Partikel Penyusun Benda dan Makhluk Hidup

Partikel Penyusun Benda dan Makhluk Hidup

Zat-zat yang ada di alam ini tersusun atas partikel yang sangat kecil yang disebut atom. Proses fotosintesis terjadi dalam kloroplas, yaitu organel daun yang mengandung klorofil. Perhatikan Gambar 8.1! 

 

 

Fotosintesis pada tumbuhan memerlukan gas karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O). Pada fotosintesis, tumbuhan menyerap sinar matahari sebagai sumber energi untuk menjalankan reaksi fotosintesis yang mengubah gas karbon dioksida dan air menjadi glukosa (C₆H₁₂O₆).

Tahukah kamu bahwa klorofil sendiri merupakan senyawa yang tersusun atas beberapa atom, di antaranya karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), dan magnesium (Mg)?

 Molekul glukosa (C₆H₁₂O₆) mempunyai atom-atom penyusun yaitu karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Atom-atom penyusun  molekul glukosa tersebut sama seperti atom-atom yang terdapat dalam molekul karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O).  Bagaimana atom-atom ini dapat mengalami penyusunan kembali untuk membentuk senyawa yang baru? Melalui reaksi kimia, zat-zat dapat bereaksi dan membentuk zat baru yang mempunyai sifat kimia yang berbeda dengan zat-zat asalnya, contohnya pada pembentukan glukosa. Glukosa yang terbentuk pada proses fotosintesis mempunyai sifat kimia dan sifat fisika yang berbeda dengan zat-zat pembentuknya, yaitu gas karbon dioksida dan air. Misalnya saja, glukosa berbentuk kristal dan berasa manis, sedangkan karbon dioksida berwujud gas dan air berwujud cair.

Dua atom atau lebih yang  bergabung melalui proses  kimia akan membentuk molekul. Ikatan antara dua atom dalam molekul disebut ikatan kimia (perhatikan Gambar 8.2). Pada molekul CO₂ terdapat satu atom C yang mengikat dua atom O. Jadi pada molekul  CO₂  terdapat dua ikatan kimia antara atom C dan atom O.

Pembentukan glukosa pada fotosintesis, penguraian sampah, siklus karbon dioksida, dan siklus nitrogen (Gambar 8.3!) merupakan contoh-contoh proses kimia yang terjadi di alam yang dapat menjaga keseimbangan alam. Zat-zat kimia yang diperlukan makhluk hidup, selain disediakan oleh alam, juga ada yang dibuat oleh manusia melalui proses kimia dalam industri. Pupuk buatan yang pada umumnya digunakan oleh petani untuk memupuk tumbuhan, seperti pupuk urea, banyak mengandung unsur nitrogen dalam bentuk ion amonium (NH₄⁺). Pupuk NPK mengandung unsur nitrogen (N), fosfor (P), dan kalium (K) dalam bentuk senyawa amonium hidrofosfat (H(NH₄)₂PO₄ dan senyawa kalium dihidrofosfat KH₂ PO₄.

 

 

A.    Partikel dalam Benda dan Makhluk Hidup

Partikel adalah bagian terkecil dari suatu materi yang masih mempunyai sifat materi itu. Partikel dapat berbentuk atom, molekul, dan ion. Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut. Tahukah kamu bahwa tubuh makhluk hidup tersusun dari milyaran atom-atom? Atom-atom dapat berikatan satu sama lain membentuk molekul. Molekul merupakan gabungan antara dua atau lebih atom-atom melalui ikatan kimia tertentu.

Molekul dapat tersusun sedemikian rupa sehingga menjadi suatu struktur tertentu, misalnya rambut, tersusun dari molekul-molekul yang mengandung unsur karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), dan sulfur (S). Sedangkan tulang, mengandung kalsium (Ca),  fosfor  (P), dan oksigen (O).

Selain pada makhluk hidup, benda seperti kayu, plastik, air, udara, kain, dan benda-benda lain, juga merupakan zat kimia yang tersusun atas senyawa-senyawa tertentu.  Dalam senyawa, molekul-molekul tertata sedemikian rupa sehingga memberikan sifat-sifat tertentu. Misalnya, plastik mempunyai sifat lentur karena memiliki molekul yang struktur rantainya panjang dan terdapat rongga antar rantai molekulnya.

