Untuk memahami ilmu
kimia, maka perlu diketahui asal kata Kimia (inggris:
chemistry) yang berasal dari bahasa Mesir Keme yang berarti bumi adalah ilmu
yang mempelajari tentang komposisi, stuktur, dan sifat materi, beserta segala
perubahan yang menyertai terjadinya reaksi kimia.
Jangkauan kimia
tidak hanya mempelajari materi
nonhayati tapi juga materi hayati serta proses kimia yang terjadi dalam makhluk
hidup itu sendiri baik yang ada di bumi dan luar angkasa.
Ilmu kimia juga
sering disebut sebagai Sentral Ilmu Pengetahuan. Sebab, ia dipakai, diterapkan,
dan dibutuhkan untuk mendukung ilmu pengetahuan
yang lain.
Banyak sekali
bidang-bidang ilmu yang lain terikat dengan ilmu ini, seperti bidang
kedokteran, biologi,
fisika, lingkungan, forensik, astronomi, farmasi, ilmu bahan, komputer, dan
sebagainya.
Dalam bidang
forensic, digunakan sebagai aplikasi test DNA, bidang farmasi dipergunakan cara
sintesis kimia organik, di bidang kedokteran bisa menjelaskan proses
metabolisme obat oleh enzim.
Dan, proses
metabolisme makanan dapat dipelajari di cabang ilmu kimia yaitu biokimia. Analisis komposisi bintang dan
benda angkasa yang lain sangat diperlukan oleh bidang astronomi.
Ilmu Kimia
memiliki banyak cabang dan sub cabang, diantaranya:
Kimia Analisa,
mempelajari teknik analisa
materi untuk menentukan komposisi dan struktur dari materi. Kimia analisa juga
mempelajari cara analisa standart dan metode penelitian standart yang nantinya
akan dipakai oleh cabang ilmu kimia yang lain.
Kimia Anorganik,
mempelajari sifat dan reaksi senyawa anorganik. Dari cabang ini muncul sub
cabang ilmu yang lain seperti Kimia Katalis yang mempelajari cara membuat dan
mempelajari katalis, Kimia Organometalik yaitu mempelajari sifat dan reaksi
perpaduan senyawa organik-logam.
Kimia Organik,
mempelajari sifat, struktur,
mekanisme, dan reaksi senyawa organik. Untuk membedakan dengan senyawa
anorganik maka senyawa organik adalah senyawa yang yang dibangun oleh rantai
karbon.
Mempelajari
kimia organik sangat penting bagi orang yang ingin mempelajari farmasi, biokimia, fitokimia, sintesis
kimia dan ilmu yang lain.
Biokimia adalah
cabang ilmu kimia yang mempelajari zat-zat kimia, reaksi kimia, dan interaksi
zat-zat yang terdapat di dalam makhluk hidup. Biokimia berkolerasi dengan kimia
organik, kimia medisinal, biologi molekular dan genetika.
Kimia Fisika
adalah cabang ilmu kimia yag mempelajari sifat fisika dan sifat dasar materi dari suatu
sistem kimia atau proses kimia. Fokus kimia fisika umumnya berkisar energi dan
sifat thermodiamik suatu sistem. Sub cabang yang sangat penting dari kimia
fisika adalah Kinetika Kimia, Elektrokimia, Spektroskopi, dan Thermokimia.
Kimia Inti
adalah cabang ilmu
kimia yang mempelajari bagaimana partikel-partikel sub atom bergabung satu sama
lain membentuk inti atom.
Kimia Teori
adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari kimia berdasarkan teori dengan dukungan ilmu matematika dan
fisika dan penerapan kuantum mekanik yang disebut kimia kuantum.
Cabang-cabang
ilmu kimia yang lain adalah Nanokimia, Neurokimia, Bioremediasi, Kimia Bahan
Pangan, Kimia Pertanian, Kimia
Flavor, Green Chemistry, Kimia matematika, Kimia Permukaan, Sintesis Kimia,
SonoKimia, Kimia Organik Fisik, Farmakologi, ImunoKimia, Fitokimia, Geokimia
dan masih banyak lagi.
