KIMIA dan FISIKA

KIMIA DAN FISIKA

• Pengertian Kimia

Kimia mempelajari komposisi, struktur, dan sifat zat kimia dan transformasi yang dialaminya. Kimia (dari bahasa Arab “seni transformasi” dan bahasa Yunani 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.

Kimia sering disebut sebagai “ilmu pusat” karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan, 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 hokum pertama termodinamika. Kimia tradisional melibatkan nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika, dan geologi [1]. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin 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 hydrogen 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 electromagnet 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, hydrogen sulfida (H2S) berbentuk gas pada suhu kamar dan tekanan standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan interaksi dwikutub (dipole) yang lebih lemah. Ikatan hydrogen pada air memiliki cukup energy 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 energy untuk mengatasi gaya tarik antar molekul 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 regular 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 seantero dunia.

• Pengertian Fisika

-          Pengertian Fisika secara Ontologi

Fisika adalah ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan penemuan dan pemahaman mendasar hukum-hukum yang menggerakkan Fisika adalah studi mengenai dunia anorganik fisik, sebagai lawan dari dunia organik seperti biologi , fisiologi dan lain-lain. (physical science, Britannica Concise Encyclopedia, 2006). Atau dalam pengertian lain fisika adalah ilmu yang mempelajari/ mengkaji benda-benda yang ada di alam, gejala-gejala, kejadian-kejadian alam serta interaksi dari benda-benda di alam tersebut secara fisik dan mencoba merumuskannya secara matematis sehingga dapat dimengerti secara pasti oleh manusia untuk kemanfaatan umat manusia lebih lanjut. Jadi fisika merupakan suatu cabang ilmu pengetahuan sains yang mempelajari sesuatu yang konkret dan dapat dibuktikan secara matematis dengan menggunakan rumus-rumus persamaan yang didukung adanya penelitian yang terus dikembangkan oleh para fisikawan.

-          Pengertian Fisika secara Epistimologi

Menurut sejarah, fisika adalah bidang ilmu yang tertua, karena dimulai dari pengamatan-pengamatan dari gerakan benda-benda langit. Terdapat dua hal saling terkait yang tidak bias dipisahkan di dalam fisika, yaitu pengamatan dalam eksperimen dan telaah teori. Keduanya tidak dapat dipisahkan saling tergantung satu sama lain. Untuk sesuatu yang baru teori bergantung pada hasil-hasil eksperimen, tapi di sisi lain arah eksperimen dipandu dengan adanya teori (Timo A. Nieminen, Theory versus experiment? No!,The University of Queensland, Friday, 6th October, 2006).

Awal mula adanya ilmu fisika ini lebih pada berbagai macam pertanyaan yang timbul dalam benak manusia mengenai segala apa yang ada dan terjadi di alam ini yang membuat manusia melakukan berbagai upaya guna mencari jawabannya. Salah satunya adalah dengan melakukan pengamatan yang dilanjutkan dengan penelitian yang akhirnya akan mendapatkan suatu hasil sebagai jawaban berupa teori mengenai fenomena alam yang ada dalam hukum-hukum fisika . Segala apa yang dikaji dalam fisika tidak lepas dari apa yang telah tersirat dalam Al-qur’an.

-          Pengertian Fisika secara Aksiologi

Manusia adalah makhluk yang memiliki tujuan di bumi ini untuk beribadah kepada Allah, ibadah ini dalam pengertian yang luas dan bukan hanya ibadah yang sifatnya khusus belaka. Untuk memaksimalkan ibadah dan penghambaan manusia pada Sang Pencipta itu, manusia harus mengenal Ayat-Ayat Kauniyah yang telah diturunkan sebagai kebenaran bagi manusia. Salah satu Ayat Kauniyah itu adalah Fisika yang seharusnya menyenangkan, karena dengan jalan demikian yang merupakan salah satu dari banyak jalan kita dapat lebih memaksimalkan potensi religiousitas kita. Ketika kita belajar fisika , kita melihat fenomena-fenomena alam yang begitu menakjubkan. Sehingga akan menambah keimanan kita sebagai hamba Allah.

Tujuan fisika adalah agar kita dapat mengerti bagian dasar dari benda-benda dan interaksi antara benda-benda, jadi untuk menerangkan gejala-gejala alam. Perkembangan ilmu fisika dalam kehidupan manusia telah membawa manusia kepada kehidupan yang lebih baik.

• 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 oC. Sedangkan logam memiliki titik lebur yang cukup tinggi, misalnya besi melebur pada suhu 1500o 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.

• 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.

