Pengenalan Ilmu Kimia

1.   Pengertian Ilmu kimia

Kata kimia berasal dari bahasa arab yaitu “alkimia”. Ilmu kimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. Kimia juga mempelajari pemahaman sifat dan interaksi atom individu dengan tujuan untuk menerapkan pengetahuan tersebut pada tingkat makroskopik.

2.   Manfaat kimia dalam berbagai bidang

Ilmu kimia memiliki peranan penting dalam kehidupan manusia. Setiap saat kita berhadapan dengan kimia. Sebagai contoh sederhana adalah ketika kita bernafas kita telah menghirup oksigen. Oksigen merupakan salah satu dari kimia. Selain itu ada peranan lain dari kimia diantaranya:

a.       Bidang kedokteran

Obat-obatan yang digunakan untuk proses penyembuhan maupun saat operasi adalah contoh penerapan kimia dalam bidang ini.

b.      Bidang pertanian

Untuk menyuburkan tanah pertanian dibutuhkanlah pemupukan. Pupuk yang digunakan dalam proses pemupukan adalah contoh dari pengaplikasian kimia dalam bidang pertanian. Selain menggunakan pupuk untuk membasmi hama digunakanlah pestisida. Pestisida juga menggunakan bahan kimia. Masih banyak lagi contoh-contoh pengaplikasian kimia dalam bidang pertanian.

c.       Bidang hukum

Dalam bidang hukum ilmu kimia berguna untuk penyelidikan suatu perkara. Dari sidik jari yang ditinggalkan oleh pelaku dapat diketahui siapa pelaku dalam suatu perkara. Sidik jari menggunakan bahan kimia dalam prosesnya. Selain itu juga dapat pula melalui tes DNA. Dalam prosesnya menggunakan ilmu kimia.

d.      Bidang industri

Sangat banyak contoh penerapan ilmu kimia dalam bidang ini seperti industri logam, industri plastik, dan industri lainnya.

3.   Perkembangan ilmu kimia

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.

Sudah banyak teori yang diungkapkan oleh para kimiawan. Dari semua teori yang ada ada beberapa teori yang sampai saat ini tidak dapat dipakai lagi. Seperti teori atom Dalton yang sudah lama terpatahkan. secara periodik perkembangan kimia sebagai berikut.

1)      Sekitar tahun 3500 SM, di Mesir Kuno sudah mempraktekkan reaksi kimia (misal : cara membuat anggur, pengawetan mayat).

2)      Pada abad ke-4 SM, para filosofis Yunani yaitu Democritus dan Aristoteles mencoba memahami hakekat materi.

o   Menurut Democritus      = setiap materi terdiri dari partikel kecil yang disebut atom.

o   Menurut Aristoteles        =   materi terbentuk dari 4 jenis unsur yaitu : tanah, air, udara dan api.

3)      Abad pertengahan (tahun 500-1600), yang dipelopori oleh para ahli kimia Arab dan Persia.

§  Kimia lebih mengarah ke segi praktis. Dihasilkan berbagai jenis zat seperti : alkohol, arsen, zink asam iodida, asam sulfat dan asam nitrat.

§  Nama ilmu kimia lahir, dari kata dalam bahasa Arab (al-kimiya = perubahan materi) oleh ilmuwan Arab Jabir ibn Hayyan (tahun 700-778).

4)      Abad ke-18, muncul istilah Kimia Modern. Dipelopori oleh ahli kimia Perancis Antoine Laurent Lavoisier (tahun 1743-1794) yang berhasil mengemukakan hukum kekekalan massa.

5)      Tahun 1803, seorang ahli kimia Inggris bernama John Dalton (tahun 1766-1844) mengajukan teori atom untuk pertama kalinya. Sejak itu, ilmu kimia terus berkembang pesat hingga saat ini.

4.   Materi

Materi adalah setiap objek atau bahan yang membutuhkan ruang, yang jumlahnya diukur oleh suatu sifat yang disebut massa. Secara umum materi dapat juga didefinisikan sebagai sesuatu yang memiliki massa dan menempati volume. Benda-benda yang kita lihat setiap hari merupakan benda-benda yang tergolong materi.

