PENGANTAR KIMIA

PENGANTAR KIMIA

Ø   PENGERTIAN ILMU KIMIA

Kimia (dari bahasa Arab كيمياء (alkimia= "seni transformasi" dan bahasa Yunani χημεία khemeia) adalah ilmu yang mempelajari mengenai komposisi dan sifat zat/materi dari skala atom hingga molekul serta perubahan atau transformasinya dan interaksinya untuk membentuk materi lain yang ditemukan sehari-hari.

Ø   SEJARAH DAN PERKEMBANGAN ILMU KIMIA

Akar ilmu kimia dapat dilacak hingga fenomena pembakaran. Api merupakan kekuatan mistik yang mengubah suatu zat menjadi zat lain dan karenanya merupakan perhatian utama umat manusia. Adalah api yang menuntun manusia pada penemuan besi dan gelas. Setelah emas ditemukan dan menjadi logam berharga, banyak orang yang tertarik menemukan metode yang dapat merubah zat lain menjadi emas. Hal ini menciptakan suatu protosains yang disebut Alkimia. Alkimia dipraktikkan oleh banyak kebudayaan sepanjang sejarah dan sering mengandung campuran filsafat, mistisisme, dan protosains.

1.      BAPAK KIMIA MODERN

Abu Musa Jabir bin Hayyan ditabalkan sebagai ''Bapak Kimia Modern''.  Dalam bidang kimia, prestasi dan pencapaiannya terekam dengan baik lewat buku-buku yang ditulisnya. Tak kurang dari 200 buku berhasil ditulisnya.

2.      ABU MUSA JABIR AL HAYYAN

Sebanyak 80 judul buku di antaranya mengupas hasil-hasil eksperimen kimia yang dilakukannya. Buku-buku itu sungguh amat berpengaruh hingga sekarang. Secara khusus, ia mendedikasikan sekitar 112 buku lainnya bagi Barmakid, sang guru, yang juga pembantu atau wazir Khalifah Harun ar-Rasyid. Buku-buku itu ditulis dalam bahasa Arab.

Pada abad pertengahan, orang-orang Barat mulai menerjemahkan karya-karya Jabir itu ke dalam bahasa Latin, sehingga menjadi rujukan para ahli kimia di Eropa. Tak kurang dari 70 buku karya Jabir telah dialihbahasakan ke dalam bahasa Latin pada abad pertengahan.

Salah satu yang terkenal adalah Kitab al-Zuhra yang diterjemakan menjadi Book of Venus, serta Kitab al-Ahjar yang dialihbahasakan menjadi Book of Stones. Abu Musa Jabir bin Hayyan dikenal dengan nama Geber di dunia Barat,

Abu Musa Jabir bin Hayyan mengembangkan alkimia menjauh dari filsafat dan mistisisme dan mengembangkan pendekatan yang lebih sistematik dan ilmiah.

3.      AR RAZI

Al-Razi terlahir di Rayy, Provinsi Khurasan dekat Teheran tahun 864 M, al-Razi dikenal  sebagai seorang dokter dan ahli kimia yang hebat. Sejatinya, ilmuwan Muslim  yang dikenal Barat sebagai Rhazes itu, Ia menimba ilmu dari Ali ibnu Rabban al-Tabari (808 M) — seorang dokter  sekaligus filosof. Sang gurulah yang telah melecut minat Rhazes untuk menekuni dua bidang ilmu yakni kedokteran dan filsafat. Hingga kelak, dia menjadi seorang filosof, dokter dan ahli kimia yang amat populer di zamannya.

Ø   KEMUNCULAN ALKIMIAWAN BARAT

Kemunculan alkimiawan barat dimulai pada abad pertengahan yaitu sejak kejatuhan Andalusia / Spanyol ke tangan Romawi dan Perancis, sejak saat itu ilmu kimia berkembang dibarat karena banyak kitab-kitab kimia dipelajari dan dikembangkan oleh alkimiawan Barat. Sejak era itu Barat mengalami masa renaissance atau pencerahan karena banyak sumber-sumber ilmu pengetahuan yang ditemukan ilmuwan dan kimiawan Islam yang dipelajari dan diadopsi dalam seluruh kehidupan mereka.

