(I) MATERI Pengertian materi sifat materi, Perubahan materi, Klasifikasi materi, serta hukum-hukum dengan materi.
yang
berhubungan
Ilmu kimia Merupakan bagian dari ilmu pengetahuan alam yang mempelajari penyusun suatu materi, perubahannya Menjadi zat lain serta energi yang terlibat dalam perubahannya. MATERI Setiap objek atau bahan yang membutuhkan ruang dan jumlahnya diukur oleh suatu sifat yang disebut massa. Massa salah satu dari banyak sifat atau ke-khasan materi yang dapat dikenal dan dibedakan dari lainnya.
Sifat dan Perubahan materi Materi (air, gula, garam, perak) memiliki ciri khas yang berbeda karena beberapa sifat intrinsik masing-masing materi. Sifat intrinsik: kualitas yang bersifat khas tiap materi, selain bentuk dan ukuran materi. Ex: kilap, warna. Sifat ekstrinsik: suatu sifat yang besarnya bergantung pada bentuk dan ukuran (jumlah) materi. Ex: massa, volume, panjang.
Warna, kilap, rapatan, viskositas (Ketebalan/pergesekan internal), titik didih, titik leleh dan kekerasan: sifat fisika bagi penampilan materi.
Perubahan fisika: suatu proses perubahan penampilan fisik materi dengan identitas dasar tidak berubah. Sifat kimia adalah sifat intrinsik.
Klasifikasi Materi 1. Zat (substance) 2. Campuran (mixture) Homogen
Heterogen
Campuran
Zat murni Unsur Senyawa Perubahan Kimia
Zat-zat murni: Digolongkan sebagai unsur atau senyawa
Unsur: Zat-zat yang tidak dapat diuraikan oleh perubahan kimia sederhana menjadi 2 zat berlainan atau lebih. (106 unsur), 90 berasal dari alam, sisanya dari proses reaksi inti. Ex: unsur –bidang elektronika: silikon, tembaga, germanium, nitrogen.
Senyawa kimia: • Terbentuk oleh kombinasi kimia dari 2 atau lebih unsur. • H2O, hemoglobin. • Sifat-sifat zat yang dapat menguraikan senyawa, sama sekali tidak berhubungan dengan sifat senyawa tersebut. • Komposisi dan sifat suatu unsur atau senyawa selalu sama.
Campuran • bahan yang mengandung 2 zat berlainan atau lebih. • Tidak memiliki sifat unik, karena sifatnya merupakan sifat dari unsur-unsur penyusunnya.
Campuran homogen: Jika tidak ada bagian yang dapat dibedakan satu dengan yang lain, bahkan dengan mikroskop. Ex: larutan gula, air laut, udara Campuran Heterogen: Terdapat bagian-bagian yang tampak berlainan. Ex: bubuk kopi dan gula.
Hukum-hukum yang berhubungan dengan Materi Hukum Kekekalan Massa Massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan dalam perubahan materi apa saja. Massa sesudah reaksi sama dengan massa sebelum reaksi. Ex:
dipanaskan Cairan merkuri + O2 (merah).
merkuri oksida
Bila dipanaskan lagi, akan terurai dan menghasilkan sejumlah cairan merkuri dan gas O2 yang jumlahnya sama dengan yang dibutuhkan waktu pembentukan merkuri oksida.
Hukum Perbandingan Tetap/ Hukum susunan Tetap Perbandingan massa unsur-unsur di dalam suatu persenyawaan kimia adalah tetap.
Ex: tembaga carbonat, baik dari sumber alami maupun sintesis dalam lab. Mempunyai susunan tetap.
Senyawa XaYb maka perbandingan massa unsur X dan Y dalam senyawa tersebut: (aBA(X) : bBA(Y)) Ex: perbandingan massa unsur Al dan O dalam senyawa Al2O3: 2BA(Al) : 3BA(O) 2 x 27 : 3 x 16 54 : 48 9:8
Hukum 1805)
Perbandingan
Berganda
(Dalton,
Bila 2 unsur dapat membentuk dua atau lebih senyawa untuk massa salah satu unsur yang sama banyaknya, maka perbandingan massa dari unsur pertama dan unsur kedua merupakan bilangan yang sederhana. Ex: unsur Nitrogen (N) dan Oksigen (O) dapat membentuk lebih dari 1 senyawa. N2O, NO, N2O3, N2O4, N2O5
Jika massa N, tetap sebesar 14 gr maka massa Oksigen dalam tiap senyawa:
(II) Struktur Atom Partikel Penyusun Atom (Elektron, Neutron dan Proton). Elektron dalam Atom (Model Atom Mekanika Kuantum) menyebutkan dan menentukan Bilangan Kuantum elektron (Utama, Azimut, Magnetik dan Spin). Konfigurasi Elektron (sederhana).
