Ilmu Kimia dan Cabang-cabang Ilmu Kimia

 

1.      Apa yang dimaksud dengan ilmu kimia?

Ilmu kimia adalah ilmu pengetahuan alam yang secara khusus mempelajari mengenai komposisi dan struktur zat kimia serta hubungan keduanya dengan sifat zat tersebut. Ilmu kimia merupakan bagian dari ilmu pengetahuan alam yang mempelajari mengenai sifat , struktur materi, komposisi materi, perubahan dan energi yang menyertai perubahan-perubahan materi tersebut. Ilmu kimia mempelajari struktur materi dan perubahan-perubahan yang dialami oleh materi baik perubahan secara kimia maupun perubahan secara fisika.

 

2.      Mengapa berkembang cabang-cabang ilmu kimia?

Untuk mempelajari dan mengembangkan ilmu kimia diperlukan ilmu terutama matematika, fisika, dan biologi. Untuk mengetahui perilaku elektron dalam atom maka diperlukan ilmu fisika, terutama mengenai persamaan gelombang dan mekanika kuantum. Dalam memecahkan persamaan gelombang diperlukan matematika. Ilmu kimia dibutuhkan pula untuk mempelajari ilmu pengetahuan lainnya yaitu fisika, biologi, geologi, geografi, kedokteran, lingkungan hidup, pertanian dll. Hal ini menyebabkan ilmu kimia berkembang menjadi beberapa cabang antara lain:

1. Kimia analitik adalah analisis cuplikan bahan untuk memperoleh pemahaman tentang susunan kimia dan strukturnya. Kimia analitik melibatkan metode eksperimen standar dalam kimia. Metode-metode ini dapat digunakan dalam semua subdisiplin lain dari kimia, kecuali untuk kimia teori murni.
2. Biokimia mempelajari senyawa kimia, reaksi kimia, dan interaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup. Biokimia dan kimia organik berhubungan sangat erat, seperti dalam kimia medisinal atau neurokimia. Biokimia juga berhubungan dengan biologi molekular, fisiologi, dan genetika.
3. Kimia anorganik mengkaji sifat-sifat dan reaksi senyawa anorganik. Perbedaan antara bidang organik dan anorganik tidaklah mutlak dan banyak terdapat tumpang tindih, khususnya dalam bidang kimia organologam.
4. Kimia organik mengkaji struktur, sifat, komposisi, mekanisme, dan reaksi senyawa organik. Suatu senyawa organik didefinisikan sebagai segala senyawa yang berdasarkan rantai karbon.
5. Kimia fisik mengkaji dasar fisik sistem dan proses kimia, khususnya energitika dan dinamika sistem dan proses tersebut. Bidang-bidang penting dalam kajian ini di antaranya termodinamika kimia, kinetika kimia, elektrokimia, mekanika statistika, dan spektroskopi. Kimia fisik memiliki banyak tumpang tindih dengan fisika molekular. Kimia fisik melibatkan penggunaan kalkulus untuk menurunkan persamaan, dan biasanya berhubungan dengan kimia kuantum serta kimia teori.

 

3.      Apa yang dipelajari dalam kimia anorganik?

Kimia anorganik merupakan salah satu bidang ilmu kimia yang mempelajari sifat-sifat dan reaktivitas senyawa-senyawa anorganik. Semua senyawa anorganik mencakup semua senyawa kimia, kecuali yang berupa rantai atau cincin atom-atom karbon, yang biasa disebut senyawa organik. Kimia anorganik membahas mengenai penyelidikan, percobaan dan interpretasi teoritis dari unsur dan reaksi semua unsur dan senyawa kecuali senyawa hidrokarbon dan turunannya. Kimia anorganik membahas segala sesuatu yang tidak dibahas pada kimia organik.

