Kimia (dari
bahasa Arab:
كيمياء, transliterasi:
kimiya = perubahan benda/zat atau
bahasa Yunani: χημεία, transliterasi: khemeia) adalah
ilmu yang mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan sifat zat atau
materi dari skala
atom hingga
molekul
serta perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk
membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. Kimia juga mempelajari
pemahaman
sifat dan interaksi atom individu dengan tujuan untuk menerapkan
pengetahuan tersebut pada tingkat makroskopik. Menurut kimia modern,
sifat fisik materi umumnya ditentukan oleh struktur pada tingkat atom yang pada gilirannya ditentukan oleh
gaya antaratom dan
ikatan kimia.
Kimia sering disebut sebagai "ilmu sesat" karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti
fisika,
ilmu bahan,
nanoteknologi,
biologi,
farmasi,
kedokteran,
bioinformatika, dan
geologi [1]. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Sebagai contoh,
kimia fisik melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika terhadap
materi pada tingkat
atom dan
molekul.
Kimia berhubungan dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara materi dan
energi, terutama dalam hubungannya dengan
hukum pertama termodinamika. Kimia tradisional melibatkan interaksi antara
zat kimia dalam
reaksi kimia, yang mengubah satu atau lebih zat menjadi satu atau lebih zat lain. Kadang reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan
entalpi,
seperti ketika dua zat berentalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen
elemental bereaksi membentuk air, zat dengan entalpi lebih rendah.
Reaksi kimia dapat difasilitasi dengan suatu
katalis, yang umumnya merupakan zat kimia lain yang terlibat dalam media reaksi tapi tidak dikonsumsi (contohnya adalah
asam sulfat yang mengkatalisasi
elektrolisis air) atau fenomena immaterial (seperti
radiasi elektromagnet dalam reaksi
fotokimia). Kimia tradisional juga menangani
analisis zat kimia, baik di dalam maupun di luar suatu reaksi, seperti dalam
spektroskopi.
Semua materi normal terdiri dari atom atau komponen-komponen
subatom yang membentuk atom;
proton,
elektron, dan
neutron. Atom dapat dikombinasikan untuk menghasilkan bentuk materi yang lebih kompleks seperti
ion,
molekul, atau
kristal.
Struktur dunia yang kita jalani sehari-hari dan sifat materi yang
berinteraksi dengan kita ditentukan oleh sifat zat-zat kimia dan
interaksi antar mereka.
Baja lebih keras dari
besi karena atom-atomnya terikat dalam
struktur kristal yang lebih kaku.
Kayu terbakar atau mengalami
oksidasi cepat karena ia dapat bereaksi secara spontan dengan
oksigen pada suatu reaksi kimia jika berada di atas suatu suhu tertentu.
Zat cenderung diklasifikasikan berdasarkan energi, fase, atau
komposisi kimianya. Materi dapat digolongkan dalam 4 fase, urutan dari
yang memiliki energi paling rendah adalah
padat,
cair,
gas, dan
plasma. Dari keempat jenis fase ini, fase plasma hanya dapat ditemui di
luar angkasa yang berupa
bintang, karena kebutuhan energinya yang teramat besar. Zat padat memiliki struktur tetap pada
suhu kamar yang dapat melawan
gravitasi atau gaya lemah lain yang mencoba mengubahnya. Zat
cair memiliki
ikatan yang terbatas, tanpa struktur, dan akan mengalir bersama gravitasi.
Gas
tidak memiliki ikatan dan bertindak sebagai partikel bebas. Sementara
itu, plasma hanya terdiri dari ion-ion yang bergerak bebas; pasokan
energi yang berlebih mencegah ion-ion ini bersatu menjadi partikel
unsur. Satu cara untuk membedakan ketiga fase pertama adalah dengan
volume dan bentuknya: kasarnya, zat padat memeliki volume dan bentuk
yang tetap, zat cair memiliki volume tetap tapi tanpa bentuk yang tetap,
sedangkan gas tidak memiliki baik volume ataupun bentuk yang tetap.
Air yang dipanaskan akan berubah
fase menjadi uap air.
