ZAT/BAHAN DAN SIFAT-SIFATNYA

MODUL 1

ZAT/BAHAN DAN SIFAT-SIFATNYA

Zat/Bahan
Semua bahan kimia yang membentuk bumi kita merupakan contoh dari zat, apakah bahan ini dijumpai di pensil, buku, hamburger atau arang. Zat/bahan didefenisikan sebagai sesuatu yang mengambil ruang dan mempunyai massa. Untuk menetapkan defenisi ini, kita harus hati-hati untuk menentukan massa karena berbeda dan berat, meskip kita sering memperwkarkan kedua istilah tersebut.

Bila kita menggunakan istilah massa, menunjukkan jumlah dalam suatu objek. Untuk setiap objek, jumlah ini tetap dan tidak tergantung di mana objek ini berada. Salah satu cara untuk mengetahui rnassa adalah tidak terjadinya perubahan bila objek itu bergerak. Suatu objek dengan massa yang ringan, seperti bola ping-pong, sangat mudah gerak, dengan hanya sedikit dipukul saja dapat meloncat keluar dari meja. Tetapi objek dengan massa yang berat, seperti truk semen, sangat sukar bergerak, meskipun angin kencang truk ini tidak bergerak.

Berat adalah merupakan suatu ukuran kekuatan objek dan massanya diketahui yang ditarik oleh gaya gravitasi bumi. Tidak seperti massa, berat tidak konstan, sangat tergantung dan dimana objek itu diletakkan. Misalnya di bulan gaya gravitasinya hanya seperenam dari gaya gravitasi bumi berat suatu benda di bulan hanya seperenam dari berat benda tersebut di bumi. Demikian juga di bumi, besarnya gaya gravitasi agak berbeda dari satu tempat ke tempat yang lain, maka berat suatu objek sedikit berbeda pula dari satu tempat ke tempat yang lain. Oleh sebab itu bila kita ingin menentukan jumlah suatu zat~bahan dalam peneliitian, lebih baik menggunakan massa dari pada berat.

Seperti telah kita pelajari sebelumnya, massa diukur dalam bentuk unit dari gram (atau kilogram bila massanya -sangat besar). Alat yang digunakan untuk mengukur massa ini disebut timbangan clan pengukuran menggunakan timbangan disebut menimbang.

Sifat-sifat dari Zat

Dalam menggambarkan suatu sampel zat, akan dirinci sifat-sifatnya yang khas. Misalnya keadaan fisik dari zat, yang berarti akan disebut­kan zat berupa padat, cair atau gas. Juga akan disebutkan berapa mas­sanya (beratnya) yang merupakan sifat yang dapat diukur dari suatu zat. Kita gunakan sifat-sifat di atas sec^lara berulang untuk mengidentifikasi bermacam-macam hal setiap hari. Contohnya : kamu akan mengenal buku kimia ini dari warnanya, beratnya dan cetakan sampulnya. Dalam kimia, sifat-sifat dari zat digunakan juga untuk mengidentifikasikan zat tersebut. Misalnya kita ingin mengetahui bahan apa yang digunakan untuk membuat barang, dari permukaannya yang mengkilat dapat diperkirakan bahwa bahan tersebut suatu logam, tapi dari warnanya kita sudah dapat mengetahui bahwa logamnya bukan emas atau tembaga. Bila diberi tahu bahwa bila sebuah magnit didekat­kan padanya, barang tersebut akan tertarik oleh magnit, maka kita akan menduga bahwa logamnya adalah besi. Dan bila dikatakan bahwa waktu hujan, akan mulai berkarat, kita makin pasti bahwa bahan terse-but dibuat dari besi.

Sifat-sifat Fisik dan Kimia

Adalah Cara lain untuk menggolongkan sifat-sifat zat. Sifat-sifat fisik adalah suatu keadaan yang dapat dilihat tanpa mengubah sifat-sifat kimia dari zat tersebut. Misalnya titik leleh; air (es) akan meleleh pads 0 °C. Ini merupakan sifat fisik dari air. Untuk mengukur titik leleh, digunakan termometer untuk menentukan suhu waktu air padat (es) berubah men­jadi air cair. Perubahan ini, yang disebut perubahan fisik zat dan tak mengubah bentuk kimia dari air. Baik berbentuk padat atau cair, tetap air. Berat jenis adalah contoh lain dari sifat fisik zat. Untuk menentukan B.J dari air, kita ukur massa dari sejumlah volume tertentu dan cairan tersebut. Pengukuran ini tak mengubah air menjadi bentuk zat lain, malah air tak berubah sama sekali.

