Zat kimia

Zat kimia yang juga dikenal sebagai zat murni adalah suatu bentuk materi yang memiliki komposisi kimia dan sifat karakteristik konstan. Ia tidak dapat dipisahkan menjadi komponen dengan metode pemisahan fisika, yaitu tanpa memutus ikatan kimia. Zat kimia bisa berupa unsur kimia, senyawa kimia, ion atau paduan.
Zat kimia sering disebut 'murni' untuk membedakannya dari campuran. Contoh umum zat kimia adalah air murni; ia memiliki sifat yang sama dan rasio hidrogen terhadap oksigen yang sama, baik diisolasi dari sungai maupun dibuat di laboratorium. Zat kimia lain yang biasa ditemui dalam bentuk murni adalah intan (karbon), emas, garam meja (natrium klorida) dan gula pasir (sukrosa). Namun, pada praktiknya, tidak ada zat yang sepenuhnya murni, dan kemurnian kimia ditentukan sesuai dengan penggunaan zat kimia yang dimaksud.
Zat kimia berada sebagai zat padat, cairan, gas, atau plasma, dan dapat berubah antara fase materi ini dengan perubahan suhu atau tekanan. Zat kimia dapat digabungkan atau diubah menjadi zat lain melalui reaksi kimia.
Bentuk energi, seperti cahaya dan panas, bukan materi, dan karena itu dalam hal ini bukan termasuk "zat".

Definisi

Zat kimia (juga disebut zat murni) didefinisikan sebagai "semua material dengan komposisi kimia tertentu" dalam pendahuluan buku teks kimia umum. Menurut definisi ini, sebuah zat kimia dapat berupa unsur kimia murni atau senyawa kimia murni. Tetapi, terdapat pengecualian untuk definisi ini; suatu zat dapat juga didefinisikan sebagai suatu bentuk materi yang memiliki baik komposisi yang pasti dan sifat yang berberda. Indeks zat kimia yang diterbitkan oleh CAS juga mencakup beberapa paduan dengan komposisi yang tidak tentu. Senyawa non stoikiometri adalah kasus khusus (dalam kimia anorganik) yang melanggar hukum komposisi konstan, dan untuk mereka, kadang-kadang sulit untuk menarik garis antara campuran dan senyawa, seperti dalam kasus paladium hidrida. Dapat dijumpai definisi bahan kimia atau zat kimia yang lebih luas, misalnya: "istilah 'bahan kimia' adalah segala zat organik atau anorganik dengan identitas molekul tertentu, termasuk – (i) segala kombinasi zat yang terjadi seluruhnya atau sebagian sebagai hasil eraksi kimia atau terjadi secara alami".
Dalam geologi, zat dengan komposisi seragam disebut mineral, sementara campuran fisika (agregat) beberapa mineral (zat yang berbeda) didefinisikan sebagai batu. Namun, banyak mineral saling melarutkan membentuk larutan padat, sedemikian rupa sehingga batuan tunggal adalah zat seragam meski dalam istilah stoikiometri adalah campuran. Felspar adalah contoh umum: anortoklas adalah suatu alkali aluminium silikat, dengan logam alkali bergantian antara natrium atau kalium.
Dalam hukum kimia, "zat kimia" dapat mencakup baik zat murni maupun campuran dengan komposisi atau proses manufakturing tertentu. Misalnya, regulasi UE, REACH, mendefinisikan "zat monokonstituen", "zat multikonstituen" dan "zat dengan komposisi tak diktahui atau bervariasi". Dua yang terakhir mengandung banyak zat kimia; namun, identitas mereka dapat ditetapkan baik melalui analisis kimia langsung atau merujuk pada proses manufakturing tunggal. Sebagai contoh, arang adalah sangat kompleks, campuran polimer parsial yang dapat didefinisikan melalui proses manufakturingnya. Oleh karena itu, meskipun identitas kimia pastinya tidak diketahui, identifikasi dapat dilakukan dengan akurasi yang memadai. Indeks CAS juga mencakup campuran.
Polimer hampir selalu muncul sebagai campuran molekul dengan massa molar beragam, yang masing-masing dapat dianggap sebagai zat kimia terpisah. Namun, polimer dapat didefinisikan melalui prekursor atau reaksi yang diketahui dan distribusi massa molarnya. Misalnya, polietilena adalah campuran rantai yang sangat panjang dari unit -CH₂- yang berulang, dan umumnya sebagai padatan dalam beberapa distribusi massa molar, LDPE, MDPE, HDPE, dan UHMWPE.

