BAHAN AJAR ATOM DAN SIFAT BAHAN
Partikel Penyusun Benda dan Makhluk Hidup
Seluruh benda yang ada di dunia ini tersusun atas atom. Bahkan, tubuh manusia sendiri adalah atom-atom. Lalu apakah atom itu? Menurut Harun (1994:5), atom merupakan bahan penyusun semua benda baik benda hidup maupun benda mati. Artinya baik benda hidup maupun benda mati tersusun dari atom. Kita manusia, merupakan makhluk hidup yang tersusun atas atom yang berjumlah ribuan. Atom sendiri adalah benda mati. Namun, atom partikel yang menyusun makhluk hidup.
Lalu seberapa besar atom itu?
Tubuh makhluk hidup tersusun dari milyaran atom-atom, atom-atom itu berikatan satu sama lain membentuk senyawa yang tersusun sedemikian rupa sehingga menjadi suatu bentuk tertentu. Misalnya rambut kita yang tersusun dari molekul-molekul yang mengandung atom karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), dan sulfur (S), serta tulang kita antara lain mengandung unsur kalsium (Ca), fosfor (P), dan oksigen (O). (Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2015:170). Atom tidak bisa dilihat dengan mata telanjang manusia dikarenakan memiliki ukuran yang begitu kecil.
Atom-atom dapat bergabung dengan yang lain membentuk satu kesatuan yang nantinya dapat terlihat oleh mata manusia. Atom ada berbagai jenis/macamnya. Atom dapat bersatu dengan atom yang sama ataupun atom yang berbeda. Dapat juga satu jenis atom bergabung dengan banyak atom lain. Atom yang bergabung dengan atom lain akan memiliki sifat yang berbeda dengan atom yang bebas (tidak berikatan dengan atom lain).
Jumlah dan jenis atom-atom yang menyusun molekul menyebabkan sifat zat berbeda, tetapi pola susunan dan jenis ikatan antarmolekul penyusun materi juga dapat menyebabkan zat atau materi itu mempunyai sifat-sifat kimia dan fisika.
Mari kita lihat contoh berikut. Molekul glukosa yang merupakan penyusun amilum tersusun dari atom C, H, dan O dengan perbandingan tertentu. Kayu yang ada di pensil tersusun atas selulosa yang juga mempunyai rantai panjang. Molekul panjang itu terdiri atas molekul-molekul glukosa sama seperti pada pati. Selulosa dan amilum mempunyai molekul penyusun sama yaitu glukosa tetapi jenis ikatan antarmolekul glukosanya berbeda. Selulosa adalah zat yang keras tetapi apabila dimakan oleh manusia tidak dapat dicerna oleh tubuh. Di sisi lain amilum dapat dicerna dan digunakan sebagai bahan makanan. Masing-masing senyawa memiliki rumus molekulnya sendiri-sendiri. Rumus molekul memberitahukan jenis atom yang menyusun suatu molekul dan perbandingannya. Molekul air (H2O) sebagai contoh terdiri atas satu atom O dan dua atom H. Bila dua atom O mengikat dua atom H maka akan terbentuk senyawa yang berbeda yaitu hidrogen peroksida (H2O2).
Bagaimanakah cara atom atom dapat membentuk ikatan kimia dalam suatu molekul?
Sebelum mempelajari lebih jauh dari hal itu, mari kita pelajari dulu partikel-pertikel penyusun atom. Ya. Meskipun atom adalah penyusun, tetapi atom sendiri juga tersusun dari pertikel-partikel. Atom merupakan partikel terkecil yang menyusun benda mati maupun makhluk hidup yang mana atom sendiri tersusun atas partikel-partikel penyusun atom atau partikel subatom yaitu neutron (n), proton (p), dan elektron (e). Neutron dan proton membentuk inti atom. Elektron menempati kulit kulit atom yang ada di sekitar inti/pusat. Elektron elektron tersebut mengelilingi inti dengan kecepatan yang tingg kemudian membentuk awan elektron. Elektron dan proton adalah partikel subatom yang mempunyai muatan berlawanan, sedangkan neutron tidak bermuatan. Elektron bermuatan negatif sedangkan proton bermuatan positif.
Dikarenakan elektron dan proton bermuatan listrik, maka atom juga dapat bermuatan listrik mengingat elektron dan proton adalah penyusun atom. Atom dikatakan netral atau tak bermuatan jika jumlah antara elektron dan protonnya sama banyak. Bagaimana bila jumlah elektron lebih banyak dari pada protonnya? Tentu saja karena elektron membawa muatan listrik negatif, maka apabila jumlah elektron lebih banyak dari proton, atom akan bermuatan negatif. Begitu juga yang terjadi jika proton yang lebih banyak berada dalam atom daripada elektron, atom bermuatan listrik positif.