Ukuran molekul sangat kecil sehingga tidak dapat diamati dengan mata telanjang dan bahkan tidak dapat diamati dengan mikroskop biasa.

Terbentuknya zat baru tersebut ditandai antara lain oleh warna dan  bau yang berbeda. Dengan kata lain, bila bau yang kamu cium berbeda berarti kandungan zat yang ada dalam benda tersebut juga berbeda. Bahan-bahan yang berbeda terdiri atas senyawa-senyawa dan unsur yang juga berbeda.

Selain disusun oleh molekul yang berbeda, sifat-sifat suatu materi yang berbeda juga dapat disebabkan oleh perbedaan susunan molekul-molekul dalam materi itu. Misalnya, kita ambil contoh kayu yang dibuat pensil dan pati dalam umbi kentang. Umbi kentang (contoh lainnya adalah umbi ketela pohon, talas, dan beras)  mengandung pati atau amilum yang dapat kita makan dan merupakan sumber energi bagi tubuh. Pati  disusun oleh molekul-molekul yang berantai panjang.

Rantai panjang tersebut disusun oleh unit-unit molekul yang lebih sederhana yang disebut glukosa. Antara molekul glukosa yang satu dengan yang lainnya dihubungkan oleh ikatan glikosida (perhatikan Gambar 8.4). Ikatan glikosida adalah ikatan kimia yang terjadi antar molekul monosakarida atau gula sederhana.

Molekul glukosa yang menyusun amilum tersusun dari atom C, H, dan O dengan perbandingan tertentu. Kayu yang digunakan untuk membuat pensil tersusun atas molekul selulosa yang juga mempunyai rantai panjang. Molekul panjang tersebut terdiri atas molekul-molekul glukosa yang sama seperti pada pati.

Perhatikan Gambar 8.4. Apakah perbedaan antara molekul selulosa dengan pati (amilum)? Perhatikan ikatan antara dua molekul glukosanya!

Selulosa dan amilum mempunyai molekul penyusun sama yaitu glukosa, tetapi jenis ikatan yang menghubungkan antar molekul glukosanya berbeda. Pada amilum, unit-unit glukosa dihubungkan melalui ikatan a-1,4 glikosida.

Pada selulosa, unit-unit glukosa dihubungkan melalui ikatan ß-1,4 glikosida. Jenis ikatan ini, akan kamu pelajari pada jenjang pendidikan yang lebih tinggi.

Selulosa merupakan zat yang keras dan jika dimakan oleh manusia tidak dapat dicerna oleh tubuh. Sementara itu, amilum dapat dicerna dan digunakan sebagai bahan makanan. Perbedaan sifat ini menunjukkan bahwa tidak hanya jumlah dan jenis atom-atom penyusun molekul yang menyebabkan sifat zat berbeda, tetapi pola susunan dan jenis ikatan antarmolekul penyusun zat juga dapat menyebabkan zat itu mempunyai sifat-sifat kimia dan sifat-sifat fisika yang berbeda.

Tiap-tiap senyawa mempunyai rumus molekul tertentu. Rumus molekul menunjukkan jenis atom yang menyusun suatu molekul dan perbandingannya. Perhatikan Gambar 8.5! Molekul air (H₂O) 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 (H₂O). Fenomena itu menunjukkan  bahwa perbandingan jumlah dan jenis atom dalam suatu molekul akan menghasilkan senyawa yang sifat dan jenisnya sangat berbeda.

Berdasarkan uraian tersebut, dapat kamu pelajari bahwa bahan yang berbeda, tersusun oleh zat-zat yang berbeda. Zat-zat yang berbeda mempunyai perbedaan jumlah dan jenis atom penyusun. Sifat-sifat bahan yang berbeda, dapat disebabkan oleh perbedaan ikatan atau perbedaan struktur (susunan) molekul-molekul penyusunnya. Bagaimana atom-atom dapat membentuk ikatan kimia dalam suatu molekul? Agar dapat menjawab pertanyaan tersebut kamu harus memahami dulu tentang atom dan partikel-partikel penyusunnya.

