Archive for the Perguruan Tinggi Category

Hubungan Energi dalam Reaksi Kimia (Ringkasan)

Posted in Energi on Maret 12, 2014 by isepmalik

Energi merupakan kapasitas untuk melakukan kerja. Terdapat beragam bentuk energi dan semuanya dapat dipertukarkan. Hukum kekekalan energi menyatakan jumlah energi di alam semesta selalu tetap.

Proses apa saja yang melepaskan kalor ke lingkungan  disebut proses eksoterm; proses apa saja yang menyerap kalor dari lingkungan disebut proses endoterm.

Keadaan sistem didefinisikan sebagai variabel-variabel seperti komposisi, volume, suhu, dan tekanan. Perubahan fungsi keadaan sistem hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir sistem, dan bukan pada jalan di mana perubahan berlangsung. Energi merupakan fungsi keadaan; sedangkan kerja dan kalor bukan fungsi keadaan.

Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi ia tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan (hukum pertama termodinamika). Dalam kimia, fokus utama kita adalah dengan energi termal, energi listrik, dan energi mekanik, dimana biasanya diasosiasikan dengan kerja volume-tekanan.

Perubahan entalpi (∆H, biasanya dalam kilojoule) merupakan ukuran dari kalor reaksi (atau proses lainnya) pada tekanan konstan. Entalpi merupakan fungsi keadaan. Perubahan entalpi ∆H sama dengan ∆U + PV untuk proses tekanan-konstan. Untuk reaksi kimia pada suhu konstan, ∆H diberikan oleh ∆U + RTn, di mana ∆n adalah perbedaan antara mol gas produk dan mol gas reaktan.

Kalorimeter volume-konstan dan kalorimeter tekanan-konstan digunakan untuk mengukur perubahan kalor dari reaksi fisika dan kimia.

Hukum Hess menyatakan bahwa keseluruhan perubahan entalpi dalam suatu reaksi sama dengan jumlah perubahan entalpi untuk setiap langkah yang menghasilkan keseluruhan reaksi. Entalpi standar reaksi dapat dihitung dari entalpi standar pembentukan reaktan dan produk.

Reaksi dalam Larutan (Ringkasan)

Posted in Larutan dan Sifat-sifatnya on Maret 12, 2014 by isepmalik

Larutan (akua) merupakan konduktor listrik jika zat terlarutnya elektrolit. Jika zat terlarutnya non-elektrolit maka larutan tidak dapat menghantarkan listrik.

Tiga kategori utama reaksi kimia yang berlangsung dalam larutan (akua) adalah reaksi pengendapan, reaksi asam-basa, dan reaksi oksidasi-reduksi.

Berdasarkan aturan umum tentang kelarutan senyawa ion, kita dapat memprediksi apakah endapan akan terbentuk dalam reaksi.

Asam Arrhenius terionisasi dalam air menghasilkan ion H+ dan basa Arrhenius terionisasi dalam air menghasilkan ion OH-. Asam Bronsted mendonorkan proton dan basa Bronsted menerima proton. Reaksi asam dan basa disebut netralisasi.

Dalam reaksi redoks, oksidasi dan reduksi selalu berlangsung beriringan. Oksidasi berkarakter melepas elektron, reduksi menerima elektron. Bilangan oksidasi membantu lintasan distribusi muatan dan diperuntukkan bagi semua atom atau ion dalam senyawa sesuai dengan aturan khusus. Oksidasi didefinisikan sebagai pertambahan bilangan oksidasi; reduksi didefinisikan sebagai pengurangan bilangan oksidasi.

Konsentrasi larutan merupakan jumlah zat terlarut yang ada dalam jumlah larutan. Molaritas menyatakan konsentrasi jumlah mol zat terlarut dalam 1 liter larutan. Penambahan pelarut kepada larutan, prosesnya dikenal sebagai pengenceran, pengurangan konsentrasi (molaritas) larutan tanpa perubahan jumlah mol zat terlarut yang ada dalam larutan.

Analisis gravimetri merupakan teknik untuk menentukan identitas senyawa dan/atau konsentrasi larutan berdasarkan pengukuran massa. Eksperimen gravimetri sering melibatkan reaksi pengendapan.

Dalam titrasi asam-basa, larutan yang konsentrasinya diketahui (katakanlah, basa) ditambahkan secara teratur kepada larutan yang konsentrasinya tidak diketahui (katakanlah, asam) dengan tujuan menentukan konsentrasi yang tidak diketahui. Titik di mana reaksi dalam titrasi mencapai sempurna disebut titik ekuivalen.