Karakteristik Materi Hukum-hukum Dasar Kimia

Hukum-hukum dasar kimia merupakan materi SMA yang dipelajari pada kelas X. Sesuai dengan Kurikulum 2013, materi hukum-hukum dasar kimia mempunyai kompetensi inti, kompetensi dasar yang diturunkan menjadi indikator pencapaian kompetensi (IPK) dan tujuan pembelajaran sebagai berikut.

Kompetensi Inti:

1.        Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktuall, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.

2.        Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan.

Kompetensi Dasar:

3.11 Menerapkan konsep massa atom relatif dan massa molekul relatif, persamaan reaksi, hukum-hukum dasar kimia dan konsep untuk menyelesaikan perhitungan kimia.

4.11 Massa atom relaitf, persamaan reaksi, hukum-hukum dasar kimia dan konsep mol untuk mnyelesaikan perhitungan kimia.

Indikator Pencapaian Kompetensi

3.11.1 Menjelaskan dan membuktikan hukum kekekalan massa (Hukum Lavoisier)

3.11.2 Menganalisis hukum perbandingn tetap (Hukum Proust)

3.11.3 Menjelaskan hukum perbandingan berganda (Hukum Dalton)

3.11.4 Menganalisis hukum perbandingan volume (Hukum Gay Lussac)

3.11.5 Menjelaskan hukum Avogadro

Tujuan Pembelajaran

Melalui model pembelajaran inkuiri terbimbing dengan mengeksplormodel berupa gambar, grafik, tabel atau diagram mengenai berbagai konsep yang akan dibangun peserta didik dengan melakukan penyelidikan sederhana, mengolah dan memperoleh pengetahuan diharapkan peserta didik terlibat aktif baik secara individual maupun kelompok selama proses pembelajaran berlangsung, meningkatkan rasa syukur atas nikmat akal sebagai anugerah dari Tuhan Yang Maha Esa sehingga bias memikirkan secara logis dan memecahkan permasalahan yang dihadapi secara mandiri dan mengetahui bagaimana membuktikan hukum dasar kimia serta kemampuan berkomunikasi secara percaya diri, jujur, teliti, kerja sama dan disiplin dalam melakukan pengamatan serta tanggung jawab dalam menyampaikan pendapat, menjawab pertanyaan, memberi kritik dan saran, serta menganalisi bagaimana hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap, hukum perbandingan berganda, hukum perbandingan volume, dan hukum Avogadro.

Materi Pelajaran

1.         Fakta

a.         Rumus molekul air adalah H₂O

b.        Perbandingan massa H dan O untuk membentuk air 1:8

c.         Rumus molekul karbon monoksida adalah CO

d.        Rumus molekul karbon dioksida adalah CO₂

e.         Rumus molekul gas hidrogen adalah H₂

f.          Rumus molekul gas oksice adalah O₂

g.        1 molekul gas hidrogen terdiri dari 2 atom hidrogen

2.         Konsep

a.         Reaksi kimia merupakan penggabungan, pemisahan atau penyusunan kembali atom-atom.

b.        Reaksi kimia (chemical reaction) adalah suatu proses dimana zat (atau senyawa) diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru (Chang, 2005: 70)

3.         Prinsip

a.         Bunyi Hukum Lavoiser adalah massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi (Sudarmo, 2013: 192)

b.        Bunyi Hukum Proust adalah suatu zat kimia yang murni, perbandingan massa unsur-unsur dalam tiap-tiap senyawa adalah tetap. (Brady, 1999: 69)

c.         Bunyi Hukum Dalton adalah bila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, maka perbandingan massa suatu unsur yang bersenyawa dengan unsur yang lain dengan massa tertentu merupakan bilangan bulat yang sederhana. (Syukri, 1999:28)

d.        Bunyi Hukum Gay-Lussac adalah volume gas-gas yang terlibat dalam suatu reaksi kimia pada suhu dan tekanan yang sama berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana. (Syukri. 1999: 28)

e.         Bunyi Hukum Avogadro adalah pada temperatur dan tekanan yang sama, volume yang sama dari semua gas mengandung jumlah molekul yang sama. (Ahmad. 2001: 11)

4.         Prosedural

a.        Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

1)        Menuliskan persamaan reaksi

2)        Menentukan massa masing-masing komponen yang bereaksi

3)        Menentukan massa komponen yang ditanya berdasarkan hukum lavoiseir

b.        Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

1)        Menentukan massa masing-masing unsur yang bereaksi.