Meskipun atom merupakan partikel yang kecil, atom memiliki massa atom yang terpusat pada inti atom. Elektron yang bukan merupakan bagian dari inti atom, memiliki massa yang amat kecil.
Bagaimana atom yang amat kecil dapat kita ketahui dan pelajari? Hal ini dapat diketahui oleh kita semua tidak lepas karena penelitian dari banyak ahli yang tak henti-hentinya melakukan penelitian tentang atom dan menjadikan hasil penelitiannya memberikan pengaruh bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya tentang atom sekarang ini. Berikut ini disebutkan sejarah penemuan atom dari beberapa ahli ilmu pengetahuan.
1. John Dalton(1766-1844), mengajukan teori atom tahun 1807
Dalton mengatakan bahwa semua unsur kimia tersusun atas partikel-partikel yang sangat kecil, yang disebut atom, yang tidak bisa pecah saat zat-zat kimianya direaksikan. 1 lagi pendapatnya yakni seluruh reaksi kimia merupakan akibat saling bergabungnya atau terpisahnya atom-atom. Teori atom yang dikemukakan dalton menjadi dasar untuk ilmu pengetahuan modern. Model atom Dalton dapat dakatakan, atom sebagai partikel terkecil yang berbentuk seperti bola pejal
2.Joseph John Thomson
Dikatakan bahwa atom merupakan bola bermuatan positif dan di tempat-tempat tertentu terdapat elektron-elektron yang bermuatan negatif seperti kismis dalam roti.
3. Ernest Rutherford
Beliau mengemukakan bahwa atom adalah partikel yang terdiri dari inti atom, yaitu proton dan neutron yang berada pada bagian pusat dan dikelilingi elektron-elektron.
4. Niels Bohr
Atom terdiri dari inti yang menjadi pusat massa atom dan pusat muatan positif. Sedangkan elektron bergerak di sekeliling inti pada lintasan (orbit)yang disebut kulit kulit atom. Selama elektron mengelilingi inti, elektron tidak memancarkan energi.
5. Teori atom Modern (Mekanika Gelombang)
Disebutkan bahwa atom tersusun atas partikel sub atom yaitu neutron (n), proton (p), dan elektron (e). Neutron dan proton bergabung membentuk inti yang padat disebut nukleus atau inti atom. Elektron bergerak disekeliling inti mendekati kecepatan cahaya membentuk awan elektron.
Unsur
Unsur adalah zat tunggal (murni) yang tidak dapat diubah lagi menjadi bahan lain dengan reaksi kimiawi, seperti emas, besi, perak, oksigen, dan masih banyak lagi yang lain. Saat ini ada sekitar 105 unsur yang ditemukan di alam (terlihat pada sistem periodik unsur). Masing-masing unsur tersebut memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Atom atom dari unsur yang berbeda mempunyai jumlah partikel subatom yang berbeda. Seluruh atom dalam suatu unsur tertentu mempunyai jumlah proton yang sama di dalam intinya. Jumlah proton ini unik untuk setiap unsur. Nomor massa dari suatu atom ditentukan oleh jumlah neutron, proton, dan elektron. Namun, karena massa elektron sangat kecil, maka dapat diabaikkan. Atom satu berbeda dengan atom yang lain karena mempunyai elektron, proton, dan neutron yang berbeda jumlah. Jika massa atomnya berbeda maka jari-jari bola atom itu akan berbeda pula.
Hubungan nomor atom, nomor massa, dan jumlah neutron dalam suatu atom yang netral (tidak bermuatan) dapat dituliskan dengan persamaan berikut.
Nomor atom = Jumlah proton (p) dalam suatu atom = jumlah elektron (e)
Nomor massa = Jumlah proton (p) + Jumlah neutron (n)
Pada penulisan lambang unsur, nomor atom ditulis subscrip (turun) di kiri lambang unsur, sedangkan nomor massa ditulis superscrip (naik) di kiri atas lambang unsur, sebagaimana berikut
Keterangan:
X = lambang unsur
A = nomor massa
Z = nomor atom
Partikel Penyusun Tubuh Manusia
Atom
Kulit Atom Maksimal
A. Bahan Serat
Istilah serat sering dikaitkan dengan sayur-sayuran, buah-buahan, dan tekstil (bahan pembuat pakaian). Secara kimiawi serat adalah suatu polimer. Berdasarkan asal bahan penyusunnya serat dikelompokkan menjadi serat alami (polimer alami) dan serat sintetis (polimer sintetis).
