Kimia (dari bahasa Arab كيمياء "seni transformasi" dan bahasa
Yunani χημεία khemeia "alkimia") adalah ilmu
yang mempelajari mengenai komposisi 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. Menurut kimia modern, sifat fisik materi umumnya ditentukan oleh struktur pada tingkat atom
yang pada gilirannya ditentukan oleh gaya
antaratom.
Pengantar
Kimia sering disebut sebagai
"ilmu pusat" karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan,
nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran,
bioinformatika, dan geologi [1]. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang
memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Sebagai contoh, kimia fisik melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika terhadap materi pada tingkat atom
dan molekul.
Kimia berhubungan dengan interaksi
materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara materi dan energi, terutama dalam hubungannya dengan hukum pertama termodinamika. Kimia tradisional melibatkan interaksi antara zat kimia dalam reaksi kimia,
yang mengubah satu atau lebih zat menjadi satu atau lebih zat lain. Kadang
reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan entalpi,
seperti ketika dua zat berentalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen elemental
bereaksi membentuk air, zat dengan entalpi lebih rendah. Reaksi kimia dapat
difasilitasi dengan suatu katalis,
yang umumnya merupakan zat kimia lain yang terlibat dalam media reaksi tapi
tidak dikonsumsi (contohnya adalah asam sulfat
yang mengkatalisasi elektrolisis
air) atau fenomena immaterial (seperti radiasi
elektromagnet dalam reaksi fotokimia). Kimia tradisional juga menangani analisis zat kimia, baik di dalam maupun di luar suatu reaksi,
seperti dalam spektroskopi.
Semua materi normal terdiri dari
atom atau komponen-komponen subatom
yang membentuk atom; proton, elektron, dan neutron. Atom dapat dikombinasikan untuk menghasilkan bentuk materi
yang lebih kompleks seperti ion, molekul, atau kristal.
Struktur dunia yang kita jalani sehari-hari dan sifat materi yang berinteraksi
dengan kita ditentukan oleh sifat zat-zat kimia dan interaksi antar mereka. Baja lebih keras dari besi
karena atom-atomnya terikat dalam struktur
kristal yang lebih kaku. Kayu terbakar atau mengalami oksidasi cepat karena ia dapat bereaksi secara spontan dengan oksigen pada suatu reaksi kimia jika berada di atas suatu suhu
tertentu.
Zat cenderung diklasifikasikan
berdasarkan energi, fase, atau komposisi kimianya. Materi dapat digolongkan
dalam 4 fase, urutan dari yang memiliki energi paling rendah adalah padat, cair, gas, dan plasma. Dari keempat jenis fase ini, fase plasma hanya dapat
ditemui di luar
angkasa yang berupa bintang, karena kebutuhan energinya yang teramat besar. Zat padat
memiliki struktur tetap pada suhu kamar
yang dapat melawan gravitasi atau gaya lemah lain yang mencoba merubahnya. Zat cair memiliki ikatan
yang terbatas, tanpa struktur, dan akan mengalir bersama gravitasi. Gas
tidak memiliki ikatan dan bertindak sebagai partikel bebas. Sementara itu,
plasma hanya terdiri dari ion-ion yang bergerak bebas; pasokan energi yang
berlebih mencegah ion-ion ini bersatu menjadi partikel unsur. Satu cara untuk
membedakan ketiga fase pertama adalah dengan volume dan bentuknya: kasarnya,
zat padat memeliki volume dan bentuk yang tetap, zat cair memiliki volume tetap
tapi tanpa bentuk yang tetap, sedangkan gas tidak memiliki baik volume ataupun
bentuk yang tetap.