Stoikiometri (Ringkasan)

Posted in Stoikiometri on Maret 12, 2014 by isepmalik

Massa atom diukur dalam satuan massa atom (sma), satuan relatif berdasarkan nilai yang tepat 12 untuk isotop C-12. Massa atom untuk atom-atom suatu unsur tertentu merupakan rata-rata distribusi isotop unsur di alam. Massa dari suatu molekul merupakan jumlah massa atom dari atom-atom suatu molekul. Massa atom dan massa molekul secara akurat ditentukan dengan spektrometer massa.

Satu mol merupakan bilangan Avogadro (6.022 x 1023) untuk atom, molekul, atau partikel lainnya. Massa molar (dalam gram) unsur atau senyawa secara numerik setara dengan massanya dalam satuan massa atom (sma) dan mengandung bilangan Avogadro atom-atom (dalam hal ini unsur), molekul (dalam hal ini zat molekuler), atau satuan rumus paling sederhana (dalam hal ini senyawa ion).

Komposisi persen berdasar massa senyawa merupakan persen berdasar massa setiap unsur yang ada. Jika mengetahui komposisi persen berdasarkan massa suatu senyawa, kita dapat menentukan rumus empiris senyawa dan juga rumus molekul senyawa jika massa molar diketahui.

Perubahan kimia (disebut reaksi kimia) direpresentasikan oleh persamaan kimia. Zat yang akan diubah—reaktan—dituliskan pada sisi kiri dan zat yang akan dibentuk—produk—muncul pada sisi kanan tanda panah. Persamaan kimia harus disetarakan, disesuaikan dengan hukum konservasi massa. Jumlah atom setiap unsur dalam reaktan harus setara dengan jumlah atom di dalam produk.

Stoikiometri merupakan studi kuantitatif mengenai produk dan reaktan dalam reaksi kimia. Perhitungan stoikiometri merupakan langkah terbaik dengan menyatakan kuantitas yang diketahui atau tidak diketahui dalam istilah mol dan kemudian mengubahnya ke dalam satuan lain yang diperlukan. Pereaksi pembatas merupakan reaktan yang ada dalam jumlah stoikiometri terkecil. Ia membatasi jumlah produk yang dapat dibentuk. Jumlah produk yang diperoleh dalam reaksi (hasil aktual) mungkin kurang dari jumlah maksimum yang mungkin (hasil teoritis). Perbandingan kedua hasil tersebut dikalikan 100 persen yang dinyatakan sebagai persen hasil.

Atom, Molekul, dan Ion (Ringkasan)

Posted in Struktur Atom dan Sistem Periodik on November 29, 2013 by isepmalik

Kimia modern dimulai dengan teori atom Dalton yang menyatakan bahwa semua materi tersusun dari bagian terkecil, partikel tidak dapat dibagi yang disebut atom; semua atom dari unsur yang sama adalah identik; senyawa mengandung atom-atom dari unsur berbeda yang bergabung dalam perbandingan sederhana; dan atom tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan dalam reaksi kimia (hukum konservasi massa).

Atom-atom suatu unsur dalam senyawa selalu bergabung dalam proporsi sama berdasarkan massa (hukum proporsi tetap). Ketika dua unsur dapat bergabung membentuk lebih dari satu jenis senyawa, massa satu unsur bergabung dengan massa-tetap dari unsur lain dalam perbandingan bilangan terkecil (hukum proporsi berganda).

Suatu atom terdiri dari pusat inti rapat yang dibangun oleh proton dan neutron, ditambah elektron yang mengelilingi inti dengan jarak relatif. Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan, dan elektron bermuatan negatif. Proton dan neutron dapat dikatakan bermassa sama, di mana sekitar 1840 kali lebih besar daripada massa sebuah elektron.

Nomor atom suatu unsur merupakan jumlah proton di dalam inti atom suatu unsur; ia menentukan identitas unsur. Nomor massa merupakan penjumlahan dari jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti. Isotop merupakan atom-atom suatu unsur yang memiliki jumlah proton sama tetapi berbeda jumlah neutron.

Rumus kimia merupakan simbol penyusun unsur dengan angka subskrip yang memperlihatkan tipe dan jumlah atom dalam satuan terkecil senyawa. Rumus molekul memperlihatkan jumlah dan tipe khusus atom yang bergabung dalam setiap molekul suatu senyawa. Rumus empiris memperlihatkan perbandingan paling sederhana dari atom-atom di dalam molekul.