Ada sekitar 25 unsur yang penting untuk keberlangsungan kehidupan makhluk hidup, termasuk manusia. Unsur-unsur tersebut dapat dilihat pada Tabel 8.2 berikut.

 

 

1. Partikel Sub Atom

Pada bagian sebelumnya kamu telah mengetahui bahwa molekul air tersusun atas dua atom hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O). Walaupun atom merupakan unit terkecil penyusun molekul, materi yang sudah sangat kecil ini ternyata tersusun atas bagian yang lebih kecil lagi yang disebut partikel subatom. Bagaimana kita tahu bahwa atom tersusun atas partikel-partikel subatom?

Perhatikan warna lampu pada Gambar 8.6. Tiap-tiap lampu tersebut mengandung gas mulia, berturut-turut helium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), dan xenon (Xe).

 

Lampu-lampu tersebut mengeluarkan cahaya yang berwarna-warni setelah dialiri arus listrik. Gas-gas yang dilewati oleh aliran listrik tersebut berpendar sehingga menghasilkan cahaya yang berwarna-warni. Cahaya itu muncul karena adanya loncatan elektron-elektron yang terdapat di dalam atom-atom gas.

Tahukah kamu apakah elektron itu?

Contoh lain adalah kembang api (perhatikan Gambar 8.24).

Apakah kamu melihat cahaya yang berwarna-warni dari kembang api? Mengapa cahaya yang muncul berwarna-warni?

Jika cahaya lampu pada Gambar 8.6 muncul akibat adanya aliran listrik, makacahaya pada kembang api itu dihasilkan akibat terbakarnya unsur-unsur yang terdapat dalam kembang api tersebut. Seperti halnya pada proses pembentukan cahaya yang berwarna-warni pada lampu. Ketika kembang api dibakar akan membuat temperatur unsur penyusun kembang api semakin tinggi, akibatnya elektron berpindah dari kulit atom satu ke kulit atom yang lainnya. Perpindahan elektron ini disertai dengan cahaya dengan warna tertentu, yang spesifik pada setiap unsur.

Tahukah kamu apakah kulit atom itu? Atom 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 atom. Elektron-elektron tersebut bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan tinggi membentuk awan elektron.

Elektron dan proton merupakan partikel subatom yang mempunyai muatan berlawanan, sedangkan neutron tidak bermuatan. Elektron memiliki muatan negatif sedangkan  proton memiliki muatan positif.

 

Pada atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Tiap-tiap partikel penyusun subatom tersebut mempunyai massa. Elektron mempunyai massa sangat kecil dibandingkan dengan massa

proton dan neutron. Oleh sebab itu massa atom akan terpusat pada inti atom saja atau ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah neutronnya. Para ilmuwan telah mempelajari atom sejak ratusan tahun lalu. Para ilmuwan tersebut mengemukakan teori-teori tentang atom. Teori yang satu akan runtuh atau ditolak ketika ada data atau fakta baru yang ditemukan tentang atom sehingga melahirkan teori atom yang baru. Berikut ini merupakan perkembangan teori atom.

 

 

Teori atom yang paling baru adalah teori atom mekanika gelombang. Teori ini akan kamu pelajari ketika kamu menempuh pendidikan di Sekolah Menengah Atas. Berdasarkan teori atom Bohr dapatkah kamu menjelaskan bagaimana lampu yang berisi gas mulia yang berbeda dapat menghasilkan cahaya yang berwarna-warni? Begitu juga, bagaimana terbentuknya cahaya warna-warni dari kembang api? Menurut Bohr, atom mempunyai kulit-kulit atom tempat elektron bergerak mengelilingi inti atom. Kulit atom yang paling dekat dengan inti atom mempunyai energi paling rendah. Kulit atom yang lebih jauh dari inti atom mempunyai energi yang lebih tinggi. Elektron yang berada pada kulit atom paling dalam dapat berpindah ke kulit atom yang lebih luar bila menyerap energi dari luar atom. Energi itu dapat berasal dari panas pembakaran atau dari energi listrik yang melewati atom-atom tersebut. Elektron yang terletak pada kulit atom paling luar akan mendapatkan gaya tarik yang lemah dari inti atom.Oleh karena itu elektron pada kulit atom paling luar  mudah lepas dari kulit itu,  sehingga atom dapat kehilangan elektron. Bila jumlah elektron dan jumlah proton dalam suatu atom tidak sama, atom tersebut akan bermuatan atau menjadi ion. Proses pembentukan ion disebut ionisasi. Tahukah kamu, elektron-elektron yang ada pada kulit atom paling luar mempunyai peranan yang sangat penting pada pembentukan ikatan kimia antaratom dalam suatu molekul?

