Struktur Atom Kimia

PARTIKEL MATERI

Bagian terkecil dari materi disebut partikel.

Beberapa pendapat tentang partikel materi :
1.        Menurut Democritus, pembagian materi bersifat diskontinyu ( jika suatu materi dibagi dan terus dibagi maka akhirnya diperoleh partikel terkecil yang sudah tidak dapat dibagi lagi = disebut Atom )
2.        Menurut Plato dan Aristoteles, pembagian materi bersifat kontinyu ( pembagian dapat berlanjut tanpa batas )

Postulat Dasar dari Teori Atom Dalton :

1)       Setiap materi terdiri atas partikel yang disebut atom
2)       Unsur adalah materi yang terdiri atas sejenis atom
3)       Atom suatu unsur adalah identik tetapi berbeda dengan atom unsur lain ( mempunyai massa yang berbeda )
4)       Senyawa adalah materi yang terdiri atas 2 atau lebih jenis atom dengan perbandingan tertentu
5)       Atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dan tidak dapat diubah menjadi atom lain melalui reaksi kimia biasa. Reaksi kimia hanyalah penataan ulang ( reorganisasi ) atom-atom yang terlibat dalam reaksi tersebut

 Kelemahan dari postulat teori Atom Dalton :

1)       Atom bukanlah sesuatu yang tak terbagi, melainkan terdiri dari partikel subatom
2)       Atom-atom dari unsur yang sama, dapat mempunyai massa yang berbeda ( disebut Isotop )
3)       Atom dari suatu unsur dapat diubah menjadi atom unsur lain melalui Reaksi Nuklir
4)       Beberapa unsur tidak terdiri dari atom-atom melainkan molekul-molekul

PERKEMBANGAN TEORI ATOM

1).    Model Atom Dalton

a)       Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil.

b)       Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi.

c)        Atom suatu unsur sama memiliki sifat yang sama, sedangkan atom unsur berbeda, berlainan dalam massa dan sifatnya.

d)       Senyawa terbentuk jika atom bergabung satu sama lain.

e)       Reaksi kimia hanyalah reorganisasi dari atom-atom, sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

 Teori atom Dalton ditunjang oleh 2 hukum alam yaitu :

1.        Hukum Kekekalan Massa ( hukum Lavoisier )  :      massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.

2.        Hukum Perbandingan Tetap ( hukum Proust )       :        perbandingan massa unsur-unsur yang menyusun suatu zat adalah tetap.

Kelemahan Model Atom Dalton :

1)       Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain

2)       Tidak dapat menjelaskan sifat listrik dari materi

3)       Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan

4)       Menurut teori atom Dalton nomor 5, tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia. Kini ternyata dengan reaksi kimia nuklir, suatu atom dapat berubah menjadi atom lain.

2).    Model Atom Thomson

Setelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson, disusunlah model atom Thomson yang merupakan penyempurnaan dari model atom Dalton. Menurut Thomson :
a)       Atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron (bagaikan kismis dalam roti kismis)
b)       Atom bersifat netral, yaitu muatan positif dan muatan negatif jumlahnya sama

 3).             Model Atom Rutherford

a)       Rutherford menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif, berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya.
b)       Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta elektron bergerak melintasi inti (seperti planet dalam tata surya).
c)        Atom bersifat netral.
d)       Jari-jari inti atom dan jari-jari atom sudah dapat ditentukan.

Kelemahan Model Atom Rutherford :

Ø       Ketidakmampuan untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron.
Ø       Menurut teori Maxwell, jika elektron sebagai partikel bermuatan mengitari inti yang memiliki muatan yang berlawanan maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akan kehilangan tenaga/energi dalam bentuk radiasi sehingga akhirnya jatuh ke inti.

4).    Model Atom Niels Bohr

• Model atomnya didasarkan pada teori kuantum untuk menjelaskan spektrum gas hidrogen.
• Menurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya menempati tingkat-tingkat energi tertentu dalam atom.

