Pengertian kimia dasar, Study notes of Chemistry

Download Pengertian kimia dasar and more Study notes Chemistry in PDF only on Docsity!

KIMIA DASAR

Teori & Latihan

SEKOLAH TINGGI KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

(STKIP) PGRI SUMATERA BARAT

Ratulani Juwita, M.Pd

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan penulisan buku Kimia Dasar Teori dan Latihan ini. buku Kimia Dasar Teori dan Latihan ini disusun berdasarkan kebutuhan pembelajaran secara teori dan kebutuhan mahasiswa dalam pemahaman Kimia Dasar. Penuntun ini bertujuan untuk membantu mahasiswa dalam perkuliahan terutama pada mata kuliah Kimia Dasar dan aplikasi Kimia dalam kehidupan sehari- hari sehingga mahasiswa bisa memahami pembelajaran Kimia secara nyata. Selain itu juga melatih mahasiswa untuk bekerja analitis, disiplin, cermat dan teliti. Pembuatan buku Kimia Dasar Teori dan Latihan ini tentunya tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, atas bantuan dan dorongan yang diberikan kami ucapkan terima kasih. Meskipun kami telah berusaha dengan sebaik-baiknya namun kami merasa masih banyak kekurangan pada buku ini. Oleh karena itu dengan senang hati kami akan menerima kritik dan saran demi kesempurnaan buku ini. Mudah-mudahan buku ini bermanfaat dan membantu sebagaimana yang kami harapkan. Padang, Agustus 2017 Ratulani Juwita, M.Pd

iii 9.1 Teori tolakan pasangan electron valensi 9.2 Teori ikatan valensi dan konsep hibridisasi

10. Teori orbital molekul 10.1 Teori orbital molekul 10.2 Molekul polar 10.3 Ikatan kimia lain
11. Wujud zat 11.1 Pengertian wujud zat 11.2 Peralihan wujud 11.3 Diagram fasa
12. Gas 12.1 Variabel gas 12.2 Hukum gas 12.3 Teori kinetik gas ideal 12.4 Gas nyata
13. Padatan 13.1 Kristal zat padat 13.2 Penentuan struktur Kristal 13.3 Jenis kristal 13.4 Kandungan sel satuan
14. Konsep kesetimbangan 14.1 Keadaan kesetimbangan 14.2 Konstanta kesetimbangan 14.3 Kesetimbangan heterogen 14.4 Kesetimbangan disosiasi 14.5 Hubungan Kc dan Kp
15. Termodinamika kesetimbangan dan pergeseran 15.1 Termodinamika kesetimbangan 15.2 Pergeseran kesetimbangan

BAHAN AJAR

MATA KULIAH KIMIA DASAR

Tinjauan Mata Kuliah

1. Deskripsi Mata Kuliah Mata kuliah ini mempelajari tentang konsep-konsep dasar ilmu kimia, stoikiometri, energetika kimia, struktur atom, sistem periodik, ikatan kimia dan struktur molekul, wujud zat dan kesetimbangan kimia. 2. Manfaat Mata Kuliah Dalam kehidupan sehari – hari kita banyak memerlukan bahan – bahan kimia baik disadari ataupun tidak. Untuk itu kita perlu memantapkan pemahaman konsep – konsep dasar kimia, teori – teori belajar dan berpikir tingkat tinggi, serta menerapkannya dalam kehidupan sehari – hari. Mata kuliah ini bermanfaat agar kita memiliki kemampuan untuk memecahkan masalah yang berkaitan dengan stoikiometri, energetika kimia, ikatan kimia, wujud zat dan kesetimbangan kimia. 3. Kompetensi Utama Mahasiswa dapat menganalisis konsep – konsep, prinsip dan prosedur kimia yang berkaitan dengan aspek kehidupan dan kesejahteraan manusia. 4. Kompetensi Pendukung Setelah mengikuti mata kuliah ini mahasiswa mampu : a. Menjelaskan perubahan, penggolongan dan sifat materi serta pemisahan campuran b. Menerapkan hukum dasar kimia dalam persamaan reaksi. c. Menggunakan konsep mol dalam perhitungan kimia. d. Menjelaskan hubungan energi dalam dan perubahan entalpi. e. Menerapkan hukum termodinamika dalam perhitungan kespontanan suatu reaksi. f. Mengemukakan struktur atom serta hubungannya dengan sifat-sifat unsur. g. Mengemukakan perkembangan sistem periodik dan sifat periodik unsur-unsur.

