Modul 1 (untuk Prodi Agroindustri dan Agroteknologi)

MATERI DAN PERUBAHAN

A.  Uraian Materi

1.  Materi dan Sifat Materi

Materi didefinisikan sebagai sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Materi dapat dinyatakan sebagai sesuatu yang nyata (bukan abstrak), sehingga dapat dilihat dan diraba.  Materi dibedakan dalam 3 wujud, yaitu; wujud padat (besi, kayu, batu, dll), wujud cair (air, minyak, dll) dan wujud gas (oksigen, nitrogen, dll).

Materi-materi dialam dapat dibedakan satu dengan yang lainnya, berdasarkan sifat-sifat yang dimilikinya, yaitu  sifat fisika dan sifat kimia.

·         Sifat Fisika adalah sifat yang materi dapat diamati secara fisik oleh panca indra, seperti; warna, bau, rasa, wujud, masa, volum, suhu, titik didih, titik leleh, massa jenis, indek bias, kemagnetan, daya hantar panas, daya hantar listrik, kelentingan.

Sifat fisika digolongkan atas

-   Sifat ektensif; sifat fisika yang tergantung pada jumlah dan ukuran materi, contoh; massa, volum, panjang, berat, dsb.

-  Sifat intensif; sifat fisika yang tidak tergantung pada ukuran dan jumlah, contoh; warna, rasa, bau, titik didih, dsb.

·         Sifat Kimia adalah sifat materi yang dapat diamati saat materi tersebut mengalami perubahan (reaksi), seperti; kereaktifan, berkarat, mudah terbakar, mengendap, membusuk, adanya gelembung gas.

2.  Perubahan Materi

Karena materi memiliki sifat-sifat diatas, maka materi akan mengalami perubahan secara fisika dan secara kimia.

a. Perubahan Fisika adalah perubahan materi yang tidak menghasilkan zat baru, bersifat sementara dan hanya terjadi perubahan wujud, perubahan bentuk dan perubahan ukuran. Pengelompokkan perubahan fisika;

-  Karena perubahan wujud; mencair/meleleh, membeku, mengembun, menguap, menyublim dan mengkristal,.

- Karena perubahan bentuk; emas batangan menjadi cincin, kayu menjadi meja/lemari, kapur barus menyublim.

-   Karena perubahan volume; pemuaian, pengkerutan.

-  Karena pelarutan atau pengeringan; gula dalam sirup, kedelai dalam kecap, pengolahan garam dari air laut.

-    Karena adanya aliran listrik; bel listrik, lampu bohlam, seterika listrik.

b.   Perubahan Kimia adalah perubahan materi yang menghasilkan zat baru, bersifat permanen. Perubahan kimia disebut juga dengan reaksi kimia dan disertai dengan perubahan energi. Perubahan kimia terjadi karena proses ;

-    Pembakaran; lilin menyala, petasan/bom meledak, kertas terbakar.

-    Peragian: pembuatan tape dari singkong, tempe dari kedelai, roti dari tepung.

- Perusakan atau pelapukan: pelapukan kayu, makanan jadi basi, sampah membusuk.

-   Proses makhluk hidup; pernafasan, pencernaan makanan, fotosintesis.

Gejala/ciri-ciri terjadinya perubahan kimia atau pada saat berlangsungnya reaksi kimia;

-  Terbentuknya gas

-  Terbentuk endapan

-  Terjadinya perubahan suhu

-  Terjadinya perubahan warna

3.  Klasifikasi materi

a.    Unsur

Unsur adalah zat tunggal yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi zat lain dengan reaksi kimia biasa. Di alam terdapat 92 jenis unsur alami, sedangkan selebihnya adalah unsur buatan. Jumlah keseluruhan unsur di alam kira-kira 106 jenis unsur.

Unsur dikelompokkan menjadi tiga (3) bagian, yaitu :

Unsur logam

Secara umum unsur logam memiliki sifat berwarna putih mengkilap, mempunyai titik lebur rendah, dapat menghantarkan arus listrik, dapat ditempa dan dapat menghantarkan kalor atau panas. Pada umumnya logam merupakan zat padat, namun terdapat satu unsur logam yang berwujud cair yaitu air raksa.

