KIMIA

Kimia (dari bahasa Arab : ﺀﺎﻴﻤﻴﻛ, transliterasi:
kimiya = perubahan benda/zat atau bahasa
Yunani : χημεία, transliterasi: khemeia) adalah ilmu
yang mempelajari mengenai komposisi, struktur,
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 dan
ikatan kimia .
Pada bidang pendidikan, Kimia selalu mulai
dipelajari pada jenjang Sekolah Menengah Atas .
Pengantar
Kimia sering disebut sebagai "ilmu andryan" 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
mengubahnya. 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 (H 2 O) berbentuk cairan dalam suhu kamar karena molekul-molekulnya terikat oleh gaya
antarmolekul yang disebut ikatan Hidrogen. Di sisi lain, hidrogen sulfida (H 2 S) 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Sejarah kimia
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 mengubah
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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Cabang
ilmu kimia
Kimia umumnya dibagi menjadi beberapa bidang utama.
Terdapat pula beberapa cabang antar-bidang dan cabang-
cabang yang lebih khusus dalam kimia.
Lima Cabang Utama:
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.
Cabang - cabang Ilmu Kimia yang merupakan tumpang-tindih satu atau lebih lima cabang utama:
Kimia Material menyangkut bagaimana menyiapkan, mengkarakterisasi, dan memahami cara kerja
suatu bahan dengan kegunaan praktis.
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.
Kimia Organik Bahan Alam mempelajari senyawa organik yang disintesis secara alami oleh alam,
khususnya makhluk hidup.
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
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Tatanama IUPAC
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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Unsur kimia
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 .
Ion
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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 (PO 4 3− ).
Senyawa
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Senyawa kimia
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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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
Artikel utama untuk bagian ini
adalah: 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Fase 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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
Artikel utama untuk bagian ini adalah: 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.