6. Stuktur atom 6.1 Partikel dasar 6.2 Teori atom Thomson dan Rutherford 6.3 Struktur atom dan teori atom Bohr 6.4 Teori atom mekanika gelombang 6.5 Sifat atom
7. Sistem periodik 7.1 Perkembangan sistem periodik 7.2 Sistem periodik modern 7.3 Sifat periodik unsur
8. Ikatan kimia 8.1 Peranan elektron dalam ikatan kimia 8.2 Ikatan ion 8.3 Ikatan kovalen
9. Teori ikatan valensi 9.1 Teori tolakan pasangan electron valensi 9.2 Teori ikatan valensi dan konsep hibridisasi
10. Teori orbital molekul 10.1 Teori orbital molekul 10.2 Molekul polar 10.3 Ikatan kimia lain
11. Wujud zat 11.1 Pengertian wujud zat 11.2 Peralihan wujud 11.3 Diagram fasa
12. Gas 12.1 Variabel gas 12.2 Hukum gas 12.3 Teori kinetik gas ideal 12.4 Gas nyata
13. Padatan 13.1 Kristal zat padat 13.2 Penentuan struktur Kristal 13.3 Jenis kristal 13.4 Kandungan sel satuan
14. Konsep kesetimbangan 14.1 Keadaan kesetimbangan 14.2 Konstanta kesetimbangan 14.3 Kesetimbangan heterogen 14.4 Kesetimbangan disosiasi 14.5 Hubungan Kc dan Kp
15. Termodinamika kesetimbangan dan pergeseran 15.1 Termodinamika kesetimbangan 15.2 Pergeseran kesetimbangan

6. Petunjuk Penggunaan Bahan Ajar a. Setiap akan mempelajari suatu pokok bahasan (bab), mahasiswa sebaiknya membaca bagian pendahuluan yang memuat materi apa yang akan dibahas dalam bab tersebut, relevansinya dengan pemahaman pada bab terdahulu, bab berikutnya serta kompetensi pendukung yang ingin dicapai dalam pokok bahasan ini. Selanjutnya mahasiswa harus membaca secara rinci untuk mendapatkan pemahaman mendalam tentang materi yang disajikan. b. Bahan ajar ini disusun berdasarkan materi-materi pokok yang akan diajarkan dan harus dipelajari oleh setiap mahasiswa untuk pengembangan, pengetahuan secara umum dan khusus. c. Tugas-tugas yang diberikan pada tiap bab sebaiknya dikerjakan oleh mahasiswa untuk menguji sejauh mana ia telah menguasai kompetensi yang ingin dicapai dalam pokok bahasan. d. Mahasiswa sebaiknya rajin mencari informasi dari koran, majalah, surat kabar dan sumber informasi lainnya yang dianggap mendukung proses kegiatan belajar nantinya yang digunakan sebagai bahan analisis pokok-pokok bahasan karena materi lebih banyak berkaitan dengan kasus permasalahan sosial. e. Setelah mahasiswa membaca materi bahan ajar ini, diharapkan mahasiswa dapat berlatih dengan soal-soal yang telah dipersiapkan untuk setiap sub pokok bahasan