Beberapa unsur logam yang bermanfaat dalam kehidupan sehari–hari, antara lain:

- Khrom (Cr), digunakan untuk bumper mobil, dan campuran dengan baja menjadi stainless steel.

- Besi (Fe) Merupakan logam yang paling murah, sebagai campuran dengan karbon menghasilkan baja untuk konstruksi bangunan, mobil dan rel kereta api.

-   Nikel ( Ni ) Nikel padat sangat tahan terhadap udara dan air pada suhu biasa, oleh karena itu nikel digunakan sebagai lapisan pelindung dengan cara disepuh.

-   Tembaga (Cu) Tembaga banyak digunakan pada kabel listrik, perhiasan, dan uang logam. Campuran tembaga dengan timah menghasilkan perunggu sedangkan campuran tembaga dengan seng menghasilkan kuningan.

-  Seng (Zn) Seng dapat digunakan sebagai atap rumah, perkakas rumah tangga, dan pelapis besi untuk mencegah karat.

 -  Platina (Pt) Platina digunakan pada knalpot mobil, kontak listrik, dan dalam bidang kedokteran sebagai pengaman tulang yang patah.

-  Emas (Au) Emas merupakan logam sangat tidak reaktif, dan ditemukan dalam bentuk murni. Emas digunakan sebagai perhiasan dan komponen listrik berkualitas tinggi. Campuran emas dengan perak banyak digunakan sebagai bahan koin.

·      Unsur non logam

Pada umumnya unsur non logam memiliki sifat tidak mengkilap, penghantar arus listrik yang buruk, dan tidak dapat ditempa. Secara umum non logam merupakan penghantar panas yang buruk, namun terdapat satu unsur non logam yang dapat menghantarkan panas dengan baik yaitu grafit. Beberapa unsur non logam yang bermanfaat dalam kehidupan sehari–hari, antara lain:

- Fluor (F) Senyawa fluorid yang dicampur dengan pasta gigi berfungsi menguatkan gigi, Freon-i12 sebagai pendingin kulkas dan AC.

-  Brom (Br) Senyawa brom digunakan sebagai obat penenang saraf, film fotografi, dan bahan campuran zat pemadam kebakaran.

- Yodium (I) Senyawa yodium digunakan sebagai antiseptik luka, tambahan yodium dalam garam dapur, dan sebagai bahan tes amilum (karbohidrat) dalam industri tepung.

·      Unsur semi logam (metaloid) 

Unsur semi logam memiliki sifat antara logam dan non logam. Beberapa unsur semi logam yang bermanfaat dalam kehidupan sehari–hari, antara lain :

- Silikon (Si) Terdapat di alam terbanyak kedua setelah oksigen, yakni 28 %dari kerak bumi. Senyawa silikon banyak digunakan dalam peralatan pemotong dan pengampelasan, untuk semi konduktor, serta bahan untuk membuat gelas dan keramik.

-  Germanium ( Ge ) Keberadaan germanium di alam sangat sedikit, diperoleh dari batu bara dan batuan seng pekat. Germanium merupakan bahan semikonduktor, yaitu pada suhu rendah berfungsi sebagai isolator sedangkan pada suhu tinggi sebagai konduktor.

- Seorang ahli kimia yang bernama Demitri Mendeleyev (1834 ~ 1907) mengajukan susunan tabel sistem periodik unsur-unsur. Bagaimanakah nama dan lambang unsur dituliskan? Banyaknya unsur yang terdapat di alam cukup menyulitkan kita untuk mengingat-ingat nama unsur. Oleh karena itu, diperlukan suatu tata cara untuk memudahkan kita mengingat nama unsur tersebut. Akan dibahas secara rinci pada pembelajaran 2.

b.   Senyawa

Senyawa adalah gabungan dari beberapa unsur yang terbentuk melalui reaksi kimia. Senyawa memiliki sifat yang berbeda dengan unsur-unsur penyusunnya. Misal, dua atom hidrogen dengan satu atom oksigen dapat bergabung membentuk molekul air (H₂O). Hidrogen adalah gas yang sangat ringan dan mudah terbakar, sedangkan oksigen adalah gas yang terdapat di udara yang sangat diperlukan tubuh kita untuk pembakaran.

