BAB 1 MATERI DAN PERUBAHANNYA

MATERI DAN PERUBAHANNYA

Konsep Materi

Ketika mempelajari ilmu alam, siswa di sekolah dasar telah diperkenalkan konsep materi, yaitu segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Konsep ini mudah dicerna ketika, misalnya, diambil contoh air di dalam gelas atau di dalam botol, dipan di dalam kamar atau meja dan kursi di dalam ruang kelas. Pada contoh ini, obyek tersebut teramati jelas bahwa benda-benda tersebut memiliki massa dan menempati ruang. Di luar contoh tersebut, udara juga termasuk dalam difinisi materi, karena udara memiliki massa dan menempati ruang, hanya saja udara tidak selalu mudah diamati serta ruang yang ditempatinya selalu berubah.

Dengan difinisi di atas, adakah obyek yang bukan materi?

Penggolongan Materi

Secara sederhana seluruh materi yang dikenal dapat digolongkan menjadi zat murni dan campuran. Zat murni dapat dibagi menjadi unsur dan senyawa, sedangkan campuran dapat berupa campuran yang homogen dan campuran yang heterogen.

Gambar 1.1. Klasifikasi materi

Suatu zat murni memiliki komposisi tertentu yang tetap dan sifat khas yang berbeda dengan materi penyusunnya. Contoh zat murni mudah ditemukan di sekeliling kita, misalnya garam dapur, gula pasir, aseton, amonia dan air murni (senyawa) serta emas, grafit, besi dan helium (unsur). Amonia dengan rumus kimia NH₃ selalu memiliki komposisi tetap, tidak bergantung dari sumber gas nitrogen dan hidrogen yang digunakan untuk membuatnya.

Berbeda dengan zat murni, pada campuran masih dapat diamati sifat-sifat bahan penyusunnya. Sebagai contoh, sirup tersusun atas gula dan air. Sifat gula dan air masih dapat diamati dengan jelas. Selain itu, komposisi campuran juga tidak selalu tetap, misalnya kandungan air laut di Indonesia akan berbeda dengan komposisi air Laut Mati. Demikian juga dengan sampel udara di perkotaan yang terpapar polusi akan bebeda dengan komposisi udara di pegunungan. Jika ditinjau dari keseragaman distribusi bahan penyusunnya, terdapat campuran homogen dan campuran heterogen. Pada campuran homogen seperti air sirup, gula akan tersebar merata pada seluruh bagian sirup. Pada campuran heterogen seperti kopi tubruk atau pada batu akik, komponen penyusunnya tidak tersebar merata di seluruh bagiannya.

Gambar 1.2. Beberapa contoh bahan. Dari kiri ke kanan: emas (unsure murni), sirup (campuran homogen), batu akik dan kopi tubruk (campuran heterogen)

Suatu campuran, baik campuran homogen maupun heterogen, dapat dipisahkan atas bahan-bahan penyusunnya dengan cara fisika, seperta filtrasi atau penguapan. Unsur tidak dapat dipisahkan menjadi bahan lain dengan cara kimia biasa. Atom-atom dari dua atau lebih unsur dapat bergabung untuk membentuk suatu senyawa. Pada proses kebalikannya, suatu  senyawa dapat diuraikan menjadi unsur-unsur pembentuknya melalui proses kimia. Contoh proses ini adalah elektrolisis air laut untuk mendapatkan padatan natrium murni.

Perubahan Materi

Dari susunan partikel penyusunnya, materi dapat berada dalam tiga wujud: padat, cair dan gas. Partikel pada zat padat tersusun dengan rapi dan berada pada jarak yang dekat sedemikian rupa sehingga membatasi pergerakan partikel yang ada. Pada benda cair, partikel lebih leluasa bergerak tetapi tidak memiliki energi kinetika yang cukup untuk tersebar secara berjauhan seperti zat berwujud gas.

Gambar 1.3 Tiga wujud zat. Zat bisa berada dalam wujud padat (kiri), cair (tengah) atau daam wujud gas (kanan)

Suatu zat pada dasarnya dapat berubah dari salah satu wujud ke wujud lainnya. Dalam keseharian dapat dengan mudah diamati perubahan wujud zat, misalnya ketika es mencair atau air mendidih. Es berwujud padat berubah menjadi cair dengan proses yang disebut mencair, sedangkan perubahan dari cair menjadi gas menjadi gas disebut menguap.

Gambar 1.4 menunjukkan diagram  fasa yang merangkum perubahan wujud zat secara umum. Zat-zat yang berbeda akan memiliki diagram fasa yang berbeda karena memiliki titik-titik kritis yang berbeda-beda.