1) Serat Alami
Bahan serat alami diperoleh dari tumbuhan, hewan, dan mineral.
2) Serat Sintetis
Serat sintetis merupakan serat yang dibuat oleh manusia, bahan dasarnya tidak tersedia secara langsung dari alam. Contoh kain yang terbuat dari serat sintetis adalah :
3) Serat Campuran
Penggunaan bahan-bahan alami dan sintetis dapat dicampurkan untuk memperbaiki kualitas bahan. Contoh tekstil dari bahan serat campuran adalah :
Pemanfaatan tekstil dari berbagai macam serat didasarkan pada ciri-ciri seratnya antara lain kehalusan, kekuatan, daya serap, dan kemuluran atau elastisitas. Salah satu cara untuk menentukan ciri dari bahan serat dapat dilakukan dengan analisis pembakaran.
Karakteristik bahan serat :
B. Bahan Karet
Karet dihasilkan oleh pohon karet (Hevea brasiliensis) berupa getah seperti susu yang disebut lateks. Lateks diperoleh dengan cara menyadap, yaitu dengan menyayat kulit pohon atau pada bagian kortek tumbuhan tersebut. Secara kimiawi karet alam adalah senyawa hidrokarbon yang merupakan polimer alam hasil penggumpalan lateks alam dan merupakan makromolekul poliisoprena (C5H8)n. Karet sintetis terbuat dari bahan baku yang berasal dari minyak bumi, batu bara, minyak, gas alam, dan acetylene. Banyak dari karet sintetis adalah kopolimer, yaitu polimer yang terdiri dari lebih dari satu jenis monomer. Karet sintetis dapat diubah susunannya sehingga diperoleh sifat yang sesuai dengan kegunaannya.
Berikut beberapa jenis karet sintetis dengan sifat dan kegunaannya:
C. Bahan Tanah Liat dan Keramik
Tanah liat merupakan bahan dasar yang dipakai dalam pembuatan keramik. Secara kimiawi tanah liat termasuk hidrosilikat alumina. Sifat fisik tanah liat yaitu plastis bila keadaan basah, keras bila kering, dan bila dibakar menjadi padat dan kuat. Secara umum barang-barang yang dibuat dari tanah liat dinamakan keramik. Namun, saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat.
Keramik dibedakan menjadi dua kelompok yaitu :
1) Keramik tradisional
Keramik tradisional bahan bakunya dari tanah liat.
Berdasarkan komposisi tanah liat dan suhu pembakarannya, keramik tradisional dibedakan menjadi tembikar (terakota), gerabah (earthenware), keramik batu (stoneware), dan porselen (porcelain).
2) Keramik halus
Keramik halus atau keramik teknik yang bahan bakunya dari oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO, dan lainnya).
Keramik halus ini penggunaanya sebagai elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis.
Peralatan yang diperlukan untuk membuat keramik, antara lain :
Teknik Pembuatan Keramik
Pembuatan keramik umumnya dilakukan dengan tiga teknik pembentukan keramik, yaitu:
Langkah-langkah pembuatan keramik sebagai berikut :
Tahap pembentukan, yaitu tahap pengubahan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki.
D. Bahan Gelas
Bahan gelas dan kaca yang digunakan oleh masyarakat prasejarah berasal dari kaca alami yang disebut obsidian. Obsidian adalah produk sampingan alami dari letusan gunung berapi berupa benda yang tajam, mengkilap dengan warna hitam, orange, abu-abu, atau hijau. Menurut catatan sejarah, kaca sudah diproduksi sejak tahun 4 SM (Sebelum Masehi) yaitu dengan bahan pasir kuarsit yang dipanaskan sampai meleleh kemudian dibiarkan dingin, dan terbentuklah benda keras yang tembus pandang.
Bahan baku pembuatan kaca ada dua kelompok yaitu :
Gelas aman digunakan sebagai kemasan karena beberapa sifat unggul berikut :
Jenis kaca berbeda memiliki karakteristik fisik yang berbeda. Salah satu sifat fisik kaca adalah densitas atau kepadatan. Kepadatan adalah massa persatuan volume.
Keterangan :
ρ = Massa Jenis (kg/m3 atau g/cm3)
m = Massa benda (kg atau gram)
v = Volume benda (m3 atau cm3)
E. Bahan Kayu
Tumbuhan di sekitar kita terdiri atas kelompok tumbuhan batang basah yang disebut herbaceus dan tumbuhan batang berkayu yang disebut lignosus. Selanjutnya, kelompok tumbuhan batang berkayu dibedakan antara perdu dan pohon. Pada umumnya kayu yang digunakan sebagai bahan untuk berbagai keperluan diperoleh dari kelompok tumbuhan berkayu berupa pohon. Kayu digunakan untuk berbagai keperluan, mulai dari peralatan masak seperti sendok kayu, perabot (meja, kursi), bahan bangunan (pintu, jendela, rangka atap), bahan kertas, alat transportasi (perahu), dan banyak lagi. Kayu juga dapat dimanfaatkan sebagai hiasan-hiasan rumah tangga, aksesoris, dan cindera mata.
