Kimia modern dimulai oleh kimiawan Perancis Antoine
Laurent Lavoisier (1743-1794). Ia menemukan hukum kekekalan massa dalam reaksi
kimia, dan mengungkap peran oksigen dalam pembakaran. Berdasarkan prinsip ini,
kimia maju di arah yang benar.
Sebenarnya oksigen ditemukan secara independen oleh
dua kimiawan, kimiawan Inggris Joseph Priestley (1733-1804) dan kimiawan Swedia
Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), di penghujung abad ke-18. Jadi, hanya sekitar
dua ratus tahun sebelum kimia modern lahir. Dengan demikian, kimia merupakan
ilmu pengetahuan yang relatif muda bila dibandingkan dengan fisika dan
matematika, keduanya telah berkembang beberapa ribu tahun.
Namun alkimia, metalurgi dan farmasi di zaman kuno
dapat dianggap sebagai akar kimia. Banyak penemuan yang dijumpai oleh
orang-orang yang terlibat aktif di bidang-bidang ini berkontribusi besar pada
kimia modern walaupun alkimia didasarkan atas teori yang salah. Lebih lanjut,
sebelum abad ke-18, metalurgi dan farmasi sebenarnya didasarkan atas pengalaman
saja dan bukan teori. Jadi, nampaknya tidak mungkin titik-titik awal ini yang
kemudian berkembang menjadi kimia modern. Berdasarkan hal-hal ini dan sifat
kimia modern yang terorganisir baik dan sistematik metodologinya, akar
sebenarnya kimia modern mungkin dapat ditemui di filosofi Yunani kuno.
Jalan dari filosofi Yunani kuno ke teori atom modern
tidak selalu mulus. Di Yunani kuno, ada perselisihan yang tajam antara teori
atom dan penolakan keberadaan atom. Sebenarnya, teori atom tetap tidak ortodoks
dalam dunia kimia dan sains. Orang-orang terpelajar tidak tertarik pada teori
atom sampai abad ke-18. Di awal abad ke-19, kimiawan Inggris John Dalton
(1766-1844) melahirkan ulang teori atom Yunani kuno. Bahkan setelah
kelahirannya kembali ini, tidak semua ilmuwan menerima teori atom. Tidak sampai
awal abad 20 teori ato, akhirnya dibuktikan sebagai fakta, bukan hanya
hipotesis. Hal ini dicapai dengan percobaan yang terampil oleh kimiawan
Perancis Jean Baptiste Perrin (1870-1942). Jadi, perlu waktu yang cukup panjang
untuk menetapkan dasar kimia modern.
Sebagaimana dicatat sebelumnya, kimia adalah ilmu
yang relatif muda. Akibatnya, banyak yang masih harus dikerjakan sebelum kimia
dapat mengklaim untuk mempelajari materi, dan melalui pemahaman materi ini memahami
alam ini. Jadi, sangat penting di saat awal pembelajaran kimia kita meninjau
ulang secara singkat bagaimana kimia berkembang sejak kelahirannya.
a. Teori
atom kuno
Sebagaimana disebut tadi, akar kimia modern adalah
teori atom yang dikembangkan oleh filsuf Yunani kuno. Filosofi atomik Yunani
kuno sering dihubungkan dengan Democritos (kira-kira 460BC- kira-kira 370 BC).
Namun, tidak ada tulisan Democritos yang tinggal. Oleh karena itu, sumber kita
haruslah puisi panjang “De rerum natura” yang ditulis oleh seniman Romawi
Lucretius (kira-kira 96 BC- kira-kira 55 BC).
Atom yang dipaparkan oleh Lucretius memiliki
kemiripan dengan molekul modern. Anggur (wine) dan minyak zaitun, misalnya
memiliki atom-atom sendiri. Atom adalah entitas abstrak. Atom memiliki bentuk
yang khas dengan fungsi yang sesuai dengan bentuknya. ”Atom anggur bulat dan
mulus sehingga dapat melewati kerongkongan dengan mulus sementara atom kina
kasar dan akan sukar melalui kerongkongan”. Teori struktural modern molekul
menyatakan bahwa terdapat hubungan yang sangat dekat antara struktur molekul
dan fungsinya.
