Kimia: Pelajaran tentang Perubahan (perubahan kimia, perubahan fisika, perubahan energi)

BAB 1
Kimia: Pelajaran tentang Perubahan (Materi dan Energi)


Kita mulai dengan pengenalan singkat tentang pelajaran kimia dan menjelaskan peranannya dalam masyarakat modern. (1.1 dan 1.2) • Selanjutnya, kita akan menjadi akrab dengan metode ilmiah, yang merupakan pendekatan sistematis untuk penelitian di semua disiplin ilmu ilmiah. (1.3) • Kita menjelaskan dan memperhatikan bahwa zat murni dapat berupa unsur atau senyawa. Kita membedakan antara campuran homogen dan campuran heterogen. Kita juga belajar bahwa, pada prinsipnya, semua materi bisa eksis di salah satu dari tiga keadaan: padat, cair, dan gas. (1.4 dan 1.5) • Untuk menandai suatu zat, kita perlu mengetahui sifat fisik, yang dapat diamati tanpa mengubah identitas dan sifat kimianya, yang dapat ditunjukkan hanya dengan perubahan kimia. (1,6) • Menjadi ilmu eksperimental, kimia melibatkan pengukuran. Kita belajar satuan SI pokok dan menggunakan satuan SI yang diturunkan untuk jumlah misalnya volume dan kerapatan. Kita juga akan menjadi akrab dengan tiga skala suhu: Celsius, Fahrenheit, dan Kelvin. (1,7

#
Kimia adalah ilmu aktif, berkembang yang penting untuk dunia kita, baik dalam ilmu alam maupun ilmu sosial, seperti yang kita akan pelajari, kimia adalah ilmu pengetahuan modern. Kita akan mulai pelajaran kimia pada tingkat makroskopik, di mana kita bisa melihat dan mengukur bahan yang darinya dunia kita dibuat. Dalam bab ini, kita akan membahas metode ilmiah, yang menyediakan kerangka kerja untuk penelitian tidak hanya dalam kimia tetapi dalam semua ilmu lain juga. Selanjutnya kita akan  tahu bagaimana ilmuwan menemukan dan menetapkan ciri materi. Kemudian kita akan meluangkan waktu untuk belajar bagaimana menangani hasil numerik dari pengukuran kimia dan memecahkan masalah numerik tersebut. Dalam Bab 2, kita akan mulai menjelajahi dunia mikroskopis atom dan molekul. 

1.1. Kimia: ilmu abad dua satu
Kimia adalah pelajaran tentang materi dan perubahannya. Kimia sering disebut ilmu pusat, karena pengetahuan dasar kimia sangat penting bagi mahasiswa biologi, fisika, geologi, ekologi, dan mata pelajaran lainnya. Memang, kimia adalah pusat cara hidup kita; tanpa kimia, kita akan menjalani kehidupan yang lebih pendek dari apa yang kita anggap kondisi primitif, tanpa mobil, listrik, komputer, CD, dan banyak kenyamanan sehari-hari lainnya.

Meskipun kimia adalah ilmu kuno, namun merupakan yayasan modern pada abad kesembilan belas, ketika kemajuan intelektual dan teknologi memungkinkan para ilmuwan untuk memecah zat ke dalam komponen yang lebih kecil dan akibatnya digunakan untuk menjelaskan banyak karakteristik fisik dan kimianya. Pesatnya perkembangan teknologi yang semakin canggih sepanjang abad kedua puluh telah memberi kita cara yang lebih besar untuk belajar hal-hal yang tidak bisa dilihat dengan mata telanjang. Menggunakan komputer dan mikroskop khusus, misalnya, ahli kimia dapat menganalisis struktur atom dan molekul-sampai satuan mendasar. Penelitian kimia yang berbasis dan mendesain zat baru dengan sifat tertentu, seperti obat-obatan dan produk konsumen ramah lingkungan.

Ketika kita memasuki abad pertama abad dua puluh, sudah sepatutnya untuk bertanya apa bagian ilmu sentral yang akan memiliki abad ini? Hampir pasti, kimia akan terus memainkan peran penting dalam semua bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. Sebelum terjun ke dalam pelajaran tentang materi dan transformasinya, mari kita mempertimbangkan beberapa perbatasan yang ahli kimia sedang jajaki (Gambar 1.1). Apapun alasan kita untuk mempelajari kimia, pengetahuan tentang subjek yang lebih baik akan memungkinkan kita untuk menghargai dampaknya terhadap masyarakat dan pada kita sebagai individu.

Gambar 1.1 (a) Output dari mesin sekuensing DNA otomatis. Setiap jalur menampilkan urutan (ditandai dengan warna yang berbeda) diperoleh dari sampel DNA terpisah. (b) sel fotovoltaik. (c) Wafer silikon sedang diproses. (d) Daun di sebelah kiri diambil dari tanaman tembakau yang tidak direkayasa genetika tetapi terserang cacing tanduk tembakau. Daun di sebelah kanan direkayasa genetika dan nyaris diserang oleh cacing. Teknik yang sama dapat diterapkan untuk melindungi daun dari jenis tanaman lain.

