BAB I PENDAHULUAN
Ilmu kimia adalah bagian dari Ilmu Pengetahuan Alam Natural Science yang mengambil materi matter sebagai objek. Yang dikembangkan oleh ilmu kimia adalah
deskripsi tentang materi, khususnya kemungkinan perubahannya menjadi benda lain tranformation of matter secara permanen serta energi yang terlibat dalam perubahan
termaksud.
1.1 Materi dan sifat-sifatnya
Semua benda yang dapat kita lihat dan sentuh, tersusun oleh materi. Materi adalah segala sesuatu yang menempati ruang dan mempunyai massa. Definisi ini lebih menyukai
penggunaan massa daripada berat. Massa dan berat sebenarnya tidak sama. Massa suatu benda adalah ukuran ketahanan benda itu terhadap perubahan kecepatannya. Berat weight
merupakan gaya tarik yang dialami suatu benda dengan massa tertentu oleh grafitasi bumi
atau benda lain yang lebih dekat dengannya seperti bulan. Coba Saudara jelaskan lebih
lanjut perbedaan antara massa dan berat sebutkan pula satuannya dan cara mengukur massa suatu benda.
Materi dikelompokkan atas dasar sifatnya. Sifat materi dapat dibagi menjadi 2 katagori yang besar yaitu sifat ekstensif, yang aditif dan tergantung pada ukuran materi dan
sifat intensif , sifat yang non aditif dan tidak tergantung pada ukuran materi. Dari kedua
sifat itu sifat intensif lebih berguna karena zat substances akan mempunyai sifat intensif sama walaupun tidak diketahui jumlah banyak zat itu . Perlu diketahui pula bahwa istilah
zat sering digunakan dalam ilmu kimia. Istilah zat biasanya dipakai untuk menyatakan materi yang menyusun suatu benda. Sebagai contoh, balok es disusun oleh zat yaitu air.
Tentunya benda yang lebih kompleks akan tersusun oleh beraneka ragam zat. Contoh sifat ekstensif adalah massa dan volum zat karena jumlah zat bertambah maka massa dan volum
akan bertambah. Contoh sifat intensif adalah titik leleh melting point dan titik didih boiling point, kerapatan density. Kerapatan density adalah perbandingan massa
terhadap volum. Air memiliki kerapatan 1 gr cm
-3
, ini berarti 1 gram air akan menempati volum 1 cm
3
. 20 gram air akan menempati volum 20 cm
3
, tetapi kerapatan air tetap 1 gr cm
-3
. Sifat materi yang erat hubungannya dengan kerapatan adalah massa jenis spesifik gravity
atau kerapatan relatif. Massa jenis adalah perbandingan kerapatan zat terhadap kerapatan zat standar reference substance seperti air. Oleh karena kerapatan air 1 g cm
-3
, maka nilai massa jenis sama dengan kerapatan, hanya massa jenis tidak bersatuan.
Sifat materi dapat pula dibedakan atas sifat fisika dan sifat kimia. Sifat fisika adalah sifat zat yang tidak dibandingkan dengan zat lain seseperti kerapatan, warna, sifat magnet,
massa, volum dsbnya. Sifat kimia adalah sifat yang dinyatakan sebagai mudah sukarnya zat bereaksi dengan zat lain. Misalnya berkarat, reaktivitas.
1.2 Unsur elements, senyawa compounds, dan campuran mixtures.
Tiga pembagian materi yang merupakan jantungnya ilmu kimia adalah unsur elements senyawa compounds, dan sistem dispersi. Pembagian materi ini dapat dilihat
PENDALAMAN MATERI KIMIA
369
pada Gambar 1.1. Unsur adalah bentuk tersederhana dari materi, yang tidak dapat diuraikan lebih lanjut secara kimia. Senyawa adalah gabungan dua atau lebih unsur dengan
perbandingan massa tertentu dan tetap. Coba jelaskan pernyataan senyawa tersebut menggunakan contoh. Sistem dispersi adalah berbagai jenis unsur atau senyawa yang
berada bersama membangun materi. Dengan demikian sistem dispersi dengan unsur maupun senyawa berbeda dalam hal penyusunnya. Penyusun sistem dispersi sangat
bervariasi dan penyusun ini dapat dipisahkan baik dengan proses fisika maupun kimia. Sistem dispersi dapat diklasifikasikan menjadi dispersi homogen dan dispersi heterogen.
