SEJARAH KIMIA KELOMPOK 8 "PERKEMBANGAN KIMIA FISIKA"

BAB VIII

PERKEMBANGAN KIMIA FISIKA

A.  SEJARAH PERKEMBANGAN KIMIA FISIKA

Studi fisika pada senyawa dan reaksi kimia dimulai di awal abad ke-19 dan mencapai kedewasaannya pada 1880an. Michael Faraday di Inggris, Hermann Kopp dan Robert Bunsen di Jerman, dan Henry Victor Regnault di Perancis melakukan penyelidikan dalam karakteristik fisika zat di periode 1830-1860. Studi panas, usaha dan gaya membawa pada kemunculan termodinamika  sekitar 1850; yang awalnya berorientasi hampir sepenuhnya pada fisika. Tokoh-tokoh seperti Josiah William Gibbs dari Amerika, Marcellin Berthelot dan Pierre Duhem dari Perancis, dan Hermann von Helmholtz dan William Ostwald dari Jerman menerapkan konsep energi dan entropi pada kimia di tahun 1870an dan 1880an. Elektrokimia yang ditemukan secara independen oleh Berzellius dan Humphry Davy di Inggris pada awal abad ini diperbaiki oleh Faraday dan lainnya. Bunsen dan Gustav Kirchoff dari Jerman mengembangkan spektroskopi kimia pada akhir tahun 1880an. Studi kinetik reaksi kimia mulai tahun 1860an.

Semua usaha ini berpuncak pada berdirinya bidang ilmu kimia fisik, yang dimulai saat publikasi pertama jurnal kimia fisik, Zeithschrift fur Physikalische Chemie pada tahun 1887. Para editor adalah Ostwald dan van’t Hoff, bersama dengan SventeArrhenius dari Swedia yang meraih nobel di masa depan dan menjadi anggota penting dari dewan editor. Kontroversi pada realitas disosiasiionik dan isu lain yang berhubungan dengan elektrokimia, teori larutan dan termodinamika mendominasi edisi-edisi awalnya.

Ahli kimia fisik dibutuhkan berbagai universitas dan membawa merekan untuk mengajar kimia umum dan teoritis. Ini juga terjadi di Amerika Serikat dengan struktur pendidikannya yang semakin luas, termasuk universitas swasta dan negeri  dan program doktoral dari Jerman. Segera setelah abad beralih, dua kimiawan dari MIT yang telah belajar bersama Ostwald, Arthur Noyes dan Gilbert Lewis, membentuk masyarakat kimia Amerika. Noyes meneruskan karirnya di politeknik Throop di Pasadena yang kemudian menjadi Institut Teknologi Calfornia (Caltech) sementara Lewis di universitas California di Berkeley.

Kimia fisik berubah menjadi apa yang disebut orang sebagai revolusi ilmiah kedua, yaitu penemuan elektron, sinar X, radioaktivitas dan unsur radioaktif baru, pemahaman pancaran radioaktif dan proses peluruhan nuklir, serta versi awal teori mekanika kuantum dan relativitas. Semua ini terjadi  hanya dalam 10 tahun, dari tahun 1895 hingga 1905, dan ledakan ilmiah terus bergulir tahun-tahun selanjutnya. Tahun 1911 fisikawan Inggris, Ernest Rutherford mengajukan sebuah model atom namun elektronnya tampak melanggar teori elektromagnetik klasik, dan model ini belum dapat diterima. Namun dua tahun kemudian fisikawan Denmark, Niels Bohr memecahkan beberapa masalah ini dengan , dengan memakai data spektroskopis dan teori kuantum dari fisikawan Jerman, Max Planck dan Albert Einstein pada model Rutherford. Bohr berangkat ke kelompok penelitian teoritis internasional di Copenhagen dan membawa pada perkembangan mekanika kuantum tahun 1920an. Di saat yang sama, Rutherford mengungkapkan keberadaan proton dan Einstein mengajukan teori relativitasnya.

Kimia fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena makroskopik, mikroskopik, atom, subatom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan prinsip-prinsip dan konsep-konsep fisika, dengan bidan khusus termodinamika kimia, kimia kuantum, dan kinetika. Kimia Fisik banyak mengginakan konsep-konsep dari prinsip fisika klasik (seperti energi, entropi, suhu, tekanan, tegangan permukaan, viskositas, hukum Coloumb, interaksi dipol), Fisika Kuantum (seperti foton, bilangan kuantum, spin, kebolehjadian, prinsip ketidakpastian), maupun mekanika Statistik (seperti fungsi partisi, distribusi Boltzmann). Bagian penting dari ilmu ini termasuk termodinamika kimia, kinetika kimia, kimia kuantum, elektrokimia, kimia permukaan dan kimia padatan, dan spektroskopi. Kimia fisik juga penting bagi ilmu material modern.