Mikroskop elektron adalah alat yang dapat digunakan untuk melihat benda yang berukuran sangat kecil, misalnya virus atau organel sel. Mikroskop ini dapat melakukan perbesaran dari 1.000 hingga 1 juta kali.  Mikroskop elektron berbeda dengan mikroskop cahaya yang memiliki perbesaran maksimal 1.000 kali. Perhatikan Gambar 8.10 sebagai perbandingan gambar yang dihasilkan dari mikroskop cahaya dan mikroskop elektron.

Pada mikroskop elektron, berkas elektron digunakan sebagai pengganti cahaya. Kemampuan perbesaran mikroskop elektron diakibatkan oleh pendeknya panjang gelombang elektron. Panjang gelombang elektron sekitar 100.000 kali lebih kecil dibandingkan panjang gelombang cahaya tampak.

Perbedaan panjang gelombang ini juga mengakibatkan gambar yang dihasilkan oleh mikroskop elektron selalu berupa gambar hitam dan putih. Meskipun hasil gambar dari mikroskop elektron berupa gambar hitam putih, tetapi gambar tersebut dapat diberi warna secara buatan untuk menekankan suatu bagian secara rinci. Pada mikroskop elektron tidak digunakan lensa kaca, tetapi digunakan lensa elektromagnetik untuk memfokuskan berkas elektron pada objek yang diamati.

Sinar-X digunakan untuk mendiagnosis atau menganalisis penyakit, biasanya untuk melihat daerah patah tulang dan paru-paru.  Sebenarnya apa itu sinar-X?  Sinar-X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm C. Roentgen pada tahun 1895.  Dia menemukan bahwa ketika elektron yang memiliki energi tinggi menabrak suatu material seperti gelas, maka material tersebut akan memancarkan radiasi (energi yang dialirkan dalam bentuk gelombang elektromagnet atau partikel subatom) yang dapat menembus benda yang tidak dapat ditembus cahaya biasa. Radiasi ini diberi nama sinar-X.

Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang pendek (10^-10)  m) dan dihasilkan dari elektron-elektron yang tereksitasi dalam atom yang kemudian meloncat dari kulit atom luar ke kulit atom yang lebih dalam. Roentgen  juga menunjukkan bahwa sinar-X dapat membuat plat film dan menghasilkan gambar dari objek yang tidak tembus pandang.

Saat ini sinar–X merupakan suatu sinar yang sangat penting untuk mendiagnosis suatu penyakit. Sinar-X juga dapat digunakan untuk menganalisis struktur molekul suatu senyawa yang berbentuk kristal. Teknik ini dikenal dengan kristalografi.

Nomor  Atom dan Nomor Massa

Masih ingatkah kamu dengan materi tentang unsur? Unsur merupakan zat murni yang tidak dapat diubah lagi menjadi zat lain dengan reaksi kimia, seperti emas, besi, perak, oksigen, dan masih banyak yang lain. Saat ini ada sekitar 105 unsur yang ditemukan di alam (lihat sistem periodik unsur pada Lampiran). Masing-masing unsur memiliki karakteristik yang berbeda-beda.Atom-atom dari unsur yang berbeda memiliki jumlah partikel subatom yang berbeda. Semua atom dalam suatu unsur yang sama memiliki jumlah proton yang sama di dalam intinya. Jumlah proton ini unik untuk setiap unsur dan dijadikan sebagai dasar nomor atom.

