KIMIA DESKRIPTIF DAN TEORITIS

Pengukuran Ilmiah

Pada ilmu pengetahuan harus terdapat metode baku untuk menggambarkan ukuran, massa,

temperatur dan ciri-ciri lain bahan apa saja yang dipelajari. Sudah satu abad ini sistem

metrik dengan strukur desimalnya, merupakan dasar pengukuran ilmiah, dan dalam

kebanyakan negeri juga merupakan penggunan sehari-hari. Namun di Inggris, Amerika

Serikat dan beberapa negeri lain, sampai akhir-akhir ini sistem Inggris untuk bobot dan

ukuran dipertahankan untuk semua maksud kecuali karya ilmiah. Sistem metrik dirancang

untuk menyajikan definisi yang jelas dan perhitungan yang mudah.

Satuan SI untuk Pengukuran

Dalam tahun 1960 diambil suatu langkah utama untuk mengkonsolidasi dan

menyederhanakan pengukuran, ketika Konferensi Umum Bobot dan Ukuran menerima baik

sistem international untuk satuan (SI). Sistem ini merupakan perluasan logis dari sistem

metrik, menghubungkan semua satuan pengukuran ke satuan dasar yang sesedikit

mungkin.

Tujuh Satuan Dasar SI.

Ketujuh satuan dasar SI dipaparkan dalam Tabel 1. Pengukuran semua besaran dapat

dinyatakan dalam ketujuh satuan ini ataupun dalam satuan yang diturunkan dari ketujuh

satuan dasar ini. Beberapa satuan SI turunan dipaparkan dalam Tabel 2.

Karena penting secara fundamental, satuan dasar SI harus didefinisikan secermat

mungkin. Definisi teknis ini berfaedah dalam laboratorium dengan peralatan canggih,

namun hanya sedikit membantu memberikan gambaran praktis bagi kita mengenai

besarnya tiap satuan itu. Kita tidak akan lebih menghayati lamanya satu detik (second)

dengan mengetahui bahwa satu detik ialah lamanya 9.192.631.770 periode dari suatu

macam radiasi dari suatu jenis tertentu atom cesium.

Tabel 1. Satuan dasar SI

Kuantitas fisika Nama satuan Lambang

Panjang Meter m

Massa Kilogram kg

Waktu Detik s

Arus listrik Ampere A

Temperatur termodinamika Kelvin K

Banyaknya zat Mol mol

Intensitas cahaya Kandela cd

Tabel 2. Satuan turunan SI tertentu dengan nama khusus

Kuantitas fisika Nama satuan Lambang

Gaya Newton N

Tekanan Pascal Pa

Energi Joule J

Daya Watt W

Muatan listrik Coulomb C

Selisih potensial listrik Volt V

Tahanan listrik Ohm Ω

Frekwensi hertz Hz

Satuan panjang, luas dan volume

Satuan dasar SI untuk panjang, meter, m adalah 39.37 inch atau kira-kira 1.1 yard. Jarak

yang di Amerika diukur dengan mil, secara internasional dinyatakan dalam kilometer.

Satu kilometer sekitar 0.62 mil

Obyek di laboratorium lebih sesuai bila dinyatakan dalam sentimeter, cm, dan millimeter,

mm ( 1 cm = kira-kira 0,39 inch).

Satuan luas dan volume diturunkan dari satuan panjang. Satuan SI untuk luas ialah

meter persegi, m2, dan untuk volume, meter kubik, m3.

Dalam laboratorium satuan yang sesuai untuk luas ialah sentimeter persegi, cm2, dan

millimeter persegi, mm2. Untuk volume ialah sentimeter kubik, cm3, dan millimeter kubik,

mm3.

Dalam menangani larutan (cair), seringkali ahli kimia merasa sesuai untuk menggunakan

1000 cm3 sebagai volume standar, volume ini disebut liter, L. alat kaca laboratorum

biasa dikalibrasi dalam milliliter, mL, atau sentimeter kubik, 1 mL = 1 cm3 ( satu liter

setara dengan 1,0567 quarts).

