Coretan Kimia dan Ilmu Bahan (1)

A. Kimia Dasar dan Ilmu Bahan

Ilmu Bahan: interdisipilin ilmu yang mempelajari bahan atau hubungan antara struktur dan sifat bahan dan aplikasinya terhadap berbagai bidang ilmu dan teknik. Contoh: bahan dari alam (batuan, tambang, kayu, tanaman, dll)

Ilmu kimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta perubahan dan interaksinya untuk membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. Contoh: besi berkarat

Manfaat ilmu kimia dalam teknik sipil:

1.       Penggunaan zat kimia untuk mempercepat proses pengeringan beton

2.       Penggunaan bahan sintetik dalam dunia kontruksi, misalnya laposan waterproofing pada beton

3.       Kadar keasaman dari air akan mempengaruhi kualitas dari beton

4.       Jenis, kualitas dan penggunaan cat pada kayu, besi dan beton

5.       Zat kimia untuk pengawetan kayu

B. Konsep zat

Wujud zat: Padat, cair, dan gas

Sifat zat:

Aspek	Padat	Cair	Gas
Jarak antar partikel	Dekat sekali	Dekat	Jauh
Daya tarik antar partikel	Kuat sekali	Lemah	Lemah sekali
Gerak partikel	Bersama	Berkelompok	Individu
Volume	Tetap	Tetap	Berubah
Bentuk	Tetap	Berubah (spt ruang)	Berubah (spt ruang)
Sifat mengalir	Tidak mengalir	Mengalir	mengalir

Perubahan wujud:

1.       Mencair : padat ->cair

2.       Menyublin: padat->gas

3.       Membeku: cair->padat

4.       Menguap: cair->gas

5.       Mengkristal: gas->padat

6.       Mengembun: gas->cair

C. Atom, molekul dan ion

Unsur tersusun atas partikel yang sangat kecil

Senyawa tersusun atas atom-atom dari dua unsur atau lebih

Reaksi kimia: pemisahan, penggabungan atau penyusunan ulang atom-atom; reaksi kimia tidak mengakibatkan penciptaan atau pemusnahan atom-atom

Molekul: suatu agregat (kumpulan) yang terdiri dari sedikitnya dua atom dalam susunan tertentu yang terikat bersama oleh gaya-gaya kimia (disebut juga ikatan kimia)

Ion: sebuah atom atau sekelompok atom yang mempunyai muatan total positif atau negatif

Kation: ion dengan muatan total positif

Contoh: Na mempunyai atom netral 11 proton dan 11 elektron. Na kehilangan satu elektron untuk menghasilkan kation, jadi Na (+) mempunyai 11 proton dan 10 elektron.

Anion: ion dengan muatan total negatif

Contoh: Cl mempunyai atom netral 17 proton dan 17 elektron. Cl bertambah satu elektron untuk menghasilkan anion, jadi Cl (-) mempunyai 17 proton dan 18 elektron.

Konsep ilmiah atom tertua (Leucippus dan Demokritus), atom adalah semua materi yang dapat dipecah menjadi zarah (partikel) terkecil, dimana partikel-partikel itu tidak bisa dibagi lebih lanjut (A: tidak, Tomos: memotong; atom tidak dapat dipecah lagi)

Teori Atom:

1.       Teori Atom Dalton

·         Atom merupakan zat yang tidak dapat dibagi-bagi

·         Atom tidak dapat berubah menjadi unsur lain

·         Atom-atom bergabung membentuk molekul

·         Reaksi kimia terjadi karena ada pemisahan dan penggabungan atom-atom (Jumlah massa sebelum reaksi= jumlah massa sesudah reaksi)

                Kelemahan:

·         Model atom tidak menyinggung kelistrikan

·         Pernyataan atom tidak dapat dibagi-bagi lagi digagal dengan ditemukannya: Elektron, proton, dan neutron bagian dari atom

2.       Teori Atom JJ. Thomson

·         Bentuk atom seperti bola pejal

·         Memiliki muatan positif tersebar diseluruh bagian atom yang dinetralkan muatan elektron yang tersebar diantara muatan positif

·         Atom terdiri dari partikel bermuatan positif dan negatif yang jumlahnya sama dan melekat pada permukaan

3.       Teori Atom Rutherford

·         Inti atom bermuatan positif dan sebagian besar massa atom terkumpul di inti atom

·         Elektron bermuatan negatif bergerak mengelilingi inti atom  seperti lintasan tata surya

·         Atom bersifat netral, jumlah muatan inti= jumlah muatan elektron yang mengelilingi inti

·         Sebagian besar dari atom adalah ruang hampa

4.       Teori Atom Bohr

1.       Postulat I:

Elektron berputar mengelilingi inti hanya pada lintasan stasioner tertentu tanpa memancarkan/ menyerap energi

2.       Postulat II:

Dalam tiap lintasannya elektron mempunyai tingkat energi tertentu (makin dekat dengan inti tingkat energinya makin kecil, tingkat energi terkecil n=1)

D. Susunan Berkala

Sistem Periodik(Mendeleev/ Pendek)

1.       Hukum oktaf Newlands

·         Unsur-unsur dikelompokkan berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya (Ar)

·         Unsur ke-8 memiliki sifat kimia mirip dengan unsur pertama; unsur ke-8 memiliki sifat yang mirip dengan unsur ke-2 dst.