2)        Membagi massa unsur, setiap unsur dengan massa unsur yang terkecil.

3)        Menentukan perbandingan massa unsur-unsur.

c.         Hukum Kelipatan Berganda (Hukum Dalton)

1)        Menentukan massa masing-masing unsur yang bereaksi.

2)        Menentukan salah satu unsur sebagai dasar perhitungan seperti C pada reaksi pembentukan CO dan CO₂.

3)        Membagi massa unsur yang lain dengan massa unsur yang telah ditentukan diatas.

4)        Menentukan perbandingan massa unsur-unsur dalam membentuk senyawa berbeda.

Senyawa	Massa Karbon (C)	Massa Oksigen (O)	Perbandingan Massa (C : O)
CO	1 gram	1,33 gram	3 : 4
CO2	1 gram	2,66 gram	3 : 8

 

d.        Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay-Lussac)

1)        Menentukan volume masing-masing gas yang bereaksi.

2)        Membagi volume gas dengan volume gas yang terkecil

3)        Menentukan perbandingan volume gas-gas                      

Volume	Hidrogen	Oksigen	Air
Volume ke-1	2	1	2
Volume ke-2	4	2	4
Volume ke-3	6	3	6

 

e.         Hipotesis Avogadro

1)        Menuliskan persamaan reaksi

2)        Menentukan volume masing-masing gas yang bereaksi.

3)        Menentukan jumlah molekul gas

 Perbedaan Asesmen Penugasan dan Asesmen Portofolio

Asesmen Penugasan	Asesmen Portofolio
Penilaian dengan penugasan adalah suatu teknik penilaian yang menuntut siswa melakukan kegiatan tertentu di luar kegiatan pembelajaran di kelas	Portofolio merupakan koleksi sitematik dari sampel hasil kerja siswa yang dihasilkan dari rangkaian proses pembelajaran yang dilakukan dalam kurun waktu tertentu. Penilaian portofolio merupakan penilaian terhadap produk siswa dalam melaksanakan tugas-tugas yang diberikan. Penilaian portofolio adalah penilaian yang dilakukan dengan cara menilai kumpulan karya-karya siswa dalam bidang tertentu yang diorganisasikan untuk mengetahui minat, perkembangan, prestasi, dan/atau kreativitas siswa dalam kurun waktu tertentu.
Pemberian tugas pada asesmen penugasan bertujuan untuk melatih siswa menerapkan atau menggunakan hasil pembelajarannya, memperkaya wawasan pengetahuannya serta mengembangkan dan kreativitas dan kemandirian	Asesmen portofolio dapat digunakan sebagai alat untuk memahami perkembangan pengetahuan, wawasan, keterampilan, sikap dan kreativitas siswa secara cermat sehingga portofolio dapat digunakan untuk membantu siswa menilai kemajuannya sendiri (self-assesment).
Pada asesmen penugasan perlu disiapkan rubrik untuk menilai aspek-aspek kualitas tugas misalnya kebenaran konsep kimia kejelasan dan sistematika uraian ketepatan memberikan ilustrasi foto, video, dan infografik. Struktur rubrik tersebut merujuk pada rubrik asesmen kinerja.	Pada asesmen portofolio, untuk menjamin keakuratan penilaian guru maka perlu dibuat ”rubrik” penilaian portofolio, yang berupa matriks yang memuat aspek-aspek yang dinilai serta kriteria skoring terhadap kinerja siswa dalam masing-masing aspek yang dinilai tersebut.
Materi tugas pada asesmen penugasan yaitu dipilih yang esensial sehingga siswa dapat mengembangkan keterampilan hidup yang sesuai dengan bakat, minat, kemampuan, perkembangan dan lingkungannya Tugas yang diberikan dapat berupa: 1.      Membuat ringkasan artikel ilmiah populer terkait kimia dalam majalah/jurnal 2.      Menulis karangan tentang suatu topik seputar isu mutakhir terkait kimia 3.      Menulis laporan pengamatan dan mencari penjelasan teoritik terhadap fenomena alam terkait kimia 4.      Menulis laporan pengamatan terhadap instalasi dan proses dalam suatu industri kimia 5.      Melaksanakan proyek	Isi portofolio dapat berupa: 1.      Karangan singkat tentang topik kimia yang dibuat sebagai tugas 2.      Foto atau sketsa tentang lingkungan atau instalasi teknologi kimia yang dikunjungi 3.      Kegiatan percobaan kimia yang paling berkesan (prosedur, data, laporan) 4.      Laporan tugas kelompok membuat alat peraga sederhana yang dilengkapi dengan foto proses pembuatan dan hasil akhirnya 5.      Tulisan atau ekspresi terkait kimia pada mading Isi dari portofolio ini berdasarkan  karya-karya favorit yang paling bernilai bagi siswa itu sendiri.
Penilaian penugasan dilakukan oleh setiap siswa sebagai alat penilaian proses belajar, sebab dari jawaban siswa dapat dilihat daya serap siswa terhadapa pengetahuan dan keterampilan yang diajarkan	Penilaian portofolio merupakan koleksi sistematik dari sampel hasil kerja siswa yang dihasilkan dari rangkaian proses pembelajaran yang dilakukan.
Merupakan salah satu penilaian formatif atau penilaian proses belajar	Merupakan salah satu penilaian sumatif atau penilaian hasil belajar