Sejarah

Konsep "zat kimia" menjadi mapan pada akhir abad kedelapan belas setelah ahli kimia Joseph Proust berkarya pada komposisi beberapa senyawa kimia murni seperti tembaga karbonat basa. Dia menyimpulkan bahwa, "Semua sampel senyawa memiliki komposisi yang sama, yaitu, semua sampel memiliki proporsi unsur-unsur yang sama di dalam senyawa tersebut, berdasarkan massa". Ini sekarang dikenal sebagai hukum perbandingan tetap. Kemudian dengan kemajuan metode sintesis kimia khususnya di bidang kimia organik; penemuan lebih banyak unsur kimia dan teknik baru di bidang kimia analitik yang digunakan untuk isolasi dan pemurnian unsur dan senyawa dari bahan kimia yang mendorong pembentukan kimia modern, konsep ini didefinisikan seperti yang ditemukan dalam kebanyakan buku teks kimia. Namun, terdapat beberapa kontroversi mengenai definisi ini terutama karena sejumlah besar zat kimia yang dilaporkan dalam literatur kimia perlu diindeks.
Isomerisme menyebabkan banyak kekhawatiran pada periset awal, karena isomer memiliki komposisi yang persis sama, tetapi berbeda dalam konfigurasi (pengaturan) atom. Misalnya, ada banyak spekulasi untuk identitas kimia benzena, sampai struktur yang benar dideskripsikan oleh Friedrich August Kekulé. Demikian pula, gagasan stereoisomerisme - bahwa atom memiliki struktur tiga dimensi yang kaku dan dengan demikian dapat membentuk isomer yang berbeda hanya dalam pengaturan tiga dimensi - merupakan langkah penting lain dalam memahami konsep zat kimia yang berbeda. Sebagai contoh, asam tartarat memiliki tiga isomer yang berbeda, sepasang diastereomer dengan satu diastereomer membentuk dua enantiomer.

Unsur kimia

Unsur adalah zat kimia yang terdiri dari atom jenis tertentu sehingga tidak dapat dipecah atau diubah menjadi unsur yang berbeda melalui reaksi kimia, meskipun dapat ditransmutasikan menjadi unsur lain melalui reaksi nuklir. Jadi, karena semua atom dalam sampel suatu unsur memiliki jumlah proton yang sama; mungkin ada isotop yang berbeda, dengan jumlah neutron yang berbeda.
Sampai dengsn tahun 2012, ada 118 unsur yang diketahui, sekitar 80 di antaranya stabil – yaitu, mereka tidak berubah melalui peluruhan radioaktif menjadi unsur lain. Beberapa unsur dapat terjadi lebih dari satu zat kimia (alotropi). Misalnya, oksigen ada sebagai oksigen diatomik (O₂) maupun ozon (O₃). Mayoritas unsur diklasifikasikan sebagai logam. Ini adalah unsur dengan kilau yang khas seperti besi, tembaga, dan emas. Logam biasanya penghantar listrik dan panas yang baik, dan mudah dibentuk dan lentur. Sekitar selusin unsur, seperti karbon, nitrogen, dan oksigen, diklasifikasikan sebagai nonlogam. Nonlogam tidak memiliki sifat logam yang dijelaskan di atas, mereka juga memiliki elektronegativitas tinggi dan cenderung untuk membentuk ion negatif. Unsur tertentu seperti silikon terkadang menyerupai logam dan terkadang menyerupai nonlogam, yang dikenal sebagai metaloid.