Sifat-sifat kimia adalah kecenderungan dari suatu zat untuk meng­alami perubahan kimia tertentu., Misalnya, sifat kimia dari air adalah akan bereaksi secara hebat dengan natrium seperti terlihat pada Gambar 1.12 dan akan menghasilkan gas hidrogen dan suatu zat yang disebut natrium hidroksida (biasa disebut lye atau lindi). Bila kita perhatikan sifat kimia ini, maka terlihat bahwa air dan natriumnya mengalami perubahan disebut perubahan kimia dan menghasilkan zat lain. Se­telah kita perhatikan sifat kimia ini, air dan natriumnya hilang diganti oleh zat lain.

UNSUR, SENYAWA DAN CAMPURAN

Sebelum ini, telah digambarkan bagaimana berbagai sifat dari zat digolongkan. Para ahli juga telah menemukan bahwa zat sendiri secara alam terbagi dalam tiga golongan seperti judul di atas. Unsur, Senyawa dan Campuran adalah bahan-bahan yang akan diketemukan dalam pe­kerjaan kita di laboratorium, sebab itu sangat penting untuk diketahui bagaimana cars membedakannya.

Unsur atau Elemen adalah zat-zat yang tak dapat diuraikan menjadi
zat vang lebih sederhana oleh reaksi kimia biasa. Jadi merupakan sesuatu yang paling sederhana yang dapat terbentuk dalam suasana normal di laboratorium dan juga merupakan bentuk yang paling sederhana dari zat yang secara langsung dapat dikerjakan di laboratorium.

Unsur berfungsi sebagai zat pembangun untuk sernua zat-zat kompleks yang
akan dijumpai, mulai dari garam dapur sampai senyawa protein yang
sangat kompleks. Semua dibentuk dari sekumpulan unsur-unsur diatas. Pada saat ini telah diketahui 108 macam unsur, tetapi hanya sejumlah kecil yang penting akan dibicarakan pada pelajaran ini. Unsur-unsur akan saling bergabung membentuk senyawa. Senyawa
ialah zat yang terdiri dari dua atau lebih unsur dan untuk masing-masing
senyawa individu selalu ada dalam proporsi massa yang sama.
Misalnya, diketahui bahwa air terdiri dari dua unsur hidrogen dan oksigen . Semua sampel air, dari manapun asalnya akan mengandung unsur ini dengan perbandingan satu bagian massa hidrogen dengan delapan bagian massa oksigen (misalnya 1,0 g hidrogen dengan 8,0 g Oksigen). Bila hidrogen bereaksi dengan oksigen untuk membentuk air, akan
selalu bergabung dalam perbandingan massa seperti ini. Jadi bila ada
hidrogen yang bereaksi, maka tepat 8,0 g Oksigen yang juga bereaksi, tak lebih atau tak kurang. Juga perlu ketahui bahwa bila unsur-unsur bergabung untuk membentuk senyawa, maka unsur tersebut akan kehilangan identitasnya dan sifat yang dilihat adalah sifat senyawa yang terbentuk. Contohnya pada suhu kamar, hidrogen dan oksigen berbentuk gas, tetapi air berbentuk cairan. Hampir semua sifat-­sifat lain unsurnya juga akan berubah.

Unsur dan senyawa dianggap sebagai zat murni karena komposisi­nya selalu tetap. Sebaliknya campuran, komposisinya dapat berubah-­ubah. Contohnya air dan natrium klorida adalah suaiu senyawa mempunyai komposisi yang tetap dalam sampel manapun. Tetapi garam dapat dilarutkan dalam air dalam bermacam kadar, sehingga memberi­kan campuran dengan berbagai komposisi.

