Dasar Ilmu Kimia

       @ProyekK01, @K10-Dwi

            Dwi Arif Rahman               

Dasar Ilmu Kimia

Ilmu kimia adalah cabang dari ilmu fisik yang mempelajari tentang susunan, struktur, sifat, dan perubahan materi. Ilmu kimia meliputi topik-topik seperti sifat-sifat atom, cara atom membentuk ikatan kimia untuk menghasilkan senyawa kimia, interaksi zat-zat melalui gaya antarmolekul yang menghasilkan sifat-sifat umum dari materi, dan interaksi antar zat melalui reaksi kimia untuk membentuk zat-zat yang berbeda.

·        Kata kunci: Hukum Dasar Kimia

Hukum kimia adalah hukum alam yang relevan dengan bidang kimia. Konsep paling fundamental dalam kimia adalah hukum konservasi massa, yang menyatakan bahwa tidak terjadi perubahan kuantitas materi sewaktu reaksi kimia biasa. Fisika modern menunjukkan bahwa sebenarnya yang terjadi adalah konservasi energi, dan bahwa energi dan massasaling berhubungan; suatu konsep yang menjadi penting dalam kimia nuklir. Konservasi energi menuntun ke suatu konsep-konsep penting mengenai kesetimbangan, termodinamika, dan kinetika.

1.     Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Pada tahun 1774 Lavoisier memanaskan timah dengan oksigen dalam suatu wadah tertutup. Dengan menggunakan neraca dan penimbangan yang teliti ia berhasil membuktikan bahwa massa sistem tidak berubah meskipun timah telah bereaksi dengan oksigen menghasilkan serbuk berwarna putih. Ia menemukan keteraturan dari hasil pengamatannya sebagai Hukum Kekekalan Massa. Hukum yang ditemukan berdasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh Lavoisier tersebut berbunyi :

“Pada setiap reaksi kimia, massa zat-zat yang bereaksi adalah sama dengan massa zat- zat hasil reaksi”

Pernahkah Anda memperhatikan sepotong besi yang dibiarkan di udara terbuka, dan pada suatu waktu kita akan menemukan, bahwa besi itu telah berubah menjadi karat besi. Jika kita timbang massa besi sebelum berkarat dengan karat besi yang dihasilkan, ternyata massa karat besi lebih besar. Benarkah demikian? Dari kejadian tersebut, kita mendapatkan gambaran bahwa seolah-olah dalam suatu reaksi kimia, ada perbedaan massa zat, sebelum dan sesudah reaksi, sesuai dengan hukum kekekalan massa. Hukum kekekalan massa, dalam menyetarakan persamaan reaksi, artinya massa zat sebelum reaksi sama dengan massa sesudah reaksi.

2.     Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Joseph Louis Proust pada tahun 1797 melakukan sederetan percobaan mengenai perbandingan jumlah zat-zat yang bereaksi. Misalnya pada pembentukan senyawa natrium klorida dari unsur-unsurnya, perbandingan jumlah natrium dan klor dalam suatu reaksi selalu tetap, yaitu 39,0% natrium dan 61% klor. Demikian pula untuk reaksi kimia yang lain. Bahwa setiap 1 gram gas hidrogen bereaksi dengan 8 gram oksigen, menghasilkan 9 gram air. Hal ini membuktikan bahwa massa hidrogen dan massa oksigen yang terkandung dalam air memiliki perbandingan yang tetap yaitu 1 : 8, berapapun banyaknya air yang terbentuk. Dari percobaan yang dilakukannya, Proust mengemukakan teorinya yang terkenal dengan sebutan, Hukum Perbandingan Tetap, yang berbunyi:

“Perbandingan massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap”