Walaupun filosofi yang terartikulasi oleh Lucretius
tidak didukung oleh bukti yang didapat dari percobaan, inilah awal kimia
modern.
Dalam periode yang panjang sejak zaman kuno sampai
zaman pertengahan, teori atom tetap In heretikal (berlwanan dengan teori yang
umum diterima) sebab teori empat unsur (air, tanah, udara dan api) yang
diusulkan filsuf Yunani kuno Aristotole (384 BC-322 BC) menguasi. Ketika
otortas Aristotle mulai menurun di awal abad modern, banyak filsuf dan ilmuwan
mulai mengembangkan teori yang dipengaruhi teori atom Yunani. Gambaran materi
tetap dipegang oleh filsuf Perancis Rene Descartes (1596-1650), filsuf Jerman
Gottfried Wilhelm Freiherr von Leibniz (1646-1716), dan ilmuwan Inggris Sir
Issac Newton (1642-1727) yang lebih kurang dipengaruhi teori atom.
a. Teori
atom Dalton
Di awal abad ke-19, teori atom sebagai filosofi
materi telah dikembangkan dengan baik oleh Dalton yang mengembangkan teori
atomnya berdasarkan peran atom dalam reaksi kimia. Teori atomnya dirangkumkan
sebagai berikut:
Teori atom Dalton:
(i) partikel dasar yang menyusun unsur adalah atom.
Semua atom unsur tertentu identik.
(ii) massa atom yang berjenis sama akan identik
tetapi berbeda dengan massa atom unsur jenis lain.
(iii) keseluruhan atom terlibat dalam reaksi kimia.
Keseluruhan atom akan membentuk senyawa. Jenis dan jumlah atom dalam senyawa
tertentu tetap.
Dasar teoritik teori Dalton terutama didasarkan pada
hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap. Keduanya telah ditemukan
sebelumnya, dan hukum perbandingan berganda yang dikembangkan oleh Dalton
sendiri.
1. Senyawa
tertentu selalu mengandung perbandingan massa unsur yang sama.
2. Bila
dua unsur A dan B membentuk sederet senyawa, rasio massa B yang bereaksi dengan
sejumlah A dapat direduksi menjadi bilangan bulat sederhana.
Atom Democritos dapat dikatakan sebagai sejenis
miniatur materi. Jadi jumlah jenis atom akan sama dengan jumlah materi. Di
pihak lain, atom Dalton adalah penyusun materi, dan banyak senyawa dapat
dibentuk oleh sejumlah terbatas atom. Jadi, akan terdapat sejumlah terbatas
jenis atom. Teori atom Dalton mensyaratkan proses dua atau lebih atom bergabung
membentuk materi. Hal ini merupakan alasan mengapa atom Dalton disebut atom
kimia.
Bukti keberadaan atom
Ketika Dalton mengusulkan teori atomnya, teorinya
menarik cukup banyak perhatian. Namun, teorinya ini gagal mendapat dukungan
penuh. Beberapa pendukung Dalton membuat berbagai usaha penting untuk
mempersuasi yang melawan teori ini, tetapi beberapa oposisi masih tetap ada.
Kimia saat itu belum cukup membuktikan keberadaan atom dengan percobaan. Jadi
teori atom tetap merupakan hipotesis. Lebih lanjut, sains setelah abad ke-18
mengembangkan berbagai percobaan yang membuat banyak saintis menjadi skeptis
pada hipotesis atom. Misalnya, kimiawan tenar seperti Sir Humphry Davy
(1778-1829) dan Michael Faraday (1791-1867), keduanya dari Inggris, keduanya
ragu pada teori atom.