Dan sejak saat itu sejarah kimia dunia dikuasai oleh Barat dan hampir sedikit sekali bahkan hampir tidak mendengar catatan alkimiawan Islam yang menjadi rujukan sumber ilmu kimia modern.

Sumber pustaka Kimia SMU sampai S-3 pun semuanya berasal dari Barat. Padahal sumber rujukan mereka adalah alkimiawan Islam.

Konsep pendidikan-pun berubah mengikuti pola barat yaitu bersekolah untuk bekerja dan mencari ijazah dan menjadi alat-alat industri/buruh pabrik bukan mendalami ilmu pengetahuan seperti alkimiawan Islam terdahulu.

Ø   ALKIMIAWAN BARAT

Alkimiawan barat pertama yang dianggap menerapkan metode ilmiah terhadap alkimia dan membedakan kimia dan alkimia oleh 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.

Ø   PENGHARGAAN NOBEL KIMIA

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.

Ø   INDUSTRI KIMIA

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

Ø   CABANG ILMU KIMIA

v  Kimia analitik adalah analisis cuplikan bahan untuk memperoleh pemahaman tentang susunan kimia dan strukturnya.

v  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.

v  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.

v  Kimia organik mengkaji struktur, sifat, komposisi, mekanisme, dan reaksi senyawa organik. Suatu senyawa organik didefinisikan sebagai segala senyawa yang berdasarkan rantai karbon.

v  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.

v  Kimia teori adalah studi kimia melalui penjabaran teori dasar (biasanya dalam matematika atau fisika).

v  Secara spesifik, penerapan mekanika kuantum dalam kimia disebut kimia kuantum.

v  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.

v  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.

Ø   PERKEMBANGAN ILMU KIMIA MODERN

Akar sebenarnya kimia modern dapat ditemui di filosofi Yunani kuno dan Islam. Jalan dari filosofi Yunani kuno ke  teori atom modern  tidak selalu mulus.

Kimiawan Perancis Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) menemukan hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia, dan mengungkap peran oksigen dalam pembakaran. Berdasarkan prinsip ini, kimia maju di arah yang benar..

Di  awal  abad  ke-19,  kimiawan  Inggris  John  Dalton  (1766-1844) melahirkan ulang teori atom Yunani kuno yang juga terdapat dalam literatur Alkimiawan Islam. Bahkan setelah kelahirannya kembali ini, tidak semua ilmuwan menerima teori atom.

Tidak sampai awal abad 20 teori atom, akhirnya dibuktikan sebagai fakta, bukan  hanya  hipotesis. Hal  ini  dicapai  dengan  percobaan yang terampil  oleh  kimiawan Perancis Jean  Baptiste Perrin  (1870-1942).  Jadi,  perlu  waktu  yang  cukup  panjang  untuk menetapkan dasar kimia modern.

Ø   PENGERTIAN MATERI

Materi adalah setiap objek atau bahan yang membutuhkan ruang, yang jumlahnya diukur oleh suatu sifat yang disebut massa. Materi tersusun atas atom dan molekul, yang dapat berupa unsur ataupun senyawa. Materi umumnya dapat dijumpai dalam empat fase berbeda, yaitu padat, cair, gas, dan plasma (juga disebut gas terionisasi karena terbentuk dari benda bersifat gas yang terionisasi oleh panas).

ü  Komponen-Komponen Materi

a.       Atom

Dunia Kimia  berdasarkan  teori  atom,  satuan  terkecil materi  adalah  atom. Materi  didefinisikan sebagai  kumpulan  atom.  Atom  adalah  komponen  terkecil  unsur  yang  tidak  akan mengalami perubahan dalam  reaksi Kimia. Semua atom  terdiri atas komponen yang  sama,  sebuah  inti dan electron. Diameter inti sekitar 10^–15-10^–14 m, yakni sekitar 1/10.000 besarnya atom. Lebih dari 99 %  massa  atom  terkonsentrasi  di  inti.  Inti  terdiri  atas  proton  dan  neutron,  dan  jumlahnya menentukan sifat unsur.

b.      Molekul

Komponen independen netral terkecil materi disebut molekul. Molekul monoatomik terdiri satu atom (misalnya, Ne).