Gambar 1.4. Diagram fasa

Tabel 1.1 Titik didih beberapa zat

Zat	Titik didih
Asam asetat	118oC
Air	100oC
Benzena	80oC
Etanol	78oC
Pentana	35oC
Butana	-0,5oC
Propana	-42oC
Karbon dioksida	-78,5oC
Metana	-161oC
Oksigen	-183oC
Nitrogen	-195,8oC

 

Gambar 1.5. Diagram fasa air

Perubahan yang di bahas di atas adalah perubahan fisika. Apa bedanya dengan perubahan kimia?

Perubahan fisika tidak melibatkan perubahan identitas dan komposisi zat. Sebagai contoh, air dan es merupakan entitas yang sama. Keduanya hanya berbeda wujud, namun memiliki komposisi yang sama. Bebeda halnya dengan perubahan fisika, perubahan kimia melibatkan perubahan komposisi zat, dan perubahan ini diikuti oleh pembentukan zat baru, melalui pemutusan dan/atau pembentukan ikatan baru. Sebagai contoh, pembakaran gas propana adalah reaksi gas dengan oksigen yang akan menghasilkan energi panas dan pelepasan karbon dioksida. Di sini terjadi penataan ulang unsur karbon dari propana dengan oksigen. Ikatan di sini secara sederhana dijelaskan sebagai penggunaan bersama atau transfer elektron antara atom-atom yang terlibat. Dengan batasan ini, reaksi inti atau nuklir (Gambar 1.6. c) bukan merupakan reaksi kimia Karena fenomena yang terjadi pada reaksi inti adalah perubahan struktur inti atom, baik berupa penggabungan inti (fusi) maupun pembelahan inti (fisi). Konsep elektron, ikatan dan atom akan dibahas di tempat lain dalam bahan ajar ini.

Reaksi Kimia

Disadari atau pun tidak, perubahan atau reaksi kimia selalu terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Banyak contoh reaksi kimia yang sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari, seperti yang terlihat pada Gambar 1.6 a dan b di bawah.

Gambar 1.6 (a) besi berkarat, (b) kertas terbakar, (c) ledakan nuklir

Reaksi kimia adalah perubahan suatu zat menjadi zat lain. Dalam reaksi kimia ada zat yang bereaksi dan zat hasil reaksi. Zat yang berubah atau mengalami reaksi kimia disebut pereaksi (reaktan) sedangkan zat yang dihasilkan disebut hasil reaksi (produk). Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dapat diamati dari perubahan-perubahan yang terjadi seperti:

a.      perubahan warna,

b.      terbentuk endapan

c.       timbulnya gas,

d.      perubahan suhu,

e.      timbulnya api, dan

f.        terjadi ledakan (timbul bunyi).

Adapun reaksi kimia sederhana dibagi menjadi beberapa kelompok, yaitu reaksi pembentukan, reaksi penguraian, reaksi pembakaran, reaksi penggantian, reaksi penggantian berganda (metatesis), dan reaksi penetralan.

a.      Reaksi pembentukan 

Dalam reaksi pembentukan, dua atau lebih unsur bergabung membentuk zat lain. Sebagai contoh reaksi antara gas hidrogen dan gas oksigen membentuk uap air.

b.      Reaksi penguraian

Reaksi penguraian merupakan reaksi kebalikan dari reaksi pembentukan. Dalam reaksi ini, satu zat terpecah atau terurai menjadi dua atau lebih zat yang lebih sederhana. Sebagian besar reaksi ini membutuhkan energi berupa kalor, cahaya, dan listrik. Sebagai contoh reaksi penguraian hidrogen peroksida:

              2H₂O₂(aq)  ®  2H₂O(l) + O₂(g)

              2NaN₃(s)  ®   2Na(s) + 3N₂(g)

Reaksi penguraian hidrogen peroksida terjadi di dalam liver dengan bantuan enzim katalase. Reaksi ini merupakan mekanisme penting untuk mengeliminasi peroksida yang bersifat toksik. Reaksi penguraian NaN₃ dimanfaatkan pada kantung udara (air bag) pada kendaraan untuk mengurangi risiko fatal ketika terjadi tabarakan.

c.       Reaksi pembakaran

            Reaksi pembakaran adalah istilah umum untuk reaksi dengan oksigen.

            C₃H₈(g) + 5O₂(g)  ®  3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Propana merupaan salah satu komponen pada gas elpiji. Reaksi pembakaran propana di atas merupakan reaksi yang melepasakan panas yang digunakan untuk keperluan memasak.

d.      Reaksi penggantian

Contoh: klorinasi metana

CH₄(g) + Cl₂(g)  ®  CH₃Cl(g) + HCl(g)

e.      Reaksi penggantian berganda

Contoh: reaksi antara AgNO3 dengan NaCl

      AgNO₃ + NaCl  ®  AgCl + NaNO₃

f.        Reaksi penetralan

Contoh:

NaOH(aq) + HCl(aq) ® NaCl(s) +H₂O(l)