Air (H
2O) berbentuk
cairan dalam suhu kamar karena molekul-molekulnya terikat oleh
gaya antarmolekul yang disebut
ikatan Hidrogen. Di sisi lain,
hidrogen sulfida (H
2S) berbentuk gas pada suhu kamar dan tekanan standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan interaksi dwikutub (
dipole)
yang lebih lemah. Ikatan hidrogen pada air memiliki cukup energi untuk
mempertahankan molekul air untuk tidak terpisah satu sama lain, tapi
tidak untuk mengalir, yang menjadikannya berwujud cairan dalam suhu
antara 0 °
C
sampai 100 °C pada permukaan laut. Menurunkan suhu atau energi lebih
lanjut mengizinkan organisasi bentuk yang lebih erat, menghasilkan suatu
zat padat, dan melepaskan energi. Peningkatan energi akan mencairkan es
walaupun suhu tidak akan berubah sampai semua es cair. Peningkatan suhu
air pada gilirannya akan menyebabkannya mendidih (lihat
panas penguapan)
sewaktu terdapat cukup energi untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul
dan selanjutnya memungkinkan molekul untuk bergerak menjauhi satu sama
lain.
Ilmuwan yang mempelajari kimia sering disebut
kimiawan.
Sebagian besar kimiawan melakukan spesialisasi dalam satu atau lebih
subdisiplin. Kimia yang diajarkan pada sekolah menengah sering disebut
"kimia umum" dan ditujukan sebagai pengantar terhadap banyak
konsep-konsep dasar dan untuk memberikan pelajar alat untuk melanjutkan
ke subjek lanjutannya. Banyak konsep yang dipresentasikan pada tingkat
ini sering dianggap tak lengkap dan tidak akurat secara teknis. Walaupun
demikian, hal tersebut merupakan alat yang luar biasa. Kimiawan secara
reguler menggunakan alat dan penjelasan yang sederhana dan elegan ini
dalam karya mereka, karena terbukti mampu secara akurat membuat model
reaktivitas kimia yang sangat bervariasi.
Ilmu kimia secara sejarah merupakan pengembangan baru, tapi ilmu ini berakar pada
alkimia yang telah dipraktikkan selama berabad-abad di seluruh dunia.
Robert Boyle, perintis kimia modern dengan menggunakan eksperimen terkontrol, sebagai kontras dari metode
alkimia terdahulu.
Akar ilmu kimia dapat dilacak hingga fenomena
pembakaran.
Api
merupakan kekuatan mistik yang mengubah suatu zat menjadi zat lain dan
karenanya merupakan perhatian utama umat manusia. Adalah api yang
menuntun manusia pada penemuan
besi dan
gelas. Setelah
emas
ditemukan dan menjadi logam berharga, banyak orang yang tertarik
menemukan metode yang dapat mengubah zat lain menjadi emas. Hal ini
menciptakan suatu
protosains yang disebut
Alkimia. Alkimia dipraktikkan oleh banyak kebudayaan sepanjang sejarah dan sering mengandung campuran
filsafat,
mistisisme, dan protosains.
Alkimiawan menemukan banyak
proses kimia yang menuntun pada pengembangan kimia modern. Seiring berjalannya sejarah, alkimiawan-alkimiawan terkemuka (terutama
Abu Musa Jabir bin Hayyan dan
Paracelsus)
mengembangkan alkimia menjauh dari filsafat dan mistisisme dan
mengembangkan pendekatan yang lebih sistematik dan ilmiah. Alkimiawan
pertama yang dianggap menerapkan
metode ilmiah terhadap alkimia dan membedakan kimia dan alkimia adalah
Robert Boyle (1627–1691). Walaupun demikian, kimia seperti yang kita ketahui sekarang diciptakan oleh
Antoine Lavoisier dengan
hukum kekekalan massanya pada tahun 1783.
Penemuan unsur kimia memiliki sejarah yang panjang yang mencapai puncaknya dengan diciptakannya
tabel periodik unsur kimia oleh
Dmitri Mendeleyev pada tahun 1869.
Penghargaan Nobel dalam Kimia
yang diciptakan pada tahun 1901 memberikan gambaran bagus mengenai
penemuan kimia selama 100 tahun terakhir. Pada bagian awal abad ke-20,
sifat subatomik atom diungkapkan dan ilmu
mekanika kuantum
mulai menjelaskan sifat fisik ikatan kimia. Pada pertengahan abad
ke-20, kimia telah berkembang sampai dapat memahami dan memprediksi
aspek-aspek
biologi yang melebar ke bidang
biokimia.
Industri kimia
mewakili suatu aktivitas ekonomi yang penting. Pada tahun 2004,
produsen bahan kimia 50 teratas global memiliki penjualan mencapai 587
bilyun dolar AS dengan margin keuntungan 8,1% dan pengeluaran
riset dan pengembangan 2,1% dari total penjualan
[2].
[sunting] Cabang ilmu kimia
Kimia umumnya dibagi menjadi beberapa bidang utama. Terdapat pula
beberapa cabang antar-bidang dan cabang-cabang yang lebih khusus dalam
kimia.