Basic Models of Approaching Sustainability Issues in Chemistry Education

 Basic Models of Approaching Sustainability Issues in Chemistry Education 

(Model Dasar Mendekati Isu Keberlanjutan dalam Pendidikan Kimia)

Model 1: Adopting Green Chemistry Principles to the Practice of School Lab Work (Mengadopsi Prinsip-Prinsip Green Chemistry dalam Kerja Praktik di Lab Sekolah)

Contoh:

• Melakukan uji identifikasi senyawa hidrokarbon yaitu dengan melakukan pembakaran, tepung, gula, garam yang diletakkan diatas sendok, kemudian sendok tersebut di letakkan di atas korek api.

Model 2: Adding Sustainability Strategies as Content in Chemistry Education (Menambahkan Strategi Keberlanjutan sebagai Konten dalam Pendidikan Kimia)

• Untuk mengurangi dampak pembakaran dari kendaraan atau dari pabrik maka perlu dipertimbangkan penggunaan bahan bakar alternatif yang dapat dperbarui dan ramah lingkungan seperti tenaga surya dan sel bahan bakar (fuel cell).

• Mempertimbangkan penggunaan MTBE (Metil Tersier Butil Eter) pada bahan bakar kendaraan untuk meningkatkan bilangan oktana.

• Mempertimbangkan penggunaan EFI (Electronic Fuel Injection) pada sistem bahan bakar kendaraan akan menghasilkan pembakaran sempurna sehingga mengurangi emisi gas polutan.

• Mempertimbangkan penggunaan converter katalitik pada system buangan kendaraan/knalpot. Converter katalitik pada knalpot kendaraan bermotor dapat mengubah gas buang sepeti CO dan NOx menjadi gas yang lebih aman yaitu N2 dan CO2.