• Pengenalan Unsur dan Sistem Periodik

UNSUR

Unsur adalah zat murni yang dapat diuraikan lagi menjadi zat lain yang lebih sederhana dengan reaksi kimia biasa. Penulisan lambang unsur mengikuti aturan sebagai berikut:

1. Lambang unsur diambil dari singkatan nama unsur. Beberapa lambang unsure berasal dari bahasa Latin atau Yunani nama unsure tersebut. Misalnya Fe dari kata ferrum (bahasa latin) sebagai lambang unsur besi.

2. Lambang unsur ditulis dengan satu huruf kapital.

3. Untuk Unsur yang dilambangkan dengan lebih dengan satu huruf, huruf pertama lambang ditulis dengan huruf kapital dan huruf kedua/ketiga ditulis dengan huruf kecil.

4. Unsur-unsur yang memiliki nama dengan huruf pertama sama maka huruf pertama lambing unsur diambil dari huruf pertama nama unsure dan huruf kedua diambil dari huruf lain yang terdapat pada nama unsure tersebut. Misalnya, Rauntuk radium dan Rn untuk radon. Pada suhu kamar (25 C) unsure dapat berwujud Padat, Cair,dan Gas, secara umum unsur terbagi menjadi dua kelompok yaitu:

-          Unsur Logam : umumnya unsur logam diberi nama akhiran ium. Umumnya logam ini memiliki titik didih tinggi, mengilap, dapat dibengkokan, dan dapt menghantarkan panas atau arus listrik

-          Unsur Non Logam : umumnya memiliki titik didih rendah, tidak mengkilap, kadang-kadang rapuh tak dapat dibengkokkan dan sukar menghantarkan panas atau arus listrik.

Senyawa adalah zat yang terbentuk dari penggabungan unsur-unsur dengan pembagian tertentu. Senyawa dihasilkan dari reaksi kimia antara dua unsur atau lebih melalui reaksi pembentukan. Misalnya, karat besi (hematit) berupa Fe2O3 dihasilkan oleh reaksi besi (Fe) dengan oksigen (O). Senyawa dapat diuraikan menjadi unsur-unsur pembentuknya melalui reaksi penguraian.

Senyawa mempunyai sifat yang berbeda dengan unsur-unsur pembentuknya. Senyawa hanya dapat diuraikan menjadi unsur-unsur pembentuknya melalui reaksi kimia. Pada kondisi yang sama, senyawa dapat memiliki wujud berbeda dengan unsur-unsur pembentuknya. Sifat fisika dan kimia senyawa berbeda dengan unsur-unsur pembentuknya. Misalnya reaksi antara gas hidrogen dan gas oksigen membentuk senyawa air yang berwujud cair.

SISTEM PERIODIK

MACAM-MACAM SISTEM PERIODIK

1. TRIADE DOBEREINER DAN HUKUM OKTAF NEWLANDS TRIADE DOBEREINER

Dobereiner menemukan adanya beberapa kelompok tiga unsure yang memiliki kemiripan sifat, yang ada hubungannya dengan massa atom. Contoh kelompok-kelompok triade:

- Cl, Br dan I

- Ca, Sr dan Ba

- S, Se dan Te

HUKUM OKTAF NEWLANDS

Apabila unsur disusun berdasarkan kenaikan massa atom, maka unsur kesembilan mempunyai sifat-sifat yang mirip dengan unsur pertama, unsure kesepuluh mirip dengan unsure kedua dan seterusnya. Karena setelah unsur kedelapan sifat-sifatnya selalu terulang, maka dinamakan hokum Oktaf. (+8) Contoh: Li (nomor atom 3) akan mirip sifatnya dengan Na (nomor atom 11) 3   11

2. SISTEM PERIODIK MENDELEYEV

- Disusun berdasarkan massa atomnya dengan tidak mengabaikan sifat-sifat unsurnya.

- Lahirlah hukum periodik unsur yang menyatakan bahwa apabila unsur disusun menurut massa atomnya, maka unsur itu akan menunjukkan sifat-sifat yang berulang secara periodik.

- Beberapa keunggulan system periodik Mendeleyev, antara lain:

- Ada tempat bagi unsure transisi.

- Terdapat tempat-tempat kosong yang diramalkan akan diisi dengan unsur yang belum ditemukan pada waktu itu.

- Kekurangan sistem periodik ini:

- Adanya empat pasal anomali, yaitu penyimpangan terhadap hukum perioditas yang disusun berdasarkan kenaikan massa atomnya. Keempat anomali itu adalah: Ar dengan K, Te dengan I, Co dengan Ni dan Th dengan Pa.

