Ilmu Kimia, Materi dan Wujudnya

Ruang Lingkup Ilmu Kimia

1. Ilmu Kimia

Dalam mempelajari Ilmu Pengetahuan, kita selalu mengamati pada lingkungan sekitar, dan yang menjadi fokus perhatian kita adalah lingkungan sekitar. Alam semesta merupakan salah satu daerah pengamatan bagi para peneliti ilmu pengetahuan alam. Sedangkan interaksi sesama manusia dipelajari para ahli ilmu sosial.

Salah satu bagian dari ilmu pengetahuan alam adalah ilmu kimia, daerah yang dipelajari ahli kimia adalah materi terkait dengan struktur, susunan, sifat dan perubahan materi serta energi yang menyertainya.

2. Materi dan Wujudnya

Istilah materi sudah sering kita dengar dan juga menjadi kata-kata yang dipilih sebagai bahan ejekan terhadap seseorang yang memiliki orientasi terhadap uang dan kebendaan lainnya. Istilah materi dapat kita rujukan dengan alam sekitar kita seperti tumbuhan, hewan, manusia, bebatuan dan lainnya. Alam sekitar kita merupakan ruang dan yang kita lihat adalah sesuatu yang memiliki massa atau berat dan juga volume, sehingga materi didefinisikan sebagai segala sesuatu yang menempati ruang memiliki massa, volume dan memiliki sifat-sifat tertentu.

Gambar Bagan pengelompokan materi berdasarkan wujudnya

Wujud Materi Padat Gas Cair Materi memiliki massa, volume dan sifat, sehingga setiap materi memiliki wujud tertentu. Jika kita melihat sebuah benda atau materi, maka wujudnya bermacam-macam. Di lingkungan sekitar kita mudah dijumpai materi seperti kayu, air, dan udara.

Berdasarkan wujudnya maka materi dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu : padat, cair dan gas (Gambar).

Kita dengan mudah menemui materi yang berwujud gas, seperti: udara, gas bumi, gas elpiji, uap air, dan lainnya. Untuk yang berwujud cair, mudah kita temui dalam kehidupan sehari-hari kita seperti: air, minyak goreng, alkohol, bensin, solar, larutan gula, air laut.

Demikian pula materi dalam wujud padat, terdapat dalam lingkungan sekitar kita dan yang paling sering kita jumpai seperti: baja, batu, gelas, kaca, kayu, kapur dan sebagainya.

Perbedaan dari ketiga macam wujud materi adalah kemungkinan dimampatkan, sifat fluida, bentuk dan volumenya, disajikan dalam Tabel.

Tabel Perbandingan sifat materi Gas, Cair dan Padat Gas Cair Padat

GAS

Materi berwujud gas, mudah dimampatkan, jika terdapat gas pada satu ruang tertentu, maka ruang tersebut dapat diperkecil dengan menambah tekanan sehingga volume gas juga mengecil.

Gas dapat mengalir dari satu ruang yang bertekanan tinggi ke ruang yang bertekanan rendah. Gas dapat berubah bentuk dan volumenya sesuai dengan ruang yang ditempatinya, (Gambar).

CAIR

Materi berwujud cair, sulit dimampatkan, dapat dialirkan dari daerah yang tinggi kedaerah yang lebih rendah, perhatikan Gambar.

Posisi tabung panjang lebih tinggi dibandingkan gelas yang ada di bawahnya, Bentuk zat cair dapat berubah-ubah sesuai dengan tempatnya, namun volumenya tetap, pada gambar tampak bentuk zat cair mula-mula berupa tabung panjang dan berubah menjadi bentuk gelas.

PADAT

Materi yang berwujud padat tidak dapat dimampatkan, tidak memiliki sifat fluida atau mengalir dan bentuk serta volumenya tidak dapat berubah-ubah.

Gambar Gas mengalir dari dalam botol yang memiliki tekanan menuju balon yang memiliki tekanan rendah, Dari dalam botol gas mengalir ke balon dan memiliki bentuk sesuai dengan bentuk balon.