Materi terbagi menjadi zat tunggal dan campuran. Zat tunggal adalah suatu zat yang komposisinya terdiri atas zat-zat yang memiliki kesamaan sifat kimia. Sedangkan campuran adalah materi yang terdiri dari 2 atau lebih zat dan masih mempunyai sifat asal zatnya.

Zat tunggal dapat berupa unsur dan senyawa. Unsur merupakan suatu zat tunggal yang tidak dapat diuraikan secara kimia, sedangkan senyawa merupakan zat tunggal yang dapat diuraikan menjadi dua macam atau lebih zat yang lebih sederhana.

1)      Unsur

Unsur merupakan zat tunggal yang tidak dapat diuraikan lagi maenjadi zat lain yang lebih sedehana. Di alam ini jumlah unsur hanya ada 90 jenis unsur. Tetapi para ahli telah dapat membuat unsur baru, sehingga sampai saaat ini jumlah unsur yang telah dikenal kurang lebih ada 114 jenis unsur dan masih dapat tambah lagi. Contoh unsur antara lain: Aluminium (Al), Besi (Fe), Carbon (C), Nitrogen (N), Oksigen (O), dll. Gambar di samping merupakan  gambar  serbuk tembaga murni yang merupakan  suatu unsur.

Unsur dapat digolongkan menjadi unsur logam dan unsur nonlogam.

no	Unsur logam	Unsur nonlogam
1	Kecuali raksa, berwujud padat pada suhu kamar.	Ada yang berwujud padat, cair, atau gas.
2	Dapat ditempa (malleable) dan dapat direnggangkan.	Bersifat rapuh, dan tidak dapat ditempa.
3	Mengkilap bila digosok.	Kecuali intan, tidak mengkilap waktu digosok.
4	Konduktor listrik dan panas.	Nonkonduktor, kecuali grafit.

2)      Senyawa

Senyawa kimia adalah zat tunggal yang terbentuk dari beberapa unsur dengan melalui reaksi kimia dan senyawa tersebut juga dapat diuraikan lagi menjadi unsur-unsur pembentuknya dengan reaksi kimia tersebut. Senyawa terbentuk oleh perikatan kimia dari dua atau lebih unsur. Jumlah senyawa sangatlahbanyak, sampai sekarang ini, jumlah senyawa yang ada kurang lebih lebih 10 juta.

Senyawa mempunyai sifat yang berbeda dengan unsur-unsur pembentuknya. Senyawa dapat memiliki wujud berbeda dengan unsur-unsur pembentuknya. Sifat fisika dan kimia senyawa berbeda dengan unsur-unsur pembentuknya. Misalnya reaksi antara gas hidrogen dan gas oksigen membentuk senyawa air yang berwujud cair.

Banyak contoh senyawa dalam kehidupan sehari hari seperti air, gula, NH₃, dan contoh lainnya.

Campuran terbagi 2 yaitu campuran homogen dan campuran heterogen

1)      Campuran homogen

Campuran homogen adalah campuran yang memiliki struktur dan susunan yang sama didalamnya sehingga sudah sulit untuk membedakan zat yang satu dengan yang lain.

larutan teh dan susu merupakan contoh campuran homogen karena kita tidak bisa lagi membedakan komponen-komponen penyusun larutan tersebut, seperti bubuk susu, air,dan gula. Larena komponen-komponen dalam larutan ini sudah tercampur menjadi satu dan memiliki susunan komponen yang sama di semua bagian larutan.

2)      Campuran heterogen

Campuran heterogen merupakan campuran yang penyusunnya tidak sama atau tidak sejenis. Biasanya campuran ini dapat dibedakan antara penyusun satu dengan yang lain.

Contoh dari campuran ini adalah campuran air dengan minyak. Ketika kedua zat ini kita satukan, maka mereka tidak akan bersatu atau masih data kita bedakan. campuran antara tanah dan batu krikil merupakan contoh lain dari campuran heterogen karena kita masih dapat membedakan komponen-komponen penyusunnya. Seperti yang sering kita lihat, kita masih dapat membedakan komponen penyusun campuran antara tanah dan batu krikil karena di semua bagian campuran tersebut tidak seragam sehingga kita bisa membedakannya.