Campuran/homogen disebut larutan dan sifat-sifatnya selalu seragam. Berarti bahwa, bita kita memeriksa sedikit bagian dari larutan natrium klorida dalam air, sifat-sifat akan sama dengan bagian lain dari larutan tersebut. Dapat juga dikatakan bahwa larutan terdiri dari satu fasa. Maka fasa dapat didefenisikan sebagai bagian dari sistem yang mempunyai suatu sifat dan komposisi yang sama.

Campuran heterogen adalah tak rata. Contohnya adalah minyak dan air (Gambar 1.13). Bila kita mengambil sampel dari sebagian cam­puran minyak dan air ini akan kita dapatkan bahwa sebagian campuran akan mempunyai sifat minyak. Sedangkan sebagian lain mempunyai sifat air. Maka campuran ini terdiri dari dua fasa yaitu minyak clan air. Bila campuran kita kocok sehingga minyaknya akan tersebar (terdis­persi) sebagai butir-butir halus yang dikumpulkan akan merupakan satu fasa, karena masing-masing butir minyak tersebut mempunyai sifat dan komposisi seperti minyak pada butir lain. Bila kemudian kita tambah­kan es batu pada campuran ini, maka akan kita dapatkan tiga fasa yaitu es (padat), air (cairan) dan minyak (cairan). Pada contoh-contoh ini dapat kita temukan adanya dua atau tiga fasa sebab adanya batas yang jelas antara ketiga fasa ini.

Salah satu cara untuk membedakan suatu zat murni atau campuran adalah dengan cara mengukur titik lelehnya. Suhu dari zat murni waktu meleleh akan konstan. Es seperti diketahui akan meleleh pada 0 ° C dan suhu ini akan tetap sampai semua es meleleh.

Tetapi, bila kita melelehkan suatu campuran zat, umumnya suhu akan berubah secara bertahap ketika zat padat berubah menjadi cairan. Perbedaan sifat ini sering digunakan untuk menguji kemurnian suatu zat, bila suhunya waktu meleleh konstan berarti zatnya murni, tetapi bila suhunya berubah waktu meleleh maka zatnya tak murni, jadi sebagai suatu campuran.

Ada juga perbedaan yang menonjol antara campuran, unsur dan senya­ wa. Bila kita membuat suatu campuran, sifat-sifat kimia dari komponen­nya (sering juga sifat-sifat fisiknya) tak berubah. Tapi bila unsur-unsur digabungkan untuk membentuk senyawa, terjadi perubahan sifat-sifat yang besar. Misalnya tembaga dan belerang adalah dua elemen. Tem­baga suatu logam berwarna merah, penghantar listrik yang baik dan relatif tahan karat. Sedangkan belerang suatu zat padat nonlogam yang berwarna kuning, diperlihatkan dalam bentuk bubuk. Campuran belerang dan tembaga mudah dibuat, tapi pada campuran ini masih dapat dilihat sifat-sifat tembaga dan belerang. Pembentukan campuran semacam ini adalah proses fisika-suatu pro­ses yang tak mengubah sifat-sifat kimia dari komponen masing-masing.

Bila campuran tembaga dan belerang dipanaskan, terjadi reaksi kimia. Belerang dan tembaga bergabung membentuk suatu senyawa dan seperti pernah diperlihatkan akan terjadi perubahan sifat-sifat yang mudah dilihat. Setelah reaksi berakhir, tak terlihat lagi sifat-sifat baik dari belerang maupun tembaga. sebagai penggantinya suatu zat baru yang dinamakan tembaga sulfida dengan sifat yang baru. Zat baru ini tak menghantar listrik, warnanya tidak sama dengan belerang ataupun tembaga dan sifat-sifat kimianya pun berbeda sekali. seperti telah dikatakan perubahan ini adalah khas dari -suatu reaksi kimia. Hubungan antara unsur, senyawa dan -campuran disimpulkan pada Gambar

SIMBOL (LAMBANG), RUMUS DAN PERSAMAAN REAKSI

Pada suatu hal tertentu, mempelajari kimia adalah seperti mempelajari bahasa asing seperti bahasa Yunani (atau bila Anda seorang Yunani seperti belajar bahasa Rusia). Kita mempunyai simbol untuk unsur-unsur yang dapat disamakan dengan abjad. Sedangkan rumus yang ditulis mengguna­kan simbol-simbol ini adalah kata-kata dan persamaannya seperti kalimat. Seperti juga dalam mempelajari bahasa, harus dimulai dengan abjad.