Lima Cabang Utama:
- Kimia analitik adalah analisis cuplikan bahan untuk memperoleh pemahaman tentang susunan kimia dan strukturnya.
Kimia analitik melibatkan metode eksperimen standar dalam kimia.
Metode-metode ini dapat digunakan dalam semua subdisiplin lain dari
kimia, kecuali untuk kimia teori murni.
- Biokimia mempelajari senyawa kimia, reaksi kimia, dan interaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup. Biokimia dan kimia organik berhubungan sangat erat, seperti dalam kimia medisinal atau neurokimia. Biokimia juga berhubungan dengan biologi molekular, fisiologi, dan genetika.
- Kimia anorganik mengkaji sifat-sifat dan reaksi senyawa anorganik. Perbedaan antara bidang organik dan anorganik tidaklah mutlak dan banyak terdapat tumpang tindih, khususnya dalam bidang kimia organologam.
- Kimia organik mengkaji struktur, sifat, komposisi, mekanisme, dan reaksi senyawa organik. Suatu senyawa organik didefinisikan sebagai segala senyawa yang berdasarkan rantai karbon.
- Kimia fisik
mengkaji dasar fisik sistem dan proses kimia, khususnya energitika dan
dinamika sistem dan proses tersebut. Bidang-bidang penting dalam kajian
ini di antaranya termodinamika kimia, kinetika kimia, elektrokimia, mekanika statistika, dan spektroskopi. Kimia fisik memiliki banyak tumpang tindih dengan fisika molekular. Kimia fisik melibatkan penggunaan kalkulus untuk menurunkan persamaan, dan biasanya berhubungan dengan kimia kuantum serta kimia teori.
Cabang - cabang Ilmu Kimia yang merupakan tumpang-tindih satu atau lebih lima cabang utama:
Bidang lain antara lain adalah
astrokimia,
biologi molekular,
elektrokimia,
farmakologi,
fitokimia,
fotokimia,
genetika molekular,
geokimia,
ilmu bahan,
kimia aliran,
kimia atmosfer,
kimia benda padat,
kimia hijau,
kimia inti,
kimia medisinal,
kimia komputasi,
kimia lingkungan,
kimia organologam,
kimia permukaan,
kimia polimer,
kimia supramolekular,
nanoteknologi,
petrokimia,
sejarah kimia,
sonokimia,
teknik kimia, serta
termokimia.
[sunting] Konsep dasar
Tatanama kimia merujuk pada sistem penamaan
senyawa kimia. Telah dibuat sistem penamaan spesies kimia yang terdefinisi dengan baik.
Senyawa organik diberi nama menurut sistem
tatanama organik.
Senyawa anorganik dinamai menurut sistem
tatanama anorganik.
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Atom
Atom adalah suatu kumpulan materi yang terdiri atas
inti yang bermuatan positif, yang biasanya mengandung
proton dan
neutron,
dan beberapa elektron di sekitarnya yang mengimbangi muatan positif
inti. Atom juga merupakan satuan terkecil yang dapat diuraikan dari
suatu unsur dan masih mempertahankan sifatnya, terbentuk dari inti yang
rapat dan bermuatan positif dikelilingi oleh suatu sistem elektron.
Unsur adalah sekelompok atom yang memiliki jumlah
proton yang sama pada
intinya. Jumlah ini disebut sebagai
nomor atom unsur. Sebagai contoh, semua atom yang memiliki 6 proton pada intinya adalah atom dari unsur kimia
karbon, dan semua atom yang memiliki 92 proton pada intinya adalah atom unsur
uranium.
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Ion
Ion atau spesies bermuatan, atau suatu atom atau molekul yang kehilangan atau mendapatkan satu atau lebih elektron.
Kation bermuatan positif (misalnya kation
natrium Na
+) dan
anion bermuatan negatif (misalnya
klorida Cl
−) dapat membentuk
garam netral (misalnya
natrium klorida, NaCl). Contoh
ion poliatom yang tidak terpecah sewaktu reaksi asam-basa adalah
hidroksida (OH
−) dan
fosfat (PO
43−).
Senyawa merupakan suatu zat yang dibentuk oleh dua atau lebih
unsur dengan
perbandingan tetap yang menentukan susunannya. sebagai contoh,
air merupakan senyawa yang mengandung
hidrogen dan
oksigen dengan perbandingan dua terhadap satu. Senyawa dibentuk dan diuraikan oleh
reaksi kimia.
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Molekul
Molekul adalah bagian terkecil dan tidak terpecah dari suatu
senyawa kimia murni yang masih mempertahankan sifat kimia dan fisik yang unik. Suatu molekul terdiri dari dua atau lebih
atom yang
terikat satu sama lain.