Kimia modern dimulai oleh kimiawan Perancis
Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). Ia menemukan hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia,
dan mengungkap peran oksigen dalam pembakaran. Berdasarkan prinsip ini, kimia
maju di arah yang benar.
Sebenarnya oksigen ditemukan secara independen
oleh dua kimiawan, kimiawan Inggris Joseph Priestley (1733-1804) dan kimiawan
Swedia Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), di penghujung abad ke-18. Jadi, hanya
sekitar dua ratus tahun sebelum kimia modern lahir. Dengan demikian, kimia
merupakan ilmu pengetahuan yang relatif muda bila dibandingkan dengan fisika
dan matematika, keduanya telah berkembang beberapa ribu tahun.
Namun alkimia, metalurgi dan farmasi di zaman
kuno dapat dianggap sebagai akar kimia. Banyak penemuan yang dijumpai oleh
orang-orang yang terlibat aktif di bidang-bidang ini berkontribusi besar pada
kimia modern walaupun alkimia didasarkan atas teori yang salah. Lebih lanjut,
sebelum abad ke-18, metalurgi dan farmasi sebenarnya didasarkan atas pengalaman
saja dan bukan teori. Jadi, nampaknya tidak mungkin titik-titik awal ini yang
kemudian berkembang menjadi kimia modern. Berdasarkan hal-hal ini dan sifat
kimia modern yang terorganisir baik dan sistematik metodologinya, akar
sebenarnya kimia modern mungkin dapat ditemui di filosofi Yunani kuno.
Jalan dari filosofi Yunani kuno ke teori atom
modern tidak selalu mulus. Di Yunani kuno, ada perselisihan yang tajam antara
teori atom dan penolakan keberadaan atom. Sebenarnya, teori atom tetap tidak
ortodoks dalam dunia kimia dan sains. Orang-orang terpelajar tidak tertarik
pada teori atom sampai abad ke-18. Di awal abad ke-19, kimiawan Inggris John
Dalton (1766-1844) melahirkan ulang teori atom Yunani kuno. Bahkan setelah
kelahirannya kembali ini, tidak semua ilmuwan menerima teori atom. Tidak sampai
awal abad 20 teori ato, akhirnya dibuktikan sebagai fakta, bukan hanya
hipotesis. Hal ini dicapai dengan percobaan yang terampil oleh kimiawan
Perancis Jean Baptiste Perrin (1870-1942). Jadi, perlu waktu yang cukup panjang
untuk menetapkan dasar kimia modern.
Sebagaimana dicatat sebelumnya, kimia adalah ilmu
yang relatif muda. Akibatnya, banyak yang masih harus dikerjakan sebelum kimia
dapat mengklaim untuk mempelajari materi, dan melalui pemahaman materi ini
memahami alam ini. Jadi, sangat penting di saat awal pembelajaran kimia kita
meninjau ulang secara singkat bagaimana kimia berkembang sejak kelahirannya.
a. Teori atom kuno
Sebagaimana disebut tadi, akar kimia modern
adalah teori atom yang dikembangkan oleh filsuf Yunani kuno. Filosofi atomik
Yunani kuno sering dihubungkan dengan Democritos (kira-kira 460BC- kira-kira
370 BC). Namun, tidak ada tulisan Democritos yang tinggal. Oleh karena itu,
sumber kita haruslah puisi panjang “De rerum natura” yang ditulis oleh seniman
Romawi Lucretius (kira-kira 96 BC- kira-kira 55 BC).
Atom yang dipaparkan oleh Lucretius memiliki
kemiripan dengan molekul modern. Anggur (wine) dan minyak zaitun, misalnya
memiliki atom-atom sendiri. Atom adalah entitas abstrak. Atom memiliki bentuk
yang khas dengan fungsi yang sesuai dengan bentuknya. ”Atom anggur bulat dan
mulus sehingga dapat melewati kerongkongan dengan mulus sementara atom kina
kasar dan akan sukar melalui kerongkongan”. Teori struktural modern molekul
menyatakan bahwa terdapat hubungan yang sangat dekat antara struktur molekul
dan fungsinya.