Tiap unsur telah ditentukan simbol kimianya yang dapat kits anggap sebagai tulisan steno untuk menyatakan unsur tersebut. Simbol terdiri dari sate atau dua huruf yang biasanya mengandung kesamaan dengan nama Inggris dari unsurnya. Misalnya, Carbon = C, Chromium = Cr, Chlorine = Cl, Calcium = Ca dan Zinc - Zn. Perhatikan bahwa huruf pertama, ditulis dengan huruf besar, tapi bila ada huruf kedua akan ditulis dengan huruf kecil. Beberapa unsur ada yang simbolnya tak sesuai dengan nama Inggrisnya dan biasanya unsur-unsur ini telah diketahui sejak mula-mula diketemukannya ilmu kimia waktu bahasa Latin merupakan bahasa universal di antara para ahli ilmuwan dan simbol kimia berasal dari nama-nama Latin. Beberapa contoh misalnya potassium, Latinnya kalium = K, sodium (natrium) = Na, silver (argen­tum) = Ag, mercury (hidrargyrum) = Hg dan copper (cuprum) = Cu.

Daftar unsur-unsur dalam abjad dengan simbol masing-masing ada pada sampul buku muka sebelah dalam. Akan didapat juga sebuah peta yang disebut susunan berkala (sistim periodik), yang mengandung sim­bol-simbol unsur yang disusun berdasarkan urutan nomor yang akan diterangkan kemudian. Anda tidak harus menghafal semua simbol-sim­bol unsur tersebut, tapi unsur-unsur yang penting harus dipelajari dengan cara menghafal nama-nama dan simbol-simbol dari 20 unsur pertama dari susunan berkala.

Senyawa kimia ditulis secara simbolik berdasarkan rumus kimianya Misalnya air ditulis sebagai H2O, karbon dioksida, CO2_, metan (gas alam), CH₄ dan aspirin, C9Hg0₄.

Rumus kimia juga menunjukkan komposisi kuantitatif dari zat-zat. Di sini simbol kimia menunjukkan partikel terkecil dari unsur yaitu atom . Angka kecil da lam rumus berarti jumlah relatif atom dari tiap unsur yang berada dalam senyawa tersebut. (Dan bila tidak ada angka berarti hanya ada satu atom). Rumus H2O misalnya, menggambarkan suatu zat yang _ngandung dua atom hidrogen untuk tiap satu atom oksigen. Demikian juga senyawa CH₄ mengandung satu atom karbon untuk tiap empat atom hidrogen. Seringkali, dua atau lebih atom dapat bergabung bersama dengan kuat sehingga dapat bertindak sebagai sebuah partikel yang disebut molekul. Bila atom-atomnya berasal dari unsur yang berbeda seperti pada air maka disebut molekul dari suatu molekul dari suatu senyawa. Dan bila atom-atoninya berasal dari unsur yang sama, disebut molekul suatu unsur. Beberapa unsur yang umum dan penting yang ada di alam dan dua atom adalah hidrogen (H2); oksigen (02), dll.

Beberapa rumus kimia banyak yang lebih kompleks dari rumus diatasmalah ada yang mengandung tanda kurung. Misalnya senyawa amonium sulfat (NH4)2S)4. Angka 2 di luar tanda kurung menandakan adanya 2 satuan NH₄-jadi ada dua nitrogen dan delapan hidrogen. Berarti rumusnya dapat ditulis N2H8SO4 walaupun akan kita lihat nanti bahwa ada alasan kuat untuk menuliskan dengan tanda kurung.