Kayu dimanfaatkan untuk berbagai keperluan karena mengandung komponen penting yaitu selulosa, lignin, dan senyawa ekstraktif (senyawa tertentu yang dapat diambil dari kayu).
Pemanfaatan kayu disesuaikan dengan sifat-sifatnya. Kayu dari jenis pohon yang berbeda mempunyai sifat yang berbeda. Pengenalan atas sifat-sifat akan sangat membantu dalam menentukan jenis-jenis kayu untuk tujuan pengunaan tertentu.
Berikut beberapa sifat kayu :
1) Bobot dan Berat Jenis
Bobot suatu jenis kayu bergantung pada kandungan zat kayu, jumlah poripori, zat ekstraktif, dan kadar air. Bobot kayu ditunjukkan dengan berat jenis (BJ) kayu, dan dipakai sebagai patokan kualitas kayu. Berdasarkan berat jenisnya, kayu digolongkan menjadi empat, yaitu: sangat berat dengan BJ > 90; berat dengan BJ 0,75-0,90; sedang dengan BJ 0,60-0,75; dan ringan dengan BJ <60. Berat jenis berhubungan dengan kekuatan kayu. Pada umumnya makin tinggi BJ kayu, kayu tersebut semakin kuat pula.
2) Keawetan
Keawetan adalah daya tahan kayu terhadap serangan hama dan penyakit perusak kayu, misalnya serangga dan jamur. Keawetan kayu disebabkan kandungan senyawa ekstraktif di dalam kayu. Kayu jati memiliki senyawa ekstraktif tectoquinon, kayu ulin mengandung silika. Kedua jenis kayu tersebut memiliki tingkat keawetan yang tinggi.
3) Warna
Kayu yang beraneka warna macamnya disebabkan oleh zat pengisi warna dalam kayu yang berbeda-beda. Warna kayu juga dipengaruhi oleh posisinya dalam batang, umur pohon dan lingkungan. Kayu dari pohon yang tua warnanya lebih gelap dari kayu yang masih muda meskipun jenisnya sama. Kayu kering warnanya berbeda dengan kayu basah.
4) Tekstur
Tekstur adalah ukuran relatif serat kayu, yang teksturnya kasar, sedang, dan halus. Arah serat adalah alur-alur yang terdapat pada permukaan kayu terhadap sumbu batang. Arah serat dapat dibedakan menjadi serat lurus, serat berpadu, serat berombak, serta terpilin dan serat diagonal (serat miring).
5) Kesan Raba
Kesan raba adalah kesan yang diperoleh pada saat meraba permukaan kayu (kasar, halus, licin, dingin, berminyak, dan lainnya). Kesan raba tiap jenis kayu berbeda-beda tergantung dari tekstur kayu, kadar air, dan kadar zat ekstraktif dalam kayu.
6) Bau dan Rasa
Bau dan rasa kayu mudah hilang bila kayu lama tersimpan di udara terbuka. Beberapa jenis kayu mempunyai bau yang merangsang. Untuk menyatakan bau kayu tersebut, sering digunakan bau sesuatu benda yang umum dikenal misalnya bau bawang (kayu kulim) dan bau zat penyamak (kayu jati).
7) Nilai Dekoratif
Nilai dekoratif berhubungan dengan keindahan. Nilai dekoratif kayu tergantung dari pola penyebaran warna, arah serat, tekstur, dan pemunculan pola-pola tertentu.
8) Kekerasan atau Densitas
Kekerasan kayu berhubungan langsung dengan bobot kayu. Kayu-kayu yang keras juga termasuk kayu yang berat. Kayu-kayu yang ringan termasuk kayu yang lunak.
Berdasarkan kekerasannya kayu digolongkan menjadi dua, yaitu kayu lunak (soft wood) dan kayu keras (hard wood).
Densitas diukur dalam satuan kg/m3.
Rata-rata densitas kayu yang ada adalah sekitar 320 – 720 kg/m3.
Ada beberapa jenis kayu yang sangat lunak hingga 160 kg/m3 dan paling tinggi kekerasan kayu pada level 1.000 kg/m3.
Partikel penyusun benda dan makhluk hidup rangkuman