Atom suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron).
n p
e
Partikel penyusun atom Dalton 1803: 1. Tiap unsur kimia tersusun atas pertikel terkecil yang disebut atom. Selama perubahan kimia, atom tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. 2. Semua atom dari suatu unsur mempunyai massa (berat) dan sifat yang sama. Atom-atom dari unsur yang berbeda, massa dan sifatsifatnya berlainan. 3. Dalam senyawa kimia, atom-atom dari unsur yang berlainan melakukan ikatan dengan perbandingan numerik sederhana.
Tahun 1800 Atas penemuan sinar x, radioaktif, elektron, radium. Studi atas gejala tersebut menunjukkan bahwa atom merupakan struktur unit yang dibangun oleh partikel-partikel penyusun atom. Faraday : ekperimen kuantitatif mengenai elektrolisa. Bahwa arus listrik menyebabkan penguraian, menunjukkan adanya hubungan antara listrik dan zat (terdiri atas atom maka atom ternyata mempunyai struktur yang bersifat listrik.
Ciri benda bermuatan listrik: 1. Arus listrik ialah gerakan partikel bermuatan dalam suatu penghantar 2. Partikel dengan muatan yang berlawanan saling menarik, sedangkan muatannya sama akan saling tolak. 3. Partikel bermuatan dapat bergerak di antara kawat atau lempeng bermuatan yang disebut elektrode. Elektrode bermuatan positif : anode Elektrode bermuatan negatif: katode
Penemuan Elektron Dilakukan pada tabung (kaca) hampa atau tabung sinar katode. 2 kawat diberi potensial listrik yang tinggi kemudian didekatkan, akan terjadi bunga api dari 1 kawat ke kawat lain. Bila ujung kawat ditaruh dalam tabung hampa akan terlihat adanya bara hijau kekuningan (sinar katode) dari arah katode.
Sifat-sifat sinar Katode (Plucker, Hittorf, Crookes, Thomson) 1. Sinar katode dipancarkan oleh katode dalam sebuah tabung hampa bila dilewati arus listrik 2. Sinar katode berjalan dalam garis lurus 3. Sinar katode bila membentur gelas atau benda tertentu akan mengeluarkan cahaya sehingga dapat disimpulkan bahwa sinar katode terdiri atas pertikel-partikel 4. Sinar katode dibelokkan oleh medan listrik dan magnet ke arah partikel yang diketahui bermuatan negatif 5. Sinar katode tidak dipengaruhi oleh bahan elektrode (besi, platina, dll)
Sinar katode terdiri dari partikel-partikel yang bermuatan negatif dan diberi nama elektron (JJ. Thomson). ratio muatan elektron terhadap massa elektron (e/m) = - 1,76 x108 coulomb/gr muatan mutlak elektron - 1,6022 x 10-19 coulomb. Massa elektron = 9.1 x 10-28 gr
Penemuan Proton Eugene Goldstein menggunakan tabung Crookes yang dilubangi katodenya, dapat mengamati sinar yang menembus lubang (sinar saluran) tersebut. Ternyata sinar saluran tersebut terdiri atas partikel-partikel bermuatan positif. Muatannya +1,76 x10-19 Coulomb. Massa proton 1,67 x 10-24 gr / hampir 1840 x massa elektron.
Penemuan Neutron Partikel sub atom yang ketiga. Partikel tidak bermuatan = 0 massanya ≈ massa proton 1,674 x 10-24 gr Atom terdiri atas partikel sub atom : proton, elektron, neutron.
Perkembangan model atom Atom tersusun atas 3 partikel dasar, selanjutnya bagaimana partikel subatom ditata dalam atom. Terdapat 4 gagasan model atom: 1. Model atom Thomson Atom merupakan bola bermuatan positif dan di dalamnya pada tempat tertentu terdapat elektron, sehingga atom secara keseluruhan bermuatan netral. 2. Model atom Rutherford Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif yang bergerak mengelilingi inti atom dengan lintasan yang berbentuk elips.
Kelemahan atom Rutherford 1. Lintasan akan berbentuk spiral Tidak sesuai dengan teori fisika klasik bahwa bila suatu partikel bermuatan (elektron) mengelilingi inti, maka energinya akan berkurang. Suatu saat elektron akan jatuh ke inti dan atom jadi tidak stabil (ambruk). Kenyataannya atom stabil.
2. Tidak dapat menerangkan spektrum hidrogen Menerut Rutherford spektrum atom adalah adalah spektrum kontinu. Kenyataanya Spektrum atom adalah spektrum garis (bila suatu atom menyala hanya akan memancarkan warna tertentu).