B. Penyajian Materi 1.1 Perubahan yang dialami zat Ilmu kimia adalah bagian ilmu pengetahuan alam, mempelajari komposisi, struktur zat kimia, dan perubahan-perubahan yang dialami materi dalam proses- proses alamiah maupun dalam eksperimen yang direncanakan. Komposisi (susunan) zat menyatakan perbandingan unsur membentuk zat itu. Contohnya air dan etanol. Di dalam satu molekul air terdapat dua atom hidrogen dan satu atom oksigen, sedangkan dalam molekul etanol terdapat dua atom karbon, enam atom hidrogen dan satu atom oksigen. Dengan demikian, rumus senyawa air dan etanol adalah H 2 O dan C 2 H 5 OH. Struktur zat kimia, yang sesungguhnya menggambarkan letak atom-atom dalam ruang (tiga dimensi). Struktur air dan metanol yang telah disederhanakan adalah: (a) (b) Gambar 1.1 (a) Struktur tiga dimensi dan dua dimensi air dan (b) Struktur tiga dimensi dan dua dimensi metanol Perubahan-perubahan suatu zat kimia sering mengalami perubahan baik secara alami maupun perlakuan manusia. Zat diidentifikasi dari sifat-sifatnya dan dari susunannya. Warna, titik leleh, titik didih, viskositas, kerapatan, kalor jenis dan kekerasan merupakan sifat-sifat fisika. Sifat fisika suatu keadaan dimana tidak mengakibatkan pembentukan zat baru/tanpa mengubah susunan atau identitas suatu zat. Sebagai contoh, kita dapat mengukur titik leleh es dengan memanaskan es balok dan mencatat suhunya ketika es berubah menjadi air. Air berbeda dengan es hanya dari penampilannya dan tidak dari susunannya, sehingga perubahan itu merupakan perubahan fisika ; kita dapat membekukan air untuk memperoleh esnya kembali.

Sifat kimia adalah kecendrungan dari suatu zat untuk mengalami perubahan kimia. Misalnya, sifat kimia dari air adalah akan bereaksi secara hebat dengan natrium dan akan menghasilkan gas hidrogen dan suatu zat yang disebut natrium hidroksida. Apabila kita perhatikan sifat kimia ini, maka terlihat bahwa air dan natriumnya mengalami perubahan disebut perubahan kimia dan menghasilkan zat. Setelah kita perhatikan sifat kimia ini, air dan natriumnya hilang diganti oleh zat lain. Latihan

1. Ilmu kimia mempelajari mengenai apa dari zat kimia?
2. Apa perbedaan sifat fisika dan sifat kimia?
3. Apakah hal-hal berikut menggambarkan perubahan fisika atau perubahan kimia? (a) air mendidih di bawah 100^0 C di puncak gunung, (b) gas oksigen mendukung pembakaran, (c) sesendok penuh garam dapaur dilarutkan dalam semangkuk sup. (d) sinar lampu kilat secara perlahan meredup dan akhirnya padam. 1.2 Metode Ilmiah Metode ilmiah ( scientific method ) merupakan suatu pendekatan sistematik untuk melakukan penelitian. Sebagai contoh, seorang kimiawan yang tertarik untuk mengukur panas yang dihasilkan ketika gas hidrogen terbakar di udara, akan mengikuti prosedur ilmiah tertentu. Langkah pertama yang harus dilakukannya adalah mendefinisikan masalah secara cermat dan hati-hati. Langkah berikutnya

data yang diperoleh adalah data kualitatif. Namun, apabila data yang dicatat adalah volume asam klorida 0.01 M, volume magnesium hidroksida 0.01 M, waktu yang diperlukan sampai endapan terbentuk, dan berat endapan yang terbentuk, maka data yang diperoleh adalah data kuantitatif. Dalam sains, data kuantitatif memiliki nilai lebih dibandingkan dengan data kualitatif, karena data kuantitatif mengandung lebih banyak informasi. Data yang diperoleh kemudian disusun sedemikian rupa sehingga ditemukan suatu hal yang menarik, seperti keteraturan, kecenderungan atau perbedaan. Tujuannya adalah untuk mencari gambaran umum tentang gejala yang diamati sehingga mudah dipahami. Dalam sains, suatu pernyataan matematis atau pernyataan verbal yang ringkas tentang hubungan antara fenomena-fenomena yang selalu sama dalam keadaan yang sama, disebut hukum. Contohnya hukum kekekalan massa ( Law of concervation of matter ), yang menyatakan “ Pada saat reaksi kimia, massa zat-zat yang bereaksi adalah sama dengan massa produk-reaksi” (dibahasan dalam bab 2). Hipotesis Hukum umumnya diungkapkan dalam bentuk pernyataan atau hubungan antara suatu besaran dengan besaran lain, tetapi tidak berisi penjelasan mengapa demikian. Penjelasan yang diharapkan adalah penjelasan yang dapat diterima oleh akal sehat dan telah teruji kebenarannya. Oleh karena itu, diperlukan suatu dugaan sementara yang disebut hipotesis. Merumuskan hipotesis merupakan pekerjaan yang cukup sulit dalam metode ilmiah, karena ada banyak kemungkinan jawaban untuk menjawab suatu masalah. Hipotesis yang dirumuskan akan menentukan jenis percobaan dan hasil percobaan akan mempengaruhi keberhasilan dalam menemukan teori. Oleh karena itu, merumuskan hipotesis memerlukan pengetahuan, logika, dan penalaran, sebab suatu hipotesis harus didasarkan pada teori yang telah mapan.