·         Sifat-sifat unsur yang ditemukan berkala atau periodik setelah 8 unsur disebut hukum oktaf

2.       Sistem Periodik Mendeleev

·         Lothar Meyer lebih mengutamakan sifat-sifat kimia unsur sedangkan Mendeleev lebih mengutamakan kenaikan massa atom

Periode: lajur-lajur horizontal pada tabel periodik; terdiri dari 7 periode (nomor periode= jumlah kulit atom)

Golongan: sistem periodik yang teridiri atas 18 kolom vertikal (nomor golongan= jumlah elektron valensi)

Sifat periodik: sifat yang berubah secara beraturan sesuai dengan kenaikan nomor atom, yaitu dari kiri ke kanan dalam satu periode atau dari kiri ke kanan dalam satu golongan

·         Dalam satu golongan dari atas ke bawah

1.       Afinitas elektron semakin kecil

2.       Energi ionisasi semakin kecil

3.       Elektronegativitas semakin kecil

4.       Jari-jari atom semakin besar

·         Dalam satu periode dari kiri ke kanan

1.       Afinitas elektron semakin besar

2.       Energi ionisasi semakin besar

3.       Elektronegativitas semakin besar

4.       Jari-jari atom semakin kecil

Jadi, jari-jari atom yang terdapat nomor periode besar, akan mempunyai jumlah lintasan yang lebih banyak dengan demikian periode mempengaruhi jumlah lintasan atom dan juga mempengaruhi jari-jari atom yang semakin banyak lintasan semakin besar jari-jari terluar atom ke inti atom.

Nomor atom (Z)= jumlah proton dalam inti setiap atom suatu unsur

Nomor massa (A)= jumlah total proton+ neutron dalam inti atom suatu unsur (nomor atom (Z) + jumlah neutron (n)

Neutron= selisih antara nomor massa (A) dengan nomor atom (Z)

Nomor massa > Nomor atom

Susunan berkala panjang:

1.       Tujuh periode, yang diberi nomor 1 sampai dengan 7 yang sesuai dengan banyaknya kulit elektron K, L, M, N, O, P dan Q

2.       Golongan-golongan yaitu:

·         Golongan I dan IIA : blok s

·         Golongan IIIA sampai dengan VIIIA: blok p

·         Golongan IIIB sampai dengan VIIIB serta IB dan IIB: blok d

·         Golongan IA sampai dengan VIIIA disebut unsur-unsur utama, sedangkan unsur-unsur IB, IIB, dan IIIB sampai dengan VIIIB disebut unsur-unsur transisi

Sifat-sifat suatu unsur ditentukan oleh:

1.       Jumlah muatan inti dan muatan elektron, yaitu nomor atom

2.       Jumlah kulit elektron

3.       Jarak elektron dalam berbagai kulit

4.       Jarak antara elektron dengan inti

5.       Jumlah elektron kulit terluar, yaitu elektron valensi

Golongan-golongan unsur

·         Golongan IA, logam-logam alkali (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)

1.       Sangat reaktif, makin ke bawah makin reaktif

2.       Bentuk ion positif lebih stabil daripada bentuk atomnya

3.       Semuanya merupakan penghatar listrik dan panas yang baik

4.       Semuanya lunak dan dapat dipotong-potong dengan pisau

5.       Titik didih rendah

6.       Semuanya pereduksi (reduktor) yang kuat

7.       Memberikan warna nyala yang spesifik, yaitu litium merah, natrium kuning, kalium ungu, rubidium merah, dan sesium biru. Semuanya memberikan spektrum yang spesifik pula.

·         Golongan VIIA, unsur-unsur halogen (F, Cl, Br, I, At)

1.       Makin kebawah, unsur-unsur halogen makin sukar untuk bereaksi dengan hidrogen

2.       Unsur halogen merupakan oksidator yang kuat

3.       Merupakan pembentuk garam, karena dengan logam dapat bereaksi langsung membentuk garam

4.       Harga potensial ionisasi tinggi, lebih mudah membentuk ion negatif

5.       Dapat membentuk molekul diatomik

6.       Unsur-unsur halogen dapat juga membentuk ion positif , kecuali Flourin (F)

·         Golongan VIIIA, golongan gas mulia (He, Ne,Ar, Kr, Xe, Rn)

