomor atomnya

misalnya : 0= nil, 1=un, 2= bi, 3= tri, 4=quad, 5= pent, 6= hek, 7= sept, 8= oct, dan 9= enn

Lambang unsurnya terdiri atas tiga huruf

Contoh : unsur dengan nomor atom 105 namanya yaitu Unnil Pentium, lambangnya : UnP

Untuk lebih lengkapnya nama dan lambang unsur-unsur dapat dilihat pada tabel sistem periodik unsur-unsur

Unsur-unsur dalam tabel unsur-unsur dibedakan atas :

1. Unsur logam

Ciri-cirinya; keras,pada suhu kamar berwujud padat, bersifat konduktor, mengkilap, kenyal, memiliki daya elastis dan dapat ditarik

Contoh : emas (Au), Aluminium (Al), Natrium (Na), dll

Unsur logam yang berwujud cair pada suhu kamarnya yaitu raksa (Hg), Cesium (Cs)

2. Unsur non logam

Ciri-cirinya; bersifat isolator (kecuali karbon yang bersifat semi konduktor),tidak mengkilap, rapuh, umumnya berwujud gas dan tidak dapat ditarik

Contoh : Oksigen (O), karbon (C), Nitrogen (N), Florin (F), Iodin (I) , dll.

3. Unsur metaloid

Adalah unsur peralihan dari logam ke non logam sehingga sebagian dapat bersifat  logam dan sebagian bersifat non logam

Contoh : Boron (B), silikon (Si), arsen (As), Germonium (Ge)

z  Senyawa

Yaitu : Zat tunggal yang dengan cara kimia biasa masih dapat di uraikan kembali menjadi unsur-unsur penyusunnya.

Contoh : H₂O, NaCl

Sifat-sifat senyawa :

1.     Terbentuk dari unsur-unsur melalui reaksi kimia

2.     Unsur- unsur penyusun senyawa kehilangan sifat asalnya dalam membentuk senyawa

3.     Dapat dipisahkan kembali menjadi unsur-unsurnya pembentuknya dengan cara reaksi kimia dan bukan secara fisis

4.     Unsur-unsur penyusunnya mempunyai perbandingan tetap

Pada senyawa berlaku hukum perbandingan tetap (hukum Proust) yang menyatakan bahwa perbandingan massa unsur dalam suatu senyawa selalu tetap dan tidak bergantung pada cara pembentukan senyawa itu.

Hukum proust dapat digunakan untuk menganalisis perbandingan setiap jumlah unsur dalam suatu senyawa

z  Campuran

Yaitu materi yang terdiri dari beberapa zat yang berada dan setiap zat penyusunnya masih mempunyai sifat-sifat asalnnya

Campuran ada 2 :

1.     campuran homogen disebut juga larutan

komponen-komponen penyusunnya dan mempunyia sifat yang sama diseluruh bagian

contoh : udara dan air gula

2.     campuran heterogen

komponen-komponen penyusun campuran tidak mengalami perubahan sehingga dengan mudah dilihat atau dibedakan dengan kertas saring biasa.

Misalnya : tepung beras dengan air, bubuk coklat dengan kopi, pasir dengan kapur

                  Persamaan antara senyawa dan campuran adalah keduanya terbentuk lebih dari satu macam zat.

         1.Perbedaan senyawa dan campuran sbb :

No	Senyawa	Campuran
1 2 3 4	Cara pembuatannya merupakan peristiwa kimia Perbandingan massa zat penyusun senyawa tetap Sifat partikel pembentuk senyawa tidak ada lagi Partikel-partikel pembentuk senyawa sukar dipisahkan lagi	Cara pembuatannya merupakan peristiwa fisika Perbandingan massa zat penyusunnya berubah-ubah Sifat pembentuk partikelnya masih ada Partikel-partikelnya mudah dipisahkan

              

               2. Pemisahan komponen campuran

               Pemisahan komponen-komponen dalam campuran didasarkan pada perbedaan sifat fisis komponen-             komponen penyusunnya seperti :

1.                                                                                                     Penyaingan (filtrasi)

Tujuan memisahkan campuran zat padat dan zat cair dengan menggunakan kertas saring.Filtrasi dapat dilakukan apabila partikel zat- zat padat dalam campuran berdiameter > 100mm dan cairan hasil filtrasi disebut filtrat.

Apabila pemisahan dilakukan tanpa kertas saring disebut pemisahan secara dekantasi Misalnnya : Menjernihkan air keruh, penyaringan santan , dan penyaringan kopi.