Dispersi homogen disebut larutan dan mempunyai sifat yang serbasama di semua bagiannya. Oleh karena itu dikatakan bahwa larutan terdiri dari fasa tunggal single phase.
Jadi fasa dapat didefinisikan sebagai bagian dari sistem yang mempunyai sifat dan penyusun yang serbasama. Dispersi heterogen campuran, tidak mempunyai sifat dan
penyusun yang serbasama di semua bagian. Misalnya campuran air , minyak, dan es. Campuran ini terdiri dari tiga fasa yaitu air padat, minyak cair dan es padat, yang
sangat jelas bidang batas di antaranya. Coba sebutkan contoh campuran yang lain dan bagaimana cara pemisahannya ?.
Berdasarkan ukuran diameter partikel, sistem dispersi dapat dikalsifikasikan lagi menjadi dispersi koloid yaitu dispersi yang ukuran partikelnya terletak di antara dispersi
homogen dengan dispersi heterogen 2 nm ≤ d ≤ 200 nm
Senyawa-murni dapat mengalami perubahan fasa : padat menjadi cair atau cair menjadi gas pada suhu tetap. Sebagai contoh, es meleleh pada suhu 0
o
C, yaitu suatu suhu yang tetap konstan pada saat air berubah dari padat menjadi cair. Bila campuran
→
← Kimia
Perubahan
→
←
Fisika Perubahan
Materi
Sistem Dispersi
Zat Murni
Dispersi Homogen
Larutan Dispersi
Heterogen Campuran
Senyawa Unsur
Gambar 1.1 Pembagian Materi.
370
PENDALAMAN MATERI KIMIA
mengalami perubahan fasa, maka umumnya berlangsung pada suatu kisaran range suhu. Oleh karena itu untuk memisahkan penyusun campuran perlu dilakukan percobaan terlebih
dahulu untuk mengetahui suhu terjadinya perubahan fasa penyusun campuran itu. 1.3 Hukum kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap
Ahli kimia Jerman, Becher dan Stahl, pertama kali menyimpulkan dari eksperimennya bahwa pembakaran suatu zat pembakaran kayu, perkaratan besi
disebabkan karena sesuatu yang disebut flogiston phlogiston. Tetapi Antoine Lavoisier 1743-1794 ahli kimia Perancis, yang juga merupakan korban Revolusi Perancis dan di
guillotine pada 8 Mei 1794, telah membantah kesimpulan tersebut dan melalui peragaan mengatakan bahwa pembakaran terjadi dari reaksi zat dengan oksigen. Dia juga
menunjukkan, melalui pengukuran yang sangat hati-hati, bahwa bila reaksi dilakukan di dalam ruang tertutup, sehingga tidak ada hasil reaksi yang hilang, jumlah total massa
semua zat yang ada setelah reaksi sama dengan sebelum reaksi. Hasil pengamatannya ini dikenal dengan hukum kekekalan massa the law of conservation of mass yang
mengatakan bahwa dalam reaksi kimia massa bersifat kekal tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.