Ada beberapa zat tertentu membentuk kristal yang mengandung molekul air, bila larutan dalam airnya diuapkan. Kristal ini disebut hidrat. Misalnya tembaga sulfat, suatu fungisid pertanian, akan membentuk kristal biru yang mempunyai lima buah molekul air untuk setiap molekul tembaga sulfat (CuSO₄). Rumusnya ditulis CuSO4.nH2). Bila kristal biru tersebut dipanaskan, airnya akan dihilangkan, tinggal CuS04 murni yang warnanya hampir putih.

Suatu persamaan kimia ditulis untuk memperlihatkan perubahan yang terjadi selama terjadi reaksi kimia. Berarti suatu gambaran bentuk"selama dan sesudah" terjadi reaksi. Misalnya, persamaan:

Zn + S à ZnS

menggambarkan reaksi yang terjadi antara seng dengan belerang, dimana seng (Zn) bereaksi dengan belerang (S) untuk menghasilkan seng sulfida (ZnS), suatu zat yang dipakai pelapis sebelah dalam tirai TV. Zat-zat sebelah kiri tanda panah discbUt reaktan sebelah kanan panah dinama­ kan hasil reaksi (produk) dan merupakan zat yang terdapat sesudah reaksi berakhir. (Pada reaksi di atas hanya ada satu macam). Panah dapat diartikan "bereaksi untuk menghasilkan" atau secara ringkas "hasilnya". Maka, reaksi di atas dapat dibaca sebagai "seng ditambah belerang akan bereaksi menghasilkan seng sulfida" atau seng ditambah belerang menghasilkan seng sulfida.

Kadang-kadang diinginkan atau diperlukan tanda, apakah pereaksi dan hasil reaksi berupa zat padat, cairan atau gas dan tanda dilarutkan dalam pelarut seperti air misalnya. Hal ini dilakukan dengan memiberi huruf S - solid,l = liquid, g- gas dan aq - aqueous (air), dalam tanda kurung. Misalnya persamaan:

CaCO3(S)+ H20(1) + CO2(_g) à Ca(HCO3)2(aq)

menerangkan suatu reaksi antara kalsium karbonat (limestone), yang padat, cairan air dan gas karbon dioksida yang mcnghasilkan larutan kalsium bikarbonat. Reaksi inilah yang menyebabkan melarutnya kal­ sium karbonat padat (limestone) oleh air tanah yang mengandung kar­ bon dioksida. Kalsium bikarbonat ini penyebab terjadinya "air sadah ^­dan pembentukan gas-gas karbonat.

Banyak persamaan reaksi yang akan kita tulis akan mengandung angka-angka yang ditulis sebelumm rumus kimianya disebut koefisien.Con­ tohnya adalah reaksi dari hidrogen (H2) dan oksigen (02) untuk memben­tuk air

Persamaan reaksinya adalah:

2H2 + O2 à 2H2O

Persamaan di atas kita artiikan bahwa dua rnolekul hidrogen ditambah satu molekul oksigen (bila koefisien tak ada berarti 1) akan bereaksi membentuk dua molekul air. Persamaan ini telah seimbang karena pada sebelah kiri dan kanan panah jumlah atom dan unsurnya sama.

Contoh Menghitung Jumlah Atom Dalam Suatu Persamaan Reaksi

Soal: Butana suatu cairan pembakar yang terdapat dalam geretan rokok, bila dibakar reaksinya adalah:

2C4H10 + 1302 à 8CO2 + 10H20

Berapa banyak atom oksigen terdapat dalam molekul hasil reaksinya?

Analisis: Waktu menghitung jumlah atom harus diingat dua hal. Pertama harus dihitung berapa jumlah atom oksigen terdapat dalam tiap rumus pada reaksi (ingat bila tak ada angka, berarti 1). Kemudian jumlah ini kita kalikan dengan koefisien yang terdapat pada tiap molekul.

Penyelesaian : Baik CO2 maupun H2O mengandung atom-atom oksigen. Satu molekul CO2 mengandung dua atom oksigen, sehingga 8 molekul mengandung 16 oksigen. Demikian juga, satu H2O mengandung satu oksigen, maka 10 molekul air mengandung 10 oksigen. Bila dijumlahkan seluruhnya ada 26 oksigen.

Oleh : Ir. Nanang Ruhyat MT