Kimiawi Kehidupan (Asal Usul Kehidupan)

KONTEKS KIMIAWI KEHIDUPAN

Unsur dan senyawa

Materi tersusun dari unsur-unsur. Unsur (elemen) adalah zat yang tidak dapat dipecah lagi menjadi zat lain oleh reaksi kimia. Saat ini, ahli kimia telah mengenali 92 unsur yang ada di alam, contohnya emas, tembaga, karbon, dan oksigen. Setiap unsure memiliki symbol, biasanya satu atau dua huruf pertama dari namanya. Beberapa symbol berasal dari bahasa Latin atau Jerman, misalnya symbol unsure yang dalam bahasa Inggris disebut sodium adalah Na, dari kata Latin Natrium.

Senyawa (compound) adalah zat yang terdiri dari dua atau lebih un sur berbeda-beda yang berkombinasi dalam rasio tetap. Garam dapur, misalnya, adalah natrium klorida (NaCl), senyawa yang teesusun dari unsure natrium (Na) dan klorida (Cl) dengan rasio 1 : 1. Natrium murni adalah logam, sedangkan klorin murni adalah gas beracun.

Unsur-unsur Esensial Kehidupan

Unsur kelumit (trace element) adalah unsure yang dibutuhkan oleh organismen hanya dalam jumlah yang sangat sedikit. Beberapa unsure kelumit, misalnya besi (Fe), dibutuhkan oleh semua bentuk kehidupan, sedangkan unsure kelumit yang lain hanya dibutuhkan oleh spesies tertentu saja, misalya pada hewan vertebrata (hewan bertulang belakang), unsure yodium (I) adalah bahan esensial bagi sejenis hormone yang dihasilkan oleh kelenjar tiroid.

Sifat suatu unsur bergantung pada struktur atom-atomnya.

Partikel Subatom

Walaupun atom adalah unit terkecil yang memiliki sifat unsur, bagian materi yang sangat kecil ini tersusun dari bagian yang lebih kecil lagi, disebut partikel subatom. Para ahli fisika telah menguraikan atom menjadi lebih dari seratus macam partikel, namun hanya tiga jenis p dalam partikel yang relevan dalam pembahasan ini : neutron, proton, dan electron.

Nomor Atom dan Masa Atom

Atom dari berbagai  unsur berbeda dalam jumah partikel subatomnya. Semua atom dari unsure tertentu memiliki jumlah proton yang sama dalam nekleus nya. Jumlah proton ini, yang hanya dimiliki oleh unsure tersebut, disebut nomor atom (atomic number) dan ditulis sebagai subscript (pangkat bawah) di sebelah kiri symbol unsure.

            Kita dapatmengetahui jumlah neutron dari kuantitas kedua, nomor massa (mass number), yang merupakan penjumlahan proton dan neutron dalam nucleus atom. Nomor massa ditulis sebagai  superscript (pangkat atas) di sebelah kiri symbol unsur.

Isotop

Semua atom dari suatu unsur tertentu memiliki jumlah proton yang sama, namun beberapa atom memiliki lebih banyak neutron daripada atom-atom lain dari unsur yang sama, dan karena itu memiliki massa yang lebih besar. Bentuk atom yang berbeda disebut isotop-isotop (isotopes) unsur tersebut. Di alam, suatu unsur terjadi sebagai campuran isotop-isotopnya. Kita ambil contoh, ketiga isotop karbon unsur , yang memilikinomor atom 6.

Tingkat Energi Elektron

Pada model atom yang disederhanakan pada peraga 2.5, ukuran nucleus sangat diperbesar relative terhadap volume keseluruhan atom. Jika atom helium berukuran sebesar

Tingkat energy suatu electron dengan jari rata-ratanya dari nucleus. Elektron ditemukan pada kulit-kulit electron (electron shells) yang berbeda, masing-masing dengan jarak rata-rata dan tingkat energy yang khas.