2.     Kristalisasi (penguapan)

Digunakan untuk memisahkan zat padat dari larutannya. Kristalisasi dapat dilakukan dengan memanfaatkan energi matahari atau dengan cara memanaskan larutan sampai jenuh, kemudian didinginkan  sehingga akan terbentuk kristal. Misalnya : pembuatan garam dari air laut dan pembuatan gula pasir dari cairan tebu

3.     Destilasi (penyulingan )

Prinsipnya berdasarkan atas perbedaan titik didih komponen zat yang bercampur,dimana salah satu komponen menguap, sedangkan komponen yang lain tidak. Misalnya : pemisahan alkohol dari larutannya, pembuatan minyak kayu putih, dan pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi.

Cairan hasil destilasi disebut destilat

4.     Sublimasi

   Digunakan untuk memurnikan zat-zat yang dapat menyublim Contoh : Kapur barus (komfer), Iodin,   Kafein dan Naftalena

5.     Ekstraksi

Prinsipnya berdasarkan perbedaan kalarutan, cara ini dilakukan untuk memisahkan campuran padat dengan menggunakan pelarut yang dapat melarutkan salah satu komponen campuran . Hasil dari ekstraksi disebut sari (ekstrak) Contoh : Campuran besi belerang dapat dipisahkan dengan pelarut karbon belerang sehingga belerang larut dan terpisahkan dari besi. – Pemisahan emas dari bijih emas dengan menggunakan raksa sehingga emas yang terkandung akan larut dalam raksa, kemudian emas dipisahkan dengan cara destilasi.

6.     Kromotografi

Dilakukan untuk memisahkan campuran berdasarkan perbedan daya serap terhadap medium tertentu.

       Misalnya memisahkan campuran zat warna yang digunakan pada tinta spidol

         Menentukan kadar zat dalam campuran

Untuk menyatakan kadar suatu zat dalam campuran dapat digunakan beberapa cara :

1.     Persen berat (b/b) .                                                                                                                        Menyatakan berat zat (gram) dalam 100gram cuplikan

       % berat = berat zat             x 100%

                        berat campuran

2.     Persen volume (v/v).                                                                                                                 Menyatakan volume zat (ml) dalam 100ml campuran

       % V/V = volume zat            x 100%

                        volume campuran

3.     Bpj (bagian per juta) atau ppm (part per milion).                                                                     Digunakan untuk menyatakan kadar zat dalam tiap satu juta bagian campurannya.

a. Untuk campuran padat dinyatakan dalam mg dalam kg campurannya

    ppm = berat komponen zat X 106

                berat campuran

b. Untuk campuran gas dinyatakan dalam ml zat dam 1m3 campuran

    ppm = volume komponen zat X 106

                volume campuran

c. Untuk campuran yang dinyatakan dalam % berat maupun % volume

1 % = 104 ppm (104 ppj)

1bpj = (1 ppm) = 10-4%

Soal latihan :

1. Suatu mineral mengandung 70%, Fe₂O₃. Berapa kg mineral diperlukan untuk mendapatkan 21 kg Fe₂O₃

       Jawab : % berat Fe₂O₃ = berat Fe₂O₃   X 100% 90%

                                               Berat mineral

                       70%            = 21kg              X 100%

                                               Berat mineral

                 Berat Mineral          = 21kg X 100

                                                      70

           Berat Mineral         = 30kg

2. Dalam 200 mg contoh batuan terdapat 25 mg perak dan 10 mg emas persentase perak dan emas berturut-turut dalam batuan tersbeut adalah

       Jawab : Dalam 200 mg batuan diperoleh

                   25 mg perak = 25 x 100% = 12,5%

                                           200

                   10 mg emas  = 10 x 100% = 5 %

                                          100

3. Dalam suatu botol terdapat 75 mL larutan cuka dapur.Pada label botol tersebut tertera kadar cuka    25 %. Berapa mL-kah cuka murni yang terdapat pada botol tersebut?

      Jawab : Volume campuran = 75 mL

                   Misal volume cuka = a mL

                   kadar cuka = volume cuka        x 100%

                                        volume campuran

                   25 % = a       x   100%

                                75

                         a = 75x25% = 18,75 mL

Soal latihan :

1.     Suatu mineral mengandung 60% NaCl. Berapa kg mineral diperlukan untuk mendapatkan 18kg NaCl

2.     Gas helium terdapat di udara mempunyai kadar 0,002% Hitungan kadar gas kalium tersebut dalam ppm

3.     2,5 gram sampel air tanah mengandung 0,0054 miligram seng. Berapa ppm kadar seng dalam sampel air tanah tersebut

4.     Berapa ml alkohol harus ditambah kedalam 100ml larutan alkohol 30% agar kadar alkohol menjadi 50%

5.     Larutan gula sebanyak 500gram kadarnya 25% Agar kadar gula dapat diubah menjadi 40% Berapa gula yang harus ditambahkan

 Partikel-partikel materi

 Partikel yaitu bagian terkecil dari suatu materi yang mempunyai sifat sama dengan materi tersebut.

