Sains Santai: Fisika dalam Kimia, Materi dan Gerak

Kali ini saya ingin mengajak adik-adik pembelajar dan para peminat sains untuk melakukan pembahasan tentang sains dengan sangat santai.

Kimia adalah salah satu dari ilmu-ilmu sains yang mempelajari tentang dunia di sekitar kita dengan beranekaragam bentuk dan fenomena yang terjadi di dalamnya. Kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang perubahan zat, komposisi dan struktur zat, bagaimana sifat zat bergantung pada komposisi dan strukturnya, dan kondisi dan cara zat berubah menjadi zat lain.

Di alam, seluruh dunia eksis secara objektif di luar dan terlepas dari kesadaran manusia. Dunia bersifat material, segala sesuatu yang eksis memiliki satu bentuk atau bentuk lain dari materi yang selalu dalam keadaan bergerak, berubah, dan berkembang.

Dengan fisika kita mempelajari gerak sebagai perubahan yang konstan, yang mencirikan materi secara keseluruhan maupun masing-masing partikel terkecil dari materi.

Ada beraneka ragam bentuk gerak materi. Pemanasan dan pendinginan, emisi cahaya, arus listrik, transformasi kimia, dan proses-proses kehidupan adalah semua bentuk gerak materi yang berbeda.

Gerak materi bisa berubah dari satu bentuk menjadi bentuk yang lain, misalnya gerak mekanik bisa berubah menjadi gerak termal, kemudian menjadi gerak kimia, dan gerak kimia bisa berubah menjadi gerak listrik.

Transformasi ini merupakan kesatuan dan hubungan yang berkesinambungan di antara berbagai bentuk gerak secara kualitatif.

Terlepas dari semua cara yang beragam di mana berbagai bentuk gerak bisa berubah menjadi bentuk gerak yang lain, sebuah hukum alam yang fundamental, yaitu kekekalan materi dan geraknya, diamati secara akurat.

Hukum ini mengatur semua jenis materi dan semua bentuk geraknya, tidak ada jenis materi dan tidak ada bentuk gerak yang bisa dihasilkan dari ketiadaan atau diubah menjadi ketiadaan. Ini ditegaskan oleh seluruh pengalaman sains yang telah berusia berabad-abad.

Masing-masing gerak materi dipelajari dengan perspektif fisika, kimia, biologi, dan cabang-cabang sains lainnya.

Kimia: Zat dan Perubahan Zat
Dalam kimia, masing-masing jenis materi yang memiliki sifat fisika tertentu dalam kondisi tertentu (misalnya air, besi, belerang, Kalsium, dan Oksigen) disebut zat.* Misalnya, belerang adalah zat kristal rapuh berwarna kuning muda yang tidak larut dalam air.
*Di sini terlihat kapan kita gunakan istilah materi dan kapan pula zat.

Densitas belerang adalah 2,07 g/cm^3, dan titik lelahnya 112,8 C. Semua ini adalah sifat fisika karakteristik belerang.

Untuk menetapkan sifat-sifatnya, suatu zat harus tersedia dalam keadaan paling murni. Bahkan kandungan impuritas (pengotor, pencemar, atau ketidakmurnian) yang sangat kecil kadang-kadang bisa mengakibatkan perubahan besar dalam beberapa sifat zat tersebut.

Misalnya, bahkan dengan adanya 0.01 persen besi atau tembaga dalam seng akan mempercepat reaksi seng dengan asam klorida ratusan kali lipat.

Zat-zat tidak ditemukan dalam keadaan murni di alam. Zat-zat alami adalah campuran yang kadang-kadang terdiri dari sejumlah besar zat lain yang berbeda. Air alami, misalnya, selalu mengandung garam dan gas terlarut. Ketika salah satu zat hadir dalam campuran dalam jumlah yang mendominasi, seluruh campuran biasanya menyandang nama zat itu, lihat artikel saya: e-Library Kompasiana: Tabel Periodik.

Produk-produk kimia, yaitu zat-zat yang diproduksi oleh perusahaan kimia, juga mengandung sejumlah pengotor. Simbol khusus digunakan untuk menunjukkan seberapa murni mereka. Dalam urutan kandungan impuritas yang semakin menurun, produk-produk kimia dibedakan menjadi produk komersial (commercial, com.), produk murni (pure, p.), produk yang murni secara analitik (analytically pure, ap), produk yang murni secara kimiawi (chemically pure, c.p.), dan produk murni khusus (specially pure, s.p.). Hanya beberapa produk grade s.p. diproduksi.

Kandungan impuritas yang ditoleransi dalam masing-masing kelas produk kimia di atas ditetapkan dengan standar khusus.

Zat murni selalu homogen, sedangkan campuran bisa homogen atau heterogen. Pada zat yang murni, partikel-partikel yang membentuk zat tidak bisa dideteksi secara langsung atau di bawah mikroskop karena ukurannya yang sangat kecil. Campuran tersebut misalnya campuran gas, berbagai cairan, dan beberapa paduan. Contoh campuran-campuran heterogen adalah berbagai mineral dan batuan, tanah, air keruh, dan udara berdebu.

Heterogenitas sebuah campuran tidak selalu bisa dideteksi dengan segera, kadang-kadang hanya bisa dilakukan dengan menggunakan mikroskop.

Misalnya, darah pada pandangan pertama tampak sebagai cairan merah homogen, tetapi ketika diamati di bawah mikroskop bisa dilihat terdiri dari cairan tidak berwarna di mana sel darah merah dan sel darah putih berenang.

Setiap hari kita bisa melihat perubahan zat, misalnya peluru timbal yang terbang keluar dari laras senapan menjadi sangat panas jika mengenai batu sehingga timbal dari peluru itu meleleh, berubah menjadi cairan, benda baja yang berkarat di udara yang lembab, kayu bakar yang terbakar di tungku dan hanya menyisakan sedikit abu, daun yang jatuh dari pohon berangsur-angsur membusuk, berubah menjadi humus, dan seterusnya.

Ketika timbal dari peluru meleleh, gerak mekanisnya berubah menjadi gerak termal, tetapi transisi ini tidak diikuti oleh perubahan kimia timbal, karena timbal padat dan cair adalah zat yang sama.

Berbeda halnya jika akibat pemanasan yang berkepanjangan di udara timbal berubah menjadi timbal oksida (litharge), PbO. Di sini kita mendapatkan zat baru dengan sifat lain. Zat baru juga terbentuk ketika baja berkarat, kayu bakar terbakar, dan daun membusuk.

Fenomena di mana zat berubah menjadi zat lain yang baru disebut reaksi kimia.

Di sini kita sudah melihat bahwa kimia sangat erat kaitannya dengan fisika, dan juga terkait dengan biologi karena proses biologis diikuti oleh perubahan kimia yang berkelanjutan.

Kepustakaan:
1. N.L. Glinka, General Chemistry, Vol. 1, 3rd ed., 2nd printing, Leib, G (Transl.), MIR Publishers, Moscow, 1986.
2. Diary Johan Japardi.
3. Berbagai sumber daring.

Jonggol, 19 Agustus 2021

Johan Japardi