Sementara teori atom masih tetap hipotesis, berbagai
kemajuan besar dibuta di berbagai bidang sains. Salah satunya adalah kemunculan
termodinamika yang cepat di abad 19. Kimia struktural saat itu yang
direpresentasikan oleh teori atom hanyalah masalah akademik dengan sedikit
kemungkinan aplikasi praktis. Tetapi termodinamika yang diturunkan dari isu
praktis seperti efisiensi mesin uap nampak lebih penting. Ada kontroversi yang
sangat tajam antara atomis dengan yang mendukung termodinamika. Debat antara
fisikawan Austria Ludwig Boltzmann (1844-1906) dan kimiawan Jerman Friedrich
Wilhelm Ostwald (1853-1932) dengan fisikawan Austria Ernst Mach (1838-1916)
pantas dicatat. Debat ini berakibat buruk, Boltzmann bunuh diri.
Di awal abad 20, terdapat perubahan besar dalam
minat sains. Sederet penemuan penting, termasuk keradioaktifan, menimbulkan
minat pada sifat atom, dan lebih umum, sains struktural. Bahwa atom ada secara
percobaan dikonfirmasi dengan percobaan kesetimbangan sedimentasi oleh Perrin.
Botanis Inggris, Robert Brown (1773-1858) menemukan
gerak takberaturan partikel koloid dan gerakan ini disebut dengan gerak Brow,
untuk menghormatinya. Fisikawan Swiss Albert Einstein (1879-1955) mengembangkan
teori gerak yang berdasarkan teori atom. Menurut teori ini, gerak Brown dapat
diungkapkan dengan persamaan yang memuat bilangan Avogadro.
D =(RT/N).(1/6παη) (1.1)
D adalah gerakan partikel, R tetapan gas, T
temperatur, N bilangan Avogadro, α jari-jari partikel dan η viskositas larutan.
Inti ide Perrin adalah sebagai berikut. Partikel
koloid bergerak secara random dengan gerak Brown dan secara simultan mengendap
ke bawah oleh pengaruh gravitasi. Kesetimbangan sedimentasi dihasilkan oleh
kesetimbangan dua gerak ini, gerak random dan sedimentasi. Perrin dengan teliti
mengamati distribusi partikel koloid, dan dengan bantuan persamaan 1.1 dan
datanya, ia mendapatkan bilangan Avogadro. Mengejutkan nilai yang didapatkannya
cocok dengan bilangan Avogadro yang diperoleh dengan metoda lain yang berbeda.
Kecocokan ini selanjutnya membuktikan kebenaran teori atom yang menjadi dasar
teori gerak Brown.
Tidak perlu disebutkan, Perrin tidak dapat mengamati
atom secara langsung. Apa yang dapat dilakukan saintis waktu itu, termasuk
Perrin, adalah menunjukkan bahwa bilangan Avogadro yang didapatkan dari
sejumlah metoda yang berbeda berdasarkan teori atom identik. Dengan kata lain
mereka membuktikan teori atom secara tidak langsung dengan konsistensi logis.
Dalam kerangka kimia modern, metodologi seperti ini
masih penting. Bahkan sampai hari ini masih tidak mungkin mengamati langsung
partikel sekecil atom dengan mata telanjang atau mikroskop optic. Untuk
mengamati langsung dengan sinar tampak, ukuran partikelnya harus lebih besar
daripada panjang gelombang sinar tampak. Panjang gelombang sinar tampak ada
dalam rentang 4,0 x 10-7- 7,0 x10-7 m, yang besarnya 1000 kali lebih besar
daripada ukuran atom. Jadi jelas di luar rentang alat optis untuk mengamati
atom. Dengan bantuan alat baru seperti mikroskop electron (EM) atau scanning
tunneling microscope (STM), ketidakmungkinan ini dapat diatasi. Walaupun
prinsip mengamati atom dengan alat ini, berbeda dengan apa yang terlibat dengan
mengamati bulan atau bunga, kita dapat mengatakan bahwa kita kini dapat
mengamati atom secara langsung.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar