batasan atom, unsur, senyawa, molekul, ion, larutan, ikatan kimia, materi, koloid dan suspensi

1.      Materi : Unsur, Senyawa, Campuran (Larutan, Koloid dan Suspensi)

 

Zat / Materi / benda adalah segala sesuatu yang mempunyai masa dan menempati ruang. Misalnya kursi, jika ditimbang mempunyai masa, dan juga membutuhkan tempat atau ruang untuk meletakkannya, maka kursi termasuk materi atau zat. Melihat keanekaragaman benda yang ada di sekitar kita rasanya tidak mungkin untuk mengelompokkan setiap benda di bumi menjadi kelompok-kelompok yang lebih sederhana. Tapi ilmu pengetahuan alam terutama kimia dapat meringkas semua benda yang ada di dunia menjadi beberapa kelompok sederhana. Benda atau materi yang ada di bumi secara sederhana dapat dibedakan menjadi :

• Unsur

Unsur adalah zat tunggal yang terdiri dari satu jenis partikel / atom yang tidak dapat dipisahkan menjadi bagian-bagian yang lebih sederhana dengan reaksi kimia biasa. Di dunia ada 114 unsur yang sudah ditemukan yang dapat kita lihat pada Tabel Periodik Unsur-Unsur. Beberapa contoh unsur adalah Aluminium (Al), Argon (Ar), Oksigen (O), Hidrogen (H), Karbon (C) dan lain-lain.

• Senyawa

Senyawa adalah zat tunggal yang terdiri dari susunan beberapa partikel unsur / atom. Massa unsur-unsur partikel penyusun senyawa memiliki perbandingan tetap. Unsur-unsur penyusun senyawa tidak dapat dipisahkan dengan reaksi kimia biasa. Senyawa di dunia terdapat sangat banyak bahkan tak terhingga. Beberapa contoh senyawa adalah Air (H₂O), Karbon Monoksida (CO), Karbon Dioksida (CO₂), Asam Lambung (HCl), Freon (CFC), dan masih banyak lagi.

• Campuran

Campuran adalah zat yang terdiri dari beberapa zat penyusun dan masih dapat dipisahkan dengan reaksi kimia biasa. Partikel-partikel campuran dapat dipisahkan. Ada beberapa metode pemisahan campuran seperti  penguapan, penyaringan, sublimasi, destilasi dan lain-lain. Secara sederhana campuran juga dibedakan menjadi 3 yakni

a. Larutan

Larutan adalah campuran dua zat atau lebih yang terdiri dari zat terlarut dan pelarut. Ukuran partikel larutan sangat kecil, kurang dari 1 nm, sehingga tidak dapat dilihat dengan menggunakan microskop ultra sekalipun. dan tidak dapat dibedakan antara zat terlarut dan medium pelarutnya. Contoh larutan gula, kita tidak bisa membedakan mana gula mana air dalam larutan gula. Beberapa contoh larutan adalah larutan garam, larutan asam basa dan lain-lain. 

b. Koloid

Koloid adalah campuran yang terdiri dari partikel terdispersi dan pertikel pendispersi. Ukuran partikel koloid terletak antara 1 nm - 100 nm.  Partikel koloid dapat dipisahkan dengan menggunakan penyaring ultra. Koloid memiliki beberapa sifat yang khas yang akan dijelaskan pada artikel berikutnya. Beberapa contoh koloid adalah susu, buih, santan, agar-agar, mutiara, gelas berwarna dan masih banyak lagi.

c. Suspensi

Suspensi adalah campuran yang ukuran partikelnya lebih dari 100 nm. Beberapa contoh campuran adalah es cendol, campuran batu kali dengan pasir dan lain-lain

 

2.      Pengertian dan Definisi Atom, molekul dan ion

Atom
Jika suatu unsur, misalnya sepotong besi, dipotong menjadi dua dan potongan tersebut dipotong lagi secara terus-menerus, maka akan diperoleh partikel besi terkecil yang masih mempunyai sifat yang sama seperti sebelum dipotong. Partikel terkecil tersebut dinamakan atom besi.

Jadi unsur besi tersusun dari atom besi. Unsur lain, misalnya emas, juga tersusun dari atom-atom emas. Atom penyusun emas mempunyai sifat yang berbeda dengan atom penyusun besi. Gambar 1 menunjukkan kumpulan atom-atom.

Gambar 1. Kumpulan atom-atom

Pengertian atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi, pertama kali dikemukakan oleh seorang ahli filsafat Yunani Leukippos dan Deumokritus yang hidup pada abad ke-4 sebelum Masehi (400 – 370 SM). Pada masa itu terdapat pendapat lain yang dikemukakan oleh Aristoteles (384 – 332 SM) bahwa materi dapat dibagi terus-menerus tanpa batas. Pada saat itu pendapat Aristoteles lebih banyak mendapat dukungan sedangkan pendapat Leukippos dan Deumokritus semakin dilupakan.