Percobaan Kebenaran suatu hipotesis diuji dengan melakukan percobaan di laboratorium. Data yang diperoleh kadang kala sesuai dengan hipotesis yang telah dirumuskan, tetapi mungkin juga tidak. Apabila data yang diperoleh tidak sesuai dengan hipotesis, berarti ada kemungkinan terdapat kesalahan pada percobaan atau hipotesis yang dirumuskan keliru. Pada percobaan, kesulitan sering muncul dalam merancang dan melakukan percobaan yang cocok dan layak. Karena untuk melakukan suatu percobaan diperlukan peralatan yang lengkap, dana, tenaga dan waktu yang banyak. Kesalahan dalam merumuskan suatu hipotesis akan mengakibatkan percobaan yang dilakukan sia-sia. Menarik Kesimpulan Hipotesis yang telah teruji kebenarannya setelah melakukan percobaan berulang-ulang, dapat dijadikan dasar untuk menarik kesimpulan umum yang disebut teori. Seandainya hipotesis tidak terbukti akan menjadi dasar untuk melahirkan teori baru, dan mungkin dapat mengkoreksi teori-teori sebelumnya. Akhirnya pengamatan, hukum, dan teori membentuk lingkaran yang selalu berputar. Menarik kesimpulan untuk mendapatkan suatu teori adalah puncak kegiatan dalam metode ilmiah. Disini diperlukan penalaran untuk mengkaji sesuatu yang abstrak. Membuat Laporan Membuat laporan merupakan langkah terakhir dalam metode ilmiah. Laporan penelitian berfungsi sebagai informasi bagi ahli lain mengenai hasil temuan. Disamping itu, laporan juga berguna untuk mendapatkan saran dan koreksi jika diperlukan. Laporan hasil penelitian, biasanya diterbitkan dalam bentuk jurnal ilmiah.

sifat intensif, bayangkan kita memiliki dua gelas air yang suhunya sama. Jika kita mencampurkan air itu, maka suhu air akan tetap sama dengan suhunya ketika masih terpisah. Sifat ekstensif yang terukur bergantung pada seberapa banyak materi yang diukur. Massa, panjang, mol dan volume adalah sifat-sifat ekstensif. Semakin banyak materi, semakin besar massanya. Nilai-nilai dari sifat ekstensif yang sama dapat dijumlahkan. Misalnya, dua keping uang logam mempunyai massa gabungan yang merupakan jumlah dari massa masing-masing keping uang itu, dan volume yang ditempati air dalam dua gelas merupakan jumlah dari volume air di tiap gelas tersebut. Latihan

1. Terangkan tiga sifat materi dalam wujud padat, cair dan gas!
2. Apa yang dimaksud dengan sifat intensif dan sifat ekstensif?
3. Mana diantara sifat-sifat berikut yang intensif dan mana yang ekstensif? (a) luas, (b) warna, (c) kerapatan 1.5 Penggolongan Materi Zat adalah materi yang memiliki susunan tertentu atau tetap dan sifat-sifat yang tertentu pula. Contoh: air, perak, etanol, garam dapur, karbondioksida dll. Zat murni digolongkan menjadi unsur dan senyawa. 1.5.1 Unsur Unsur adalah suatu zat yang tidak dapat dipisahkan lagi menjadi zat-zat yang lebih sederhana dengan cara kimia. Unsur berfungsi sebagai zat pembangun untuk semua zat-zat kompleks yang akan dijumpai, mulai dari garam dapur sampai senyawa protein yang sangat kompleks. Semua zat dibentuk dari sekumpulan unsur-unsur yang terbatas. Huruf pertama lambang unsur selalu huruf besar, tetapi huruf kedua tidak pernah ditulis dengan huruf besar. Sebagai contoh, Co adalah lambang