Gambar Cairan mengalir ketika kran dibuka dari tempat yang tinggi ketempat yang lebih rendah, bentuk zat cair berubah dari bentuk tabung panjang menjadi bentuk gelas, namun volume zat cair tetap.

3. Sifat Materi

Ketiga wujud materi yang sudah kita bahas pada dasarnya memiliki sifat-sifat tertentu. Secara umum sifat tersebut dapat kita bagi menjadi dua macam, yaitu sifat kimia dan sifat fisika, lihat Gambar.

Sifat fisika dari sebuah materi adalah sifat-sifat yang terkait dengan perubahan fisika, yaitu sebuah sifat yang dapat diamati karena adanya perubahan fisika atau perubahan yang tidak kekal.

Air sebagai zat cair memiliki sifat fisika seperti mendidih pada suhu 100°C. Sedangkan logam memiliki titik lebur yang cukup tinggi, misalnya besi melebur pada suhu 1500°C.

Sifat Kimia dari sebuah materi merupakan sifat-sifat yang dapat diamati muncul pada saat terjadi perubahan kimia. Untuk lebih mudahnya, kita dapat mengamati dua buah zat yang berbeda misalnya minyak dan kayu. Jika kita melakukan pembakaran, maka minyak lebih mudah terbakar dibandingkan kayu, sehingga mudah tidaknya sebuah zat terbakar merupakan sifat kimia dari zat tersebut.

Beberapa sifat kimia yang lain adalah bagaimana sebuah zat dapat terurai, seperti Batu kapur yang mudah berubah menjadi kapur tohor yang sering disebut dengan kapur sirih dan gas karbon dioksida.

Gambar Bagan sifat materi

Sifat Materi Sifat Fisika Sifat Kimia

4. Perubahan Materi

Perubahan materi adalah perubahan sifat suatu zat atau materi menjadi zat yang lain baik yang menjadi zat baru maupun tidak. Perubahan materi terjadi dipengaruhi oleh energi baik berupa kalor maupun listrik. Perubahan materi dibedakan dalam dua macam yaitu perubahan fisika dan perubahan kimia, perhatikan Gambar.

4.1. Perubahan Fisika

Suatu materi mengalami perubahan fisika, adalah perubahan zat yang bersifat sementara, seperti perubahan wujud, bentuk atau ukuran. Perubahan ini tidak menghasilkan zat baru.

Jika kita memanaskan es, maka es tersebut akan berubah menjadi air, selanjutnya jika kita panaskan terus maka air akan berubah menjadi uap air. Peristiwa ini hanya menunjukan perubahan wujud dimana es, adalah air yang berbentuk padat, dan air yang berbentuk cair, dan uap air adalah air yang berbentuk gas. Tampak bahwa zat masih tetap air. Berbagai macam perubahan wujud adalah contoh perubahan fisika. Beberapa contoh di bawah ini, adalah perubahan wujud yang mudah kita amati. Proses membeku, perubahan dari zat cair menjadi zat padat karena terjadi penurunan suhu, membuat es dan membuat agar-agar atau jelly adalah proses yang sering dilakukan oleh ibu kita.

Penyubliman adalah peristiwa perubahan zat padat berubah menjadi gas. Dalam kehidupan sehari-hari mudah kita jumpai, misalnya kapur barus yang menyublim menjadi gas berbau wangi. Menghablur merupakan peristiwa perubahan gas menjadi padatan, peristiwa ini sering disebut juga dengan pengkristalan. Proses di laboratorium dapat dilakukan untuk membuat kristal amonium sulfat yang berasal dari gas amonia dan belerang dioksida.

Perubahan wujud yang lain adalah menguap, mencair dan mengembun. Peristiwa ini dapat diamati pada peristiwa hujan. Peristiwa ini diawali dengan penguapan air ke udara, selanjutnya mencair kembali dan kembali ke permukaan bumi (Gambar).

Gambar Bagan perubahan materi

Gambar Siklus air, proses terjadinya hujan dan salju

Perubahan Materi Perubahan Fisika Perubahan Kimia

Perubahan bentuk juga termasuk dalam perubahan fisika, misalnya gandum yang digiling menjadi tepung terigu. benang dipintal menjadi kain dan batang pohon dipotong-potong menjad kayu balok, papan dan triplek.