1.       Disebut juga golongan argonon, dari nama Argon, yaitu gas mulia yang paling banyak terdapat di alam

2.       Unsur-unsur golongan VIIIA ini mempunyai konfigurasi dengan orbital s dan p terisi penuh, kecuali Helium

3.       Atom bersifat stabil

4.       Harga potensial sangat tinggi

·         Unsur-unsur transisi

1.       Unsur transisi merupakan peralihan antara unsur-unsur logam dengan unsur-unsur non logam

2.       Sifat-sifat:

a)      Semuanya mempunyai sifat logam

b)      Titik leleh dan titik didih tinggi

c)       Jari-jari atom yang hampir sama

d)      Energi potensial ionisasi hanya sedikit bertambah dengan bertambahnya nomor atom

E. Ikatan kimia

Terbagi atas:

·         Ikatan Primer: ikatan kimia dimana ikatan gaya antar atom relatif yang sangat besar.

1.       Ikatan ion: ikatan yang terbentuk oleh adanya tarik-menarik antara muatan positif dan negatif

a)      Ikatan sangat stabil

b)      Titik didih dan titik leleh tinggi

c)       Pada suhu kamar berwujud padat

d)      Dalam keadaan murni bersifat konduktor

2.       Ikatan kovalen: Ikatan yang terjadi karena penggunaan bersama pasangan elektron oleh dua atom yang berikatan

a)      Dalam keadaan murni bersifat isolator

b)      Mempunyai tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas

c)       Mempunyai titik didih dan titik leleh rendah

Senyawa ionik	Senyawa kovalen
Dalam wujud cair atau pelarut polar: sebagai konduktor	Wujud cair: bukan konduktor. Dalam pelarut polar bisa sebagai konduktor
Titik didih dan titik leleh relatif tinggi	Titik diih dan titik leleh rendah

3.       Ikatan logam: ikatan kimia dimana gaya antar atom terbentuk karena penggunaan elektron bersama-sama teteapi tanpa memiliki arah yang tertentu

Ø  Logam padat bersifat konduktor, karena:

ü  Logam mempunyai elektronegatifitas rendah; mudah melepas elektron menjadi cenderung bermuatan positif

ü  Elektron bebas bergerak di antara ion positif. Interaksi antara ion positif dan elektron = ikatan logam

·         Ikatan Sekunder

1.       Ikatan Van Der Waals: ikatan antar molekul, lemah jika dibandingkan dengan ikatan primer atau kimia

2.       Ikatan Hidrogen: ikatan yang terjadi pada hidrogen yang terikat unsur sangat elektronegatif, seperti: F, O, N dll. (Contoh: HF, H₂O, NH₃)

E. Larutan

Larutan: terdistribusinya zat terlarut dalam pelarut

Satuan komposisi larutan:

1.       Persen bobot (%): jumlah gram zat terlarut dalam tiap 100 gram larutan (b/b)

2.       Persen volume: jumlah volume dalam 100 mL larutan (v/v)

3.       Persen bobot/volume: jumlah gram zat terlarut dalam 100 mL larutan (b/v)

4.       Kemolaran (M): jumlah mol zat terlarut (n) dalam tiap liter larutan

5.       Kemolalan (m): jumlah mol zat terlarut (n) dalam tiap 1000 gram pelarut

6.       Kenormalan (N): jumlah gram ekivalen (grek) zat terlarut dalam tiap liter larutan

7.       Ppm: banyaknya bagian zat terlarut dalam 1.000.000 bagian pelarut

8.       Ppb: banyaknya bagian zat terlarut dalam 1.000.000.000 bagian pelarut

Elektrolit: zat yang jika dilarutkan dalam air akan terurai menjadi ion-ion (terionisasi), sehingga dapat menghantarkan listrik

·         Elektrolit kuat: zat yang dalam air akan terurai seluruhnya menjadi ion-ion (terionisasi sempurna). Alfa (a) atau derajat ionisasi =1

·         Elektrolit lemah: zat yang dalam air tidak seluruhnya terurai menjadi ion-ion (terionisasi sebagian). 0 > Alfa (a) atau dejarat ionisasi < 1

·         Non Elektrolit. Alfa (a) atau derajat ionisasi = 0

Sifat koligatif larutan:

·         Kenaikan titik didih

·         Penurunan titik beku

·         Tekanan osmotik

·         Penurunan tekanan uap

pH (tingkat keasaman)

·         Larutan netral: pH = 7

·         Larutan asam: pH < 7

·         Larutan basa: pH > 7

Jika air dilarutkan asam, maka asam akan melepaskan ion H⁺

Jika air dilarutkan dengan basa, maka basa akan melepaskan ion OH^-

F. Kesetimbangan kimia

·         Reaksi umum: mA + nB < = > pC + qD

·         Pembentukan zat diruas kanan (reaksi maju) selalu disertai kembali zat ruas kiri (reaksi balik)

·         Reaksi terus berlangsung dua arah

·         Kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri

·         Konsentrasi kiri maupun kanan berada dalam keadaan tetap