Sesatan didefinisikan sebagi selisih antara harga terukur dan harga benar (atau paling

mungkin). Sesatan dinyatakan sebagai suatu besaran positif, tak peduli apakah harga

terukur lebih rendah atau lebih tinggi daripada harga sebenarnya (harga paling

mungkin). Sesatan persen ialah :

% sesatan = sesatan x 100

Harga sebenarnya (paling mungkin)

Satuan Massa dan Rapatan

Satuan dasar SI untuk massa, kilogram, kg, setara dengan sekitar 2,2 pon.

Kilogram baku international adalah sepotong aliase platinum-iridium yang disimpan di

Sevres, Prancis.

Seperseribu bagian dari 1 kg ialah gram, g. dalam laboratorium satuan yang paling lazim

digunakan ialah gram dan milligram.

Rapatan suatu zat didefinisikan sebagai massa per satuan volume.

Satuan yang lazim digunakan dalam laboratorium kimia adalah gram per sentimeter

kubik, g/cm3.

Rapatan zat padat berbeda dengan factor lebih dari 100. Di antara gas selisih itu juga

sangat besar, tetapi sebagi suatu kelompok, gas-gas pad kondisi biasa dapat dianggap

mempunyai rapatan sekitar seperseribu rapatan cairan dan gas.

Rapatan gas sering dinyatakan dalam gram per liter.

Gas hidrogen paling kecil rapatannya, dan zat padat osmium dan iridium paling tinggi

rapatannya.

Berat jenis atau rapatan suatu zat ialah angka banding massanya dan massa air pada

volume yang sama dan temperatur tertentu.

Untuk menentukan berat jenis suatu cairan, dapat digunakan suatu wadah dengan

volume cermat, yang disebut labu volumetric (volumetric flask).

Berat jenis tak bersatuan. Besaran ini merupakan angka banding tak berdimensi.

Gambar 1. Beberapa bejana laboratorium yang lain digunakan untuk mengukur volume cairan

Tabel 3. Rapatan pada temperatur kamar

Zat Rapatan

g/cm3

Hidrogen (gas) 0.000084

Karbon dioksida (gas) 0.0018

Kayu balsa 0.16

Kayu gabus 0.21

Kayu oak 0.71

Etil alkohol 0.79

Air 1.00

Kayu eucalyptus 1.06

Magnesium 1.74

Garam dapur 2.16

Pasir 2.32

Aluminium 2.70

Besi 7.9

Perak 10.5

Timbal 11.3

Merkurium 13.6

Emas 19.3

Satuan Temperatur dan Energi

Selama berpuluh tahun skala ilmiah untuk temperatur didasarkan pada titik beku dan titik

didih air. Selisih antara 2 titik ini dibagi menjadi 100 bagian, karena itu skala ini disebut

skala centigrad

Pada tahun 1948 skala centigrad disebut skala Celcius, oC , untuk menghormati

astronom Swedia, Anders Celcius, yang mengegmbangkan skala ini pada tahun 1742

Kelemahan skala Celcius ini adalah bahwa temperatur-temperatur di bawah titik beku

air, 0o C, berharga negatif. Ini janggal karena temperatur adalah suatu faktor intensitas

yang mengukur panas relatif suatu benda.

Temperatur adalah sifat yang menentukan arah aliran sementara (spontan) dari kalor.

Jika dua benda berdekatan berbeda temperaturnya, benda yang bertemperatur rendah

akan menerima energi panas dari benda yang bertemperatur tinggi.

Oleh karena itu temperatur haruslah diukur pada benda suatu skala, pada skala mana

temperature 0 berarti tak ada energi panas dan pada skala mana tiap benda yang

berenergi-panas akan mempunyai suatu temperatur positif.

Gambar 2. Hubungan antara 3 skala temperatur

Skala temperatur yang titik nolnya menyatakan tak adanya energi panas sama sekali

ialah skala Kelvin.

