METODE ILMIAH DALAM KIMIA DASAR

                                                                                                                  RESUME KIMIA

PENDIDIKAN IPA

METODE ILMIAH DALAM KIMIA DASAR

·      Kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang :

1.      Materi (struktur, susunan, sifat)

2.      Perubahan materi

3.      Energi yang menyertai perubahan itu.

·      Latar belakang adanya metode ilmiah, yaitu adanya berbagai perbedaan kesimpulan yang diperoleh para ilmuwan. Diperlukan suatu metode baku yang berlaku universal untuk memperoleh kesimpulan yang dapat diakui bersama.

·      Paham yang berkembang :

1.      Rasionalisme (Rene Descartes), paham ini mengungkapkan penalaran adalah sumber penalaran. Namun, paham ini dapat menyebabkan solipsisme. Yang benar bagi si A belum tentu benar bagi si B (teori bahwa satu-satunya pengetahuan yg mungkin adalah pengetahuan diri sendiri). Rasionalisme memberikan kerangka pemikiran yang koheren dan logis.

2.      Empirisme (Francis Bacon), paham ini mengungkapkan pengetahuan diperoleh dari pengamatan dengan pancaindra. Gejala dari pengalaman baru perlu memiliki arti jika kita memberikan penafsiran terhadap gejala itu.

·      Metode ilmiah adalah gabungan antara pendekatan rasional dan empiris.

·      Langkah umum dalam metode ilmiah adalah mengadakan pengamatan, merumuskan hipotesis, melakukan percobaan, menarik kesimpulan dan membuat laporan.

1.      Mengadakan pengamatan (harus ditemukan masalah)

Dalam mengadakan penelitian, kita melakukan percobaan dengan keadaan yang dikendalikan agar didapat data yang sama bila percobaan diulang. Data itu mungkin kualitatif dan kuantitatif. Dalam IPA data kuantitatif lebih berguna dibandingkan data kualitatif, karena data kuantitatif mengandung banyak informasi. Data yang terkumpul kemudian disusun sedemikian rupa sehingga ditemukan hal yang menarik, seperti keteraturan, kecenderungan atau perbedaan. Hal itu diperlukan untuk mencari gambaran umum tentang gejala alam sehingga mudah dipahami. Dalam IPA, pernyataan umum yang disimpulkan dari fakta percobaan disebut hukum alam atau hukum.

2.      Merumuskan Hipotesis (Jawaban sementara dan untuk menentukan arah penelitian).

Merumuskan hipotesis adalah pekerjaan yang cukup sulit dalam metode ilmiah, karena untuk menjawab suatu masalah banyaklah kemungkinannya. Hipotesis yang dibuat akan menentukan bentuk percobaan yang akan dilakukan dan akhirnya memengaruhi keberhasilan menemukan teori yang dapat diandalkan. Merumuskan hipotesis memerlukan pengetahuan dan penalaran, karena harus didasarkan pada teori yang telah mapan.

3.      Melakukan percobaan (Pengujian hipotesis).

Kebenaran hipotesis dapat diketahui setelah diuji dengan percoaan di laboratorium. Data yang diperoleh mungkin sesuai dengan hipotesis, tetapi mungkin juga tidak. Jika tidak, berarti kesalahan mungkin saja terjadi pada percobaan atau hipotesisnya yang keliru.

4.      Menarik kesimpulan (Jawaban dari hasil pengujian hipotesis)

Hipotesis yang teruji kebenarannya melauipercobaan yang dilakukan berulang kali, dapat dijadikan dasar untuk menrik kesimpulan umum yang disebut teori. Seandainya hipotesis tidak terbukti akan menjadi dasar untuk melahirkan teori baru, dan mungkin dapat mengoreksi teori-teori sebelumnya.

5.      Menbuat laporan

Langkah terakhir dalam metode ilmiah adalah membuat laporan agar ahli lain mengetahui hasil temuan temannya. Di samping itu, laporan berguna untuk mendapatkan saran dan koreksi jika diperlukan. Kemudian, agar ahli lain tidak melakukan hal yang persis sama.

MATERI DAN PERUBAHANNYA

Ada dua macam sifat materi, yaitu sifat intensif dan ekstensif. Sifat intensif seperti suhu, titik didih, titik beku, indeks bias, kerapatan dan rumus senyawa tidak bergantung pada jumlah materi. Sebaliknya, sifat ekstensif bergantung pada jumlah materi, seperti massa, eneergi, mol dan volume.