Ini merupakan salah satu prinsip kimia yang sangat penting
sampai saat ini. Sebenarnya Einstein telah menunjukkan bahwa ada hubungan antara massa dan energi, yaitu dengan ungkapan yang sangat terkenal : E = m c
2
. Prubahan energi yang terjadi dalam reaksi kimia semestinya diikuti dengan adanya perubahan massa, tetapi
perubahan massa tersebut terlalu kecil untuk dapat diukur secara eksperimen. Sebagai contoh, perubahan energi yang terjadi pada reaksi 2 gram hidrogen dengan 16 gram
oksigen setara ekivalen dengan perubahan massa sekitar 10
-9
g. Timbangan analitik yang sensitif hanya dapat mendeteksi perbedaan massa sekitar 10
-6
– 10
-7
g, sehingga perubahan massa sebesar 10
-9
tidak dapat terukur. Hasil eksperimen Lavoisier, mendorong ahli kimia lain untuk menyelidiki aspek
kuantitatif dari reaksi kimia. Penyelidikan Joseph Proust 1754 – 1826 akhirnya medapatkan hukum perbandingan tetap the law of definite proportions. Hukum
perbandingan tetap menyatakan bahwa di dalam suatu zat murni, unsur-unsur penyusunnya selalu mempunyai perbandingan massa tetap.
Air misalnya, perbandingan massa hidrogen dengan oksigennya selalu 1 : 8. Jadi apabila 9,0 gram air
diuraikan akan terjadi 1 gran hidrogen dan 8 gram oksigen. Apabila 18 g air diuraikan, maka akan terbentuk 2 g hidrogen dan 16 g oksigen. Lebih lanjut apabila 2 gram hidrogen
dicampur dengan 8 g oksigen, dan campuran itu direaksikan, maka akan terjadi 9 gram air dan 1 g hidrogen akan tetap sebagai sisa setelah reaksi.
Hasil penelitian Proust ini ditentang oleh Claude Berthollet 1748 – 1822, yang
berpendapat bahwa penyusun suatu zat tergantung pada bagaimana zat itu dibuat. Tetapi saat itu pendapat Berthollet tidak mendapat pengakuan karena sistem analisisnya masih
sangat belum maju dan sampel yang digunakan adalah berupa paduan alloy atau campuran yang penyusunnya memang sangat bervariasi. Namun kini, beberapa senyawa
dalam keadaan padat diketahui mempunyai penyusun yang sedikit bervariasi dan tidak selalu tetap. Senyawa seperti itu disebut bertolida berthollides.
PENDALAMAN MATERI KIMIA
371
1.4 Teori Atom Dalton
Johm Dalton 1766 – 1844, ahli kimia Inggris mengusulkan teori atom yang dikenal dengan teori atom Dalton. Hipotesis Dalton tentang atom pertama kali
dipublikasikan pada kuliahnya tahun 1803 dan dipublikasikan secara lengkap dalam buku A New System in Chemical Philosophy tahun 1808.
Isi teori atom Dalton dapat dinyatakan sebagai berikut :.
a. Materi terdiri dari partikel-partikel sangat kecil yang tidak dapat dibagi, yang disebut atom.
b. Atom-atom suatu unsur mempunyai sifat yang sama seperti ukuran, bentuk, dan massa, yang berbeda dengan sifat-sifat atom unsur lain.
c. Suatu reaksi kimia hanya merupakan penggabungan, pemisahan, atau pertukaran atom-atom. Atom-atom itu sendiri dalam reaksi kimia tetap ada.
Kelompok atom-atom yang terikat menjadi satu kesatuan secara kuat sehingga membentuk jati dirinya sebagai partikel tunggal, disebut molekul dari kata Latin yang
berarti “partikel kecil”.
Dalton mengembangkan simbul untuk menyatakan atom unsur dan dengan simbul ini dia menulis persamaan pembentukan senyawa seperti persamaan pembentukan dua
senyawa oksida-karbon berikut ini. +
+ 2 Kedua persamaan itu berdasarkan teori atom Dalton, menggambarkan hukum kekekalan
massa, hukum Perbandingan tetap, dan hukum Perbandingan berganda.