Temperature 0o K ialah nol mutlak, temperature terbawah yang mungkin.

Energi panas suatu benda adalah energi yang mengalir dari suatu benda panas ke

benda yang lebih dingin.

Banyaknya kalor dalam suatu benda ditentukan tidak hanya oleh temperaturnya, tetapi

juga oleh banyak dan jenis materi dalam benda itu. Misalnya, 10 g besi pada 100 oC

mengandung kalor yang lebih kecil dari pada 100 g besi pada 100 oC, juga 10 g besi

pada 100 oC mengandung kalor yang lebih sedikit daripada 10 g aluminium pad 100 oC.

Satuan energi panas adalah kalori, kal, yang didefinisikan sebagai energi yang

diperlukan untuk mengubah 1 g air sebanyak 1 oC ( tepatnya dari 14,5 oC ke 15,5 oC).

Satuan SI energi ialah joule, J, yang diturunkan dari tiga satuan dasar SI.

J = kg. m2 .s-2

Satuan joule ialah energi yang dihabiskan bila gaya yang diperlukan untuk mempercepat

massa sebesar 1 kg sebanyak 1 m per detik, berpindah sejauh 1 m.

Besaran mekanika apa saja dapat dinyatakan dalam massa, panjang dan waktu.

Nama satuan ini dipilih dari nama James Prescott Joule, seorang ahli fisika Inggris yang

menyusun hubungan antara energi panas dan energi mekanika dalam tahun 1847.

Kalori sekarang resmi didefinisikan dalam joule sabagai : 1 kal = 4,184 joule

Tabel 4. Dimensi besaran mekanika dinyatakan dalam massa (m), panjang (l), dan waktu (t)

Besaran mekanika Dimensi

Luas l

Volume l

Kecepatan l / t

Percepatan l / t2

Rapatan m / l3

Momentum ml / t

Gaya ml / t2

Energi ml2 / t

2

Daya (power) ml2 / t

3

Kalor Jenis

Banyaknya energi panas yang diperlukan untuk mengubah temperature 1 g zat

sebanyak 1 oC atau 1 oK disebut kalor jenis (specific heat) zat itu.

Kalor jenis dapat ditentukan secara eksperimen dengan mengukur kalor yang

diperlukan untuk mengubah temperatur zat dengan bobot tertentu dari T1 ke T2.

Tabel 4. Kalor jenis

Zat Kalor jenis

kal.g-1

.oC

-1 J.g

-1.oK

-1

Air 1.000 4.184

Etil alkohol 0.581 2.43

Es 0.478 2.00

Aluminium 0.212 0.887

Pasir 0.188 0.787

Garam dapur 0.185 0.774

Arang 0.127 0531

Besi 0.108 0.452

Emas 0.0312 0.131

Uranium 0.0280 0.117

Dasar-dasar Kimia Deskriptif

Sifat Materi

Tiap zat, misalnya air, gula, garam, perak atau tembaga, memiliki, seperangkat sifat atau

karakteristik yang membedakannya dari semua zat lain dan memberinya identitas yang

unik, baik gula manis maupun garam berwarna putih, padat, kristalin, larut dalam air dan

tak berbau. Tetapi gula manis, bila dipanaskan akan meleleh dan menjadi coklat. Gula

terbakar di udara. Garam asin, baru meleleh setelah dipanasi sehingga membara, tak

menjadi coklat betapapun dipanasi, tidak terbakar diudara meskipun akan menghasilkan

nyala kuning bila dipanasi di dalam nyaIa. Zat-zat ini diperikan dengan memaparkan

beberapa sifat intrinsik, mereka masing-masing.

Sifat instrinsik : kualitas yang bersifat khas dari tiap zat, tak peduli bentuk dan ukuran

contoh itu.

Sifat ekstrinsik : sifat yang tidak khas dari zat itu sendiri. Ukuran, bentuk, panjang,

bobot dan temperature adalah sifat ekstrinsik.