Menurutnya :
a)       Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan di sekitarnya beredar elektron-elektron yang bermuatan negatif.
b)       Elektron beredar mengelilingi inti atom pada orbit tertentu yang dikenal sebagai keadaan gerakan yang stasioner (tetap) yang selanjutnya disebut dengan tingkat energi utama (kulit elektron) yang dinyatakan dengan bilangan kuantum utama (n).
c)        Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energinya akan tetap sehingga tidak ada cahaya yang dipancarkan.
d)       Elektron hanya dapat berpindah dari lintasan stasioner yang lebih rendah ke lintasan stasioner yang lebih tinggi jika menyerap energi. Sebaliknya, jika elektron berpindah dari lintasan stasioner yang lebih tinggi ke rendah terjadi pelepasan energi.
e)       Pada keadaan normal (tanpa pengaruh luar), elektron menempati tingkat energi terendah (disebut tingkat dasar = ground state)

Kelemahan Model Atom Niels Bohr :

1.        Hanya dapat menerangkan spektrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion yang berelektron banyak.
2.        Tidak mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia

5).    Model Atom Modern

Dikembangkan berdasarkan teori mekanika kuantum yang disebut mekanika gelombang; diprakarsai oleh 3 ahli :
a)       Louis Victor de Broglie
Menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang.
b)       Werner Heisenberg
Mengemukakan prinsip ketidakpastian untuk materi yang bersifat sebagai partikel dan gelombang. Jarak atau letak elektron-elektron yang mengelilingi inti hanya dapat ditentukan dengan kemungkinan – kemungkinan saja.
c)        Erwin Schrodinger (menyempurnakan model Atom Bohr)
Berhasil menyusun persamaan gelombang untuk elektron dengan menggunakan prinsip mekanika gelombang. Elektron-elektron yang mengelilingi inti terdapat di dalam suatu orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.

Model atom Modern :

a)       Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron sedangkan elektron-elektron bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom.
b)       Orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.
c)        Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

• Orbital digambarkan sebagai awan elektron yaitu : bentuk-bentuk ruang dimana suatu elektron kemungkinan ditemukan.
• Semakin rapat awan elektron maka semakin besar kemungkinan elektron ditemukan dan sebaliknya.