 Jenis-jenis partikel materi :

1.         Atom

Konsep atom pertama kali dinyatakan oleh

a.     Leocippus dan Democritus

Menyatakan bahwa materi bersifat diskontiniu artinya materi tidak dapat dibelah secara terus menerus

b.     Aristoteles

Menyatakan bahwa materi bersifat kontiniu artinya materi dapat dibelah tersu menerus tanpa batas

Teori atom ini tidak berkembang selama 22 abad. Barulah tahun 1803 John Dalton menyujikan teori atomnya Menurut atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang msaih mempunyai sifat unsur tersebut

2.            Molekul

Dua atom atau lebih  yang sama atau berbeda bergabung membentuk molekul.                     Berdasarkan jenis atom pembentuknya molekul dibedakan atas.

a.     Molekul unsur

Yaitu molekul yang terbentuk dari gabungan dua atau lebih atom-atom yang sejenis

Contoh : O_{2 ,}  P₄

Berdasrkan jumlah atom pembentuknya molekul unsur dibedakan atas :

1. Molekul diatomik

Contoh : H₂, O₂, N₂, F₂, Cl₂ dan I₂

2.Molekul Poliatomik

Contoh : P₄, As₄, dan Sb₄

3. Molekul oktamomik

Contoh : S₈

Kecuali pada beberapa unsur kimia yang membentuk molekul sbb :

a. Unsur logam padat yang jumlah atom dalam molekulnya belum diketahui sehingga dianggap dapat berdiri sendiri dan disebut molekul monoatomik. Contoh : Fe, Au, Ni, Zn, Sn, dan Pt (ditulis tanpa indoks)

b. Unsur yang mempunyai kereaktifitasan sangat rendah sehingga tidak mempunyai kemampuan untuk berikatan dengan unsur lain dan disebut molekul mono atomic. Contoh : gas mulia, He, Na, Ar, Kr, Xe dan Rn (ditulis tanpa indeks)

c. Molekul raksasa yang jumlah atom dalam satu molekul tidak terbatas dan disebut molekul mono atomik Contoh : B, C dan Si (ditulis tanpa indeks)

3.            Ion (kation dan Anion)

Yaitu atom atau gabungan atom yang bermuatan listrik ion terbentuk apabila pada peristiwa kimia suatu atom unsur menangkap atau melepaskan elektron.

Berdasarkan jumlah unsur yang membentuk senyawanya, ion dibedakan atas :

a. Ion monoatomik

Adalah ion yang berasal dari satu jenis unsur

Contoh : Na⁺ (ion natrium)

               Cl^- (ion clorin) dll

b. Ion poliatomik

Adalah ion yang berasal dari dua jenis atom atau lebih

Contoh : SO₄^-2 (ion sulfat)

                NH₄⁺ (ion amonium), dll

 Berdasrkan muatan listriknya, ion dibedakan atas :

a. Ion positif (kation)

Terjadi apabila atom unsur melepaskan satu atau lebih elektronnya

Contoh : Na à Na⁺ +1e

b. Ion negatif (anion)

Terjadi jika atom unsur menangkap elektron yang dilepaskan oleh atom unsur lain

Contoh : Cl + e à Cl^-

Contoh nama beberapa ion yang sering dijumpai sbb :

Ion monoatomik

Lambang ion	Nama ion
K+ Na+ Ca+2 Mg+2 Al+3 Zn+2 Fe+2 Fe+3 Sn+2 Sn+4 F- Cl- Br- O-2 S-2 I-	Ion kalsium Ion natrium Ion calsium Ion magnesium Ion aluminium Ion seng / zink Ion besi (II) Ion besi (III) Ion timah (II) Ion timah (IV) Ion florida Ion klorida Ion bromida Ion oksida Ion sulfida Ion iodida

Ion poliatomik

Lambang ion	Nama ion
CN- CH3COO- OH- NO2- NO3 SO3-2 SO4-2 PO3-3 PO4-3 CO3-2 SiO3-2 MnO4- CrO4-2 C2O4-2 NH4+	Ion sianida Ion asetat Ion hidroksida Ion nitrit Ion nitrat Ion sulfit Ion sulfat Ion fosfit Ion fosfat Ion karbonat Ion silikat permanganat Ion kromat Ion oksalat Ion ammonium