Senyawa kimia salah satunya adalah senyawa molekuler (di mana unit terkecilnya berupa masing-masing molekul terpisah) atau senyawa ionik (di mana ion positif dan negatif diikat bersama oleh antaraksi timbal-balik). Senyawa ion tersusun dari kation dan anion, dibentuk ketika masing-masing atom melepaskan dan menerima elektron.

Nama senyawa anorganik dapat dideduksi dari seperangkat aturan sederhana. Rumus dapat ditulis dari nama senyawa tersebut. Tipe paling sederhana senyawa organik adalah hidrokarbon.

Metoda Ilmiah (Ringkasan)

Posted in Dasar-dasar Ilmu Kimia on November 29, 2013 by isepmalik

Metode ilmiah adalah pendekatan sistematis untuk riset; dimulai dengan pengumpulan informasi melalui observasi dan pengukuran. Dalam prosesnya, tercipta hipotesis, hukum, teori dan kemudian langkah selanjutnya dilakukan pengujian.

 

Kimiawan mempelajari susunan materi dan zat. Berdasarkan prinsipnya, semua zat berada dalam tiga keadaan (wujud): padat, cair, dan gas. Perubahan di antara tiga keadaan tersebut dapat dipengaruhi oleh perubahan suhu.

 

Zat paling sederhana dalam kimia adalah unsur. Suatu senyawa terbentuk dari penggabungan atom dari unsur berbeda. Zat memiliki sifat fisika yang terobservasi tanpa perubahan identitas zat tersebut dan sifat kimia yang mengalami perubahan identitas zatnya.

 

Satuan SI digunakan untuk menyatakan besaran fisika, termasuk kimia. Bilangannya dinyatakan dalam notasi ilmiah dengan bentuk N ´ 10n, di mana N antara 1 dan 10 dan n adalah integer positif atau negatif. Notasi ilmiah membantu mengatasi kuantitas yang sangat besar atau sangat kecil. Sebagian besar kuantitas adalah tidak eksak dalam derajat tertentu. Jumlah angka signifikan menunjukkan keeksakan pengukuran.

 

Dalam metode analisis-dimensi tentang penyelesaian masalah satuan dikalikan bersama-sama dan dibagi satu sama lain, atau saling menghilangkan seperti besaran aljabar. Dengan memperoleh satuan yang benar dapat memastikan bahwa jawaban akhir hasil perhitungan sudah dilakukan dengan benar.

Struktur Atom (Ringkasan)

Posted in Struktur Atom dan Sistem Periodik on November 25, 2013 by isepmalik

Teori kuantum yang dikembangkan Planck berhasil menjelaskan emisi radiasi ketika zat padat dipanaskan. Teori kuantum menyatakan bahwa energi cahaya yang dipancarkan atom dan molekul dalam jumlah diskrit (kuanta) di atas daerah kontinu. Perilaku ini dirumuskan berdasarkan hubungan E = hv, di mana E adalah energi radiasi, h adalah konstanta Planck, dan v adalah frekuensi radiasi. Energi selalu dipancarkan dalam perkalian bilangan sederhana dari hv (1 hv, 2 hv, 3 hv, …).

Dengan menggunakan teori kuantum, Einstein menyelesaikan misteri lain dalam fisika—efek fotolistrik. Einstein mengusulkan bahwa cahaya dapat berperilaku seperti berkas partikel (foton).

Garis spektrum hidrogen, misteri lainnya yang dihadapi fisikawan pada abad sembilanbelas, juga dapat dijelaskan dengan menggunakan teori kuantum. Bohr mengembangkan model atom hidrogen di mana energi satu elektron dikuantisasi—pembatasan nilai energi tertentu yang ditentukan oleh bilangan sederhana, bilangan kuantum utama.

Elektron dalam keadaan energi paling stabil dikatakan berada dalam keadaan dasar, dan elektron pada level energi lebih tinggi keadaan paling stabilnya berada dalam keadaan tereksitasi. Dalam model Bohr, elektron memancarkan foton ketika ia berpindah dari keadaan berenergi lebih tinggi (keadaan tereksitasi) kepada keadaan energi lebih rendah (keadaan dasar atau keadaan tereksitasi yang lebih rendah). Pelepasan sejumlah energi dalam bentuk foton diperhitungkan dalam garis spektrum emisi hidrogen.

De Broglie memperluas deskripsi cahaya dapat berupa partikel-gelombang menurut Einstein untuk seluruh materi yang bergerak. Panjang gelombang partikel yang bergerak dengan massa m dan kecepatan u diberikan oleh persamaan de Broglie λ = h/mu.