Distribusi Elektron dan Sifat Kimia

Perilaku kimiawi atom ditentukan oleh distribusi electron dalam kulit-kulit electron atom. Dimulai dengan  hydrogen, atom yang paling sederhana, kita dapat membayangkan menyusun atom unsure-unsur lain dengan menambahkan  dalam 1 proton dan 1 elektron satu per satu  (diiringi oleh jumlah neutron yang sesuai), versi ringkas menunjukkan distribusi electron untuk ke-18 unsur pertama, dari hydrogen (₁H) sampai argon (₁₈Ar). Unsur-unsur itu disusun dalam tiga baris, atau periode, sesuai dengan jumlah kulit electron dalam atom unsure tersebut. Urutan unsure dari kiri ke kanan dalam satu baris sesuai dengan penambahan electron dan proton satu  per satu (lihat Apendik B untuk melihat table periodik yang lengkap.

Orbital Elektron

Pada awal tahun 1900-an kulit electron atom divisualisasikan sebagai jalur-jalur konsentrik electron mengelilingi nucleus, agak mirip dengan planet yang mengorbit di sekeliling matahari. Ruang berdimensi tiga tempat suatu electron menghabiskan 90% waktunya disebut orbital.

Pembentukan dan fungsi molekul bergantung pada ikatan kimia antaratom

Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen adalah (covalent bond) adalah penggunaan bersama sepasang electron valensi oleh dua atom. Mari kita lihat apa yang terjadi ketika dua atom hydrogen saling mendekat. Ingatlah bahwa hydrogen memiliki 1 elektron valensi pada kulit pertama, namun kapasitas kulit tersebut adalah 2 elektron..

Kita dapat menyingkat struktur molekul ini sebagai H – H , dengan satu garis yang mempresentasikan satu ikatan kovalen  tunggal, atau secara sederhana disebut disebut Ikatan tunggal (single bond) saja – artinya, sepasang electron yang digunakan bersama. Notasi ini yang mempresentasikan  atom maupun ikatan, disebut rumus struktur (structural formula). Kita dapat menyingkat rumus ini menjadi lebih ringkas lagi menjadi H, rumus molekul (molecular formula) yamg mengindikasikan bahwa molekul terdiri dari dua atom hydrogen.

Ikatan Ionik

Pada beberapa kasus, dua atom menarik electron valensi dengan sangat tidak setara, sehingga atom yang lebih elektromagnetif merenggut sepenuhnya suatu electron  atom dari atom mitranya. Inilah yang terjadi ketika atom natrium (₁₁Na) bertemu dengan atom klorin (₁₇Cl).

Ikatan Kimia Lemah

Pada organism, sebagian besar ikatan kimia terkuat adalah ikatan kovalen, yang menautkan atom-atom  untuk membentuk molekul-molekul sel. Namun ikatan yang lebih lemah di dalam dan di antara molekul juga sangat penting di dalam sel, dan berperan sangat besar bagi sifat  emergen kehidupan.

Ikatan Hidrogen

Ikatan hydrogen (hydrogen bond) terbentuk ketika atom hydrogen yang berikatan-kovalen dengan suatu atom elektromagnetif  juga tertarik ke atom elektromagnetif lain.

Interaksi van der Walls

Molekul dengan ikatan kovalen nonpolar dapat memiliki wilayah yang bermuatan positif dan negatif. Elektron-elektron tidak selalu terdistribusi secara simetris dalam molekul semacam itu.

Bentuk dan Fungsi Molekul

Suatu molekul memiliki ukuran dan bentuk yang khas. Bentuk tepat dari suatu molekul biasanya sangat penting bagi fungsi dalam sel hidup. Molekul yang terdiri atas dua atom, misalnya H₂ atau O₂, selalu linier, namun molekul dengan lebih rumit. Bentuk ini ditentukan oleh posisi orbital-orbital atom.

Reaksi Kimia membentuk dan memutus ikatan kimia

Pembentukan dan pemutusan ikatan kimia yang menyebabkan perubahan komposisi materi disebut  reaksi kimia (chemical reaction), salah satu contohnya adalah reaksi antara hydrogen dan oksigen yang membentuk air.

2 H₂   +  O₂    →   2 H₂O

Reaksi ini memutuskan ikatan kovalen antara H₂ dan O_2, serta membentuk ikatan baru pada H₂O. Saat kita menulis suatu reaksi kimia kita menggunakan anak panah untuk menunjukkan perubahan materi awal, disebut reaktan (reactan), menjadi produk (product). Koefisien mengidikasikan jumlah molekul yang terlibat, misalnya koefisien 2 didepan H₂ berarti bahwa reaksi itu dimulai dengan dua molekul hydrogen.