Penyimpangan Hukum Proust

Hukum Proust merupakan hukum yang amat berguna pada pembahasan stoikiometri, tetapi perlu diketahui bahwa sekalipun hukum ini amat berguna dalam dasar-dasar kimia modern, hukum perbandingan tetap tidak selalu berlaku untuk semua senyawa. Hukum Proust tidak berlaku untuk senyawa-senyawa yang mengandung komposisi isotop yang berbeda. Komposisi isotop dapat berbeda sesuai sumber dari unsur yang membentuk senyawa tersebut. Selain itu, hukum Proust juga tidak berlaku pada polimer, baik polimer alami maupun polimer buatan. Dalton menyelidiki perbandingan unsur-unsur tersebut pada setiap senyawa dan didapatkan suatu pola keteraturan. Pola tersebut dinyatakan sebagai hukum Perbandingan Berganda yang bunyinya:

“Bila dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa, dimana massa salah satu unsur tetap (sama), maka perbandingan massa unsur yang lainnya merupakan bilangan bulat dan sederhana”

Perbandingan atom unsur-unsur dalam suatu rumus kimia ditunjukkan dengan angka yang bulat, dan bukan dengan angka pecahan. Sebagai contoh, karbon monoksida (CO) mempunyai perbandingan antara atom C dan atom O sama dengan 1 : 1, yang berarti perbandingan atom untuk membuat 1 molekul CO tanpa ada sisa atom C atau atom O kita harus mengambil 1 atom C dan 1 atom O sesuai dengan perbandingan atom-atom dalam rumus kimia senyawanya.

3.     Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

John Dalton pertama kali mengemukakan pengamatan ini pada 1803. Beberapa tahun sebelumnya, kimiawan Perancis telah mengemukakan hukum perbandingan tetap. Dalton merumuskan hukum ini berdasarkan pengamatan-pengamatan terhadap nilai- nilai perbandingan Proust. Kedua hukum ini merupakan penemuan penting untuk menjelaskan bagaimana senyawa terbentuk dari atom-atom.

Hukum perbandingan berganda lebih baik dibuktikan dengan menggunakan senyawa sederhana. Hukum ini tidak bekerja pada senyawa non stokiometrik, polimer, dan oligomer.

Misalnya karbon bereaksi dengan oksigen membentuk karbondioksida (CO₂) dan karbonmonoksida (CO). Jika jumlah karbon yang bereaksi pada masing-masing adalah 1 gram, maka diamati bahwa pada karbonmonoksida yang terbentuk akan terdapat 1,33 gram oksigen dan 2,67 gram oksigen pada karbondioksida. Perbandingan massa oksigen mendekati 2:1, yang perbandingan bilangan bulat sederhana, mematuhi hukum perbandingan berganda.

4.     Hukum Perbandigan Volume (Hukum Gay Lussac)

Hukum perbandingan volume adalah hukum yang membahas tentang reaksi zat – zat yang berupa gas. Kita tahu bahwa gas itu selain memiliki massa (buktinya dapat kalian lihat saat kita membeli gas untuk memasak yang dibeli dalam satuan kg/massa), gas juga memilki volume, suhu dan tekanan tertentu yang dapat diukur besarnya. 

Pada tahun 1808, Joseph Louis Gay Lussac melakukan percobaan dengan mereaksikan gas hidrogen dan gas nitrogen sehingga terbentuk ammonia. Pada suhu dan tekanan yang sama, ternyata untuk membentuk 2 volume gas ammonia, volume hidrogen yang dibutuhkan adalah tiga kali volume gas nitrogen.

Yang diperhatikan gay lussac dari percobaannya tersebut adalah perbandingan volume perekasi nya yang merupakan bilangan bulat dan sederhana dan keadaan ini terjadi pada suhu dan tekanan yang sama (P,T sama). Berdasarkan fakta ini kemudian gay lussac membuat pernyataan yang kemudian dikenal dengan hukum perbandingan volume.

“Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat sederhana.“

Hukum perbandingan volume dari Gay Lussac dapat kita nyatakan sebagai berikut.

“Perbandingan volume gas-gas sesuai dengan koefisien masing-masing gas.”

Hukum Charles

Hukum Charles juga kadang-kadang disebut Hukum Gay-Lussac atau Hukum Charles Gay-Lussac, karena Gay-Lussac lah yang pertama kali mempublikasikan penemuan ini pada 1802. Jacques Charles telah menemukannya lebih dahulu pada 1787, namun tidak mempublikasikannya. Belakangan hukum ini lebih sering disebut hukum Charles karena kemudian Gay-Lussac menemukan hukum-hukum lain yang dinamakan sesuai namanya.