B.  PERKEMBANGAN TERMOKIMIA

Reaksi kimia selalu disertai perubahan energi. Ada reaksi yag melepas (menghasilakn) energi, dan ada pula reaksi yang menyerap (memerlukan) energi. Dalam sebagian besar reaksi-reaksi kimia,perubahan energi berwujud perubahan kalor (panas), baik kalor yang dilepaskan maupun kalor yang diserap selama reaksi berlangsung. Itulah sebabnya, cabang ilmu kimia yang mempelajari perubahan energi disebut termokimia. Sampai pertengahan abad ke 19, para ilmuwan masih menganggap panas sebagai salah satu materi. Antoine Laurent Lavoisier dalam bukunya Traite Elementaire de Chimie tahun 1789, menciptakan istilah “kalor”  dengan bukunya New System of Chemical Philosophy tahun 1803 yang mengemukakan teori atom, mendeskripsikan kalor sebagai “materi fluida” yang mengelilingi atom-atom suatu zat dan dapat dilepaskan melalui reaksi-reaksi yang menghasilkan panas. Demikian pula dalam buku Lehrbuch der Chemie karya Jons Jakob Berzelius tahun 1825, kalor masih tercantum dalam daftar unsur-unsur.

Ilmuwan yang pertama kali mengemukakan bahwa kalor merupakan salah satu bentuk energi adalah Julius Robert Mayer (1814-1878) dari Jerman, yang sekitar tahun 1840an bekerja sebagai dokter kapal pada angkatan laut Hindia Belanda di Surabaya. Mayer mengamati bahwa darah pasien orang-orang di Jawa berwarna lebih merah terang dibandingkan dengan darah pasiennya di Eropa. Ini berarti bahwa penduduk daerah tropis mengandung lebih banyak oksigen. Mayer menyimpulkan bahwa di daerah tropis diperlukan lebih sedikit pembakaran makanan untuk menjaga agar suhu tubuh konstan, dan panas dari pembakaran makanan itu lebih banyak dipakai untuk melakukan kerja dari individu. Jiak ternyata panas dapat diubah menjadi kerja, hal ini berarti bahwa keduanya merupakan bentuk energi. Mayer mempublikasikan pemikiran itu tatkala ia kembali ke Eropa tahun 1842.

Pada tahun 1850an para ilmuwan mulai megakui panas (kalor) sebagai salah satu bentuk energi. Hal ini berkat beberapa eksperimen dari James Prescott Joule (1818-1889), seorang murid John Dalton dari Inggris. Dari berbagai eksperimennya, Joule merumuskan asas Kekekalan Energi, yang berbunyi: “Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain”. Nama Joule diabadikan dalam satuan energi menurut System Internasional d’Unites (S.I), satu Joule adalah kerja yang dilakukan jika gaya 1 Newton bergerak sepanjang 1 meter.

C.  PERKEMBANGAN ATURAN FASA DAN ASAS LE CHATELIER

Kimia fisikamerupakansuatuilmu yang menggunakan hokum – hokum kimiadanfisikauntukmenjelaskanfenomenakimia.Pengetahuantentanghalinisekarangdikenaldengannamatermokimia. SebenarnyafenomenatimbulnyakalorpadareaksikimiatelahdiketahuiolehLavoiserdan Laplace danhalinidapatdianggapsebagaidasarperkembangantermokimia.Merekaberpendapatbahwajumlahkalor yang timbul papa suatureaksiitusamadenganjumlahkalor yang diserapolehreaksisebaliknya. Merekajugatelahmempelajarikalorjenisdankalorlatenpadasejumlahzatsertajumlahkalor yang dikeluarkanataudihasilkanpadasuatu proses pembakaran.

Termodinamikadiaplikasikanoleh August Friedrich Horstmann.IamenggunakanpersamaanClaussius-Clapeyronuntukmenghitungperubahantekananuapsuatuzatcairdenganperubahansuhu. PersamaantersebutdiawaliolehadanyapenjelasansecarateoritiktentanghubunganantaratekananuapdengansuhuolehClapeyron.Hal inikemudiandisempurnakanolehClassiushinggamwnjadipersamaanClassius-Clapeyrondenganmengasumsikanbahwauapmengikuti hokum gas ideal.