Model atom Bohr Susunan atom: • Elektron bergerak mengelilingi inti dengan lintasan tertentu sehingga elektron berada pada tingkat energi tertentu sesuai dengan lintasannya. • Elektron dapat berpindah dari lintasan yang satu ke lintasan lain dengan memancarkan atau menyerap energi. • Selama elektron berada dalam lintasannya, tidak terjadi penyerapan atau pemencaran energi.
Perkembangan Teori Atom
Dalton
Rutherford
Thompson
Bohr
Model Atom Mekanika Kuantum (gelombang) Teori kuantum yang didasarkan pada konsep dualitas gelombang partikel, prinsip ketidakpastian dan pandangan elektron sebagai gelombang materi. Model atom mekanika kuantum merupakan gambaran matematik mengenai hukum-hukum gerakan yang diaplikasikan pada partikel yang sangat kecil (elektron) yang dapat bersifat pasti, sebagai partikel atau gelombang. Model atom mekanika kuantum : Posisi elektron di dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Hanya dapat diperkirakan kemungkinan ditemukannya elektron pada suatu tempat tertentu, yang disebut orbital.
Teori model mekanika kuantum • elektron dalam atom menempati beberapa tingkat energi (kulit) di sekeliling inti. • setiap energi (sub kulit) serta setiap subkulit terdiri atas 1 atau lebih orbital. • orbital: suatu daerah dalam ruang berbentuk spesifik dan dalam daerah tersebut dapat ditemukan elektron. • teori ini dipakai hingga sekarang
Energi dalam atom elektron dalam atom tersusun dalan berbagai tingkat energi (kulit), subtingkat energi (subkulit) dan orbital. Kulit terletak paling dekat dengan inti memiliki energi terendah diberi simbol K. seterusnya semakin jauh diberi simbol L, M, N...dan energinya semakin tinggi. tingkatan kulit memiliki energi berbeda.
setiap kulit tersusun atas subkulit-subkulit yang diberi simbol s, p, d, dan f. subkulit s memiliki energi yang lebih rendah dibanding p dst. subkulit memiliki energi berbeda.
Setiap subkulit terdiri atas 1 atau lebih orbital. setiap orbital dalam subkulit memiliki energi sama. banyaknya orbital dalam subkulit tergantung macam kulitnya.
Tabel kulit, subkulit dan jumlah orbital pada 4 kulit pertama
Kulit K L M
N
Subkulit s S p S P d S P D f
Jumlah Orbital 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
Bilangan Kuantum Menerangkan kedudukan elektron dalam atom (persamaan Shcrodinger) Orbital dalam atom: besarnya, bentuknya, kedudukan dalam ruang. 3 bilangan kuantum: 1. Bilangan kuantum utama (n) 2. Bilangan kuantum azimuth (1) 3. Bilangan kuantum magnetik (m). Ketiga bilagan kuantum saling berhubungan.
• Membedakan elektron dalam suatu orbital berdasarkan arah putarannya (berlawanan) dengan bilangan kuantum spin (s). • Posisi/kedudukan elektron di dalam atom ditentukan oleh ke 4 bilangan kuantum. 1. Bilangan kuantum utama (n) • Menentukan tingkat energi elektron/menunjukan besarnya orbital yang ditempati elektron/jaraknya dari inti. • n harga positif dan bilangan bulat bukan nol: 1, 2, 3, ...diwakili simbol huruf K, L, M, N...
2. Bilangan Kuantum Azimut (I) Menunjukan subtingkat energi/bentuk geometris orbital yang ditempati oleh elektron. Harga l bergantung pada harga bilangan kuantum utama (n). Yaitu 0, 1, 2, 3,.... Mewakili simbol huruf s, p, d,... Untuk subtingkat energi. 3. Bilangan Kuantum Magnetik (m) kedudukan orbital yang ditempati oleh elektron. Harganya ditentukan oleh bilangan kuantum azimut (l). untuk setiap harga (l) tertentu, nilai (m) adalah -1 sampai +1. nilai (m) = bilangan bulat (negatif, nol, dan positif). setiap nilai (m)) menunjukkan nilai orbitalnya.
4. Bialangan kuantum spin (s) arah perputaran elektron pada sumbunya. searah jarum jam harganya =- ½ berlawanan arah jarum jam = +1/2 tidak mungkin dalam atom yang sama memiliki 4 bilangan kuantum yang sama. bila n, l, dan m nya sama, pasti s-nya berbeda.