5.     Hipotesis Avogadro (Hukum Avogadro)

Pada awalnya Avogadro mengajukan suatu hipotesis sehingga dikenal hipotesis Avogadro, namun sekarang sudah terbukti kebenarannya sehingga disebut Hukum Avogadro. Namun hipotesis avogadro sudah melekat di ingatan banyak orang ketimbang kata hukum Avogadro. Supaya lebih memahami hukum Avogardo, mari kita lihat cara pemikiran ilmuwan terdahulu dalam menemukan teori ini.

Berkaitan dengan fakta yang ditemukan Gay Lussac, pada tahun 1811, seorang pakar kimia Italia bernama Amadeo Avogadro mengajukan hipotesis “konsep molekul” untuk menjelaskan fakta yang ditemukan Gay Lussac. Bunyi Hipotesis Avogadro itu adalah:

 “pada suhu dan tekanan tetap, semua gas apapun yang volumenya sama akan mengandung jumlah molekul yang sama“.

Hipotesis avogadro didasarkan pada sejumlah cuplikan dari jenis gas yang sama dengan volume berbeda, dan didasarkan apda cuplikan gas yang volumenya sama tetapi jenis gas berbeda.

Menurut Avogadro, 1 volum gas hidrogen akan mengandung jumlah molekul yang sama banyak dengan 1 volume gas klor. Karena itu, jika perbandingan volumenya adalah 1:1, maka perbandingan jumlah molekulnya juga 1:1. Penjelasan Avogadro untuk reaksi pembentukan gas hidrogen klorida yang ditemukan Gay Lussac adalah:

1 volume hidrogen + 1 volume klor     → 2 volume hidrogen klorida
n molekul hidrogen + n molekul klor → 2n molekul hidrogen klorida
1 molekul hidrogen + 1 molekul klor  → 2 molekul hidrogen klorida

Berdasarkan hal itu, Avogadro mengemukakan gagasan bahwa bagian terkecil suatu materi tidak selalu merupakan atom tunggal, tetapi dapat juga berupa kumpulan atom yang dinamakan molekul. Pada reaksi di atas terbentuk dua molekul hidrogen klorida, yang dihasilkan dari satu molekul gas hidrogen dan satu molekul gas klor. Dengan demikian, setiap molekul hidrogen dan molekul klor terdiri dari dua buah atom sejenis.

Bila perbandingan volume di atas dinyatakan sebagai perbandingan atom akan menimbulkan kesalahan, sebab bila perbandingan volume diartikan sebagai perbandingan atom, maka:

1 volum hidrogen + 1 volume klor → 2 volume hidrogen klorida
n atom hidrogen + n atom klor → 2n molekul hidrogen klorida
1 atom hidrogen + 1 atom klor → 2 molekul hidrogen klorida

Persamaan itu dapat diartikan bahwa satu molekul hidrogen klorida dihasilkan dari setengah atom hidrogen dan setengah atom klor. Hal ini tentu menyalahi teori atom Dalton, yang menyatakan bahwa atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dipecah lagi. Dengan demikian, hipotesis molekul dari Avogadro dapat diterima, dan dianggap sebagai teori molekul.

DAFTAR PUSTAKA

Pengertian Materi Kimia https://id.wikipedia.org/wiki/Kimia, Kisnadwi, 2017. Ringkasan Materi Hukum Hukum Dasar Kimia https://bisakimia.com/2017/08/19/ringkasan-materi-hukum-hukum-dasar-kimia/ ,  Sasrawan, 2012. Hukum Dasar Kimia http://hedisasrawan.blogspot.com/2012/11/hukum-hukum-dasar-kimia-artikel-lengkap.html, Vernandes, 2016. Hukum Perbandingan Volume, Gay Lussac   https://www.avkimia.com/2016/10/hukum-perbandingan-volume-hukum-gay-lussac.html, Hasannudin, 2018. Hukum Avogadro atau Hipotesis Avogadro  http://kimiadasar.com/hukum-avogadro-atau-hipotesis-avogadro/