4.2. Perubahan Kimia

Perubahan kimia merupakan yang bersifat kekal dengan menghasilkan zat baru. Perubahan kimia disebut juga reaksi kimia. Untuk mempermudah, dapat kita lakukan percobaan sederhana.

Batang kayu kita ambil dan dibakar, Batang kayu tersebut berubah menjadi abu, asap dan disertai keluarnya panas. Abu, asap dan panas yang keluar tidak berubah kembali menjadi batang kayu. Perhatikan Gambar.

Perubahan yang terjadi kekal dan menjadi ciri perubahan kimia, dengan kata lain, zat sebelum bereaksi berbeda dengan zat sesudah bereaksi.

Beberapa contoh lain adalah :
1. Pembakaran bahan bakar, bensin atau solar menghasilkan zat cair dan asap serta energi yang dapat menggerakkan kendaraan bermotor.
2. Proses fotosiontesa pada tumbuhan yang memiliki zat hijau daun, mengubah air, gas carbon dioksida dan bantuan cahaya matahari dapat diubah menjadi makanan atau karbohidrat,
3. Pemanasan batu kapur menghasil kapur tohor dan gas karbondioksida.

5. Energi menyertai perubahan materi

6. Klasifikasi materi

Zat-zat yang kita temukan di alam semesta ini hanya ada dua kemungkinan, yaitu adalah zat tunggal dan campuran (Gambar).

6.1. Zat tunggal

Zat tunggal adalah materi yang memiliki susunan partikel yang tidak mudah dirubah dan memiliki komposisi yang tetap. Zat tunggal dapat diklasifikasikan sebagai unsur dan senyawa.

Gambar Perubahan Zat A menjadi B adalah bagan reaksi eksoterm, perubahan C menjadi D adalah reaksi endoterm

Gambar Bagan klasifikasi materi Materi Zat Campuran tunggal Unsur Senyawa Heterogen Homogen

Zat tunggal berupa unsur didefinisikan sebagai zat yang tidak dapat diuraikan menjadi zat lain yang lebih sederhana. Unsur besi tidak bisa diuraikan menjadi zat lain, jika ukuran besi ini diperkecil, maka suatu saat akan didapatkan bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi dan disebut dengan atom besi.

Unsur di alam dapat dibagi menjadi dua bagian besar yaitu unsur logam dan bukan logam (bukan logam). Unsur logam umumnya berbentuk padat kecuali unsur air raksa atau mercury (Hg), menghantarkan arus listrik dan panas. Logam permukaannya mengkilat dapat ditempa menjadi plat ataupun kawat. Saat ini kita lebih mengenal dengan nama aliasnya, seperti unsur Ferum dengan lambang Fe yang kita kenal dengan Besi. Aurum dengan lambang Au adalah unsur Emas, dan Argentum (Ag) untuk unsur Perak.

Unsur bukan logam memilki sifat yang berbeda seperti; tidak dapat menghantarkan arus listrik, panas dan bersifat sebagai isolator. Permukaan atau penampang unsurnya tidak mengkilat kecuali unsur Karbon. Wujud unsur ini berupa gas, sehingga tidak dapat ditempa. Secara umum unsur bukan logam juga sudah kita kenal, seperti Oksigen dengan lambang O, Nitrogen dengan lambang N, dan unsur Sulfur dengan lambng S, dalam istilah kita adalah Belerang.

Zat tunggal berupa senyawa didefinisikan sebagai zat yang dibentuk dari berbagai jenis unsur yang saling terikat secara kimia dan memiliki komposisi yang tetap. Senyawa terdiri dari beberapa unsur, maka senyawa dapat diuraikan menjadi unsur-unsurnya dengan proses tertentu. Contoh senyawa yang paling mudah kita kenal adalah air. Senyawa air diberi lambang H2O. Senyawa air terbentuk oleh dua jenis unsur yaitu unsur Hidrogen (H) dan unsur Oksigen (O), dengan komposisi 2 unsur H dan satu unsur O. Gambar 1.11 menjelaskan perbedaan unsur dan senyawa.