Pada abad ke-18 ternyata banyak ahli kimia yang dapat menerima pendapat Leukippos dan Deumokritus. Pada tahun 1803, John Dalton, seorang guru sekolah dari Inggris yang ahli dalam bidang fisika dan kimia, mengajukan suatu teori yang menyatakan bahwa materi terdiri atas atomatom.

Teori atom Dalton ini dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Setiap materi tersusun atas partikel terkecil yang disebut atom.
2. Atom tidak dapat dipecah lagi menjadi partikel yang lebih kecil dengan sifat yang sama.
3. Atom-atom dari unsur tertentu mempunyai sifat dan massa yang identik. Unsur-unsur yang berbeda memiliki atom-atom yang massanya berbeda.
4. Senyawa terbentuk dari dua macam atom atau lebih yang berbeda.
5. Reaksi kimia merupakan penggabungan dan pemisahan atom-atom dari unsur atau senyawa dalam reaksi tersebut.

Molekul
Molekul merupakan partikel terkecil dari suatu senyawa. Molekul tersusun dari dua atom atau lebih. Molekul umumnya tersusun dari atom-atom yang berbeda, tetapi beberapa molekul tersusun dari atom-atom yang sama. Molekul yang tersusun dari atom-atom yang berbeda dinamakan molekul senyawa, misalnya molekul air. Tiap satu molekul air tersusun dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen. Sedangkan molekul yang tersusun dari atom yang sama dinamakan molekul unsur, misalnya oksigen. Tiap satu molekul oksigen tersusun dari dua atom oksigen. Gambar 2 menunjukkan molekul oksigen dan molekul air.

Gambar 2. (a) molekul oksigen, (b) molekul air

Ion
Jika gula dilarutkan dalam air akan terurai menjadi molekul-molekul gula. Tidak semua senyawa tersusun dari molekul, beberapa senyawa tersusun dari ion-ion. Ion adalah suatu atom atau kumpulan atom yang bermuatan listrik. Suatu senyawa yang terusun dari ion-ion dinamakan senyawa ion. Suatu senyawa ion tersusun dari ion positif (kation) dan ion negatif (anion). Jika garam dapur dilarutkan dalam air, maka akan terurai menjadi ion positif dan ion negatif (gambar 3). Garam dapur merupakan contoh senyawa ion.

Gambar 3. Jika natrium klorida dilarutkan dalam air akan terurai menjadi ion positif (ion natrium) dan ion negatif (ion klorida)

3. Peran Air dalam Kehidupan

Air Dalam Biologi

Air merupakan bahan kimia yang paling dikenal, air merupakan suatu komponen utama dari semua organisme hidup, terdiri dari sekitar 65% dalam tubuh dan bahkan hingga 95% bagi tumbuhan tertentu. Sungai danau dan lautan menutup hampir tiga perempat permukaan bumi. Bahkan kebanyakan bahan kimia yang dikatakan kering itu masih mengandung sejumlah uap air.

Peran air dalam tubuh
Di dalam tubuh, air merupakan komponen cairan utama yang terlibat dalam seluruh proses kehidupan. Setiap sel mengandung cairan, baik di dalam sel maupun di luar sel. Cairan ini selalu mengalami pergantian. Komposisi air di tiap bagian tubuh selalu dipertahankan konstan setiap saat.

Peran dan aktivitas air dalam tubuh sangat beragam, fungsi air dalam tubuh antara lain:

1. Mengatur suhu tubuh
Air berperan penting dalam distribusi dan pengaturan suhu tubuh. Panas tubuh sendiri dihasilkan dari reaksi pembentukan energi dari karbohidrat, lemak, dan protein. Panas digunakan untuk menjaga suhu tubuh sehingga proses kimia untuk tetap berlangsungnya kehidupan tetap berjalan. Bila panas yang dihasilkan melebihi kebutuhan tubuh, misalnya pada olah raga, suhu lingkungan tinggi, dan sakit yang menimbulkan demam, akan mestimulasi tubuh untuk menurunkan suhu tubuh, pembuluh darah di kulit akan melebar, dan kelenjar keringat akan menghasilkan keringat lebih banyak sehingga suhu tubuh akan menurun.