Negara - negara seperti China, ahli kimia secara aktif berusaha mencari sumber energi baru. Saat ini sumber utama energi bahan bakar fosil (batu bara, minyak bumi, dan gas alam), diperkirakan cadangan bahan bakar ini akan berlangsung sekitar 50-100 tahun, berdasarkan konsumsi pada tingkat sekarang , sehingga sangat mendesak bahwa kita harus segera menemukan sumber energi alternatif.

#
Tenaga surya menjanjikan untuk menjadi sumber energi alternatif yang layak untuk masa depan. Setiap tahun permukaan bumi menerima sekitar 10 kali lebih banyak energi dari sinar matahari seperti yang terkandung dalam semua cadangan batubara, minyak, gas alam, dan fusi uranium. Tetapi banyak dari energi matahari ini "terbuang" karena dipantulkan kembali ke ruang angkasa. Selama 30 tahun terakhir, upaya penelitian intensif telah menunjukkan bahwa tenaga surya dapat dimanfaatkan secara efektif dalam dua cara. Salah satunya adalah konversi sinar matahari langsung menjadi listrik menggunakan perangkat yang disebut sel fotovoltaik. Yang lain adalah dengan menggunakan sinar matahari untuk mendapatkan hidrogen dari air. Hidrogen kemudian dapat dimasukkan ke dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik. Meskipun pemahaman kita tentang proses ilmiah mengkonversi energi matahari menjadi listrik telah maju, teknologi belum ditingkatkan ke titik di mana kita dapat menghasilkan listrik dalam skala besar dengan biaya yang dapat diterima secara ekonomis. Pada tahun 2050, bagaimanapun, telah diramalkan bahwa energi matahari akan memasok lebih dari 50 persen dari kebutuhan listrik kita.

#
Potensi sumber energi lain adalah fusi nuklir, tetapi karena masalah lingkungan tentang limbah radioaktif dari proses fusi, masa depan industri nuklir di Indonesia tidak pasti. Kimiawan dapat membantu untuk menemukan cara-cara yang lebih baik untuk membuang limbah nuklir. fusi nuklir, proses yang terjadi di matahari dan bintang-bintang lainnya, menghasilkan energi dalam jumlah besar tanpa menghasilkan limbah radioaktif yang berbahaya. Dalam 50 tahun, fusi nuklir kemungkinan akan menjadi sumber energi.

Produksi energi dan pemanfaatan energi terkait erat dengan kualitas lingkungan kita. Kelemahan utama dari pembakaran bahan bakar fosil adalah bahwa mereka mengeluarkan karbon dioksida, yang merupakan gas rumah kaca (yaitu, mempromosikan pemanasan atmosfer bumi), bersama dengan sulfur dioksida dan nitrogen oksida, yang mengakibatkan hujan asam dan kabut asap. (dengan energi matahari memiliki efek merugikan pada lingkungan.) Dengan menggunakan mobil hemat bahan bakar dan catalytic converter yang lebih efektif, kita harus mampu untuk secara drastis mengurangi emisi mobil yang berbahaya dan meningkatkan kualitas udara di tempat dengan lalu lintas berat. Selain itu, mobil listrik, didukung oleh tahan lama, baterai tahan lama, dan mobil hybrid, didukung oleh baterai dan bensin, harus menjadi lebih umum, dan menggunakannya akan membantu untuk meminimalkan polusi udara.

Material dan Teknologi
Penelitian dan pengembangan kimia pada abad kedua puluh telah memberikan kita bahan baru yang telah sangat meningkatkan kualitas hidup kita dan membantu untuk memajukan teknologi dalam berbagai cara. Beberapa contoh adalah polimer (termasuk karet dan nilon), keramik (seperti peralatan masak), kristal cair (seperti yang ada di layar elektronik), perekat (digunakan dalam rumah dan perabot), dan coating (misalnya, cat lateks).

Apa yang akan dijual di toko-toko dalam waktu dekat? Salah satu kemungkinan adalah superkonduktor suhu kamar. Listrik dilewatkan oleh kabel tembaga, bukan konduktor sempurna. Akibatnya, sekitar 20 persen dari energi listrik hilang dalam bentuk panas antara pembangkit listrik dan rumah kita. Ini adalah pemborosan yang luar biasa. Superkonduktor adalah bahan yang tidak memiliki hambatan listrik dan karena itu dapat menghantarkan listrik tanpa kehilangan energi. Meskipun fenomena superkonduktivitas pada suhu yang sangat rendah (lebih dari 400 derajat Fahrenheit di bawah titik beku air) telah dikenal selama lebih dari 90 tahun, sebuah terobosan besar di pertengahan 1980-an menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk membuat bahan yang bertindak sebagai superkonduktor pada atau dekat suhu kamar. Kimiawan telah membantu untuk merancang dan mensintesis bahan-bahan baru yang menunjukkan janji dalam pencarian ini. 30 tahun ke depan kita akan melihat superkonduktor suhu tinggi yang diterapkan pada skala besar dalam pencitraan resonansi magnetik (MRI), kereta cepat, dan fusi nuklir.