Sifat Kimia

Kualitas yang khas dari suatu zat yang menyebabkan zat itu berubah, baik sendirian

maupun dengan berantaraksi dengan zat lain, dan dengan berubah itu membentuk

bahan-bahan berlainan, disebut sifat kimia.

Sifat kimia adalah sifat intrinsik.

Misalnya etil alkohol mudah terbakar, besi berkarat dan kayu melapuk; sifat-sifat ini

karakteristik.

Sifat Fisika

Karakteristik suatu zat yang membedakan dari zat-zat lain dan tidak melibatkan

perubahan apapun ke zat lain disebut sifat fisika.

Contoh : titik leleh, titik didih, rapatan, viskositas, kalor jenis, dan kekerasan. Kualitas

dalam kelompok ini dapat diukur dengan mudah dan dinyatakan dalam bilangan.

Zat etil alkohol membeku pada -117,3 oC (155,8 K), mendidih pada 78,5 oC (351,6,K),

mempunvai rapatan sebesar 0,7893 g/cm 3 , dan mempunyai kaior jenis sebesar 2,43

J . g-1 . K-1. Tak ada zat lain yang memiliki perangkut sifat persis seperti ini; zat itu

hanyalah etil alkohol dan tak ada duanya.

Perubahan dalam Materi.

Bahan di sekitar kita dapat selalu berubah. Bahan tumbuhan dan hewan meluruh, logam

berkarat, bensin terbakar, air membeku bila temperatur turun secukupnya dan mencair

kembali bila temperatur naik, tanah mengalami erosi, dan air danau serta laut menguap.

Bila perubahan-perubahan ini dipelajari ternyata dapat dikelompokkan di bawah dua

judul, perubahan kimia dan perubahan fisika.

Perubahan Kimia

Mengakibatkan hilangnya zat-zat dan terbentuknya zat-zat baru.

Misalnya, bila sepotong logam magnesium terbakar dalam suatu bola lampu alat

potret magnesium dan oksigen dalam bola lampu itu musnah. Sebagai gantinya

diperoleh suatu padatan bubuk yang tak dapat terbakar, magnesium oksida, yang

mempunyai seperangkat sifat yang unik.

Contoh lain, perhatikan perubahan materi yang terjadi sebatang jagung menjadi

dewasa. Dalam proses ini karbon dioksida dan air musnah karena diubah menjadi

glukosa dalam tanaman yang sedang tumbuh itu. Kebanyakan gula ini bertumpuk

dalam tongkol dan ketika tongkol ini matang gula itu diubah menjadi pati. Glukosa

yang. terbentuk mempunyai seperangkat ciri yang lain daripada ciri karbon dioksida

dan air. Demikian pula pati memiliki ciri yang berlainan dari gula. Perubahan kimia juga

dirujuk sebagai reaksi kimia.

Perubahan Fisika

Perubahan yang tidak mengakibatkan pembentukan zat baru.

Misalnya bila es meleleh menjadi air atau pasir tergerus menjadi bubuk yang halus, tak

terbentuk zar baru. Tetapi, hendaknya diperhatikan bahwa dalam perubahan fisika

memang terjadi beberapa perubahan dan memang terjadi transformasi energi.

Perubahan Energi

Energi suatu benda atau sistem adalah kemampuan benda atau sistem itu melakukan

kerja. Tiap perubahan kimia maupun fisika, melibatkan perubahan energi, satu bentuk

energi dapat diubah ke bentuk lain.

Energi Listrik

Energi yang dikaitkan dengan lewatnya suatu arus listrik.

Energi listrik diubah menjadi energi cahaya dalam sebuah lampu listrik, menjadi

energi panas dalam suatu kompor listrik, menjadi energi mekanika dalam starter

sebuah mobil.

Energi Radiasi

Merupakan jenis energi yang dikaitkan dengan cahaya biasa, sinar-x, gelombang radio

dan sinar infra-merah.