Semut dan Senyawa Kimianya

Senyawa kimia dan keunikan semut

Sekilas semut merupakan makhluk kecil yang tidak memberikan apa-apa manfaat dalam kehidupan manusia.Namun, makhluk kecil ini mendapat perhatian khusus dalam agama Islam sehingga di dalam kitab suci Al Quran sendiri ada suatu surat khusus yang dinamakan semut yaitu Surah al-Naml.Kehidupan semut juga agak unik. Bayangkan bagaimana ribuan ekor semut di dalam koloni mereka dapat mengenali satu sama lain.Pernahkah kita memperhatikan pergerakan semut sewaktu ia berjalan dan bertemu semut lain.Semut-semut seakan-akan bercium atau bersentuhan satu sama lain. Seolah-olah mereka kenal satu dengan yang lain di dalam sebuah kelompok semut yang berjumlah puluhan ribu pada suatu waktu.Anggota kimia dan biologi telah bergabung untuk merungkai misteri dan rahasia dibalik keunikan serangga jenis semut ini yang tidak dipecahkan sejak berabad-abad lamanya.
Ilmuwan kimia dan biologi berusaha untuk menemukan sejenis senyawa kimia yang tersimpan di dalam jasad semut yang memungkinkan mereka berinteraksi, kehidupan mereka yang tersusun, teratur, tekun dan juga disiplin dalam menjalankan kehidupan sebagai seekor semur di alam ini.
Ilmuwan di Eropa dan Finlandia telah menyimpulkan awal bahwa sejenis semut yang dikenal sebagai Formica exsecta memiliki senyawa kimia campuran alkena dan komposisi setiap senyawa kimia jenis alkena tersebut adalah unik dan berbeda antara satu dengan yang lain.Kajian awal tentang perilaku semut yang dilakukan menunjukkanbahawa, perubahan kecil yang dilakukan ke atas komposisi senyawa kimia yang dimiliki ooleh semut akan memberikan reaksi dan pendapat berbeda untuk setiap semut tersebut.Menurut Stephen Martin dari Universitas Sheffield Inggris, mekanisme komunikasi dan interaksi antara beberapa koloni semut Kategori atau spesies yang berbeda adalah satu fenomena unik yang mencoba dikaji oleh ilmuwan.Grup peneliti yang dipimpin beliau memulai penelitian dengan melihat perilaku semut-semut dari satu koloni yang sama dengan meletakkan telur-telur mereka di dalam sarang koloni semut yang lain.Mereka ingin mempelajari mengapa situasi tersebut terjadi.Selain itu, satu lagi fenomena yang mencoba untuk dipahami oleh ilmuwan adalah tentang bagaimana semut-semut ini mampu mengenali ribuan semut lain di dalam sarang dan koloni mereka, namun akan mulai bertindak agresif dan menyerang kelompok semut yang datang dari koloni lain.Hipotesis awal menunjukkan senyawa kimia yang ada pada semut ini mempengaruhi setiap tindak tanduk semut.Semut yang dipilih untuk penelitian iniialah jenis Formica execta yang merupakan spesies terbaik untuk mempelajari komposisi kimia yang dimiliki oleh koloni semut untuk memecahkan rahasia komunikasi serangga ini menurut Profesor Stephen Martin.Spesisi F.execta menghasilkan senyawa campuran kimia alkana dan alkena, dan untuk mengetahui rahasia ini semut adalah serangga yang paling baik untuk tujuan tersebut.Seorang lagi ilmuwan kimia dari Universitas Keele, Inggris yaitu Profesor Falko Drijfthout menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometry untuk mempelajari profil alkena yang dihasilkan dari setiap koloni semut.Dalam penelitian beliau, Drijthouft menemukan dalam satu koloni, profil alkena hampir sama dengan semua semut yang lain yang menunjukkan bahwa mereka menggunakan hanya alkena dan bukan alkana untuk melihat koloni musuh yang mencoba menyusup masuk dalam koloni mereka.Salah satu metode eksperimen yang dilakukan adalah dengan mencelup semut yang diambil dari satu koloni ke dalam bahan kimia heksana yaitu sejenis pelarut universal untuk memecahkan komposisi bau berbasis alkena yang ada pada badan semut tersebut.Setelah dineutralkan menggunakan heksana, semut tadi kemudian direndam pula ke dalam alkena dan diletakkan kembali ke dalam koloninya yang sama.Dari pengamatan peneliti, semut tadi kemudian terus diserang oleh semut-semut lain meskipun ia datang dari kelompok atau koloni yang sama.Eksperimen lain dilakukan dengan menggunakan alkena-alkena tipe berbeda untuk koloni semut yang sama dan keputusanjelas menunjukkan senyawa kimia alkena yang berbeda akan membuat kelompok semut ini tidak dapat mengenali anggota koloni mereka sesama sendiri.Menurut Martin, penemuan awal, penelitian ini adalah sangat penting bagi kelompok ilmuwan dalam mempelajari biologi dan kimia koloni serangga yang telah mempelajari tentang keunikan kehidupan semut.Ia seolah-olah memberikan satu pertanda atau kode-kode tertentu ke semut dalam berkomunikasi dan interaksi sesama mereka.Penemuan senyawa kimia jenis alkena di dalam semut mungkin dapat diaplikasikan dalam penciptaan teknologi terbaru sistem pengenalan yang semakin hari semakin kompleks.Teknologi sistem pengenalan manusia seperti menjadi semakin penting bila saban hari kita dikejutkan dengan berita-berita kejahatan yang gagal terdeteksi dengan teknologi yang ada.Kemungkinan penelitian Profesor Stephen Martin dan Falko Drijftout pada komposisi kimia di dalam serangga semut dapat dimanfaatkan untuk tujuan tersebut. Banyak kemungkinan yang bisa terjadi dalam dunia sains dan penelitian.Penulis adalah Pegawai Ilmu di Institut Rekayasa Mikro dan Nanoelektronik (IMEN) Universiti Kebangsaan Malaysia.

Termokimia

Termokimia

Termokimia dapat didefinisikan sebagai bagian ilmu kimia yang mempelajari dinamika atau perubahan reaksi kimia dengan mengamati panas/termal nya saja. Salah satu terapan ilmu ini dalam kehidupan sehari-hari ialah reaksi kimia dalam tubuh kita dimana produksi dari energi-energi yang dibutuhkan atau dikeluarkan untuk semua tugas yang kita lakukan. Pembakaran dari bahan bakar seperti minyak dan batu bara dipakai untuk pembangkit listrik. Bensin yang dibakar dalam mesin mobil akan menghasilkan kekuatan yang menyebabkan mobil berjalan. Bila kita mempunyai kompor gas berarti kita membakar gas metan (komponen utama dari gas alam) yang menghasilkan panas untuk memasak. Dan melalui urutan reaksi yang disebut metabolisme, makanan yang dimakan akan menghasilkan energi yang kita perlukan untuk tubuh agar berfungsi.