2. Pelarut sebagian besar reaksi kimia dalam tubuh
Air berperan dalam sebagian besar proses metabolisme dalam tubuh. Sebagai contoh bila kita makan, mulut akan mengeluarkan air liur untuk melarutkan makanan dan larutan tersebut akan mengalami pemecahan secara kimiawi dengan bantuan air, demikian juga yang terjadi di lambung dan usus halus. Setelah diserap, maka nutrien kecuali lemak akan terdistribusi pada jaringan atau sel yang membutuhkan dengan air sebagai pembawa. Setelah terjadi berbagai reaksi kimia tersebut, produk sisa metabolisme akan dibawa air untuk dikeluarkan.

3. Mempertahankan struktur molekul
Beberapa molekul besar, baik yang terdapat dalam jaringan tubuh maupun yang bersirkulasi di darah, seperti protein dan karbohidrat, dipertahankan strukturnya dengan bantuan air.

4. Pelindung dan bantalan organ tubuh tertentu
Fungsi mekanis dari air adalah melindungi, seperti pelindung janin pada kehamilan. Cairan pada persendian akan menjaga pergerakan yang baik dari sendi yang bersangkutan. Air juga mempunyai fungsi membersihkan, seperti air mata yang menjaga lensa mata.

4. BIOMOLEKUL PENYUSUN MAKHLUK HIDUP

·         Karbohidrat

Karbohidrat merupakan salahsatu dari tiga bahan makanan pokok manusia dan hewan disamping lemak dan protein. Dalam tubuh manusia dan hewan, senyawa ini merupakan cadangan energi dan tersimpan didalam sel sebagai glikogen. Karbohidrat terdapat dalam jumlah cukup besar didalam tumbuh-tumbuhan, terutama pada bagian-bagian yang keras seperti biji, ubi dan kulit.

Karbohidrat sebenarnya bukan nama umum senyawaan kimia yang secara kimiawi berupa bentuk hidrat dari karbon dan secara empiris mempunyai rumus: Cn(H2O)n. Termasuk dalam kelompok senyawa ini misalnya glukosa C6H12O6 dan sakarosa C11H22O11. Terdapat pula senyawa yang tidak mematuhhi rumus umum tersebut seperti ramnosa dengan rumus molekul C6H12O5 dan dimasukkan dalam kelompok karbohidrat karena senyawa ini memiliki sifat-sifat yang sama dengan karbohidrat.
Disamping itu, ternyata dikenal pula banyak senyawa yang memenuhi rumus umum diatas tetapi tidak masuk dalam kelompok karbohidrat, seperti asam cuka C2H4O2 dan asam laktat C3H6O3.
Berdasarkan sifat hidrolisisnya karbohidatdapat dibagi menjad empat golongan, yaitu:

1.Monosakarida
Monosakarida dikenal sebagai bentuk paling sederhana dari karbohidrat dan karena monosakarida umumnya memiliki rasa manis, maka senyawa ini disebut juga sebagai “gula sederhana”. Contohnya: glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
Monosakarida merupakan karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis dan tidak kehilangan sifat gulanya. Golongan monosakarida ini biasanya dikelompokkan dalam triosa, tetrafosfat, pentosaheksosa, dan heptosa. Disakarida merupakan karbohidrat yang bila dihidrolisis menghasilkan dua monosakarida yang sama atau berbeda. Contohnya adalah sukrosa yang jika dihidrolisis akan menghasilkan glukosa dan fruktosa.

2.Oligosakarida
Senyawa ini terdiri atas dua buah atau lebih monosakarida yang dengan pengaruh asam senyawa ini dapat mengalami hidrolisa menjadi bentuk-bentuk monosakarida penyusunnya. Oligosakarida merupakan karbohidrat yang bila dihidrolisis menghasilkan tiga hingga sepuluh monosakarida. Bila senyawa ini terdiri dari dua monosakarida penyusun, disebut disakarida, dan apabila terdiri dari tiga penyusun disebut trisakarida dan seterusnya. Contohnya: sakarosa, maltosa, dan laktosa.

3.Glukosida
Senyawa ini merupakan turunan karbohidrat, tersusun atas molekul-molekul gula dan molekul-molekul non gula yang tergabung satu sama lain dengan ikatan glukosida. Contohnya: metilglukosida.

4.Polisakarida
Senyawa polisakarida merupakan gabungan dari banyak molekul monosakarida dengan ikatan glukosakarida. Sebenarnya oligosakarida merupakan polisakarida sederhana, tetapi tidak terdapat batas yang jelas antara oligosakarida dan polisakarida.

Polisakarida merupakan polimer monosakarida yang memiliki bobot molekul yang tinggi. Bila dihidrolisis akan menghasilkan lebih dari sepuluh monosakarida, senyawa yang termasuk dalam golongan ini adalah pati, dekstrin, dan sellulosa.