Persamaan Schrodinger menggambarkan gerakan dan energi dari partikel submikroskopik. Persamaan ini memunculkan mekanika kuantum dan era baru dalam fisika.

Persamaan Schrodinger mengatakan keadaan energi yang mungkin bagi elektron dalam atom hidrogen dan probabilitas lokasinya dalam daerah tertentu di sekitar inti. Hasil ini dapat digunakan dengan akurasi yang masuk akal untuk atom polielektron.

Orbital atom merupakan fungsi (ψ) yang mendefinisikan distribusi kerapatan elektron (ψ2) di dalam ruang. Orbital direpresentasikan oleh diagram kerapatan elektron atau diagram batas permukaan.

Keempat bilangan kuantum mengkarakterisasi setiap elektron dalam atom: bilangan kuantum utama n mengidentifikasi level energi utama, atau kulit dari orbital; bilangan kuantum momentum sudut l menunjukkan bentuk orbital; bilangan kuantum magnetik ml secara khusus untuk orientasi orbital di dalam ruang; dan bilangan kuantum spin elektron ms mengindikasikan arah spin elektron pada aksisnya.

Satu orbital s untuk setiap level energi adalah sferik dan terpusat pada inti. Tiga orbital p berada pada n = 2 dan yang lebih tinggi dari itu; setiap orbital p memiliki dua cuping, dan pasangan cuping disusun pada sudut tegak lurus satu sama lainnya. Dimulai dengan n = 3, terdapat lima orbital d dengan bentuk dan orientasi yang lebih kompleks.

Energi elektron dalam atom hidrogen hanya ditentukan oleh bilangan kuantum utama. Dalam atom polielektron, bilangan kuantum utama dan bilangan kuantum momentum sudut bersama-sama menentukan energi elektron.

Tidak ada dua elektron dalam atom yang sama dapat memiliki keempat bilangan kuantum yang sama (prinsip eksklusi Pauli).

Susunan paling stabil elektron dalam sub-kulit adalah jumlah terbesar dari spin paralelnya (aturan Hund). Atom dengan satu atau lebih spin elektron tak-berpasangan adalah paramagnetik. Atom di mana semua elektronnya berpasangan adalah diamagnetik.

Prinsip Aufbau memberikan panduan untuk membangun unsur. Tabel periodik mengklasifikasi unsur berdasarkan nomor atom dan konfigurasi elektronnya.

Lompatan Besar Ke Depan

Posted in Debu Bintang on November 25, 2013 by isepmalik

Sesuatu yang serupa dengan teka-teki mengganggu fisikawan selama beberapa tahun. Ia disebut masalah benda hitam. Benda hitam merupakan objek hipotetik yang menyerap semua radiasi elektromagnetik yang jatuh padanya. Radiasi elektromagnetik adalah energi murni, gelombang yang tidak memiliki massa. Jangkauan gelombang elektromagnetik mulai dari sinar gamma berenergi tinggi dan sinar kosmik sampai gelombang radio berenergi rendah. Bagian sinar yang tampak dari spektrum elektromagnetik—dapat dideteksi mata manusia—disebut gelombang cahaya.

 

Gambar 1.2 Warna-warna gelombang spektrum elektromagnetik yang tampak untuk mata manusia

 

Ketika dipanaskan, benda hitam meradiasikan gelombang elektromagnetik. Di bawah beberapa kondisi, benda hitam tidak semuanya hitam. Ketika radiasi yang diemisikan benda hitam memiliki panjang gelombang dalam daerah tampak dari spektrum elektromagnetik, kita melihatnya sebagai cahaya.

Banyak objek—tungku api, misalnya—menyerupai benda hitam. Jika Anda memanaskan tungku, warna awalnya akan sama, tetapi Anda dapat merasakan radiasi panas darinya dalam bentuk radiasi inframerah. Radiasi dari panjang gelombang ini tidak tampak oleh mata tetapi tangan Anda dapat mendeteksinya—karena tangan Anda merasakan panas jika menyentuh tungku. Panaskan tungku sampai suhunya lebih tinggi, dan ia mulai memijar. Ia sekarang mulai mengemisikan gelombang lebih berenergi. Gelombang tersebut tampak sebagai warna merah. Panaskan tunggu lebih tinggi lagi dan ia mulai berwarna putih, karena putih merupakan campuran dari semua warna dalam spektrum tampak, meliputi gelombang berenergi lebih tinggi. Dengan menaikkan suhu lebih tinggi lagi akan menghasilkan energi lebih tinggi, radiasi berintensitas lebih tinggi.