Model 3: Using Controversial Sustainability Issues for Socio-Scientific Issues Which Drive Chemistry Education  (Menggunakan Isu Kontroversial Keberlanjutan untuk Isu Socio-Scientific yang Mendorong Pendidikan Kimia)

Contoh:

• Efek rumah kaca

Beberapa jenis gas rumah kaca bertanggung jawab langsung terhadap pemanasan yang kita alami, dan manusialah kontributor terbesar dari terciptanya gas-gas rumah kaca tersebut. Kebanyakan dari gas rumah kaca ini dihasilkan oleh peternakan, pembakaran bahan bakar fosil pada kendaraan bermotor, pabrik-pabrik modern, pembangkit tenaga listrik, serta penebangan hutan.

(https://dlh.bulelengkab.go.id/informasi/detail/artikel/pemanasan-global-global-warming-76)

Untuk mengurangi efek rumah kaca, kita perlu melakukan Tindakan seperti mengurangi penggunaan kendaraan pribadi dan beralih menggunakan kendaraan umum, tidak membakar sampah, memelihara pepohonan dan melakukan reboisasi ataupun pembuatan ta, mengurangi penggunaan bahan bakar fosil 

• Konversi minyak tanah ke gas LPG

Pemerintah RI pada awal tahun 2007 meluncurkan kebijakan konversi minyak tanah ke gas LPG (Liquid Petroleum Gas) yang selanjutnya disebut elpiji. Meskipun banyak pro dan kontra karena terkesan terburu-buru, kebijakan pemerintah tersebut tetap dijalankan.

Program konversi minyak tanah ke LPG diperlukan karena penggunaan LPG lebih efisien dan mudah digunakan. LPG lebih cepat memanaskan masakan daripada kompor minyak. Selain itu, LPG dalam proses pembakarannya tidak menghasilkan asap dan tidak berbau jadi lebih bersih dan ramah lingkungan. Lain halnya dengan minyak tanah dalam proses

pembakarannya menghasilkan asap dan berbau. Asap hasil pembakarannya, dapat mengotori lingkungan dan menghasilkan gas karsinogenik yang apabila dihirup dalam jangka waktu yang lama dapat menyebabkan kanker. Maka konversi minyak tanah ke LPG sangat diperlukan.  

• Perubahan Iklim

Indonesia rentan terhadap dampak perubahan iklim. Perubahan iklim disebabkan adanya peningkatan suhu di permukaan bumi akibat dari efek rumah kaca. Fenomena efek rumah kaca dipengaruhi oleh gas–gas rumah kaca yang dikenal sebagai greenhouse effect gases. Salah satu tantangan yang dihadapi oleh Indonesia yang ada kaitannya dengan perubahan iklim akibat efek rumah kaca adalah konsumsi bahan bakar fosil yang amat banyak. Berdasarkan survei yang dilakukan lembaga kesehatan dunia WHO pada tahun 2013 menyatakan bahwa empat negara Asia yaitu Vietnam, Malaysia, Indonesia, dan Thailand memiliki lebih dari 1 sepeda motor untuk setiap 4 orang seperti yang ditujukkan pada gambar 5. Semakin banyak jumlah sepeda motor maka semakin banyak pembakaran bahan bakar minyak yang dihasilkan. Dengan demikian dapat dibayangkan berapa banyak gas-gas rumah kaca yang terbentuk dan mencemari lingkungan. (Ribowo, https://berandainovasi.com/).

• Hujan Asam

Pandangan bahwa pencemaran udara semata-mata merupakan masalah urban saat ini mulai kembali, dengan adanya fakta hujan yang bersifat asam turun di daerah pedesaan, perkebunan dan wilayah hutan. Hujan asam merupakan karakteristik dari polusi regional. Hal ini disebabkan atmosfer dapat mengangkat berbagai zat pencemar ratusan kilometer jauhnya sebelum menjatuhkannya ke permukaan bumi. Zat-zat kimia yang merupakan senyawa asam, seperti asam nitrat (HNO3) dan asam sulfat (H2SO4) bercampur dengan partikel-partikel udara lainnya yang kemudian jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk deposisi kering dan deposisi basah.