Salah satu identitas zat kimia yang mudah dikenal adalah wujudnya, yaitu gas, cair dan padat. Zat kimia yang berwujud gas mempunyai partikel berjauhan dan daya tariknya kecil sekali atau hampir tidak ada. Zat berwujud padat, daya tarik antara partikelnya kuat sekali dan jaraknya sangat dekat. Sedangkan zat cair berada diantara gas dan padat, baik jarak partikelnya maupun daya tariknya.

Jika suatu zat padat diberi energi, misalnya dipanaskan, partikelnya akan bergerak lebih cepat dan pada suatu saat zat itu melebur. Pemanasan seterusnya akan mempercepat gerakan dan akhirnya ia bergerak bebas, atau menjadi gas. Jadi, zat kimia dapat mengalami peralihan wujud. Karena ada tiga macam wujud, maka ada tiga pasang peralihan wujud, yaitu melebur-membeku, mendidih-mengembun, menyublim deposisi.

Peralihan wujud suatu zat terjadi pada suhu tertentuyang disebut suhu peralihan. Suhu peralihan akan ada tiga pasang, yaitu titik lebur-titik beku, titik didih-titik embun dan titik sumblim-titik deposisi.

STRUKTUR ATOM

·      Partikel Dasar

1.Elektron

Pada tahun 1875, Crookes membuat tabung kaca yang kedua ujungya dilengkapi dengan sekeping logam pada elektroda. Setelah udara dalam tabung divakumkan dan kedua elektroda dihubungkan dengan arus searah bertegangan tinggi, ternyata timbul sinar pada kutub negatif (katoda) yang bergerak ke kutub positif (anoda), oleh sebab itu, sinar ini disebut sinar katoda dan alatnya disebut tabung sinar katoda.

Hasil penyelidikan selanjutnya menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan partikel yang paling ringan dan paling kecil. Sifat sinar katoda tidak bergantung pada bahan katoda yang digunakan. Hal ini dibuktikan oleh Thomson dengan mengganti katoda percobaan Crookes dengan logam lain dan ternyata hasinya sama. Akhirnya, ia berkesimpulan bahwa sinar katoda adalah pastikel negatif yang terdapat pada semua atom. Partikel ini kemudian diberi nama elektron.

2.      Proton

Golstein, pada tahun 1886, membuat alat yang mirip dengan tabung Crookes. Katoda dibuat berlubang dan diletakkan agak ke dalam. Tabung diisi gas hidrogen bertekanan rendah. Setelah dialirkan listrik menghasilkan dua macam sinar. Pertama, sinar katoda (elektron) yang bergerak dari katoda ke anoda. Kedua, sinar yang bergerak ke katoda dan sebagian masuk kedalam lubang (saluran) sehingga disebut juga sinar saluran. Kemudian partikel ini dikenal dengan nama proton.

3.      Neutron

Di samping elektron dan proton, atom juga mengandung partikel lain yang disebut neutron. Neutron bermassa 1,6750 x 10^-24 g dan tidak bermuatan (netral). Pada mulanya Rutherford berhipotesis bahwa dalam inti atom terdapat neutron dan kemudian dibuktikan oleh Chadwick pada tahun 1932.

·      Teori atom Thomson dan Rutherford

1.    Teori atom Thomson

Pada percobaan Goldstein timbul pertanyaan dari mana asal dan bagaimana cara terbentuknya sinar positif. Thomson menduga sinar itu dari atom gas dalam tabung percobaan yang telah menunjukkan bahwa setiap atom mengandung elektron. Jika atom kehilangan elektronyang bermuatan negatif tentu yang tinggal bermuatan positif . jumlah muatan positif yang tinggal tentu sama dengan jumlah muatan elektron yang keluar, karena pada mulanya atom itu netral.

Elektron sangat ringan sehingga dapat meninggalkan atom jika diberi energi, misalnya diberi tegangan listrik seperti pada tabung crookes. Oleh karena itu, diduga elektron berada di bagian luar atom. Berdasarkan penalaran seperti ini, akhirnya Thomson (tahun 1898) merumuskan teori yang disebut teori atom Thomson “Atom merupakan sebuah bola kecil bermuatan positif dan di permukaannya tersebar elektron yang bermuatan negatif”. Model ini disebut juga model roti kismis, karena mirip dengan roti yang ditaburi ‘kismis’di permukaannya. Roti ini digambarkan sebagai atom bermuatan positif dan kismis sebagai elektronnya.