Teori atom Dalton dapat menjelaskan adanya hukum perbandingan berganda the law of multiple proportions. Hukum ini menyatakan bahwa bila dua senyawa
yang berbeda dibentuk oleh 2 unsur yang sama, maka bila massa salah satu unsur dalam kedua senyawa sama, maka unsur lainnya dalam kedua senyawa itu akan
mempunyai perbandingan massa sebagai bilangan sederhana dan bulat . Sebagai
contoh unsur karbon dan oksigen dapat membentuk dua senyawa yaitu karbon monooksida dan karbon dioksida. Pada karbon monooksida, tersusun dari 1,33 g oksigen yang
bergabung dengan 1 gram karbon dan pada karbon dioksida, 2,66 g oksigen bergabung dengan 1,00 g karbon. Perbandingan massa oksigen pada kedua senyawa yang bergabung
dengan massa karbon yang tetap adalah : 2
1 66
, 2
33 ,
1 = . Hal ini sesuai dengan teori atom
bahwa bila karbon monooksida terdiri dari 1 atom oksigen yang terikat dengan satu atom karbon dan karbon dioksida terdiri dari 2 atom oksigen yang terikat dengan satu atom
karbon, maka berat oksigen
372
PENDALAMAN MATERI KIMIA
di dalam molekul karbon dioksida haruslah dua kali massa oksigen di dalam molekul karbon monooksida. Untuk lebih jelasnya perhtikan Gambar 1.2.
Rangkuman.
Ilmu kimia adalah ilimu yang membahas, khususnya tentang kemungkinan perubahannya menjadi benda lain tranformation of matter secara permanen. Sifat materi
dapat dibagi menjadi 2 katagori yang besar yaitu sifat ekstensif yang aditif dan sifat intensif yang non aditif
. Disamping itu materi dapat pula dibedakan atas sifat fisika dan sifat kimia. Tiga pembagian materi yang merupakan jantungnya ilmu kimia adalah unsur
elements senyawa compounds, dan sistem dispersi. Hukum-hukum dasar ilmu kimia adalah hukum kekekalan massa, hukum
perbandingan tetap, dan hukum perbandingan berganda. Senyawa yang menyimpang dari hukum kekekalan massa disebut bertolida. Hukum-hukum dasar ilmu kimia ini dapat
dijelaskan dengan tori atom Dalton. Karbon
dengan berat
sama
Perbandingan berat oksigen, 1 :2
Karbon monooksida
Karbon dioksida
Gambar 1.2
Hukum Perbandingan berganda.
PENDALAMAN MATERI KIMIA
373
Soal Latihan 1.1. Sebutkan perbedaan antara sifat ekstensif dan intensif dan berikan contohnya, kalau
bisa berikanlah contoh yang berbeda dengan yang ada dalam diktat ini. 1.2. Sebutkan perbedaan antar kerapatan dengan kerapatan jenis, serta berikan satuannya.
1.3. Mengapa massa digunakan untuk menyatakan jumlah materi di dalam suatu objek, bukannya berat ?.
1.4. Sebutkan perbedaan antara : a. Unsur dan senyawa b. Atom dan molekul c. Campuran homogen dan heterogen d senyawa dan unsur.
1.5. Nyatakan dengan kata-kata sendiri hukum : Kekekalam massa; Perbandingan tetap; Perbandingan berganda.
1.6. Dua sampel magnesium oksida dianalisis. Sampel pertama mengandung 1,52 gram magnesium dan 1,00 gram oksigen. Sampel kedua mengandung 4,56 gram magnesium
dan 3,00 gram oksigen. Apakah hasil analisis ini mematuhi hukum Perbandingan tetap hukum Proust ?.
1.7. Timah membentuk dua senyawa oksida. Senyawa pertama mengandung 1,35 gram oksigen setiap 10 gram timah dan senyawa kedua mengandung 2,70 gram oksigen
setiap 10 gram timah. Tunjukkan bahwa hasil ini mematuhi hukum Perbandingan berganda hukum Dalton.
1.8. Gambarkanlah dengan kata-kata bahwa teori atom Dalton menjelaskan a hukum kekekalan massa b hukum Perbandingan tetap c hukum Perbandingan berganda.
374
PENDALAMAN MATERI KIMIA
1. STOIKIOMETRI A. Pendahuluan