Walaupun filosofi yang terartikulasi oleh
Lucretius tidak didukung oleh bukti yang didapat dari percobaan, inilah awal
kimia modern.
Dalam periode yang panjang sejak zaman kuno
sampai zaman pertengahan, teori atom tetap In heretikal (berlwanan dengan teori
yang umum diterima) sebab teori empat unsur (air, tanah, udara dan api) yang
diusulkan filsuf Yunani kuno Aristotole (384 BC-322 BC) menguasi. Ketika otortas
Aristotle mulai menurun di awal abad modern, banyak filsuf dan ilmuwan mulai
mengembangkan teori yang dipengaruhi teori atom Yunani. Gambaran materi tetap
dipegang oleh filsuf Perancis Rene Descartes (1596-1650), filsuf Jerman
Gottfried Wilhelm Freiherr von Leibniz (1646-1716), dan ilmuwan Inggris Sir
Issac Newton (1642-1727) yang lebih kurang dipengaruhi teori atom.
Di awal abad ke-19, teori atom sebagai filosofi
materi telah dikembangkan dengan baik oleh Dalton yang mengembangkan teori atomnya
berdasarkan peran atom dalam reaksi kimia. Teori atomnya dirangkumkan sebagai
berikut:
Teori atom Dalton:(i) partikel dasar yang menyusun unsur adalah atom. Semua atom unsur tertentu identik.
(ii) massa atom yang berjenis sama akan identik tetapi berbeda dengan massa atom unsur jenis lain.
(iii) keseluruhan atom terlibat dalam reaksi kimia. Keseluruhan atom akan membentuk senyawa. Jenis dan jumlah atom dalam senyawa tertentu tetap.
Dasar teoritik teori Dalton terutama didasarkan pada hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap. Keduanya telah ditemukan sebelumnya, dan hukum perbandingan berganda yang dikembangkan oleh Dalton sendiri.
- Senyawa tertentu selalu mengandung perbandingan massa unsur yang sama.
- Bila dua unsur A dan B membentuk sederet senyawa, rasio massa B yang bereaksi dengan sejumlah A dapat direduksi menjadi bilangan bulat sederhana.
Atom Democritos dapat dikatakan sebagai sejenis
miniatur materi. Jadi jumlah jenis atom akan sama dengan jumlah materi. Di
pihak lain, atom Dalton
adalah penyusun materi, dan banyak senyawa dapat dibentuk oleh sejumlah
terbatas atom. Jadi, akan terdapat sejumlah terbatas jenis atom. Teori atom Dalton mensyaratkan proses
dua atau lebih atom bergabung membentuk materi. Hal ini merupakan alasan mengapa
atom Dalton
disebut atom kimia.
Bukti keberadaan atom
Ketika Dalton mengusulkan teori atomnya, teorinya
menarik cukup banyak perhatian. Namun, teorinya ini gagal mendapat dukungan
penuh. Beberapa pendukung Dalton
membuat berbagai usaha penting untuk mempersuasi yang melawan teori ini, tetapi
beberapa oposisi masih tetap ada. Kimia saat itu belum cukup membuktikan
keberadaan atom dengan percobaan. Jadi teori atom tetap merupakan hipotesis.
Lebih lanjut, sains setelah abad ke-18 mengembangkan berbagai percobaan yang
membuat banyak saintis menjadi skeptis pada hipotesis atom. Misalnya, kimiawan
tenar seperti Sir Humphry Davy (1778-1829) dan Michael Faraday (1791-1867),
keduanya dari Inggris, keduanya ragu pada teori atom.