3. SISTEM PERIODIK BENTUK PANJANG

Sistem ini merupakan penyempurnaan dari gagasan Mendeleyev, disusun berdasarkan nomor atomnya. Sistem ini terdiri dari dua deret, deret horisontal disebut periodic dan deret vertikal disebut golongan.

4. SISTEM PERIODIK DAN HUBUNGANNYA DENGAN KONFIGURASI ELEKTRON

A.    HUBUNGAN ANTARA PERIODA DENGAN KONFIGURASI ELEKTRON

Dalam sistem periodik, perioda menunjukkan banyaknya kulit yang telah terisi elektron di dalam suatu atom. Sehingga sesuai dengan banyaknya kulit yaitu K, L, M, N, O, P, Q maka sistem periodic mempunyai 7 perioda.

B.     HUBUNGAN ANTARA GOLONGAN DENGAN KONFIGURASI ELEKTRON

Unsur yang terletak pada satu golongan mempunyai sifat-sifat kimia yang mirip (hampir sama). Unsur-unsur golongan A disebut golongan utama, sedangkan unsur-unsur golongan B disebut unsur transisi (peralihan), semua unsur transisi diberi simbol B kecuali untuk triade besi, paladium dan platina disebut "golongan VIII''.

- LAMBANG UNSUR-UNSUR GOLONGAN A

Lambang Golongan Nama Golongan Konfigurasi Elektron Orbital Terluar

I - A Alkali ns1

II - A Alkali tanah ns2

III - A Boron ns2 - np 1

IV – A Karbon – Silikon ns2 - np 2

V – A Nitogen – Posphor ns2 - np 3

VI - A Oksigen ns2 - np 4

VII – A Halogen ns2 - np 5

VIII – A Gas mulia ns2 - np 6

- LAMBANG UNSUR-UNSUR GOLONGAN B

Konfigurasi Elektron Lambang Golongan

(n - 1) d1 ns 2

III – B (n - 1) d2 ns 2

IV – B (n - 1) d3 ns 2

V – B (n - 1) d4 ns 2

VI – B (n - 1) d5 ns 2

VII – B (n - 1) d 6-8 ns 2

VIII (n - 1) d9 ns 2

I – B (n - 1) d 10 ns 2

II – B

- GOLONGAN LANTANIDA DAN AKTINIDA, DIBERI LAMBANG

nS 2 (n -2)f 1-14

Jika :

n = 6 adalah lantanida

n = 7 adalah aktinida

C.    CARA PENENTUAN PERIODA DAN GOLONGAN SUATU UNSUR

1. Unsur dengan nomor atom 11, konfigurasinya : 1s 2 2s 2 2p 63s 1

- n = 3, berarti periode 3 (kulit M).

- elektron valensi (terluar) 3s sebanyak 1 elektron, berarti termasuk golongan IA.

2. Unsur Ga dengan nomor atom 31, konfigurasinya : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1

- n = 4, berarti perioda 4 (kulit N).

- elektronvalensi 4s 2 4p 1 , berarti golongan IIIA.

3. Unsur Sc dengan nomor atom 21, konfigurasinya : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 - n = 4, berarti perioda 4 (kulit N).

- 3d 1 4s 2 berarti golongan IIIB.

4. Unsur Fe dengan nomor atom 26, konfigurasinya : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10

- n = 4, berarti perioda 4 (kulit N).

- 3d 6 4s 2 , berarti golongan VIII.

D.    BEBERAPA SIFAT PERIODIK UNSUR-UNSUR

1.  Jari jari atom adalah jarak dari inti atom ke lintasan elektron terluar.

- Dalam satu perioda, dari kiri ke kanan jari jari atom berkurang.

- Dalam satu golongan, dari atas ke bawah jari-jari atom bertambah.

- Jari-jari atom netral lebih besar daripada jari-jari ion positifnya tetapi lebih kecil dari jari-jari ion negatifnya. Contoh: jari-jari atom Cl < jari-jari ion Cl - jari-jari atom Ba > jari-jari ion Ba2+

2. Potensial ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron yang paling lemah/luar dari atom suatu unsur atau ion dalam keadaan gas.

- Dalam satu perioda, dari kiri ke kanan potensial ionisasi bertambah.

- Dalam satu golongan, dari atas ke bawah potensial ionisasi berkurang.

3.  Affinitas elektron adalah besarnya energi yang dibebaskan pada saat atom suatu unsure dalam keadaan gas menerima elektron.

- Dalam satu perioda, dari kiri ke kanan affinitas electron bertambah.

- Dalam satu golongan, dari atas ke bawah affinitas elektron berkurang.

4. Keelektronegatifan adalah kemampuan atom suatu unsure untuk menarik elektron ke arah intinya dan digunakan bersama.