kimia fisik

Kimia fisik

Banyak cabang ilmu kimia berfokus pada kelas material khusus yang memiliki struktur dan sifat kimia yang sama. Cabang kimia lainnya berpusat pada interaksi dan perubahan zat tersebut. Salah satu cabang kimia demikian yang tertua adalah kimia fisik. Kimia fisik mengukur, menghubungkan dan menjelaskan aspek kuantitatif dari proses kimia. Kimiawan Inggris – Irlandia, Robert Boyle, misalnya, menemukan di abad ke-17 kalau pada suhu kamar, volume jumlah gas yang tetap akan menurun sebanding dengan tekanannya ditingkatkan. Jadi, untuk gas dengan suhu tetap, hasil kali volume V dan tekanan P sama dengan sebuah bilangan yang tetap – dengan kata lain, PV = constant. Hubungan aritmatika sederhana demikian sah untuk hampir semua jenis gas dalam suhu ruangan dan tekanan sama atau kurang dari satu atmosfer. Penelitian lebih lanjut menunjukkan kalau persamaan ini kehilangan keabsahannya pada tekanan yang lebih tinggi, namun persamaan yang lebih rumit yang lebih teliti dengan hasil percobaan dapat diturunkan.

Penemuan dan penyelidikan keteraturan kimiawi demikian, yang disebut hukum alam, adalah tugas Kimia Fisik. Sebagian besar sumber keteraturan matematika dalam sistem kimiawi pada abad ke-18 dianggap sebagai kesatuan gaya dan medan yang mengelilingi atom yang menyusun unsur dan senyawa. Walau begitu, perkembangan di abad ke-20 telah menunjukkan kalau perilaku kimiawi paling baik dijelaskan oleh model atom dan struktur molekul mekanika kuantum. Cabang kimia fisik kemudian muncul untuk mempelajari masalah ini. Cabang ini disebut kimia teoritis. Ahli kimia teoritis menggunakan komputer untuk membantunya memecahkan persamaan matematika yang rumit.

Cabang lain kimia fisik adalah kimia termodinamik, yang mempelajari hubungan antara panas dengan bentuk energi kimia lainnya. Juga ada kimia kinetik, yang mengukur dan memahami tingkat reaksi kimia. Selain itu, masih ada elektro kimia, yang menyelidiki saling hubung antara arus listrik dan perubahan kimia. Lewatnya arus listrik pada sebuah larutan kimiawi menyebabkan perubahan zat penyusun yang sering kali dapat balik – yaitu, dalam kondisi berbeda, zat yang diubah dapat justru melepaskan arus listrik. Baterai misalnya, mengandung zat kimia yang saat dihubungkan satu sama lain, akan menutup rangkaian listrik, lalu mengirimkan arus dengan tegangan yang tetap hingga zat tersebut habis dikonsumsi. Saat ini, ahli elektro kimia tertarik dengan pemanfaatan sinar matahari untuk memicu reaksi kimia yang hasilnya mampu menyimpan energi. Penemuan alat demikian memungkinkan penyebar luasan energi surya.

Masih ada banyak lagi cabang kimia fisik yang mempelajari sifat umum zat dan interaksinya dengan zat lain, bukannya dengan zat itu sendiri. Ada fotokimia, yang mempelajari interaksi cahaya dengan materi. Reaksi kimia yang dipicu oleh penyerapan cahaya dapat sangat berbeda daripada yang terjadi lewat cara lain. Sebagai contoh, Vitamin D, terbentuk di tubuh manusia saat steroid argosterol menyerap radiasi matahari; ergosterol tidak berubah menjadi vitamin D bila gelap.

Saat ini, cabang kimia fisik yang paling cepat berkembang adalah kimia permukaan. Disini para ilmuan mempelajari sifat permukaan kimia. Mereka bertopang hampir sepenuhnya pada alat yang dapat mendeteksi profil kimia permukaan demikian. Saat sebuah zat padat terpaparkan pada zat cair atau gas, sebuah reaksi terjadi pada awalnya di permukaan zat tersebut, dan sifat zat ini dapat berubah secara dramatis karenanya. Sebagai contoh, aluminium, ia tahan terhadap perkaratan karena permukaan logam murni bereaksi dengan oksigen dan membentuk lapisan aluminium oksida, yang melindungi bagian dalam logam dari oksidasi lebih lanjut. Sejumlah katalis reaksi melakukan fungsinya dengan menghasilkan permukaan reaktif dimana zat dapat bereaksi.