Senyawa kimia

Senyawa kimia murni adalah zat kimia yang terdiri dari sekumpulan molekul atau ion tertentu. Dua unsur atau lebih bergabung menjadi satu zat melalui reaksi kimia membentuk senyawa kimia. Semua senyawa adalah zat, tapi tidak semua zat adalah senyawa.
Senyawa kimia dapat berupa atom yang terikat di dalam molekul atau kristal sehingga atom, molekul atau ion membentuk kisi kristal. Senyawa yang dasar utamanya adalah atom karbon dan hidrogen disebut senyawa senyawa organik, dan yang selainnya disebut senyawa anorganik. Senyawa yang mengandung ikatan antara karbon dan logam disebut senyawa organologam.
Senyawa yang komponen-komponennya berbagi elektron dikenal sebagai senyawa kovalen. Senyawa yang terdiri dari ion-ion dengan muatan berlawanan dikenal sebagai senyawa ionik, atau garam.
Dalam kimia organik, bisa terdapat lebih dari satu senyawa kimia dengan komposisi dan berat atom yang sama. Umumnya, ini disebut sebagai isomer. Isomer biasanya memiliki sifat kimia yang berbeda secara mendasar, dapat diisolasi dan tidak spontan saling berubah isomer. Contoh umum adalah glukosa vs fruktosa. Glukosa termasuk aldehida, sedangkan fruktosa termasuk keton. Interkonversi keduanya memerlukan katalisis enzimatik maupun asam basa. Namun, ada juga tautomer, dimana isomerasi berlangsung spontan, sehingga zat murni tidak dapat diisolasi menjadi tautomernya. Contoh umum adalah glukosa, yang mempunyai bentuk rantai terbuka maupun siklik. Tidak dapat dibuat glukosa rantai terbuka murni karena glukosa spontan membentuk siklis menjadi bentuk hemiasetalnya. Material juga dapat bersatu membentuk polimer. Ini dapat berupa anorganik atau organik dan kadang-kadang merupakan kombinasi anorganik dan organik.

Zat versus campuran

Seluruh materi mengandung berbagai unsur dan senyawa kimia, tetapi mereka biasanya bercampur sempurna. Campuran mengandung lebih dari satu zat kimia, dan mereka tidak mempunyai komposisi yang pasti. Pada prinsipnya, mereka dapat dipisahkan menjadi komponen zatnya dengan murni proses mekanis.Mentega, tanah, dan kayu adalah contoh umum campuran.
Logam besi abu-abu dan belerang kuning keduanya adalah unsur kimia, dan mereka dapat bercampur menjadi satu dalam rasio berapapun membentuk campuran kuning-abu-abu. Tidak ada proses kimia yang terjadi, dan bahan dapat diidentifikasi sebagai suatu campuran berdasarkan fakta bahwa belerang dan besi dapat dipisahkan melalui proses mekanis, seperti menggunakan magnet untuk menarik besi dari belerang.
Sebaliknya, jika besi dan belerang dipanaskan bersama-sama dalam perbandingan tertentu (1 atom besi untuk masing-masing atom belerang, atau berdasarkan berat, 56 gram (1 mol) besi dengan 32 gram (1 mol) belerang), terjadi reaksi kimia dan terbentuk zat baru, suatu senyawa yang dinamakan besi(II) sulfida, dengan rumus kimia FeS. Senyawa yang dihasilkan memiliki semua sifat zat kimia dan bukan suatu campuran. Besi(II) sulfida memiliki sifat yang berbeda seperti titik lebur dan kelarutan, dan kedua unsur pembentuknya tidak dapat dipisahkan menggunakan proses mekanis normal; magnet tidak dapat digunakan untuk memperoleh kembali besi, karena tidak ada logam besi di dalam senyawa tersebut.

Isolasi, pemurnian, karakterisasi, dan identifikasi

Seringkali zat murni perlu diisolasi dari campuran, misalnya dari sumber alami (di mana sampel sering mengandung banyak zat kimia) atau setelah reaksi kimia (yang sering memberikan campuran zat kimia).