Pengembanganaplikasitermodinamikadalamhubungannyadengankeseimbangan system yang heterogentelahdilakukanoleh Gibbs.Iamengemukakantentangaturanfasayaitusuatuaturanmengenai system yang terdiriatasduazatataulebihyanfdisebutfasadandipisahkanolehbatas – batas, misalnyazatcairdengan gas atauzatcairdenganzatpadat.

Prinsiptermodinamikajugadikembangkanoleh Van hoffdan Le Chatelieruntuk system kesetimbangan yang homogen.Sejalandenganperkembangantermodinamikakimiaberkembang pula penelitiantentanglajureaksikimiaoleh Ludwig Wilhelmy yang menelitiuntukpertamakalinyalajureaksi inverse guladalam air olehasam.Lajureaksinyadapatdiukurdenganmengamatiperubahansudutputarcahayaterpolarisasidenganmenggunakanpolarimeter.

D.  SEJARAH PERKEMBANGAN KINETIKA REAKSI DAN KESETIMBANGAN KIMIA

Studi pertama tentang kinetika dilakukan oleh Carl Wenzel (1740- 1793) pada tahun 1777. Dia mengajukan bahwa kerapatan logam dapat diukur melalui pengukuran berapa lama jumlah tertentu logam yang larut dalam asam. Hasil studi kinetika pertama kali diterbitkan tahun 1850 oleh Ludwig Ferdinand Wilhelmi (1812-1864). Ia meneliti hidrolisis sukrosa dalam keadaan asam. Pada tahun 1862 Barhelot dan Sait-Gilles mempelajari sistem homogen dari asam asetat dan etanol yang bereaksi menghasilkan etil asetat dan air. Mereka menemukan laju reaksi sebanding terhadap jumlah dari zat yang bereaksi dan sebaliknya sebanding terhadap volume dari sistem.

Hukum aksi massa dikemukakan oleh Guldberg dan Waage dimana Pada reaksi kesetimbangan kekuatan kimia di awal reaksi sama dengan di akhir reaksi kpq = k1p1q1 .Bersama dengan Harcourt dan Eason , Mereka mempelajari reaksi sesaat selama 30 tahun dan dari ribuan eksperimen yang sangat teliti menunjukkan bahwa laju reaksi bergantung pada konsentrasi reaktan.

Pada tahun 1889, Arhenius mendiskusikan mengapa peningkatan kecil temperatur dapat menyebabkan peningkatan laju reaksi. Ia menunjukkan bahwa teori kinetik tidak mampu memberikan penjelasan yang memuaskan. Untuk molekul gas diduga frekuensi tabrakan antara molekul meningkat ketika temperatur naik, hal ini jauh sangat kecil kemungkinannya untuk menjelaskan peningkatan laju reaksi.

Arhenius menghubungkan dua laju konstanta ko dan k1 pada temperatur T0 dan T1 sebagai berikut : k1 = k0 exp [ q(T1- T0)/2T1T0] dalam bentuk umum persamaan tersebut adalah k = A exp [ - E/RT ].

E.  PERKEMBANGAN KIMIA LARUTAN

Menurut Arrhenius, larutan elektrolit dalam air terdisosiasi ke dalam partikel-partikel bermuatan listrik positif dan negatif yang disebut ion (ion positif dan ion negatif). 3. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday, diketahui bahwa jika Ion-ion inilah yang bertugas menghantarkan arus listrik. Larutan yang dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan elektrolit. arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit akan terjadi proses elektrolisis yang menghasilkan gas.

Teori yang serupadikemukakansecaraterpisaholeh Thomas Martin Lowry padatahun 1923 padawaktu yang hamper bersamaandenganpenerbitanpendapatBronsted. OlehkarenyateoritentangasambasainiseringdisebutsebagaiteoriBronsted-Lowry.

Padatahun 1923, konsep lain tentangasambasadikemukakan pula oleh Gilbert Newton Lewis dalambukunya yang berjudul “Valence and the Structure of atoms and Molecules” iamenyatakanbahwareaksiasambasaialahsuatureaksi yang melibatkansuatumolekulatau ion yang dapatmemberikansatupasang electron kepadamolekulatau ion lain sehinggamembentukikatankovalenantarakeduanya.

Padaakhirabad ke-18, Lavoisermembuktikanbahwapada proses pembakaran yang terjadibukanhilangnyaflogistontetapibergabungnyaoksigendariudaradenganbenda yang terbakar. TeoridariLavoiserinidapatditerimaolehparaahlikimia dank arena melibatkanoksigenmeka proses pembakarandinamakan proses oksidasi