Molekul poliatomik terdiri  lebih banyak atom (misalnya, CO2). Jenis ikatan antar atom dalam molekul poliatomik disebut ikatan kovalen.

c.       Ion

Atom  atau  kelompok  atom  yang memiliki muatan  listrik  disebut  ion. Kation  adalah  ion  yang memiliki muatan positif, anion memiliki muatan negatif.

Tarikan listrik akan timbul antara kation dan anion. Dalam kristal natrium khlorida (NaCl), ion natrium (Na+) dan ion khlorida (Cl¯) diikat dengan tarikan listrik. Jenis ikatan ini disebut ikatan ion

ü  Reaksi Kimia

Reaksi kimia adalah suatu proses alam antara zat-zat kimia (reaktan) yang selalu menghasilkan senyawa kimia. Senyawa ataupun senyawa-senyawa awal yang terlibat dalam reaksi disebut sebagai reaktan.

Reaksi kimia biasanya dikarakterisasikan dengan perubahan kimiawi, dan akan menghasilkan satu atau lebih produk yang biasanya memiliki ciri-ciri yang berbeda dari reaktan.

                       

  A     +     B                    C

                            Reaktan                   Produk

ü  Jenis-Jenis Reaksi

l  Isomerisasi, yang mana senyawa kimia menjalani penataan ulang struktur tanpa perubahan pada komposisi atomnya

l  Kombinasi langsung atau sintesis, yang mana dua atau lebih unsur atau senyawa kimia bersatu membentuk produk kompleks:

                                    N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

l  Dekomposisi kimiawi atau analisis, yang mana suatu senyawa diurai menjadi senyawa yang lebih kecil:

                                     2 H₂O → 2 H₂ + O₂

l  Penggantian tunggal atau substitusi, dikarakterisasikan oleh suatu unsur digantikan oleh unsur lain yang lebih reaktif:

2 Na(s) + 2 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + H₂(g)

l  Metatesis atau Reaksi penggantian ganda, yang mana dua senyawa saling berganti ion atau ikatan untuk membentuk senyawa yang berbeda:

 NaCl(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgCl(s)

l  Reaksi asam basa, secara luas merupakan reaksi antara asam dengan basa. Ia memiliki berbagai definisi tergantung pada konsep asam basa yang digunakan. Beberapa definisi yang paling umum adalah:

1)        Definisi Arrhenius: asam berdisosiasi dalam air melepaskan ion H₃O⁺; basa berdisosiasi dalam air melepaskan ion OH^-.

2)        Definisi Brønsted-Lowry: Asam adalah pendonor proton (H⁺) donors; basa adalah penerima (akseptor) proton. Melingkupi definisi Arrhenius.

3)        Definisi Lewis: Asam adalah akseptor pasangan elektron; basa adalah pendonor pasangan elektron. Definisi ini melingkupi definisi Brønsted-Lowry.

l  Reaksi redoks, yang mana terjadi perubahan pada bilangan oksidasi atom senyawa yang bereaksi. Reaksi ini dapat diinterpretasikan sebagai transfer elektron. Contoh reaksi redoks adalah:

2 S₂O₃²⁻(aq) + I₂(aq) → S₄O₆²⁻(aq) + 2 I⁻(aq)

 Yang mana I₂ direduksi menjadi I^- dan S₂O₃^2- (anion tiosulfat) dioksidasi menjadi S₄O₆^2-.

l  Pembakaran, adalah sejenis reaksi redoks yang mana bahan-bahan yang dapat terbakar bergabung dengan unsur-unsur oksidator, biasanya oksigen, untuk menghasilkan panas dan membentuk produk yang teroksidasi. Istilah pembakaran biasanya digunakan untuk merujuk hanya pada oksidasi skala besar pada keseluruhan molekul. Oksidasi terkontrol hanya pada satu gugus fungsi tunggal tidak termasuk dalam proses pembakaran.

C₁₀H₈+ 12 O₂ → 10 CO₂ + 4 H₂O        

l  Disproporsionasi, dengan satu reaktan membentuk dua jenis produk yang berbeda hanya pada keadaan oksidasinya.