Energi radiasi juga disebut radiasi elektro-magnetik. Semua radiasi semacam ini

merambat dalam ruang kecepatan cahaya sebesar 3,00 X 108 merer per detik (atau

186.000 mil per detik).

Energi Kimia

Energi yang dimiliki suatu zat karena keadaan kimianya.

Energi kimia diubah menjadi energi macam lain bila materi mengalami perubahan

dengan macam yang sesuai. Misalnya bila batu bara dan bensin terbakar, atau bila

makanan yang kita makan "terbakar" dalam sel-sel kita, maka energi kimia diubah

menjadi energi panas.

Kebalikannya semua macam energi dapat diubah menjadi energi kimia oleh suatu

perubahan yang sesuai macamnya.

Energi radiasi dari matahari diubah menjadi energi kimia dalam suatu pohon agung

yang sedang tumbuh; energi kimia itu dikaitkan dengan zat-zat yang membentuk

tongkol, butir jagung dan bagian lain pohon itu.

Semua proses kehidupan melibatkan perubahan energi kimia menjadi energi dengan

bentuk-bentuk lain, atau sebaliknya. Energi kimia merupakan sumber utama energi

untuk pabrik, perumahan dan transportasi.

Energi Nuklir atau Energi Atom

Dikaitkan dengan cara-cara atom itu disusun.

Metoda-metoda untuk mengubah energi macam ini menjadi energi panas, cahaya

dan bentuk lain telah dikembangkan sejak tahun 1941.

Semua bentuk energi dapat dikelompokkan dalam dua kelas umum: energi potensial dan

energi kinetik.

Energi Potensial

Energi yang dimiliki suatu benda karena posisinya atau karena benda itu berada

dalam suatu keadaan yang bukan keadaan normal dari energi terendah.

Air yang disimpan dalam reservoir di belakang bendungan berada dalam suatu posisi

untuk melakukan kerja dengan cara memutar suatu turbin atau kincir air dan karena itu

memiliki energi potensial.

Suatu per arloji yang diputar erat-erat juga memiliki energi potensial.

Energi kimia adalah suatu bentuk energi potensial.

Energi Kinetik

Merupakan energi suatu benda karena gerakannya.

Contohnya pada saat air mengalir lewat turbin, per arloji perlahan-lahan mengendor

atau bensin terbakar, dalam mesin mobil, energi potensial diubah menjadi energi

kinetik. Suatu mobil yang bergerak, bola yang sedang melambung, pesawat yang

sedang terbang, semuanya memiliki energi kinetik.

Energi kinetik bergantung pada massa maupun kecepatan. Suatu perubahan dalam

kecepatan suatu benda yang bergerak mempengaruhi energi kinetik lebih banyak

daripada massa benda itu karena energi kinetik berbanding lurus dengan kuadrat

kecepatan.

Untuk ilustrasi: tiga mobil identik bergerak satu dengan laju 20, satu dengan 40

dan yang ketiga dengan 60 mil per jam. Maka energi kinetik berbanding sebagai 12 :

22 : 32 '= 1 : 4 : 9. Diperlukan kerja yang 9 kali lebih besar untuk menghentikan mobil

ketiga bandingkan dengan mobil pertama. sedang bila massanya dilipatkan tiga

sementara kecepatannya tetap, energi kinetik itu hanya meningkat tiga kali.

Artinya,energi kinetik berbanding lurus dengan massa. Ketergantungan energi kinetik

pada massa dan kecepata dinyatakan oleh :

K.E =

mv2

Perubahan Eksoterm dan Endoterm.

Jika zat-zat atau suatu zat tunggal berubah sedemkian rupa sehingga energi dilepaskan

ke sekitarnya, perubahan itu dikatakan eksoterm (exothermic, kalor ke luar ). Eksoterm

merujuk pada perubahan energi jenis apa saja, dilepaskan.