 

Gambar 1.3 Grafik ini memperlihatkan level energi dan intensitas radiasi benda hitam. Peningkatan suhu benda hitam diiringi peningkatan level energi dan intensitas gelombang.

 

Karakteristik spektrum benda hitam berlaku untuk objek selain tungku. Faktanya, spektrum radiasi elektromagnetik yang diemisikan zat hanya tergantung pada suhunya dan tidak tergantung zat itu sendiri.

Karakteristik spektrum benda hitam ditentukan secara eksperimen pada abad sembilanbelas. Tetapi ia tidak dapat dijelaskan berdasarkan fisika Newton dan Maxwell. (Saintis Inggris Isaac Newton merumuskan hukum gerakan dan gravitasi pada tahun 1687; James Clerk Maxwell, fisikawan Skotlandia, mempublikasikan hukumnya mengenai listrik dan magnet pada tahun 1871).

Fisika Newton dan Maxwell memprediksi bahwa benda yang dipanaskan akan mengemisikan jumlah energi radiasi sangat tinggi yang tidak terbatas. Prediksi ini berdasarkan pada gagasan bahwa benda hitam tersusun dari oscillator yang menghasilkan gelombang kontinum, seperti ketika Anda memetik senar violin. Tetapi fisikawan memprediksi spektrum radiasi benda hitam—jumlah radiasi berenergi tinggi tidak terbatas—dan data eksperimennya tidak sesuai. Mereka tidak pernah berhasil. Masalah ini diselesaikan Max Planck pada tahun 1900.

Planck merupakan fisikawan Jerman yang mempelajari sejarah sains dengan komprehensif. Hasilnya menuntun Planck sampai mekanika kuantum, tidak ada seorang pun yang merasa yakin sampai ia menciptakan persamaan yang merevolusi fisika. Setelah menguji berbagai ide, Planck akhirnya mencoba sesuatu yang tidak dapat terpikirkan: Bagaimana jika energi tidak kontinu? Bagaimana jika energi dalam bentuk paket diskrit? Ia kemudian menuliskan persamaannya.

 

E = nhf

 

Dalam persamaan ini, E adalah energi oscilator dalam benda hitam, n adalah jumlah oscilator, f adalah frekuensi oscilator, dan h adalah bilangan sangat kecil. Bilangan ini pada saat sekarang dikenal sebagai konstanta Planck. Ia biasanya direpresentasikan menggunakan notasi ilmiah 6.6 ´ 10-34 joule sekon. (Joule adalah Sistem Internasional (SI) dari satuan kerja. Disingkat J, satu joule sama dengan 0,2388 kalori). Dalam bentuk desimal, konstanta Planck terlihat seperti ini:

 

0.00000000000000000000000000000000066

 

Ketika Planck menggunakan persamaan ini untuk menghitung spektrum radiasi benda hitam, hasilnya sesuai secara sempurna dengan hasil eksperimen. Lebih penting lagi, ia menemukan mekanika kuantum, karena bentuk persamaan sederhana ini merupakan basis teori kuantum. Ketika diaplikasikan kepada fisika benda hitam, ia menyiratkan bahwa energi tidak kontinu tetapi berupa paket, atau kuanta (kata yang dikeluarkan oleh Planck sendiri), yang berbanding lurus dengan frekuensi oscilator.

Planck melaporkan solusinya untuk masalah benda hitam pada pertemuan Ilmuan Fisika di Berlin pada Desember 1900. Pada saat itu, tidak ada seorang pun, termasuk juga Planck sendiri, memahami implikasi persamaan sederhana yang ia gunakan untuk menyelesaikannya. Persamaannya menggunakan trik matematis yang baik tetapi tidak signifikan secara fisik. Ia sangat bermanfaat, tetapi tidak merepresentasikan cara kerja aktual benda hitam.

Penemuan Einstein

Posted in Debu Bintang on November 9, 2013 by isepmalik

Lebih dari 2000 tahun yang lalu, filsuf Yunani memperdebatkan eksistensi atom. Apakah zat selalu terbagi atau merupakan struktur terkecil yang menghasilkan materi bersifat khas? Apakah yang membuat besi bersifat keras dan berat pada suhu kamar sementara oksigen adalah ringan dan lembut? Meskipun John Dalton telah mempublikasikan teori atom pada awal abad sembilanbelas dan Dmitri Mendeleyev telah membuat basis tabel periodik mengenai unsur pada tahun 1869, keraguan mengenai eksistensi atom masih bertahan lama. Ketidaktentuan tersebut tidak dapat diselesaikan sampai awal abad duapuluh ketika juru tulis muda pada hak paten Swiss bernama Albert Einstein menentukan masalah gerakan Brownian.