2 Sn²⁺ → Sn + Sn⁴⁺

l  Reaksi organik, melingkupi berbagai jenis reaksi yang melibatkan senyawa-senyawa yang memiliki karbon sebagai unsur utamanya.

Ø   HUKUM KEKEKALAN MASSA

Hukum kekekalan massa atau dikenal juga sebagai hukum Lomonosov-Lavoisier adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut(dalam sistem tertutup Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan) ).

Contoh hukum kekekalan massa

Hukum kekekalan massa dapat terlihat pada reaksi pembentukan hidrogen dan oksigen dari air. Bila hidrogen dan oksigen dibentuk dari 36 g air, maka bila reaksi berlangsung hingga seluruh air habis, akan diperoleh massa campuran produk hidrogen dan oksigen sebesar 36 g. Bila reaksi masih menyisakan air, maka massa campuran hidrogen, oksigen dan air yang tidak bereaksi tetap sebesar 36 g.

Air              Hidrogen + Oksigen (+ Air)

            (36 g)                     (36 g)

ü Sejarah Hukum Kekekalan Massa

Hukum kekekalan massa diformulasikan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1789. Oleh karena hasilnya ini, ia sering disebut sebagai bapak kimia modern versi barat . Sebelumnya, Mikhail Lomonosov (1748) juga telah mengajukan ide yang serupa dan telah membuktikannya dalam eksperimen. Hukum kekekalan massa menjadi kunci penting dalam merubah alkemi menjadi kimia modern. Ketika ilmuwan memahami bahwa senyawa tidak pernah hilang ketika diukur, mereka mulai melakukan studi kuantitatif transformasi senyawa. Studi ini membawa kepada ide bahwa semua proses dan transformasi kimia berlangsung dalam jumlah massa tiap elemen tetap.

ü  Kekekalan Massa vs. Penyimpangan

Ketika energi seperti panas atau cahaya diijinkan masuk ke dalam atau keluar dari sistem, asumsi hukum kekekalan massa tetap dapat digunakan. Hal ini disebabkan massa yang berubah karena adanya perubahan energi sangatlah sedikit. Sebagai contoh adalah perubahan yang terjadi pada peristiwa meledaknya TNT. Satu gram TNT akan melepaskan 4,16 kJ energi ketika diledakkan. Namun demikian, energi yang terdapat dalam satu gram TNT adalah sebesar 90 TJ (kira-kira 20 miliar kali lebih banyak). Dari contoh ini dapat terlihat bahwa massa yang akan hilang karena keluarnya energi dari sistem akan jauh lebih kecil (dan bahkan tidak terukur) dari jumlah energi yang tersimpan dalam massa materi.

Ø   Penyimpangan

Penyimpangan hukum kekekalan massa dapat terjadi pada sistem terbuka dengan proses yang melibatkan perubahan energi yang sangat signifikan seperti reaksi nuklir. Salah satu contoh reaksi nuklir yang dapat diamati adalah reaksi pelepasan energi dalam jumlah besar pada bintang. Hubungan antara massa dan energi yang berubah dijelaskan oleh Albert Einstein dengan persamaan E = m.c2. E merupakan jumlah energi yang terlibat, m merupakan jumlah massa yang terlibat dan c merupakan konstanta kecepatan cahaya. Namun, perlu diperhatikan bahwa pada sistem tertutup, karena energi tidak keluar dari sistem, massa dari sistem tidak akan berubah.

Ø   TANTANGAN ILMU KIMIA

Saat ini ilmu kimia berada dalam persimpangan jalan untuk menyelesaikan solusi dan permasalahan perdaban dunia. Karena Industrialisasi yang tidak tertata menjadi boomerang bagi kelangsungan hidup manusia karena menjadi sumber utama pemanasan global/ global warming. Dan masih banyak permasalahan yang lainnnya. Bagaimana ilmu kimia menjadi solusi dalam hal ini?......Permasalahan  tentang global warming ini akan dibahas dalam akhir kuliah Kimia Dasar 1 ini. Eco Chemical Science akan menjadi solusi permasalahan ini.