Air (H2O) berbentuk cairan dalam suhu kamar karena molekul-molekulnya terikat oleh gaya
antarmolekul yang disebut ikatan
Hidrogen. Di sisi lain, hidrogen
sulfida (H2S) berbentuk gas pada
suhu kamar dan tekanan standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan
interaksi dwikutub (dipole) yang lebih lemah. Ikatan hidrogen pada air
memiliki cukup energi untuk mempertahankan molekul air untuk tidak terpisah
satu sama lain, tapi tidak untuk mengalir, yang menjadikannya berwujud cairan
dalam suhu antara 0 °C sampai 100 °C pada permukaan laut. Menurunkan suhu
atau energi lebih lanjut mengizinkan organisasi bentuk yang lebih erat,
menghasilkan suatu zat padat, dan melepaskan energi. Peningkatan energi akan
mencairkan es walaupun suhu tidak akan berubah sampai semua es cair.
Peningkatan suhu air pada gilirannya akan menyebabkannya mendidih (lihat panas
penguapan) sewaktu terdapat cukup energi
untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dan selanjutnya memungkinkan molekul
untuk bergerak menjauhi satu sama lain.
Ilmuwan yang mempelajari kimia sering disebut kimiawan. Sebagian besar kimiawan melakukan spesialisasi dalam satu
atau lebih subdisiplin. Kimia yang diajarkan pada sekolah menengah sering
disebut "kimia umum" dan ditujukan sebagai pengantar terhadap banyak
konsep-konsep dasar dan untuk memberikan pelajar alat untuk melanjutkan ke
subjek lanjutannya. Banyak konsep yang dipresentasikan pada tingkat ini sering
dianggap tak lengkap dan tidak akurat secara teknis. Walaupun demikian, hal
tersebut merupakan alat yang luar biasa. Kimiawan secara reguler menggunakan
alat dan penjelasan yang sederhana dan elegan ini dalam karya mereka, karena
terbukti mampu secara akurat membuat model reaktivitas kimia yang sangat
bervariasi.
Ilmu kimia secara sejarah merupakan
pengembangan baru, tapi ilmu ini berakar pada alkimia yang telah dipraktikkan selama berabad-abad di seluruh
dunia.
Sejarah
Robert
Boyle, perintis kimia modern dengan
menggunakan eksperimen terkontrol, sebagai kontras dari metode alkimia terdahulu.
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.
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 [2].
Cabang ilmu kimia
Kimia umumnya dibagi menjadi
beberapa bidang utama. Terdapat pula beberapa cabang antar-bidang dan
cabang-cabang yang lebih khusus dalam kimia.
-
Kimia analitik
adalah analisis cuplikan bahan untuk memperoleh pemahaman tentang susunan
kimia dan strukturnya. Kimia analitik melibatkan metode eksperimen standar dalam
kimia. Metode-metode ini dapat digunakan dalam semua subdisiplin lain dari
kimia, kecuali untuk kimia teori murni.
-
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.
-
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.
-
Kimia organik
mengkaji struktur, sifat, komposisi, mekanisme, dan reaksi senyawa organik.
Suatu senyawa organik didefinisikan sebagai segala senyawa yang berdasarkan
rantai karbon.
-
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. Kimia fisik melibatkan penggunaan kalkulus untuk menurunkan persamaan, dan biasanya berhubungan dengan
kimia
kuantum serta kimia teori.
-
Kimia teori
adalah studi kimia melalui penjabaran teori dasar (biasanya dalam matematika atau fisika). Secara spesifik, penerapan mekanika
kuantum dalam kimia disebut kimia
kuantum. 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. Kimia teori memiliki banyak tumpang
tindih (secara teori dan eksperimen) dengan fisika
benda kondensi dan fisika
molekular.
-
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.
Bidang lain antara lain adalah astrokimia, biologi molekular,
elektrokimia, farmakologi,
fitokimia, fotokimia, genetika molekular,
geokimia, ilmu bahan,
kimia aliran, kimia atmosfer,
kimia
benda padat, kimia hijau, kimia inti,
kimia
medisinal, kimia
komputasi, kimia
lingkungan, kimia
organologam, kimia
permukaan, kimia
polimer, kimia
supramolekular, nanoteknologi, petrokimia,
sejarah
kimia, sonokimia, teknik kimia,
serta termokimia.