Jumlah elektron pada kulit dan subkulit Kulit Subkul Orbital (n)**** it (l=n- (m=-ls/d+l)** 1)***
*
**
*** ****
K(1)
S (l=0)
M=0
1
2
2
2
L (2)
S (l=0)
M=0
1
2
2
8
P (l=1)
M=-1,0,1
3
2
6
S (l=0)
M=0
1
2
2
P(l=1)
M=-1,0,1
3
2
6
d (l=2)
M=-2,-1,0,1,2
5
2
10
S (l=0)
M=0
1
2
2
P (l=1)
M=-1,0,1
3
2
6
D (l=2)
M=-2,1-,0,1,2
5
2
10
F (l=3)
M=-3,-2,-1,0,1,2,3
7
2
14
M(3)
N (4)
18
32
* = jumlah orbital (berdarsarkan harga m, setiap harga m menunjukan 1 orbital) ** = jumlah elektron maksimum per orbital *** = jumlah elektron maksimum dalam setiap subkulit **** = jumlah elektron maksimum dalam setiap kulit jumlah elektron maksimum pada 1 orbital=2, maka dapat ditentukan jumlah elektron maksimum yang dapat berada pada subkulit / pada kulit tertentu.
Bentuk orbital Setiap jenis orbital s, p, d, dan f mempunyai bentuk geometri yang khas: a. Orbital s berbentuk bola b. Orbital p berbentuk balon terpilin c. Orbital d bentuknya agak rumit d. Orbital f bentuknya sangat rumit sehingga sulit digambarkan
Konfigurasi Elektron Gambaran penyebaran elektron yang paling mungkin ke dalam orbital-orbital kulit elektron. 3 prinsip penentuan konfigurasi elektron suatu atom. 1. Aturan Aufbau Elektron menempati orbital sedemikian rupa untuk meminimumkan energi atom tersebut. Cara pengisian elektron dengan urutan energi orbital dari yang terendah ke yang tertinggi.
Elektron mulai mengisi orbital pada kulit (energi terendah) : 1s 2s 3s 2p 4s 3p 5s 4p 3d 6s 5p 4d 7s 6p 5d 4f 7p 6d 5f
Konfigurasi elektron untuk setiap unsur 1H ; 1s1 11Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 19K ; 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 Penyimpangan pengisian elektron ke dalam orbital pada unsur dengan tingkat energi tinggi (nomor atom besar): 1. Orbital 4f dan 5d 1 elektron masuk ke orbital 5d, kemudian masuk ke 4f sampai penuh. 2. Pada orbital 5f dan 6d
Aturan Hund Sekumpulan orbital memiliki energi sama (misalnya ketiga orbital p), masuknya elektron kedua ke dalam suatu orbital tidak akan terjadi sebelum semua orbital pada subkulit yang bersangkutan terisi masing-masing dengan 1 elektron. Akibatnya atom cenderung memiliki elektron tidak berpasangan. Semua elektron membawa muatan listrik yang sama sehingga elektron mencari orbital kosong yang energinya sama, sebelum berpasangan dengan elektron yang telah mengisi orbital setengah penuh.
3 Prinsip larangan Pauli Dalam suatu atom yang sama tidak mungkin ada 2 elektron dengan keempat bilangan kuantum yang sama. Orbital hanya diisi maksimum 2 elektron. Unsur-unsur Kimia 106 unsur kimia (nama dan lambang = singkatan sederhana dari nama inggris, latin, atau penemunya). Oksigen = O (inggris) Ferrum = Fe (latin) Wolfram = W (nama penemu)
Nomor atom dan nomor massa A X Z
dimana X = lambang unsur A = nomor massa Z = nomor atom
Nomor atom = jumlah proton dan sekaligus jumlah elektron yang mengelilingi inti atom. 6C = proton =6, elektron = 6 sifat yang menentukan perilaku kimianya, sehingga jenis atom dicirikan oleh nomor atom.
Nomor massa jumlah proton dan neutron di dalam inti atom. 11Na23 p= 11 e= 11 n= no massa-proton = 23-11=12 atom berubah menjadi ion, yang berubah jumlah elektronnya, jumlah proton dan neutron tetap. ion Na+ = 11p, 12 n, 10e Ion Cl- = 17p, 18n, 18e
Isotop
Atom-atom dari unsur yang sama, massanya sedikit berbeda. Atom-atom suatu unsur yang karena perbedaan jumlah neutron dalam intinya mengakibatkan perbedaan massa. Atom dengan nomor atom sama tapi nomor massa berbeda. Isotop Neon (Ne): 20 10Ne : 10p, 10e, 10n 21: 10p, 10e, 11n Ne 10 22: 10p, 10e, 12n Ne 10
Elektrolisa adalah peristiwa berlangsungnya reaksi kimia oleh arus listrik.
Alat elektrolisa terdiri atas sel elektrolitik yang berisi elektrolit (larutan atau leburan), dan dua elektroda, anoda dan katoda. pada anoda terjadi reaksi oksida sedangkan pada elektroda katoda terjadi reaksi reduksi. Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Bedapotensial ini berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya
Elektroda konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit (misal semikonduktor, elektrolit atau vakum). Ungkapan kata ini diciptakan oleh ilmuwan Michael Faraday dari bahasa Yunani elektron (berarti amber, dan hodos sebuah cara).