5.   Pemisahan Campuran

Pemisahan campuran dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya:

1)      Filtrasi atau penyaringan

Filtrasi atau penyaringan merupakan metode pemisahan untuk memisahkan zat padat dari cairannya dengan menggunakan alat berpori (penyaring). Dasar pemisahan metode ini adalah perbedaan ukuran partikel antara pelarut dan zat terlarutnya. Penyaring akan menahan zat padat yang mempunyai ukuran partikel lebih besar dari pori saringan dan meneruskan pelarut.

Proses filtrasi yang dilakukan adalah bahan harus dibuat dalam bentuk larutan atau berwujud cair kemudian disaring. Hasil penyaringan disebut filtrat sedangkan sisa yang tertinggal dipenyaring disebut residu. Metode ini dimanfaatkan untuk membersihkan air dari sampah pada pengolahan air, menjernihkan preparat kimia di laboratorium, menghilangkan pirogen (pengotor) pada air suntik injeksi dan obat-obat injeksi, dan membersihkan sirup dari kotoran yang ada pada gula. Penyaringan di laboratorium dapat menggunakan kertas saring dan penyaring buchner. Penyaring buchner adalah penyaring yang terbuat dari bahan kaca yang kuat yang dilengkapi dengan alat penghisap.

Proses penyaringan dapat kita lihat pada penyaringan santan, penyaringan teh/kopi, penyaringan pasir, penyaringan air, dan proses penyaringan yang menggunakan metode ini.

2)      Kristalisasi

Kristalisasi adalah pemisahan campuran dengan cara menguapkan pelarutnya. Alat yang sering digunakan dilaboratorium antara lain:

-       Gelas kimia, sebagai tempat melarutkan zat dan tempat filtrat

-       Alat penyaring, dipakai untuk menyaring larutan sehingga diperoleh zat murni terlarut yang selanjutnya disebut filtrat

-       Alat pemanas, yaitu lampu spiritus, kaki tiga, dan kawat kasa. Alat itu digunakan untuk menguapkan filtrat sampai jenuh, kemudian didinginkan sampai berbentuk Kristal.

Kegunaan kristalisasi antara lain dalam pembuatan garam dari air laut, pembuatan gula pasir dari air tebu, dan industri pupuk.

3)      Penyulingan (distilasi)

Penyulingan adalah cara pemisahan campuran berdasarkan perbedaan titik didih komponen-komponennya.

Pada distilasi campuran zat yang berupa cairan dipanaskan. Zat yang mempunyai titik didih lebih rendah akan menguap lebih dahulu. Selanjutnya uap didinginkan sampai terjadi pengembunan, kemudian cairan hasil pengembunan ditampung.

Alat yang sering digunakan dilaboratorium antara lain:

-       Labu distilasi dan alat pemanas, tempat larutan yang akan dipanaskan.

-       Pendingin liebig, alat sirkulasi air untuk pendinginan uap hasil distilasi.

-       Termometer, alat pengukur temperatur.

-       Erlenmeyer, sebagai tempat penampungan hasil distilasi.

Kegunaan distilasi antara lain untuk pemurnian air laut dan pengolahan minyak bumi. Pada pengolahan minyak bumi dapat memisahkan fraksi-fraksi hasil penyulingan seperti bensin, kerosin (minyak bumi), solar, minyak pelumas, dan paraffin.

4)      Kromatografi

Kromatografi adalah cara pemisahan berdasarkan atas perbedaan kecepatan perembesan dari zat-zat dalam suatu medium pelarut/zat cair tertentu.

Seluruh bentuk kromatografi memiliki fase diam (berupa padatan atau cairan yang didukung pada padatan) dan fase gerak (cairan atau gas). Fase gerak mengalir melalui fase diam dan membawa komponen-komponen dari campuran bersama-sama. Komponen-komponen yang berbeda akan bergerak pada laju yang berbeda pula.

Ada berbagai macam jenis kromatografi yaitu:

a)    Kromatorafi kertas, digunakan untuk pemisahan zat warna. Bahan yang dipakai ialah kertas saring (kertas berpori) untuk memisahkan komponen-komponen penyusun campuran. Kromatografi kertas inilah yang paling sering digunakan dilaboratorium.