·         Asam lemak

Asam lemak, bersama-sama dengan gliserol, merupakan penyusun utama minyak nabati atau lemak dan merupakan bahan baku untuk semua lipida pada makhluk hidup. Asam ini mudah dijumpai dalam minyak masak (goreng), margarin, atau lemak hewan dan menentukan nilai gizinya. Secara alami, asam lemak bisa berbentuk bebas (karena lemak yang terhidrolisis) maupun terikat sebagai gliserida.

 

Karakteristik

Perbandingan model asam stearat (C18:0, atas), asam oleat (C18:1, tengah), dan asam α-linolenat (C18:3, bawah). Posisi cis pada ikatan rangkap dua mengakibatkan melengkungnya rantai dan mengubah perilaku fisik dan kimiawi ketiga asam lemak ini. Pelengkungan tidak terjadi secara nyata pada ikatan rangkap dengan posisi trans.

Asam lemak tidak lain adalah asam alkanoat atau asam karboksilat berderajat tinggi (rantai C lebih dari 6). Karena berguna dalam mengenal ciri-cirinya, asam lemak dibedakan menjadi asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh. Asam lemak jenuh hanya memiliki ikatan tunggal di antara atom-atom karbon penyusunnya, sementara asam lemak tak jenuh memiliki paling sedikit satu ikatan ganda di antara atom-atom karbon penyusunnya.

Asam lemak merupakan asam lemah, dan dalam air terdisosiasi sebagian. Umumnya berfase cair atau padat pada suhu ruang (27° Celsius). Semakin panjang rantai C penyusunnya, semakin mudah membeku dan juga semakin sukar larut.

Asam lemak jenuh bersifat lebih stabil (tidak mudah bereaksi) daripada asam lemak tak jenuh. Ikatan ganda pada asam lemak tak jenuh mudah bereaksi dengan oksigen (mudah teroksidasi). Karena itu, dikenal istilah bilangan oksidasi bagi asam lemak.

Keberadaan ikatan ganda pada asam lemak tak jenuh menjadikannya memiliki dua bentuk: cis dan trans. Semua asam lemak nabati alami hanya memiliki bentuk cis (dilambangkan dengan "Z", singkatan dari bahasa Jerman zusammen). Asam lemak bentuk trans (trans fatty acid, dilambangkan dengan "E", singkatan dari bahasa Jerman entgegen) hanya diproduksi oleh sisa metabolisme hewan atau dibuat secara sintetis. Akibat polarisasi atom H, asam lemak cis memiliki rantai yang melengkung. Asam lemak trans karena atom H-nya berseberangan tidak mengalami efek polarisasi yang kuat dan rantainya tetap relatif lurus.

Ketengikan (Ingg. rancidity) terjadi karena asam lemak pada suhu ruang dirombak akibat hidrolisis atau oksidasi menjadi hidrokarbon, alkanal, atau keton, serta sedikit epoksi dan alkohol (alkanol). Bau yang kurang sedap muncul akibat campuran dari berbagai produk ini.

·         Protein

Protein (akar kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi.

 

• Asam nukleat

Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.

Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenin, sitosin, dan guanin dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

5.      KARBON SEBAGAI PEMBENTUK BAHAN ORGANIK

Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur terpenting dalam kehidupan sehari-hari karena terdapat lebih banyak senyawaan yang terbentuk dari unsur karbon.

Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin,tidak hanya dengan ikatan tunggal, C - C , tetapi juga mengandung ikatan ganda C = C, serta rangkap tiga,C≡C.Akibatnya, jenis senyawa karbon luar biasa banyaknya. kini diperkirakan terdapat sekitar dua juta jenis senyawa karbon,dan jumlah itu makin meningkat dengan laju kira-kira lima persen per tahun.Alasan bagi kestabilan termal rantai-rantai karbon adalah kekuatan hakiki yang tinggi dari ikatan tunggal C - C.

Konfigurasi elektron karbon dalam keadaan dasar adalah (1s² 2s² 2p²⁾ mudah terhibridasi menghasilkan perangkat orbital sp³, atau sp²+p, atau sp+p². Lebih dari sembilan puluh persen senyawa karbon merupakan senyawa sintetik, sedangkan sisanya diperoleh dari mahluk hidup (tumbuh-tumbuhan,hewan,jamur,dan mikroorganisme) serta fosil mereka (batubara dan minyak bumi).

  Karbon merupakan unsur utama dalam senyawa organik dan anorganik yang begitu banyak jumlah dan jenisnya.

  Karbon mengisi tempat khusus diantara unsur-unsur dalam keragaman dan kekomplekan dalam senyawa yang dapat dibentuknya.

  Karbon juga merupakan zat padat yang tegar,yang biasa dianggapm sebagai molekul-molekul raksasa yang terdiri dari banyak sekali atom.