Robert Brown adalah botanis Skotlandia. Pada tahun 1827, ia mensuspensi biji serbuk sari di dalam air dan mengamatinya melalui mikroskop, menemukan bahwa “biji-biji sangat nampak gerakannya”. Gerakan yang ia observasi adalah goyangan acak biji. Ia cukup merasa puas bahwa pergerakan biji bukan disebabkan arus atau pusaran air, tetapi ia tidak dapat menentukan apa penyebab gerakan.

Tidak ada seorang pun yang dapat menjelaskan hal tersebut, sehingga masalah ini bertahan sampai tahun 1905 ketika Einstein mempublikasikan makalah yang menjelaskan misteri goyangan biji serbuk sari. Kalimat pertamanya langsung mengarah pada pusat masalah: “Dalam makalah ini”, tulis Einstein, “akan diperlihatkan bahwa, berdasarkan pada teori kinetika molekuler mengenai panas, bodi berukuran mikroskopik yang tersuspensi dalam cairan, sebagai hasil dari gerakan termal molekuler, akan menampilkan gerakan seperti benda berukuran besar sehingga dapat dengan mudah diobservasi mikroskop”. Dengan kata lain, pergerakan acak molekul air akan melawan benturan biji serbuk sari yang menyebabkan gerakan Brownian. Oleh karena itu, molekul—dan atom, berdasarkan inferensi—menjadi eksis. Selain itu, makalah ini telah membuat karirnya cemerlang. Tetapi bagi Einstein, ini hanya permulaan. Pada tahun yang sama, ia mempublikasikan dua makalah lainnya yang sangat penting. Salah satunya meruntuhkan teori gelombang cahaya yang telah bertahan selama berabad-abad. Makalah lainnya mengusulkan teori relativitas khusus, yang melahirkan persamaan paling terkenal di dunia, E = mc2.

Setelah publikasi makalah Einstein mengenai gerakan Brownian, ilmuan mengetahui eksistensi atom dan molekul. Tetapi, terlihat seperti apakah mereka? Apakah mereka berupa bola seragam yang keras seperti kelereng? Atau, apakah atom memiliki struktur internal sendiri?

Salah satu ilmuan pertama meneliti bangunan atom adalah fisikawan Selandia Baru bernama Ernest Rutherford. Rutherford memulai pekerjaannya di Kanada dan Manchester-Inggris, sebelum menjadi direktur di Laboratorium Cavendish di Cambridge-Inggris. Pada awal risetnya mengenai unsur radioaktif, ia menyimpulkan bahwa emisi unsur radioaktif muncul dalam dua bentuk. Rutherford menamakannya partikel alfa dan beta, dari dua huruf pertama alfabet Yunani. Ketika memulai mengeksplorasi sifat atom, Rutherford memutuskan untuk melihat apa yang terjadi kepada partikel alfa ketika ditembakkan pada lapisan tipis foil emas.

Berdasarkan eksperimen sebelumnya, Rutherford mengetahui bahwa partikel alfa lebih besar daripada elektron (yang teridentifikasi tidak lama sebelumnya sebagai partikel bermuatan negatif oleh fisikawan pemenang Hadiah Nobel J. J. Thomson, pembimbing Rutherford di sekolah pascasarjana dan seniornya di Cavendish). Ia juga mengetahui bahwa partikel alfa membawa muatan positif. Ia mulai mempelajari partikel alfa dengan menggunakan peralatan sederhana: suatu sumber partikel alfa, satu helai foil emas, dan layar pendeteksi yang memijar dengan singkat ketika partikel alfa menumbuknya. Setelah beberapa kali eksperimen yang membosankan, Rutherford menemukan bahwa sebagian partikel alfa dilewatkan melalui foil emas, dan sebagian dipantulkan. Sebagian kecil dipantulkan berbalik ke arah sumber radiasi. Ini hasil yang mengejutkan. Hal ini seperti menembakkan peluru pada kertas tipis dan sebagiannya berbalik kepada Anda. Dengan jelas, atom emas mengandung sesuatu yang lebih padat daripada elektron, sesuatu yang dapat membuat partikel alfa berbalik arah ketika bertumbukan.