Dalam kromatografi kertas, fase diam adalah kertas serap yang sangat seragam. Fase gerak adalah pelarut atau campuran pelarut yang sesuai.

b)    Kromatografi kolom, digunakan untuk mengetahui komposisi batuan/mineral. Dalam kromatografi lapis tipis, fase diam adalah lapisan tipis jel silika atau alumina pada sebuah lempengan gelas, logam atau plastik. Kolom kromatografi berkerja berdasarkan skala yang lebih besar menggunakan material terpadatkan pada sebuah kolom gelas vertikal.

c)    Kromatografi gas, adalah cara pemisahan kromatografi menggunakan gas sebagai fasa penggerak. Zat yang dipisahkan dilewatkan dalam kolom yang diisi dengan fasa tidak bergerak yang terdiri dari bahan terbagi halus yang cocok. Gas pembawa mengalir melalui kolom dengan kecepatan tetap, memisahkan zat dalam gas atau cairan, atau dalam bentuk padat pada keadaan normal. Dalam kromatografi gas-cair, fase gerak adalah gas seperti helium dan fase diam adalah cairan yang mempunyai titik didih yang tinggi diserap pada padatan. Kromatografi ini digunakan untuk mengetahui komposisi minyak bumi.

5)      Sublimasi

Sublimasi adalah pemisahan campuran berdasarkan perubahan wujud padat menjadi gas dan sebaliknya tanpa melalui fase cair.

Cara pemisahan campuran dengan sublimasi dipakai untuk memurnikan zat-zat yang dapat menyublim. Seperti kapur barus (kamper), iodin, dan belerang. Caranya adalah kamper dan arang dicampur disebuah alat kemudian dipanaskan sehingga kamper yang dapat menyublim akan menguap. Setelah itu zat tersebut didinginkan sehingga menjadi padat kembali.

6)      Dekantasi

Dekantasi adalah pemisahan campuran dari zat padat yang tidak larut dalam cairan. Contohnya pemisahan campuran air dengan pasir.

6.   Perubahan materi

Perubahan materi sering kita liat dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya es yang membeku atau beras yang menjadi nasi dan peristiwa lainnya. Perubahan-perubahan materi dapat dikelompokan menjadi 2 yaitu:

1)      Perubahan Fisis

Secara umum materi dapat digolongkan menjadi 3 fase yaitu padat, gas, dan cair. Pada proses pembentukan es batu misalnya. Ketika kita masukan sekantong air kedalam kulkas maka wujud dari air itu berubah manjadi padat (sol). Perubahan yang dialami hanyalah perubahan wujud, sedangkan jenis materi itu tidak berubah. Perubahan yang tidak merubah jenis materi itu disebut perubahan fisis.

Pada perubahan fisis tidak terbentuk materi baru, karena pada keadaan awal dan akhir jenis materinya sama. Beberapa peristiwa yang berbentuk perubahan fisis antara lain:

no	Peristiwa perubahan	disebut	contoh
1	Padat menjadi cair	Memeleh/mencair	Lilin dipanaskan
2	Cair menjadi gas	menguap	Uap air
3	Gas menjadi cair	mengembun	embun
4	Cair menjadi padat	membeku	Es batu
5	Padat menjadi uap atau sebaliknya	menyublim	Kapur barus

Sifat zat yang berhubungan dengan perubahan fisis disebut sifat fisis. Beberapa sifat fisis seperti rasa, warna, bau, wujud, bentuk Kristal, masa jenis, daya hantar, kilap logam, dan titik didih/leleh.

2)      Perubahan kimia

Perubahan kimia disebut juga reaksi kimia. Sifat zat yang baru berbeda dari sifat zat semula. Beberapa contoh seperti pelapukan kayu, pembusukan makanan, pembakaran, pernafasan, proses asimilasi pada tumbuhan hijau, peragian, pengkaratan, dan pemucatan warna.

Sifat kimia adalah sifat zat untuk mengadakan reaksi kimia (perubahan kimia). Kebanyakan reaksi kimia dapat diketahui melalui cirri-ciri adanya reaksi kimia sebagai berikut.

a)      Perubahan warna

b)      Terjadi endapan

c)      Terbentuk gas

d)     Perubahan temperatur