MATERI DAN SIFAT-SIFATNYA

Definisi Materi

Kimia adalah ilmu yang berkaitan dengan sifat-sifat dan transformasi materi. Materi didefinisikan sebagai segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Materi adalah zat penyusun alam semesta kita. Semua objek di sekitar kita dari batu, nasi, hingga manusia merupakan contoh dari materi.

Perlu dicatat bahwa definisi materi menggunakan istilah massa alih-alih berat. Kedua kata tersebut sering digunakan secara bergantian, meskipun sebenarnya merujuk pada hal yang berbeda. Massa mengacu pada banyaknya materi dalam suatu benda, sedangkan berat mengacu pada gaya tarik gravitasi terhadap benda tersebut. Sebagai contoh, sebuah bola golf mengandung sejumlah materi tertentu dan memiliki massa tertentu, yang tetap sama di mana pun lokasi bola tersebut berada. Namun, berat bola golf di bumi sekitar enam kali lebih besar daripada di bulan karena gaya gravitasi bumi enam kali lebih kuat daripada gravitasi bulan. Karena massa tidak berubah dari satu tempat ke tempat lain, kita menggunakan massa dan bukan berat ketika menyatakan jumlah materi dalam suatu benda. Massa diukur dengan alat yang disebut neraca. Massa mengacu pada banyaknya materi dalam suatu objek tertentu.

Hukum-Hukum Tentang Materi

a. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Susunan Tetap). Ditemukan oleh Joseph Proust (1754–1826), berdasarkan penelitian terhadap senyawa seperti tembaga karbonat dari berbagai sumber.

“Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa kimia adalah tetap.”

b. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier). Dirumuskan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1789 di Prancis, berdasarkan eksperimen pembakaran merkuri cair dengan oksigen menghasilkan merkuri oksida.

“Massa total zat sebelum reaksi sama dengan massa total zat setelah reaksi.”

c. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton). Dikembangkan oleh John Dalton, berdasarkan pengamatan pada senyawa seperti karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO₂).

“Jika dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, maka dengan salah satu massa unsur dijaga tetap, massa unsur lainnya dalam senyawa tersebut akan berbanding sebagai bilangan bulat sederhana.”

d. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay-Lussac). Ditemukan oleh Joseph Gay-Lussac, melalui penelitian mengenai volume gas dalam reaksi kimia yang dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.

“Pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi merupakan bilangan bulat sederhana.”

e. Hipotesis Avogadro. Dikemukakan oleh Amedeo Avogadro, menyatakan bahwa partikel unsur tidak selalu berupa atom tunggal, melainkan dapat berupa molekul unsur. Contoh molekul unsur: H₂, O₂, N₂, dan P₄.

“Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas-gas yang sama akan mengandung jumlah partikel (molekul) yang sama.”

Unsur

Ilmu kimia sangat berkaitan dengan reaksi kimia, yaitu transformasi yang mengubah komposisi kimia suatu zat. Salah satu jenis reaksi kimia yang penting adalah dekomposisi, yaitu suatu proses di mana satu zat diubah menjadi dua atau lebih zat lain. Sebagai contoh, jika kita mengalirkan listrik melalui natrium klorida cair (garam yang meleleh), akan terbentuk logam natrium yang berwarna perak dan gas klorin yang berwarna hijau pucat. Perubahan ini telah menguraikan natrium klorida menjadi dua zat yang lebih sederhana. Namun, tidak peduli seberapa keras kita mencoba, natrium dan klorin tidak dapat diuraikan lebih lanjut melalui reaksi kimia menjadi zat yang lebih sederhana lagi yang dapat disimpan dan dipelajari.

Dalam ilmu kimia, zat-zat yang tidak dapat diuraikan menjadi bahan yang lebih sederhana melalui reaksi kimia disebut unsur. Natrium dan klorin adalah dua contohnya. Unsur lain yang mungkin sudah Anda kenal meliputi besi, aluminium, belerang, dan karbon (seperti pada arang dan berlian). Beberapa unsur berbentuk gas pada suhu ruang, contohnya klorin, oksigen, hidrogen, nitrogen, dan helium. Unsur merupakan bentuk paling sederhana dari materi yang dapat langsung digunakan dalam pekerjaan kimia. Semua zat yang lebih kompleks tersusun dari unsur-unsur tersebut dalam berbagai kombinasi.