2.        Teori atom Rutherford

Teori atom Thomson tidak menjelaskan keudukan elektron dalam atom, hanya menyatakan di permukaan, karena di tarik oleh muatan positifnya. Ernest Rutherford dan kawannya melakukan percobaan, yaitu melewatkan sinar alfa dalam tabung berisi gas. Ternyata sinar bergerak lurus tanpa dipengaruhi oleh gas. Mereka menduga bahwa molekul gas tidak bermuatan dan tidak mengubah arah sinar alfa yang bermuatan positif. Berdasarkan hal ini, Rutherford berhipotesis bahwa partikel alfa dalam padatan akan berubah arah, karena dalam atom terdapat muatan positif. Hipotesis ini (1909), dibuktikan dengan percobaan oleh Geiger dan Marsden. Mereka menembakkan sinar alfa pada selempeng platina tipis (setebal ± 10^-6m). Hasilnya ditangkap dengan layar yang terbuat dari ZnS yang dapat berfluoresensi bila kena sinar alfa.

Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sinar alfa yang ditembakkan itu ada yang tembus, membelok dan memantul. Sinar yang tembus merupakan bagian terbesar, sedangkan yang membelok sedikit dan yang memantul sedikit sekali. Gejala ini dijelaskan oleh Rutherford, bahwa partikel alfa banyak yang tembus disebabkan oleh atom yang mengandung banyak ruang hampa. Di pusat atom terdapat sebuah pertikel bermuatan yang disebut inti. Sinar alfa akan membelok bila mendekati inti, karena saling tolak menolak. Kejadian ini sedikit jumlahnya, karena ukuran inti atom sangat kecil dibandingkan ukuran ruang hampanya. Jika ada partikel alfa yang menabrak inti, maka alfa akan memantul walaupun tidak 180^o. Tumbukkan langsung ini sangat kecil kemungkinannya, maka jumlah alfa yang memantul kecil sekali. Dengan penalaran seperti diatas, Rutherford merumuskan teori atom yang disebut model atom Rutherford “Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif yang merupakan terpusatnya massa. Di sekitar inti terdapat elektron yang bergerak mengelilinya dalam ruang hampa”

·           Sprektum atom dan teori atom Bohr

1.      Spektrum atom

Satu gelombang selalu mempunyai frekuensi (), kecepatan (c) dan panjang gelombang ( tertentu. Kecepatan gelombang elektromagnetik adalah tetap (c = 2, 998 x 10⁸m), maka perbedaan satu gelombang dengan yang lainnya adalah frekuensi atau panjang gelombang.

Jika  makin besar maka  akan kecil dan sebaliknya bila kecil maka  akan besar. Energi sinar menurut Planck bergantung pada frekuensinya.

E = h

Berdasarkan bentuknya, spektrum sinar dapat dibagi dua, yaitu kontinu dan diskontinu. Spektrum kontinu adalah spektrum sinar yang mengandung semua jenis gelombang yang ada di daerah tersebut, sehingga terlihat sambung-menyambung dan tidak ada bagian yang kosong, contohnya pelangi. Spektrum diskontinu adalah spektrum yang hanya mengandung gelombang tertentu sehingga terdapat daerah-daerah kosong. Spektrum jenis ini terbagi dua, yakni spektrum emisi dan absorpsi. Pada spektrum emisi, sinar berasal dari zat yang yang memancarkan sinar dengan gelombang tertentu dan tampak berupa garis-garisterpisah, seperti spektrum hidrogen. Spektrum absorpsi adalah spektrum sinar yang pada bagian-bagian tertentu tidak terisi atau kosong.

2.      Model Atom Bohr

Bohr merumuskan teori (model)atom yang disebut teori atom Bohr, yaitu :

a.         Atom terdiri atas inti bermuatan positif

b.         Elektron bergerak mengelilingi inti dalam lintasan tertentu

c.         Elektron dalam lintasannya tidak menyerap atau memancarkan energi, karena tiap lintasan mempunyai tingkat energi tertentu

d.        Jika elektron berpindah lintasan, maka terjadi perubahan energi sebesar  = E₂ – E₁

E₁ dan E₂ adalah energi lintasan pada tingkat rendah dan tinggi.

SISTEM PERIODIK

·         Perkembangan Sistem Periodik

1.      Triad Dobereiner

Pada permulaan abad ke-19, teori atom Dalton telah tersebar luas sehingga massa atom relatif unsur merupakan sifat penting untuk membedakan satu unsur dengan yang lain. Pada tahun 1817, Johann D. Dobereiner mencari hubungan antara massa atom relatif unsur dengan sifat-sifatnya. Ia menemukan beberapa kelompok tiga unsur yang mempunyai sifat mirip, contohnya :

Litium      Kalsium       Klor

Natrium   Strontium    Brom

Kalium     Barium        Iod

Kelompok tiga unsur ini disebut triad. Dobereiner menemukan suatu hukum :

“Suatu triad adalah tiga unsur yang disusun berdasarkan kenaikan massa atom relatif (Ar)-nya, sehingga Ar unsur kedua kira-kira sama dengan rata-rata Ar unsur pertama dan ketiga.