unsur kobalt, Fe (besi), Au (emas) dan Na (natrium). 1.5.2 Senyawa Unsur-unsur akan saling bergabung membentuk senyawa. Senyawa adalah suatu zat yang tersusun atas atom-atom dari dua unsur atau lebih yang terikat secara kimia dengan perbandingan yang tetap. Sebagai contoh, gas hidrogen terbakar dalam gas oksigen membentuk air. Air terdiri dari unsur hidrogen dan oksigen. Semua sampel air, dari manapun asalnya akan mengandung unsur ini dengan perbandingan satu bagian massa hidrogen dengan delapan bagian massa oksigen (misalnya 1,0 g hidrogen dengan 8,0 g oksigen). Apabila hidrogen bereaksi dengan oksigen untuk membentuk air, akan selalu bergabung dalam perbandingan massa seperti ini. Jadi, apabila ada 1,0 g hidrogen yang bereaksi, maka tepat 8,0 g oksigen yang juga bereaksi, tidak lebih atau kurang. Atau 2,0 g hidrogen bereaksi dengan 16,0 g oksigen menjadi 18,0 g air.

Hubungan antara unsur, senyawa dan berbagai golongan materi lainnya dirangkum dalam Gambar 1: Gambar 1. Penggolongan Materi Latihan

1. Apa perbedaan unsur, senyawa dan campuran! Serta berikan masing-masing satu contoh!
2. Apa definisi dari larutan? Berapa fasa yang ada dalam larutan?
3. Apakah perbedaan campuran homogen dan heterogen, beri contoh?
4. Golongkan tiap zat-zat berikut sebagai unsur atau senyawa: a. Hidrogen b. Air c. Garam dapur (natrium klorida) d. Emas 1.6 Pemisahan Campuran Campuran dapat dipisahkan melalui peristiwa fisika atau kimia. Pemisahan secara fisika tidak mengubah zat selama pemisahan. Teknik pemisahan campuran bergantung pada jenis, wujud dan sifat komponen yang terkandung didalamnya. Jika komponen berwujud padat dan cair, misalnya pasir dan air, dapat dipisahkan dengan saringan.

Campuran homogen, seperti alkohol dalam air, tidak dapat dipisahkan dengan saringan, karena partikelnya lolos dalam pori-pori kertas saringan dan selaput semipermiabel. Campuran seperti itu dapat dipisahkan dengan cara fisika, yaitu destilasi, rekristalisasi, ekstraksi dan kromatografi. 1.6.1 Destilasi Dasar pemisahan destilasi adalah perbedaan titik didih dua cairan atau lebih. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dulu. Contohnya, memisahkan campuran air dan alkohol. Titik didih air dan alkohol masing-masing 100^0 C dan 78^0 C. jika campuran dipanaskan (dalam labu destilasi) dan suhu diatur sekitar 780 C, maka alkohol akan menguap sedikit demi sedikit. Uap itu mengembun dalam pendinginan dan akhirnya didapat cairan alkohol murni. 1.6.2 Rekristalisasi Teknik pemisahan rekristalisasi berdasarkan perbedaan titik beku komponen. Perbedaan harus cukup besar, sebaiknya komponen yang dipisahkan berwujud padat dan cair pada suhu kamar. Contohnya, garam dapat dipisahkan dari air karena garam berupa padatan. Air garam bila dipanaskan perlahan dalam bejana terbuka, maka air akan menguap sedikit demi sedikit. Pemanasan dihentikan saat larutan tepat jenuh. Jika dibiarkan akhirnya terbentuk Kristal garam secara perlahan. Setelah pengkristalan sempurna, garam dapat dipisahkan dengan menyaring. 1.6.3 Ekstraksi Pemisahan dengan cara ekstraksi berdasarkan perbedaan kelarutan komponen dalam pelarut yang berbeda. Campuran dua komponen (misalkan A dan B) dimasukkan dalam pelarut X dan Y. Syarat pelarut ini tidak dapat bercampur, seperti air dan minyak. Semuanya dimasukkan ke dalam corong pisah dan dikocok agar bercampur dan kemudian didiamkan sampai pelarut