#
Jika kita harus menyebutkan satu lagi kemajuan teknologi yang telah membentuk kehidupan kita lebih dari yang lain, itu adalah komputer. "Mesin" yang menggerakkan revolusi komputer sedang berlangsung adalah mikroprosesor-chip silikon kecil yang telah mengilhami penemuan yang tak terhitung jumlahnya, seperti komputer laptop dan mesin faks. Kinerja mikroprosesor dinilai dengan kecepatannya melakukan operasi matematika, seperti penambahan. Laju kemajuan adalah seperti yang sejak diperkenalkan, mikroprosesor telah dua kali lipat dalam kecepatan setiap 18 bulan. Kualitas mikroprosesor apapun tergantung pada kemurnian chip silikon dan kemampuan untuk menambahkan jumlah yang diinginkan dari zat lain, dan ahli kimia memainkan peran penting dalam penelitian dan pengembangan chip silikon. Untuk masa depan, para ilmuwan telah mulai mengeksplorasi prospek "komputasi molekul," yaitu, menggantikan silikon dengan molekul. Keuntungannya adalah bahwa molekul tertentu dapat dibuat untuk merespon cahaya, bukan untuk elektron, sehingga kita akan memiliki komputer optik daripada komputer elektronik. Dengan rekayasa genetika yang tepat, para ilmuwan dapat mensintesis molekul seperti menggunakan mikroorganisme bukan pabrik-pabrik besar. komputer optik juga akan memiliki kapasitas penyimpanan yang jauh lebih besar dari komputer elektronik.

#
Pertanian dan Bahan Makanan
Bagaimana penduduk yang meningkat pesat di dunia diberi makan? Di negara-negara miskin, kegiatan pertanian menempati sekitar 80 persen dari angkatan kerja, dan setengah dari anggaran keluarga rata-rata dihabiskan untuk bahan makanan. Ini adalah menguras besar pada sumber daya bangsa. Faktor-faktor yang mempengaruhi produksi pertanian adalah kekayaan tanah, serangga dan penyakit yang merusak tanaman, dan gulma yang bersaing untuk nutrisi. Selain irigasi, petani mengandalkan pupuk dan pestisida untuk meningkatkan hasil panen. Sejak tahun 1950-an, pengobatan untuk tanaman menderita infestasi hama kadang-kadang telah diaplikasi sembarangan menggunakan bahan kimia yang kuat. Langkah seperti ini sering memiliki efek merugikan yang serius pada lingkungan. Bahkan penggunaan berlebihan pupuk berbahaya bagi tanah, air, dan udara.

#
Untuk memenuhi tuntutan makanan pada abad pertama abad dua puluh, pendekatan baru dalam pertanian harus dibuat. Ini telah menunjukkan bahwa, melalui bioteknologi, adalah mungkin untuk tumbuhnya tanaman yang lebih besar dan lebih baik. Teknik ini dapat diterapkan untuk banyak produk pertanian yang berbeda, tidak hanya untuk hasil yang lebih baik, tetapi juga untuk frekuensi yang lebih banyak, yaitu, hasil tanaman lebih setiap tahunnya. Sebagai contoh, diketahui bahwa bakteri tertentu menghasilkan molekul protein yang beracun bagi ulat pemakan daun. Menggabungkan gen yang mengkode toksin ke dalam tanaman memungkinkan tanaman untuk melindungi diri mereka sendiri sehingga pestisida tidak diperlukan. Para peneliti juga telah menemukan cara untuk mencegah serangga perusak berkembang biak. Serangga berkomunikasi satu sama lain dengan memancarkan dan bereaksi menggunakan molekul khusus yang disebut feromon. Dengan mengidentifikasi dan sintesis feromon yang digunakan dalam kawin, adalah mungkin untuk mengganggu siklus reproduksi normal hama umum ini; misalnya, dengan menginduksi serangga kawin terlalu cepat atau menipu serangga betina kawin dengan jantan yang disterilkan. Selain itu, ahli kimia dapat menemukan cara-cara untuk meningkatkan produksi pupuk yang kurang bahkan tidak berbahaya bagi lingkungan dan zat-zat yang selektif akan membunuh gulma. (Nopriawan)


Share:

Post Populer

BERLANGGANAN

ANGGOTA

Post Terbaru