Di alam senyawa dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu senyawa Organik dan senyawa Anorganik, pengelompokkan didasari pada unsur-unsur pembentuknya, lihat Gambar.

Senyawa Organik didefinisikan sebagai senyawa yang dibangun oleh unsur karbon sebagai kerangka utamanya. Senyawa-senyawa ini umumnya berasal dari makhkuk hidup atau yang terbentuk oleh makhluk hidup (organisme).

Gambar Bagan hubungan unsur dan senyawa dalam proses penguraian dan pembentukan

Gambar Pengelompokan senyawa berdasarkan unsur pembentuknya

Senyawa Senyawa Anorganik Senyawa Organik

Senyawa ini mudah kita jumpai seperti ureum atau urea terdapat pada air seni (urin). Gula pasir atau sakarosa yang banyak terdapat didalam tebu dan alkohol merupakan hasil fermentasi dari lautan gula.

Senyawa Anorganik adalah senyawa-senyawa yang tidak disusun dari atom karbon, umumnya senyawa ini ditemukan di alam, beberapa contoh senyawa ini seperti garam dapur (Natrium klorida) dengan lambang NaCl, alumunium hdroksida yang dijumpai pada obat mag, memiliki lambang Al(OH)3. Demikian juga dengan gas yang terlibat dalam proses respirasi yaitu gas oksigen dengan lambang O2 dan gas karbon dioksida dengan lambang CO2. Asam juga merupakan salah satu senyawa anorganik yang mudah kita kenal misalnya asam nitrat (HNO3), asam klorida (HCl) dan lainnya.

6.2. Campuran

Campuran adalah materi yang disusun oleh beberapa zat tunggal baik berupa unsur atau senyawa dengan komposisi yang tidak tetap. Dalam campuran sifat dari materi penyusunnya tidak berubah.

Contoh sederhana dari campuran dapat kita jumpai di dapur misalnya saus tomat. Campuran ini mengandung karbohidrat, protein, vitamin C dan masih banyak zatzat lainnya. Sifat karbohidrat, protein dan vitamin C tidak berubah.

Campuran dapat kita bagi menjadi dua jenis, yaitu campuran homogen dan campuran heterogen.

Campuran homogen adalah campuran serbasama yang materi-materi penyusunnya berinteraksi, namun tidak membentuk zat baru. Untuk lebih jelasnya kita perhatikan contohnya larutan gula dalam sebuah gelas. Larutan ini merupakan campuran air dengan gula, jika kita coba rasakan, maka rasa larutan diseluruh bagian gelas adalah sama manisnya, baik yang dipermukaan, ditengah maupun dibagian bawah. Campuran homogen yang memiliki pelarut air sering disebut juga dengan larutan lihat Gambar.

Campuran homogen dapat pula berbentuk sebagai campuran antara logam dengan logam, seperti emas 23 karat merupakan campuran antara logam emas dan perak. Kedua logam tersebut memadu sehingga tidak tampak lagi bagian emas atau bagian peraknya. Campuran logam lain seperti perunggu, alloy, amalgam dan lain sebagainya.

Gambar Contoh campuaran homogeny dan heterogen, A. Larutan Kalium bikromat dan B. Susu

Campuran heterogen adalah campuran serbaneka, dimana materi-materi penyusunnya tidak berinteraksi, sehingga kita dapat mengamati dengan jelas dari materi penyusun campuran tersebut (Gambar).

Campuran heterogen tidak memerlukan komposisi yang tetap seperti halnya senyawa, jika kita mencampurkan dua materi atau lebih maka akan terjadi campuran. Contoh yang paling mudah kita amati dan kita lakukan adalah mencampur minyak dengan air, kita dapat menentukan bagian minyak dan bagian air dengan indera mata kita. Perhatikan pula susu campuran yang kompleks, terdiri dari berbagai macam zat seperti protein, karbohidrat, lemak, vitamin C dan E dan mineral (Gambar).