Sementara nomor massa suatu atom ditentukan oleh jumlah neutron dan proton. Atom yang satu berbeda dengan atom yang lain karena mempunyai jumlah elektron, proton, dan neutron yang berbeda.

Jika dua atom mempunyai massa atom berbeda, maka jari-jari kedua atom itu akan berbeda pula. Oleh sebab itu, pada Gambar 8.8 atom H, O, dan C mempunyai ukuran yang berbeda. 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) = jumlah elektron (e)

Nomor massa = Jumlah proton (p) + Jumlah neutron (n)

 

Zat iodin (I) merupakan komponen hormon tiroksin yang diproduksi oleh kelenjar tiroid.  Hormon tiroksin memiliki beberapa fungsi penting, antara lain: meningkatkan laju metabolisme untuk menghasilkan energi, mengatur pertumbuhan dan perkembangan sistem saraf dan sistem rangka (otot dan tulang), serta menjaga tekanan darah.

Mengkonsumsi iodin sebanyak 0,15 mg setiap harinya sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan kelenjar tiroid manusia untuk menghasilkan hormon tiroksin yang diperlukan tubuh. Kekurangan iodin dalam makanan mengakibatkan kelenjar tiroid membesar sampai ukuran abnormal atau yang dikenal dengan penyakit gondok. Agar dapat mengatasi penyakit tersebut, saat ini iodin dalam bentuk kalium iodat (KIO₃) atau kalium iodida (KI) banyak ditambahkan pada garam dapur atau yang biasa kita kenal dengan garam beriodium.

Setiap unsur dituliskan dengan lambang unsur. Pada penulisan lambang unsur, nomor atom ditulis sebagai subscript (turun) di kiri lambang unsur, sedangkan nomor massa ditulis sebagai superscript (naik) di kiri atas lambang unsur, sebagaimana berikut.

 

Sebagian besar unsur yang ada di alam sangat penting untuk kehidupan. Namun, ada beberapa unsur yang disebut logam berat, berbahaya bagi tubuh manusia dan lingkungan. Unsur ini tidak dapat didaur ulang dalam tubuh dan sulit untuk dikeluarkan, karena dalam tubuh kita tidak ada mekanisme yang berfungsi untuk menghilangkan unsur ini. Logam berat mampu bertahan dalam tubuh sepanjang hayat kita. Konsentrasi logam berat dalam tubuh dapat bertambah sepanjang waktu atau dikenal dengan bioakumulasi. Logam berat dapat menyebabkan berbagai penyakit, seperti kanker dan bahkan dapat menyebabkan kematian. Seorang wanita yang hamil juga dapat mengalami keguguran dan melahirkan bayi yang cacat akibat kandungan logam berat yang cukup tinggi dalam tubuhnya.

Pernahkah kamu mendengar musibah Minamata? Gejala Minamata pertama kali diidentifikasi pada tahun 1956 di teluk Minamata, Jepang. Di teluk Minamata ini terdapat pelabuhan ikan, pabrik pupuk, dan senyawa kimia lain yang dalam prosesnya menggunakan merkuri (Hg). Suatu ketika merkuri ini bocor dan masuk ke dalam lautan sehingga mengontaminasi ikan dan hewan laut lainnya. Masyarakat sekitar yang mengkonsumsi ikan yang terkontaminasi merkuri mengalami bioakumulasi merkuri dalam tubuhnya. Bioakumulasi merkuri ini menyebabkan keterbelakangan mental, cacat lahir, buta dan tuli, serta menyebabkan kematian.

Kejadian musibah Minamata membuat perhatian warga dunia untuk lebih menjaga lingkungan dari pencemaran, khususnya pencemaran logam berat. Teluk Minamata akhirnya ditetapkan bebas merkuri pada bulan Juli 1997 (41 tahun kemudian) dan warga sekitar dapat beraktivitas secara normal baik untuk menangkap ikan maupun berenang di laut.

Berikut ini link power point atau PPT tentang atom

PPT ATOM