Senyawa termasuk zat tunggal yang tersusun dari beberapa unsur dengan perbandingan massa tetap. Sifat air berbeda dengan sifat hidrogen dan oksigen. Contoh lain senyawa adalah garam dapur (NaCl). Garam dapur disusun oleh unsur natrium dan unsur klor. Natrium memiliki sifat logam yang ringan, sedangkan klor adalah suatu gas beracun. Dua unsur tersebut digabung membentuk garam dapur berupa mineral yang sangat dibutuhkan oleh tubuh kita.

 Di alam ini terdapat kurang lebih 10 juta senyawa. Air (H₂O) merupakan senyawa paling banyak terdapat di alam.

Bagaimanakah tata cara penulisan senyawa? Senyawa dituliskan dalam wujud rumus kimia. Rumus kimia adalah zat yang terdiri dari kumpulan lambang-lambang unsur dengan komposisi tertentu. Komposisi tersebut berupa bilangan yang menyatakan jumlah atom penyusunnya (angka indeks). Misal, suatu senyawa terdiri dari atom unsur natrium (Na) dan atom unsur klor (Cl). Jika angka indeks masing-masing atom unsur adalah 1 dan 1, maka rumus kimia senyawa yang dibentuk sebagai berikut : Angka indeks Na = 1, angka indeks Cl = 1, Jadi rumus kimia senyawa tersebut adalah NaCl ( Natrium klorida ). Tentang rumus kimia akan dibahas di pembelajaran 2.

Tabel Contoh Senyawa

c.    Campuran

Campuran adalah gabungan beberapa zat dengan perbandingan tidak tetap tanpa melalui reaksi kimia.  Saat kamu membuat minuman teh, zat apa sajakah yang dicampur? Saat kamu melarutkan garam atau gula pasir ke dalam gelas yang berisi air, apa yang dapat kamu amati? Nah, simak penjelasan berikut! Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita jumpai campuran. Misal, air sungai, tanah, udara, makanan, minuman, larutan garam, larutan gula, dll. Sifat asli zat pembentuk campuran ada yang masih dapat dibedakan satu sama lain, ada pula yang tidak dapat dibedakan. Di dalam udara tercampur beberapa unsur yang berupa gas, antara lain: nitrogen, oksigen, karbon dioksida dan gas-gas lain. Udara segar yang kita hirup mengandung oksigen yang lebih banyak daripada udara yang tercemar. Dalam udara juga tersusun dari beberapa senyawa, antara lain : asap dan debu.

Tabel Perbedaan Campuran dan Senyawa

Campuran dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu:

1.  Campuran Homogen

Campuran antara dua zat atau lebih yang partikel-partikel penyusun tidak dapat dibedakan lagi disebut campuran homogen. Campuran homogen sering disebut dengan larutan. Contoh campuran homogen, antara lain: campuran air dengan gula dinamakan larutan gula, campuran air dengan garam dinamakan larutan garam. Ukuran partikel dalam larutan memiliki diameter sekitar 0,000000001 m, dan tidak dapat dilihat dengan mikroskop. Beberapa contoh campuran homogen di atas adalah campuran antar zat cair. Adakah campuran antar logam, sehingga terbentuk campuran homogen? Terdapat campuran antara logam dengan logam lain sehingga terbentuk campuran homogen. Misal, Stainless steel banyak digunakan untuk keperluan alat-alat kesehatan dan rumah tangga. Stainless steel merupakan campuran logam besi, krom, dan nikel.

Tahukah kamu emas merupakan campuran homogen? Pencampuran logam dilakukan dengan melelehkan logam-logam tersebut. Campuran logam satu dengan logam lain dinamakan paduan logam. Emas murni merupakan logam yang lunak, mudah dibengkokkan. Agar emas menjadi keras sehingga sulit untuk dibengkokkan, maka emas murni tersebut dicampur dengan logam lain yaitu tembaga. Perhiasan yang dijual memiliki kadar 22 karat, 20 karat atau 18 karat. Apa arti kalimat tersebut? Emas murni memiliki kadar 24 karat, sedangkan emas yang sudah dicampur dengan logam tembaga memiliki kadar 22 karat, 20 karat, atau 18 karat.