2.      Hukum Oktaf Newland

            Pada tahun 1856, John Newland mendapatkan hubungan antara sifat unsur dengan massa atom relatifnya, yaitu “Jika unsur disusun berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya, maka pada unsur yang kedepalan sifatnya mirip dengan unsur yang pertama dan unsur kesembilan dengan unsur kedua dan seterusnya”.

3.      Sistem Periodik Mendeleyev

            Dimitri Mendeleyev (bangsa Rusia) dan Lothar Meyer (bangsa Jerman) secara terpisah membuat daftar unsur yang merupakan perbaikan hukum oktaf Newland. Pada tahun 1869 Mendeleyev berhasil menyusun daftar unsur yang disebut sistem periodik Mendeleyev. Ia menempatkan unsur dalam kotak menurut krnaikan massa atom relatifnya.

            Kelebihan sistem periodik Mendeleyev adalah

a.      Sifat kimia dan fisika unsur dalam satu golongan mirip dan berubah secara teratur

b.      Valensi tertinggi suatu unsur sama dengan nomor golongannya

c.      Dapat meramalkan sifat unsur yang belum ditemukan waktu itu dan telah mempunyai tempat yang kosong.

Kekurangan sistem periodik Mendeleyev adalah

a.         Panjang periode tidak sama dan sebabnya tidak dijelaskan

b.        Beberapa unsur tidak disusun berdasarkan kenaikan Ar-nya, contoh Te(128) sebelum I(127)

c.         Selisih massa unsur yang berurutan tidak selalu 2, tetapi berkisar antara 1 dan 4 sehingga sukar meramalkan massa unsur yang belum diketahui secara tepat

d.        Valensi unsur yang lebih dari satu sulit diramalkan dari golongannya

e.         Anomali (penyimpangan) unsur hidrogen dari yang lain tidak dijelaskan.

4.      Sistem periodik modern

Penggolongan unsur yang mutakhir adalah sistem periodik  modern. Dari sistem ini dapat diketahui sifat unsur secara umum dari golongan dan periodanya. Sistem periodik modern disebut juga sistem periodik panjang disusun berdasarkan konfigurasi elektron unsur. Letak suatu unsur dalam sistem ini ditentukan oleh orbital yang terisi paling akhir. Unsur yang mempunyai orbital terakhir sama terletak dalam blok yang sama.

IKATAN KIMIA

Jika elektron terluar 1, 2 atau 3 = atom cenderung melepas elektron. Jika elektron terluar 4, 5, 6 atau 7 = atom cenderung menagkap elektron. Jika elektron terluar 8 = atom mempunyai susunan elektron stabil.

            Pada umumnya atom-atom ingin memiliki delapan elektron pada kulit terluarnya, kecuali atom-atom kecil seperti ₁H, ₂He, ₃Li dan ₄Be, hanya ingin memiliki dua elektron pada kulit terluarnya.

Ikatan kimia di bagi dua, yaitu

a.      Ikatan Ion (elektrovalen), terjadi melalui perpindahan elektron, dan terbentuk antara atom logam (melepas elektron) dengan atom non logam (menangkap elektron).

b.      Ikatan Kovalen, terjadi karena pemakaian pasangan elektron (dari kedua atom) secara bersama-sama dan terbentuk antara sesama atom nonlogam (menangkap elektron).

c.      Ikatan Logam, terbentuk antara sesama logam dan terdapat gaya mobilisasi.

Jenis Ikatan Kovalen :

a.      Polar, PEI tertarik lebih kuat ke salah satu atom, makin besar selisih keelektronegatifan ikatan makin polar. Contoh, H₂O, NH₃ dan PCl_3.

b.      Non Polar, PEI tertarik sama kuat ke seluruh atom, contoh H₂, O₂, dan N_2.

c.      Koordinasi, PEI disuplai oleh salah satu atom. Contoh, NH₄⁺ dan NH₃BF_3.

Ikatan antar molekul :

·        Ikatan Van Der Waals

a.    London/dispersi (dipol sesaat), untuk molekul non polar

b.    Dipol-dipol, untuk molekul polar

c.    Ikatan Hidrogen (yang mempengaruhi titik didih), Ikatan antar atom yang sangat elektronegatif (F, O, N) dengan atom H (yang terikat pada atom F, O, N) pada molekul yang berlainan. Contoh, HF, H₂O dan NH_3.