Sementara teori atom masih tetap hipotesis,
berbagai kemajuan besar dibuta di berbagai bidang sains. Salah satunya adalah
kemunculan termodinamika yang cepat di abad 19. Kimia struktural saat itu yang
direpresentasikan oleh teori atom hanyalah masalah akademik dengan sedikit
kemungkinan aplikasi praktis. Tetapi termodinamika yang diturunkan dari isu
praktis seperti efisiensi mesin uap nampak lebih penting. Ada kontroversi yang sangat tajam antara
atomis dengan yang mendukung termodinamika. Debat antara fisikawan Austria
Ludwig Boltzmann (1844-1906) dan kimiawan Jerman Friedrich Wilhelm Ostwald
(1853-1932) dengan fisikawan Austria Ernst Mach (1838-1916) pantas dicatat.
Debat ini berakibat buruk, Boltzmann bunuh diri.
Di awal abad 20, terdapat perubahan besar dalam
minat sains. Sederet penemuan penting, termasuk keradioaktifan, menimbulkan
minat pada sifat atom, dan lebih umum, sains struktural. Bahwa atom ada secara
percobaan dikonfirmasi dengan percobaan kesetimbangan sedimentasi oleh Perrin.
Botanis Inggris, Robert Brown (1773-1858)
menemukan gerak takberaturan partikel koloid dan gerakan ini disebut dengan
gerak Brow, untuk menghormatinya. Fisikawan Swiss Albert Einstein (1879-1955)
mengembangkan teori gerak yang berdasarkan teori atom. Menurut teori ini, gerak
Brown dapat diungkapkan dengan persamaan yang memuat bilangan Avogadro.
D =(RT/N).(1/6παη) (1.1)D adalah gerakan partikel, R tetapan gas, T temperatur, N bilangan Avogadro, α jari-jari partikel dan η viskositas larutan.
Inti ide Perrin adalah sebagai berikut. Partikel
koloid bergerak secara random dengan gerak Brown dan secara simultan mengendap
ke bawah oleh pengaruh gravitasi. Kesetimbangan sedimentasi dihasilkan oleh
kesetimbangan dua gerak ini, gerak random dan sedimentasi. Perrin dengan teliti
mengamati distribusi partikel koloid, dan dengan bantuan persamaan 1.1 dan datanya,
ia mendapatkan bilangan Avogadro. Mengejutkan nilai yang didapatkannya cocok
dengan bilangan Avogadro yang diperoleh dengan metoda lain yang berbeda.
Kecocokan ini selanjutnya membuktikan kebenaran teori atom yang menjadi dasar
teori gerak Brown.
Tidak perlu disebutkan, Perrin tidak dapat
mengamati atom secara langsung. Apa yang dapat dilakukan saintis waktu itu,
termasuk Perrin, adalah menunjukkan bahwa bilangan Avogadro yang didapatkan
dari sejumlah metoda yang berbeda berdasarkan teori atom identik. Dengan kata
lain mereka membuktikan teori atom secara tidak langsung dengan konsistensi
logis.
Dalam kerangka kimia modern, metodologi seperti ini
masih penting. Bahkan sampai hari ini masih tidak mungkin mengamati langsung
partikel sekecil atom dengan mata telanjang atau mikroskop optic. Untuk
mengamati langsung dengan sinar tampak, ukuran partikelnya harus lebih besar
daripada panjang gelombang sinar tampak. Panjang gelombang sinar tampak ada
dalam rentang 4,0 x 10-7- 7,0 x10-7 m, yang besarnya 1000
kali lebih besar daripada ukuran atom. Jadi jelas di luar rentang alat optis
untuk mengamati atom. Dengan bantuan alat baru seperti mikroskop electron (EM)
atau scanning tunneling microscope (STM), ketidakmungkinan ini dapat diatasi.
Walaupun prinsip mengamati atom dengan alat ini, berbeda dengan apa yang
terlibat dengan mengamati bulan atau bunga, kita dapat mengatakan bahwa kita
kini dapat mengamati atom secara langsung
Tidak ada komentar:
Posting Komentar