Senyawa

Melalui reaksi kimia, unsur-unsur bergabung dalam perbandingan tertentu untuk membentuk berbagai zat kompleks di alam. Sebagai contoh, hidrogen dan oksigen bergabung membentuk air (H₂O), dan natrium serta klorin membentuk natrium klorida (NaCl) atau garam dapur. Air dan natrium klorida adalah contoh senyawa. Senyawa adalah zat yang terbentuk dari dua atau lebih unsur berbeda, di mana unsur-unsurnya selalu bergabung dalam perbandingan massa yang tetap dan pasti. Misalnya, jika air murni diuraikan, maka massa oksigen yang dihasilkan selalu delapan kali massa hidrogen. Demikian pula, saat hidrogen dan oksigen bereaksi membentuk air, massa oksigen yang bereaksi selalu delapan kali massa hidrogen, tidak pernah lebih dan tidak pernah kurang.

Campuran

Unsur dan senyawa merupakan contoh dari zat murni. Komposisi zat murni selalu sama, tidak bergantung dari mana asalnya. Namun, zat murni jarang ditemukan di alam. Dalam kehidupan sehari-hari, kita biasanya berhadapan dengan campuran unsur atau senyawa. Berbeda dari unsur dan senyawa, komposisi campuran dapat bervariasi. Campuran dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

1. Campuran Homogen

Campuran homogen memiliki sifat yang seragam di seluruh bagiannya. Contohnya adalah larutan gula dalam air yang telah diaduk merata. Campuran homogen seperti ini disebut larutan. Perlu dicatat bahwa larutan tidak harus berupa cairan, yang penting adalah keseragaman sifat di seluruh bagiannya. Contoh lainnya:

• Paduan logam pada koin 5 sen Amerika Serikat adalah larutan padat dari tembaga dan nikel.

• Udara bersih adalah larutan gas yang terdiri dari oksigen, nitrogen, dan beberapa gas lain.

2. Campuran Heterogen

Campuran heterogen terdiri dari dua atau lebih wilayah (disebut fase) yang memiliki sifat berbeda. Contohnya adalah campuran minyak dan air. Campuran ini memiliki dua fase, di mana minyak mengapung di atas air sebagai lapisan terpisah. Perlu dicatat bahwa fase-fase dalam campuran tidak harus berasal dari zat yang berbeda secara kimia. Misalnya, campuran es dan air cair juga merupakan campuran heterogen dua fase, meskipun keduanya memiliki komposisi kimia yang sama, tetapi berada dalam keadaan fisik yang berbeda.

Perubahan Fisika dan Kimia

Proses yang kita gunakan untuk membuat campuran termasuk dalam perubahan fisika, karena tidak terbentuk zat kimia baru. Hal ini ditunjukkan dalam Gambar A.3, yang menggambarkan campuran bubuk unsur besi dan belerang. Dengan hanya mencampurkan dan mengaduk kedua zat tersebut, campuran terbentuk, tetapi masing-masing unsur tetap mempertahankan sifat aslinya. Untuk memisahkan campuran ini, kita juga dapat menggunakan perubahan fisika. Contohnya, kita dapat menggunakan magnet untuk menarik bubuk besi dari campuran, ini adalah proses fisika. Bubuk besi akan menempel pada magnet, sedangkan belerang tertinggal.

Campuran ini juga dapat dipisahkan dengan menggunakan cairan yang disebut karbon disulfida, yang dapat melarutkan belerang, tetapi tidak melarutkan besi. Prosesnya adalah dengan 1) Melakukan penyaringan untuk memisahkan larutan belerang dari padatan besi. 2) Uapkan cairan karbon disulfida dari larutan belerang. 3) Hasil akhirnya adalah unsur besi dan belerang yang terpisah kembali. Campuran heterogen dua fase, meskipun keduanya memiliki komposisi kimia yang sama, tetapi berada dalam keadaan fisik yang berbeda.

Pembentukan senyawa melibatkan perubahan kimia (reaksi kimia), karena komposisi kimia dari zat-zat yang terlibat berubah. Contohnya, besi dan belerang dapat bereaksi membentuk senyawa yang sering disebut sebagai “emas bodoh” (fool’s gold) atau disebut besi pirit. karena tampilannya menyerupai emas (Gambar A.4). Ketika senyawa ini terbentuk, sifat-sifat asli dari besi dan belerang hilang dan digantikan oleh sifat-sifat baru milik senyawa pirit. Pirit memiliki penampakan menyerupai emas, sehingga pernah menyesatkan para penambang yang mengira bahwa mineral ini adalah emas asli. Dalam senyawa ini:

• Unsur-unsur tidak lagi memiliki sifat aslinya seperti sebelum bergabung.