Konsep dasar
Tatanama
Tatanama kimia
merujuk pada sistem penamaan senyawa kimia.
Telah dibuat sistem penamaan spesies kimia yang terdefinisi dengan baik. Senyawa
organik diberi nama menurut sistem tatanama
organik. Senyawa
anorganik dinamai menurut sistem tatanama
anorganik.
Atom
Atom adalah
suatu kumpulan materi yang terdiri atas inti yang bermuatan positif, yang biasanya mengandung proton dan neutron, dan beberapa elektron di sekitarnya yang mengimbangi
muatan positif inti. Atom juga merupakan satuan terkecil yang dapat diuraikan
dari suatu unsur dan masih mempertahankan sifatnya, terbentuk dari inti yang
rapat dan bermuatan positif dikelilingi oleh suatu sistem elektron.
Unsur
Unsur adalah
sekelompok atom yang memiliki jumlah proton
yang sama pada intinya. Jumlah ini disebut sebagai nomor atom unsur. Sebagai contoh, semua atom yang memiliki 6 proton
pada intinya adalah atom dari unsur kimia karbon,
dan semua atom yang memiliki 92 proton pada intinya adalah atom unsur uranium.
Tampilan unsur-unsur yang paling pas adalah dalam tabel
periodik, yang mengelompokkan unsur-unsur
berdasarkan kemiripan sifat kimianya. Daftar unsur berdasarkan nama, lambang, dan nomor atom juga tersedia.
Ion
Ion atau spesies bermuatan, atau suatu atom atau molekul yang
kehilangan atau mendapatkan satu atau lebih elektron. Kation bermuatan positif (misalnya kation natrium Na+) dan anion
bermuatan negatif (misalnya klorida
Cl−) dapat membentuk garam
netral (misalnya natrium klorida,
NaCl). Contoh ion
poliatom yang tidak terpecah sewaktu reaksi
asam-basa adalah hidroksida (OH−) dan fosfat
(PO43−).
Senyawa
Senyawa merupakan suatu zat yang dibentuk oleh dua atau lebih unsur dengan perbandingan tetap yang menentukan
susunannya. sebagai contoh, air merupakan senyawa yang mengandung hidrogen dan oksigen dengan perbandingan dua terhadap satu. Senyawa dibentuk dan
diuraikan oleh reaksi
kimia.
Molekul
Molekul adalah bagian terkecil dan tidak terpecah dari suatu senyawa
kimia murni yang masih mempertahankan
sifat kimia dan fisik yang unik. Suatu molekul terdiri dari dua atau lebih atom yang terikat
satu sama lain.
Zat kimia
Suatu 'zat kimia' dapat berupa suatu
unsur, senyawa, atau campuran senyawa-senyawa, unsur-unsur, atau senyawa dan
unsur. Sebagian besar materi yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari
merupakan suatu bentuk campuran, misalnya air,
aloy, biomassa, dll.
Ikatan kimia
Ikatan kimia
merupakan gaya yang menahan berkumpulnya atom-atom
dalam molekul atau kristal. Pada banyak senyawa sederhana, teori
ikatan valensi dan konsep bilangan
oksidasi dapat digunakan untuk menduga
struktur molekular dan susunannya. Serupa dengan ini, teori-teori dari fisika
klasik dapat digunakan untuk menduga
banyak dari struktur ionik. Pada senyawa yang lebih kompleks/rumit, seperti kompleks logam, teori ikatan valensi tidak dapat digunakan karena
membutuhken pemahaman yang lebih dalam dengan basis mekanika
kuantum.
Wujud zat
Fase adalah kumpulan keadaan sebuah sistem fisik makroskopis
yang relatif serbasama baik itu komposisi kimianya maupun sifat-sifat fisikanya
(misalnya masa jenis, struktur kristal, indeks refraksi, dan lain sebagainya).
Contoh keadaan fase yang kita kenal adalah padatan, cair, dan gas. Keadaan fase
yang lain yang misalnya plasma, kondensasi Bose-Einstein, dan kondensasi
Fermion. Keadaan fase dari material magnetik adalah paramagnetik, feromagnetik
dan diamagnetik.