Terjadinya hujan asam, terutama disebabkan oleh pencemaran udara baik yang berasal dari hasil pembakaran bahan bakar fosil, seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam dalam kegiatan industri dan transportasi dengan kendaraan bermotor, yaitu gas-gas oksidanitrogen (NO dan NO2), serta oksida belerang (SO2 atau SO3). Gas-gas ini juga dihasilkan dari letusan gunung berapi

Model 4: Chemistry Education as a Part of ESD-Driven School Development  (Pendidikan Kimia sebagai Bagian dari Pengembangan Sekolah Berbasis ESD) 

Contoh:

• Membuat lingkungan sekolah menjadi lingkungan sekolah yang hijau (Green School) untuk mengurangi dampak emisi CO2 di udara. Selain itu, tujuan dari sekolah hijau adalah untuk membentuk kebudayaan baru di lingkungan sekolah yakni budaya memelihara lingkungan sekolah dan juga lingkungan sekitar sekolah agar nyaman dan aman bagi semua warga sekolah dalam menjalani kegiatan pendidikan. Hal ini sesuai dengan nilai karakter religius yaitu mencintai lingkungan.    

Langkah-langkah model pembelajaran project based learning

 Langkah-langkah model pembelajaran project based learning  menurut Mulyasa (2014) antara lain:

a)      Penentuan pertanyaan mendasar

Pembelajaran dimulai dengan suatu pertanyaan esensial yang dapat memberi penugasan kepada siswa dalam melakukan aktivitas. Topik yang diambil hendaknya sesuai dengan realita dunia nyata dan dimulai dengan sebuah investigasi mendalam.

b)      Merencanakan proyek

Perencanaan dilakukan secara kolaboratif antara pendidik dengan siswa. Dengan demikian siswa diharapkan akan merasa memiliki atas proyek tersebut. Perencanaan berisi tentang aturan main, pemilihan aktivitas yang dapat mendukung dalam menjawab pertanyaan esensial, dengan cara mengintegrasikan berbagai subjek yang mungkin, serta mengetahui alat dan bahan yang dapat diakses untuk membantu penyelesaian proyek.

c)      Menyusun jadwal

Guru dan siswa secara kolaboratif menyusun jadwal aktivitas dalam menyelesaikan proyek. Aktivitas pada tahap ini antara lain: membuat timeline (alokasi waktu) untuk menyelesaikan proyek, membuat deadline (batas waktu akhir) penyelesaian proyek, membawa siswa agar merencanakan cara yang baru, membimbing siswa ketika mereka membuat cara yang tidak berhubungan dengan proyek, dan meminta siswa untuk membuat penjelasan (alasan) tentang pemilihan.

d)      Memonitor siswa dan kemajuan proyek

Guru bertanggungjawab untuk monitor terhadap aktivitas siswa selama menyelesaikan proyek. Monitoring dilakukan dengan cara menfasilitasi siswa pada setiap proses. Dengan kata lain, guru berperan menjadi mentor bagi aktivitas siswa. agar mempermudah proses monitoring, maka dibuat sebuah rubrik yang dapat merekam keseluruhan aktivitas yang penting.

e)      Menguji hasil

Penilaian dilakukan untuk membantu guru dalam mengukur ketercapaian standar, berperan dalam mengevaluasi kemajuan masing-masing siswa, memberi umpan balik tentang tingkat pemahaman yang sudah dicapai siswa, membantu guru dalam menyusun strategi pembelajaran berikutnya.

f)       Mengevaluasi pengalaman

Pada akhir pembelajaran, guru dan siswa melakukan refleksi terhadap aktivitas dan hasil proyek yang sudah dijalankan. Proses refleksi dilakukan baik secara individu maupun kelompok.

 

 Referensi:

Mulyasa. 2014. Pengembangan dan Implementasi Kurikulum 2013. Bandung: PT. Remaja Rosdakarya.