Misalnya, bila magnesium terbakar dalam oksigen dan menghasilkan magnesium

oksida, energi kimia diubah menjadi energi panas dan energi radiasi yang

dipancarkan ke sekitarnya. Proses merupakan perubahan eksoterm.

Bila karbondioksida dan air diubah menjadi glukosa dalam suatu tumbuhan hidup, energi

radiasi dari matahari diubah menjadi energi kimia. Perubahan semacam itu, dalam mana

bahan-bahan mengambil energi dari sekitarnya disebut endoterm. Pembentukan

glukosa ini merupakan reaksi endoterm.

Reaksi magnesium dan oksigen untuk membentuk magnesium oksida adalah

eksoterm, sedangkan penguraian magnesium oksida menjadi magnesium dan oksigen

adalah perubahan endoterm.

Banyaknya energi yang diperlukah untuk menguraikan sejumlah tertentu oksida sama

besar dengan energi yang dilepaskan bila magnesium oksida sebanyak itu terbentuk.

Contoh ini menggambarkan suatu asas mendasar : Suatu proses yang bersifat

eksoterm dalam satu arah selalu bersifat endoterm dalam arah yang berlawanan.

Penggolongan Materi

Zat-.zat murni digolongkan sebagai unsur atau senyawa.

Unsur dapat digambarkan sebagi zat-zat yang tidak dapat diuraikan oleh perubahan

kimia sederhana menjadi dua zat berlainan atau lebih.

Beberapa unsur yang telah.dikenal oleh ahli kimia kuno adalah tembaga, perak, emas,

belerang (sulfur), karbon dan fosforus.

Senyawa adalah zat dengan komposisi tertentu yang dapat diuraikan oleh proses kimia

sederhana menjadi dua zat berlainan atau lebih.

Garam dapur, natrium klorida merupakan contoh senyawa. Zat kristalin putih ini dapat

diuraikan menjadi logam aktif mengkilap (natrium) dan suatu gas kuning kehijauan

dan bersifat racun (klor). Sifat-sifat zat yang diperoleh dengan penguraian suatu

senyawa sama sekali tak berhubungan dengan sifat-sifat senyawa itu.

Dewasa ini dikenal lebih dari 100 unsur, tetapi lebih dari 4 juta senyawa.

Beberapa senyawa yang lazim ialah air, gula, alkohol, karbon dioksida dan amoniak.

Campuran adalah bahan yang mengandung dua zat berlainan atau lebih yang

bercampur dengan baik. Suatu campuran tak mempunyai perangkat sifat yang unik ;

sifatnya adalah sifat dari zat-zat penyusunnya.

Udara merupakan campuran gas; udara tersusun terutama dari nitrogen, oksigen,

argon, uap air dan karbon dioksida, dan masing-masing penyusun ini memperagakan

sifat-sifatnya yang unik dalam campuran itu. Komponen-komponen dalam campuran

itu dapat dipisahkan dengan proses fisika, bukan kimia.

Misalnya, bila temperatur udara diturunkan, uap air cenderung memisahkan diri dalam

bentuk cairan atau zat padat, yakni embun atau es (frost). Bila didinginkan lagi,

karbon dioksida akan membeku dan selanjutnya komponen-komponen udara lainnya

akan mencair. Jika udara cair dididihkan dengan hati-hati, campuran ini dapat

dipisahkan, karena tiap komponen cenderung mendidih dalam jangka temperatur

tertentu yang bergantung pada titik didihnya

Metoda memisah-misahkan zat dalam suatu campuran cairan dengan cara mendidihkan

disebut distilasi.

Campuran homogen merujuk ke bahan dalam mana tak ada bagian-bagian yang dapat

dibedakan satu dari yang lain, bahkan dengan mikroskop sekalipun, misalnya larutan

gula dalam air.

Campuran heterogen merujuk ke bahan dalam mana terdapat bagian-bagian yang

nampak berlainan, misalnya campuran bubuk garam dan merica

Gambar 3. Alat distilasi untuk campuran tipe tertentu