Reaksi kimia
Reaksi kimia adalah transformasi/perubahan dalam struktur molekul. Reaksi ini bisa menghasilkan penggabungan molekul
membentuk molekul yang lebih besar, pembelahan molekul menjadi dua atau lebih
molekul yang lebih kecil, atau penataulangan
atom-atom dalam molekul. Reaksi kimia selalu melibatkan
terbentuk atau terputusnya ikatan kimia.
Kimia kuantum
Kimia kuantum secara matematis menjelaskan kelakuan dasar materi pada tingkat molekul.
Secara prinsip, dimungkinkan untuk menjelaskan semua sistem kimia dengan menggunakan
teori ini. Dalam praktiknya, hanya sistem kimia paling sederhana yang dapat
secara realistis diinvestigasi dengan mekanika
kuantum murni dan harus dilakukan hampiran
untuk sebagian besar tujuan praktis (misalnya, Hartree-Fock, pasca-Hartree-Fock,
atau teori fungsi kerapatan, lihat kimia komputasi
untuk detilnya). Karenanya, pemahaman mendalam mekanika kuantum tidak
diperlukan bagi sebagian besar bidang kimia karena implikasi penting dari teori
(terutama hampiran orbital) dapat dipahami dan diterapkan dengan lebih
sederhana.
Dalam mekanika kuantum (beberapa
penerapan dalam kimia komputasi dan kimia kuantum), Hamiltonan, atau keadaan fisik, dari partikel dapat dinyatakan sebagai
penjumlahan dua operator, satu berhubungan dengan energi
kinetik dan satunya dengan energi
potensial. Hamiltonan dalam persamaan gelombang
Schrödinger yang digunakan dalam kimia kuantum
tidak memiliki terminologi bagi putaran elektron.
Penyelesaian persamaan Schrödinger
untuk atom hidrogen memberikan bentuk persamaan gelombang untuk orbital atom,
dan energi relatif dari orbital 1s, 2s, 2p, dan 3p. Hampiran orbital dapat
digunakan untuk memahami atom lainnya seperti helium, litium, dan karbon.
Hukum kimia
Hukum-hukum kimia sebenarnya merupakan hukum fisika yang diterapkan dalam sistem kimia. Konsep yang paling
mendasar dalam kimia adalah Hukum
kekekalan massa yang menyatakan bahwa tidak ada
perubahan jumlah zat yang terukur pada saat reaksi kimia biasa. Fisika modern menunjukkan bahwa sebenarnya energilah yang kekal, dan bahwa energi dan massa saling berkaitan. Kekekalan energi
ini mengarahkan kepada pentingnya konsep kesetimbangan, termodinamika,
dan kinetika.
Industri Kimia
Industri kimia adalah salah satu
aktivitas ekonomi yang penting. Top 50 produser kimia dunia pada tahun 2004
mempunyai penjualan sebesar USD $587 milyar dengan profit margin sebesar 8.1%
dan penegluaran rekayasa (research and development) sebesar 2.1% dari total
penjualan kimia. [3]
Referensi
1.
Chemistry
- The Central Science. The Chemistry Hall of Fame.
York University. Diakses pada 12 September 2006
Daftar Pustaka
-
Atkins, P.W. Galileo's Finger
(Oxford University Press)
-
Atkins, P.W. et al. Molecular
Quantum Mechanics (Oxford University Press)
-
Atkins, P.W., Overton,T., Rourke,J.,
Weller,M. and Armstrong,F. Shriver and Atkins inorganic chemistry(4th
edition) 2006(Oxford University Press) ISBN 0-19-926463-5
-
Clayden,J., Greeves,N., Warren,S.,
Wothers,P. Organic Chemistry 2000 (Oxford University Press) ISBN 0-19-850346-6.
-
Pauling, L., and Wilson, E. B. Introduction
to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry (Dover Publications) ISBN 0-486-64871-0
Tidak ada komentar:
Posting Komentar