• Tidak dapat dipisahkan lagi dengan cara fisika biasa.

Bahkan, jika kita ingin menguraikan fool’s gold kembali menjadi besi dan belerang, itu juga akan menjadi reaksi kimia, karena melibatkan perubahan pada struktur kimianya. Hubungan antara unsur, senyawa, dan campuran dapat dilihat pada Gambar A.5.

Beberapa Cara Pemisahan Campuran

Untuk menjaga agar komponen-komponen dalam suatu campuran tetap mempertahankan sifat aslinya, dapat dilakukan proses pemisahan berdasarkan karakteristik khas masing-masing zat. Berikut ini beberapa teknik pemisahan campuran:

1. Filtrasi (Penyaringan)

Metode ini digunakan untuk memisahkan zat padat dari cairan atau larutan, misalnya untuk memisahkan endapan hasil reaksi kimia dari larutannya. Zat padat tertinggal sebagai residu di atas saringan, sementara cairannya (filtrat) melewati filter.

2. Distilasi (Penyulingan)

Distilasi memanfaatkan perbedaan titik didih antar komponen dalam campuran. Proses ini menggunakan alat pemanas dan kondensor (dinding pendingin) untuk mengubah zat yang menguap menjadi cair kembali. Misalnya, dalam campuran air dan alkohol, karena alkohol memiliki titik didih lebih rendah (78°C) dibanding air (100°C), maka alkohol akan lebih dahulu menguap jika dipanaskan pada suhu yang sesuai. Untuk campuran yang memiliki lebih dari dua komponen, distilasi dilakukan bertahap berdasarkan titik didih dari yang paling rendah. Namun, metode ini kurang efisien jika titik didih zat-zat tersebut terlalu berdekatan karena dapat terjadi pencampuran kembali.

3. Rekristalisasi

Teknik ini digunakan untuk mendapatkan zat padat murni yang tercampur dengan pengotor. Caranya adalah dengan melarutkan zat utama dalam pelarut yang tidak melarutkan pengotornya, kemudian larutan tersebut dikristalkan kembali. Sebagai contoh, garam dapat dipisahkan dari air melalui pemanasan. Saat air menguap secara perlahan dan larutan menjadi jenuh, maka garam akan mulai membentuk kristal.

4. Sublimasi

Sublimasi adalah metode untuk memisahkan zat padat yang dapat langsung berubah menjadi gas dari pengotornya yang tidak menyublim. Zat padat murni diuapkan dan diubah kembali menjadi padat di permukaan dingin dalam wadah tertutup. Teknik ini sering digunakan untuk memurnikan zat seperti kapur barus atau iodin.

5. Kromatografi

Kromatografi adalah metode pemisahan berdasarkan perbedaan afinitas atau daya lekat zat terhadap permukaan padat. Ketika campuran dialirkan bersama pelarut (fase gerak atau eluen) melalui media padat (fase diam atau adsorben), tiap komponen dalam campuran akan bergerak dengan kecepatan berbeda tergantung seberapa kuat daya lekatnya terhadap adsorben. Berdasarkan jenis pelarut (eluen) dan adsorbennya, kromatografi terbagi menjadi beberapa jenis:

• Kromatografi Kolom: Menggunakan tabung kaca yang diisi adsorben seperti silika gel, campuran dialirkan dan dipisahkan di dalam kolom.

• Kromatografi Kertas: Menggunakan kertas sebagai media adsorben dan pelarut cair sebagai eluen, sering digunakan dalam analisis tinta atau pewarna.

• Kromatografi Lempeng Tipis (TLC): Memanfaatkan lempeng kaca atau plastik yang dilapisi lapisan tipis adsorben, cocok untuk analisis cepat senyawa dalam jumlah kecil.

• Kromatografi Gas (GC): Menggunakan gas sebagai fase gerak untuk memisahkan komponen dalam campuran gas atau cairan yang mudah menguap. Zat diuapkan, kemudian dialirkan melalui kolom berisi adsorben, dan masing-masing komponen terpisah sesuai kecepatan lajunya.