Rutherford menggambarkan bahwa hanya atom emas yang dapat membuat partikel alfa bermuatan positif berbalik arah jika atom emas mengandung massa rapat yang membawa muatan positif. Di dalam tumbukan, massa bermuatan akan menolak kuat partikel alfa. Dan karena muatan positif atom terkonsentrasi dalam ruang kecil, hanya sedikit partikel pemborbardir yang akan ditolak, sementara sisanya dilewatkan. Akhirnya, Rutherford mengumumkan struktur atom baru. Atom, ia berkata, tersusun dari nukleus bermuatan positif dengan elektron bermuatan negatif mengelilinginya. Gambaran betapa kecil nukleus, jika atom berukuran stadion sepak bola, nukleus hanya berukuran kelereng. Sebagian besar atom berisi ruang kosong.

Rutherford mempublikasikan struktur atomnya pada tahun 1911. Struktur baru menyerupai sistem tata surya. Susunan ini sudah familier bagi ilmuan dan dengan cepat diadopsi oleh mereka. Namun demikian, terdapat suatu masalah. Elektron bermuatan negatif yang mengelilingi nukleus bermuatan positif akan mengemisikan radiasi elektromagnetik, melepaskan energi, dan akan jatuh ke dalam nukleus. Berdasarkan hukum fisika yang dikenal saat itu, model atom Rutherford yang terbuat dari partikel bermuatan negatif tidak mungkin berada dalam orbit stabil di sekitar pusat positif. Ia tidak mungkin eksis.

Manning, Phillip., (2009). Chemical Bonding. New York: Chelsea House Publisher.

Terbuat dari Bintang

Posted in Debu Bintang on November 9, 2013 by isepmalik

Kehidupan modern memerlukan pikiran yang kompleks mengenai materi, sebagian terjadi secara alami tetapi banyak pula yang dibuat manusia. Gelas minuman ringan, misalnya, mungkin terbuat dari stirofoam atau kertas atau gelas. Konsumen dapat menentukan wadah yang sesuai keinginannya pada momen tertentu—stirofoam untuk secangkir kopi panas, kertas untuk sedotan air di stadion, gelas untuk minuman ringan di serambi. Lemari dapat terbuat dari logam atau kayu atau plastik. Pesawat ruang angkasa merupakan kumpulan dari silikon dan baja—dan ratusan material lainnya. Semua benda tersebut sifat dasarnya adalah ikatan kimia di antara atom-atom yang membangun zat.

Mengapa atom natrium terhubung bersama membentuk logam keperakan yang bereaksi hebat dengan air? Apa yang membuat atom klor, suatu unsur berat, berikatan dengan atom klor lainnya membentuk gas beracun yang tidak bereaksi dengan air? Selanjutnya, mengapa penggabungan natrium dan klor menghasilkan zat kristal putih yang disebut garam dapur, yang tidak bereaksi dengan air dan tidak mengakibatkan kematian? Sifat zat-zat tersebut ditentukan oleh ikatan kimianya. Sifat zat-zat tersebut ditentukan oleh atom-atom. Dan, believe it or not, sifat atom-atom ditentukan oleh bintang-bintang.

Hampir semua di dalam kehidupan kita—mulai dari gelas kertas sampai pesawat ruang angkasa, mencakup Bumi itu sendiri dan setiap ciptaan di atasnya—terbuat dari debu bintang. “Terbuat dari debu bintang” bukan menggambarkan ucapan yang terlalu banyak. Secara literal adalah benar. Ilmuan mulai menggambarkan asal-usul atom pada tahun 1940-an selama perdebatan panjang mengenai sifat kosmos itu sendiri: Apakah teori big bang mengenai semesta berkembang itu benar atau apakah teori keadaan tetap semesta dengan tanpa permulaan atau akhir itu benar?

Fisikawan George Gamow mengepalai kelompok teori big bang; astronomer Inggris Fred Hoyle mendukung teori keadaan tetap. Teori big bang dengan tepat memprediksi bahwa semesta tersusun dari 90% atom hidrogen dan 9% atom helium dengan unsur lainnya hanya total 1%. Sayangnya, teori big bang tidak dapat menjelaskan asal-usul yang 1%, bagian semesta yang membangun unsur berat seperti oksigen, karbon, dan besi.

Meskipun Gamow tidak mampu menjelaskan asal-usul unsur berat, teori big bang pada akhirnya mengungguli konsep keadaan tetap. Penemuan radiasi gelombang-mikro kosmik pada tahun 1960-an sebagaimana diprediksi big bang, tetapi teori keadaan tetap tidak dapat menjelaskannya. Teori keadaan tetap mulai dilupakan, tetapi prinsip teori ini memunculkan ide besar baru yang menjawab masalah terbesar yang berhubungan dengan big bang: Jika unsur berat tidak terbentuk di dalam big bang, dari manakah ia berasal?