Hampir semua reaksi kimia selalu ada energi yang diambil atau dikeluarkan. Mari kita periksa terjadinya hal ini dan bagaimana kita mengetahui adanya perubahan energi.

Peristiwa termokimia

Misalkan kita akan melakukan reaksi kimia dalam suatu tempat tertutup sehingga tak ada panas yang dapat keluar atau masuk kedalam campuran reaksi tersebut. Atau reaksi dilakukan sedemikian rupa sehingga energi total tetap sama. Juga misalkan energi potensial dari hasil reaksi lebih rendah dari energi potensial pereaksi sehingga waktu reaksi terjadi ada penurunan energi potensial. Tetapi energi ini tak dapat hilang begitu saja karena energi total (kinetik dan potensial) harus tetap konstan. Sebab itu, bila energi potensialnya turun, maka energi kinetiknya harus naik berarti energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Penambahan jumlah energi kinetik akan menyebabkan harga rata-rata energi kinetik dari molekulmolekul naik, yang kita lihat sebagai kenaikan temperatur dari campuran reaksi. Campuran reaksi menjadi panas.
Kebanyakan reaksi kimia tidaklah tertutup dari dunia luar. Bila campuran reaksi menjadi panas seperti digambarkan dibawah, panas dapat mengalir ke sekelilingnya. Setiap perubahan yang dapat melepaskan energi ke sekelilingnya seperti ini disebut perubahan eksoterm. Perhatikan bahwa bila terjadi reaksi eksoterm, temperatur dari campuran reaksi akan naik dan energi potensial dari zat-zat kimia yang bersangkutan akan turun.
Kadang-kadang perubahan kimia terjadi dimana ada kenaikan energi potensial dari zat-zat bersangkutan. Bila hal ini terjadi, maka energi kinetiknya akan turun sehingga temperaturnya juga turun. Bila sistem tidak tertutup di sekelilingnya, panas dapat mengalir ke campuran reaksi dan perubahannya disebut perubahan endoterm. Perhatikan bahwa bila terjadi suatu reaksi endoterm, temperatur dari campuran reaksi akan turun dan energi potensial dari zat-zat yang ikut dalam reaksi akan naik.

Pengukuran Energi Dalam Reaksi Kimia

Satuan internasional standar untuk energi yaitu Joule (J) diturunkan dari energi kinetik. Satu joule = 1 kgm ² /s ² . Setara dengan jumlah energi yang dipunyai suatu benda dengan massa 2 kg dan kecepatan 1 m/detik (bila dalam satuan Inggris, benda dengan massa 4,4 lb dan kecepatan 197 ft/menit atau 2,2 mile/jam).
1 J = 1 kg m ² /s ²
Satuan energi yang lebih kecil yang dipakai dalam fisika disebut erg yang harganya = 1×10 ^-7 J. Dalam mengacu pada energi yang terlibat dalam reaksi antara pereaksi dengan ukuran molekul biasanya digantikan satuan yang lebih besar yaitu kilojoule (kJ). Satu kilojoule = 1000 joule (1 kJ = 1000J).
Semua bentuk energi dapat diubah keseluruhannya ke panas dan bila seorang ahli kimia mengukur energi, biasanya dalam bentuk kalor. Cara yang biasa digunakan untuk menyatakan panas disebut kalori (singkatan kal). Definisinya berasal dari pengaruh panas pada suhu benda. Mula-mula kalori didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan suhu asal 15 ⁰ C sebesar 1 ⁰ C. Kilokalori (kkal) seperti juga kilojoule merupakan satuan yang lebih sesuai untuk menyatakan perubahan energi dalam reaksi kimia. Satuan kilokalori juga digunakan untuk menyatakan energi yang terdapat dalam makanan.
Dengan diterimanya SI, sekarang juga joule (atau kilojoule) lebih disukai dan kalori didefinisi ulang dalam satuan SI. Sekarang kalori dan kilokalori didefinisikan secara eksak sebagai berikut :
1 kal = 4,184 J