Semakin sedikit kadar emas yang dimiliki, semakin banyak kandungan tembaga di dalam emas tersebut. Kadangkala dalam campuran emas dan tembaga masih dicampur lagi dengan perak. Hal ini dilakukan agar menambah menarik penampilan emas tersebut. Campuran antara emas, tembaga dan perak menghasilkan emas berwarna putih yang biasa disebut emas putih.

Jenis campuran homogen, antara lain: campuran gas dalam gas, campuran gas dalam zat cair, campuran gas dalam zat padat, campuran zat cair dalam zat cair, dan campuran zat padat dalam zat cair. Coba kamu klasifikasikan zat-zat di sekitarmu yang termasuk campuran homogen!

2.  Campuran Heterogen

Campuran antara dua macam zat atau lebih yang partikel-partikel penyusunnya masih dapat dibedakan satu sama lainnya disebut campuran heterogen. 

Contoh campuran heterogen; tanah, air sungai, makanan, minuman, air laut, adonan kue, adonan beton cor, dll. Pada campuran heterogen dinding pembatas antar zat masih dapat dilihat, misal campuran air dengan minyak, campuran besi dan pasir, campuran serbuk besi dan air, dll.

Di dalam campuran heterogen dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu :

-       Koloid, Partikel-partikel pada koloid hanya dapat dilihat dengan mikroskop ultra. Ukuran partikel antara 0,5 m s.d 1 mm. Contoh koloid: susu, asap, kabut, agar-agar.

-       Suspensi, Partikel-partikel pada suspensi hanya dapat dilihat dengan mikroskop biasa. Ukuran partikel antara lebih besar dari 0,3 m. Contoh suspensi: minyak dengan air, air keruh, dan air kapur.

3.     Pemisahan Campuran

Partikel-partikel dalam suatu campuran dapat dipisahkan secara fisis, yaitu dengan cara;

1. Filtrasi (Penyaringan), pemisahan campuran berdasarkan perbedaan ukuran partikel atau cara pemisahan zat padat dari suspensi (campuran kasar dan heterogen) dengan saringan berpori. Contoh menyaring suspensi kapur dalam air, pasir dari air, larutan garam yang terkotori pasir.

2. Kristalisasi (Pengkristalan), pemisahan campuran dengan cara penguapan untuk memperoleh padatan yang larut dalam cairan. Contoh pembentukan kristal garam, pemisahan gula dari tebu.

3. Evaporasi  (penguapan) merupakan pemisahan padatan dari suatu larutan dengan cara menguapkan pelarutnya. Pemisahan ini didasarkan pada keadaan bahwa titik didih pelarut lebih rendah dari titik didih zat padat terlarutnya. Contoh proses penguapan air laut dalam pembuatan garam dapur.

4.Sublimasi (Penyubliman), pemisahan campuran didasarkan mudah/tidaknya zat menyublim (padat ke gas). Zat yang satu dapat menyublim sedang yang lain tidak. Contoh proses pemurnian iodium kotor.

5. Kromatografi, pemisahan campuran berdasarkan pada perbedaan daya serap masing-masing zat. Contoh kromatografi kertas untuk memisahkan zat warna dari tinta.

6. Destilasi (Penyulingan), pemisahan campuran berdasarkan perbedaan titik didih. Contoh pengolahan air tawar dari air laut, pemisahan alcohol dari airnya.

7. Ekstraksi, pemisahan campuran dengan melarutkan suatu zat dengan pelarut yang sesuai. Contoh pengambilan ekstrak minyak atsiri dari tumbuhan.

8. Adsorpsi, pemisahan campuran dengan cara menarik suatu zat dengan zat lain secara kuat sehingga menempel pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida yang lainnya dengan membentuk suatu larutan.

9. Dekantasi, pemisahan campuran dengan cara penuangan. Contoh pemisahan air dari endapan susu dalam susu sapi yang telah disentrifuge/dipusingkan.

10. Pengeringan merupakan pemisahan cairan (biasanya air) dari suatu campuran berbentuk padatan dengan cara melewatkan gas kering dan panas. Contoh proses pengeringan ini adalah pengeringan dari hasil-hasil pertanian seperti buah cabe, cengkeh, kopi dan vanila.