Pada tahun 1957, Fred Hoyle memperlihatkan bagaimana unsur-unsur berat dapat dibuat berdasarkan reaksi nuklir di dalam bintang. Berdasarkan pendapat Hoyle, unsur-unsur tersebut tercipta ketika suhu ekstrim bintang menyatukan nukleus unsur-unsur ringan. Tidak lama kemudian fisikawan mengusulkan deret reaksi nuklir yang menjelaskan pembentukan semua unsur. Semesta awal, sebagaimana sekarang diyakini kosmolog, dibentuk dengan suatu big bang yang menghasilkan hidrogen dan helium. Selanjutnya, membentuk gumpalan bintang, di mana melakukan reaksi-reaksi untuk membentuk unsur berat. Kelahiran dan kematian milyaran bintang menciptakan atom-atom berat yang dapat berikatan satu sama lain membentuk planet seperti Bumi dan semua material yang kita gunakan setiap hari.

Manning, Phillip., (2009). Chemical Bonding. New York: Chelsea House Publisher.

Latihan Soal No. 12-20

Posted in Bank Soal with tags , , , , , on Juni 1, 2012 by isepmalik

12.  Karbon monoksida dan gas hidrogen bereaksi menurut persamaan berikut:

CO(g) + 3H2(g) Û CH4(g) + H2O(g)

Jika 1,0 mol CO dan 3,0 mol H2 dimasukkan ke dalam wadah 10 L pada 1200 K dan menghalalkan reaksi mencapai kesetimbangan. Bila pada kesetimbangan itu diketahui mengandung 0,387 mol H2O. Berapa komposisi molar campuran dalam kesetimbangan?

13.  Tetapan kesetimbangan, KC untuk reaksi:

2NO(g) + O2(g) Û 2NO2(g)

sama dengan 4,0 x 1013 pada 250C. Apakah campuran lebih didominasi pereaksi atau produk bila [NO] = [O2] = 0,5 M pada kesetimbangan.

14.  Suatu tabung reaktor 50,0 L mengandung 1,0 mol N2; 3,0 mol H2; dan 0,5 mol NH3. Akankah amonia dibentuk atau diuraikan bila campuran gas menuju kesetimbangan pada 4000C? Diketahui untuk persamaan:

N2(g) + 3H2(g) Û 2NH3(g), nilai Kc = 0,50

15.  Phosfor  pentaklorida membentuk campuran kesetimbangan bila dipanaskan. Persamaannya:

PCl5(g) Û PCl3(g) + Cl2(g)

Suatu reaktor dengan volum 1,0 L mengandung sejumlah tertentu PCl5 dan 0,03 mol PCl3 dan 0,02 mol Cl2 dalam keadaan kesetimbangan pada 2500C. Berapa PCl5 dalam reaktor bila Kc untuk reaksi itu 0,0415 pada 2500.

16.  Ramalkan arah reaksi bila H2 dikeluarka dari sistem reaksi yang telah mencapai keadaan setimbang. Persamaan kimianya:

H2(g) + I2(g) Û 2HI(g)

17.  Arsen dapat diekstrak dari bijihnya dengan cara, direaksikan dengan oksigen untuk membentuk As4O6(s), kemudian direduksi dengan karbon.

As4O6(s) + 6C(s) Û As4(g) + 6CO(g)

Ramalkan arah pergeseran posisi kesetimbangan bila kondisi diubah dengan cara:

(a)     Penambahan karbon monoksida

(b)    Mengeluarkan gas arsen, As4(g).

18.  Ramalkan pergeseran yang terjadi bila volume reaktor dikurangi.

(a)     P4(s) + 6Cl2(g) Û 4PCl3(l)

(b)    PCl3(g) + Cl2(g) Û PCl5(g)

19.  Untuk reaksi berikut, ramalkan bagaimana nilai K berubah akibat suhunya dinaikkan.

(a)     N2(g) + O2(g) Û 2NO(g)                DH0 = 181 kJ

(b)    2SO2(g) + O2(g) Û 2SO3(g)           DH0 = -198 kJ

20.  Langkah-langkah apa yang ditempuh untuk menghasilkan produk yang sebesar-besarnya di industri pembuatan asam nitrat.

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 1.498 pengikut lainnya.