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Zat kimia
Suatu 'zat kimia' dapat berupa suatu unsur, senyawa, atau campuran
senyawa-senyawa, unsur-unsur, atau senyawa dan unsur. Sebagian besar
materi yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari merupakan suatu
bentuk campuran, misalnya
air,
aloy,
biomassa, dll.
[sunting] Ikatan kimia
Orbital atom dan orbital molekul
elektron
Ikatan kimia merupakan gaya yang menahan berkumpulnya
atom-atom dalam
molekul atau
kristal. Pada banyak senyawa sederhana,
teori ikatan valensi dan konsep
bilangan oksidasi dapat digunakan untuk menduga struktur molekular dan susunannya. Serupa dengan ini, teori-teori dari
fisika klasik dapat digunakan untuk menduga banyak dari struktur ionik. Pada senyawa yang lebih kompleks/rumit, seperti
kompleks logam, teori ikatan valensi tidak dapat digunakan karena membutuhken pemahaman yang lebih dalam dengan basis
mekanika kuantum.
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Fase zat
Fase adalah kumpulan keadaan sebuah sistem fisik makroskopis
yang relatif serbasama baik itu komposisi kimianya maupun sifat-sifat
fisikanya (misalnya masa jenis, struktur kristal, indeks refraksi, dan
lain sebagainya). Contoh keadaan fase yang kita kenal adalah padatan,
cair, dan gas. Keadaan fase yang lain yang misalnya plasma, kondensasi
Bose-Einstein, dan kondensasi Fermion. Keadaan fase dari material
magnetik adalah
paramagnetik,
feromagnetik dan
diamagnetik.
[sunting] Reaksi kimia
Reaksi kimia adalah transformasi/perubahan dalam
struktur molekul.
Reaksi ini bisa menghasilkan penggabungan molekul membentuk molekul
yang lebih besar, pembelahan molekul menjadi dua atau lebih molekul yang
lebih kecil, atau
penataulangan atom-atom dalam molekul. Reaksi kimia selalu melibatkan terbentuk atau terputusnya
ikatan kimia.
[sunting] Kimia kuantum
Kimia kuantum secara matematis menjelaskan kelakuan dasar
materi pada tingkat
molekul.
Secara prinsip, dimungkinkan untuk menjelaskan semua sistem kimia
dengan menggunakan teori ini. Dalam praktiknya, hanya sistem kimia
paling sederhana yang dapat secara realistis diinvestigasi dengan
mekanika kuantum murni dan harus dilakukan hampiran untuk sebagian besar tujuan praktis (misalnya,
Hartree-Fock,
pasca-Hartree-Fock, atau
teori fungsi kerapatan, lihat
kimia komputasi
untuk detilnya). Karenanya, pemahaman mendalam mekanika kuantum tidak
diperlukan bagi sebagian besar bidang kimia karena implikasi penting
dari teori (terutama hampiran orbital) dapat dipahami dan diterapkan
dengan lebih sederhana.
Dalam mekanika kuantum (beberapa penerapan dalam kimia komputasi dan kimia kuantum),
Hamiltonan, atau keadaan fisik, dari partikel dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dua operator, satu berhubungan dengan
energi kinetik dan satunya dengan
energi potensial. Hamiltonan dalam
persamaan gelombang Schrödinger yang digunakan dalam kimia kuantum tidak memiliki terminologi bagi
putaran elektron.
Penyelesaian persamaan Schrödinger untuk atom
hidrogen memberikan bentuk
persamaan gelombang untuk
orbital atom, dan energi relatif dari orbital 1s, 2s, 2p, dan 3p. Hampiran orbital dapat digunakan untuk memahami atom lainnya seperti
helium,
litium, dan
karbon.
Hukum-hukum kimia sebenarnya merupakan
hukum fisika yang diterapkan dalam sistem kimia. Konsep yang paling mendasar dalam kimia adalah
Hukum kekekalan massa yang menyatakan bahwa tidak ada perubahan jumlah zat yang terukur pada saat
reaksi kimia biasa. Fisika modern menunjukkan bahwa sebenarnya
energilah yang kekal, dan bahwa energi dan massa saling
berkaitan.
Kekekalan energi ini mengarahkan kepada pentingnya konsep
kesetimbangan,
termodinamika, dan
kinetika.
[sunting] Industri Kimia
Industri kimia adalah salah satu aktivitas ekonomi yang penting. Top
50 produser kimia dunia pada tahun 2004 mempunyai penjualan sebesar USD
$587 milyar dengan profit margin sebesar 8.1% dan penegluaran rekayasa
(research and development) sebesar 2.1% dari total penjualan kimia.
[3]
