Kimia IGCSE

Segala sesuatu di sekitarmu terbuat dari partikel kecil — ini bisa berupa atom, molekul, atau ion. Teori kinetik partikel menyatakan bahwa partikel-partikel ini selalu bergerak. Seberapa dekat partikelnya, bagaimana susunannya, dan bagaimana mereka bergerak menentukan apakah suatu zat adalah padat, cair, atau gas.

Sifat yang dapat diamati

Anda tidak perlu mikroskop untuk membedakan ketiga wujud tersebut. Mereka berperilaku berbeda-beda:

• Zat padat memiliki bentuk tetap dan volume tetap. Zat padat tidak mengalir dan Anda tidak dapat memampatkannya (menyempitkannya).
• Zat cair memiliki volume tetap tetapi tidak memiliki bentuk tetap. Zat cair mengalir dan mengikuti bentuk wadahnya. Sangat sulit untuk memampatkannya.
• Gas tidak memiliki bentuk tetap dan tidak memiliki volume tetap. Gas mengalir dan menyebar untuk mengisi seluruh wadah. Gas mudah dimampatkan.

Tabel di bawah ini merangkum sifat-sifat ini. Kepadatan berarti berapa banyak massa yang terkandung dalam volume tertentu.

Gambaran partikel

Teori kinetik partikel menjelaskan sifat-sifat ini dengan melihat tiga hal: jarak antar partikel (seberapa jauh jaraknya), susunan (pola), dan gerak (bagaimana mereka bergerak).

Gaya tarik-menarik yang kuat menahan partikel bersama. Dalam zat padat, gaya-gaya ini cukup kuat untuk menahan setiap partikel di tempatnya, sehingga zat padat mempertahankan bentuknya. Dalam zat cair, gayanya lebih lemah, sehingga partikel dapat bergerak bebas. Dalam gas, partikel bergerak begitu cepat sehingga gaya-gaya tariknya hampir tidak berpengaruh sama sekali, sehingga gas menyebar.

Ketika Anda memanaskan atau mendinginkan suatu zat, ia dapat berubah dari satu wujud ke wujud lainnya. Anda harus mengetahui nama setiap perubahan tersebut.

Zat padat murni melebur pada suhu tetap tunggal, yaitu titik lebur. Zat cair murni mendidih pada suhu tetap tunggal, yaitu titik didih. Zat yang sama membeku pada titik leburnya dan mengembun pada titik didihnya.

Beberapa zat berubah langsung dari padat ke gas tanpa melebur terlebih dahulu. Ini disebut sublimasi. Di foto di bawah ini, iodin padat yang dihangatkan dalam beaker berubah langsung menjadi gas ungu; gas tersebut kemudian mendingin di atas labu bulat berisi es di atasnya dan berubah kembali menjadi padatan.

Menjelaskan perubahan wujud dengan teori partikel

Setiap perubahan wujud sebenarnya adalah perubahan pada energi partikel.

• Ketika Anda memanaskan zat padat, partikel memperoleh energi dan bergetar lebih cepat. Pada titik lebur, partikel memiliki cukup energi untuk melepaskan diri dari posisi tetap mereka dan meluncur-latar — zat padat melebur.
• Ketika Anda memanaskan zat cair, partikel bergerak lebih cepat. Pada titik didih, mereka memiliki cukup energi untuk sepenuhnya keluar dari gaya tarik-menarik dan menjadi gas.
• Pendinginan melakukan sebaliknya. Partikel kehilangan energi, bergerak lebih lambat, dan gaya tarik-menarik menarik mereka kembali bersama.

Selama perubahan wujud, energi digunakan untuk memecah gaya tarik-menarik, bukan untuk membuat partikel bergerak lebih cepat. Inilah mengapa suhu tetap konstan selama suatu zat melebur atau mendidih.

Kurva pemanasan dan pendinginan

Kurva pemanasan adalah grafik suhu terhadap waktu saat Anda memanaskan suatu zat secara terus-menerus. Kurva pendinginan adalah grafik yang sama ketika zat tersebut mendingin.

Pada kurva pemanasan terdapat dua bagian datar (horizontal):

• Bagian datar pertama berada pada titik lebur. Di sini, zat padat dan cair keduanya ada. Energi panas mematahkan gaya yang mengikat partikel padat, sehingga suhu tidak naik.
• Bagian datar kedua berada pada titik didih. Di sini, zat cair dan gas keduanya ada, dan suhu tetap konstan.

Kurva pendinginan adalah kebalikan dari kurva pemanasan. Kurva ini memiliki bagian datar pada titik didih (gas mengembun) dan bagian datar pada titik lebur (cair membeku). Saat partikel melambat, energi termal dilepaskan ke lingkungan sekitar.

Gas mendorong dinding wadahnya. Dorongan ini, yang tersebar luas di seluruh area dinding, disebut tekanan gas. Tekanan berasal dari partikel gas yang menabrak dinding.

Pengaruh suhu

Jika Anda memanaskan massa gas tertentu sementara tekanan dijaga sama, volumenya akan meningkat.

Menggunakan teori partikel: pemanasan memberikan partikel lebih banyak energi kinetik, sehingga mereka bergerak lebih cepat. Mereka menabrak dinding dengan lebih keras dan lebih sering. Untuk menjaga tekanan tetap sama, gas harus memakan ruang lebih besar, sehingga volumenya menjadi lebih besar.

Jika sebaliknya volumenya tetap (wadah kedap udara yang kaku), memanaskan gas membuat tekanannya naik, karena partikel yang bergerak lebih cepat bertumbukan dengan dinding dengan lebih keras dan lebih sering.

Efek tekanan

Jika Anda meningkatkan tekanan pada massa gas tertentu sementara suhu dijaga sama, volumenya akan berkurang. Memampatkan gas ke dalam ruang yang lebih kecil berarti partikel menabrak dinding lebih sering, yang merupakan makna dari tekanan yang lebih tinggi.

Difusi adalah penyebaran partikel dari daerah yang padat ke daerah yang jarang—yakni, dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Hal ini terjadi karena partikel selalu bergerak secara acak.

Difusi menjelaskan mengapa Anda dapat mencium bau makanan dari seberang ruangan: partikel bau bergerak dan bercampur dengan udara hingga sampai ke hidung Anda. Difusi terjadi pada gas dan cairan, tetapi tidak pada zat padat, karena partikel zat padat tidak dapat berpindah tempat.

Laju difusi dan massa molekul

Partikel gas yang lebih ringan bergerak lebih cepat daripada yang lebih berat pada suhu yang sama. Jadi, gas dengan massa molekul relatif yang lebih kecil (massa per molekul lebih sedikit) memiliki laju difusi yang lebih cepat.

Eksperimen klasik menunjukkan hal ini. Kapas yang direndam dalam amonia ($\text{NH}_3$) diletakkan di salah satu ujung tabung kaca panjang. Kapas yang direndam dalam hidrogen klorida ($\text{HCl}$) diletakkan di ujung lainnya. Kedua gas berdifusi sepanjang tabung dan bertemu membentuk cincin putih amonium klorida ($\text{NH}_4\text{Cl}$).

Amonia memiliki $M_r = 17$ dan hidrogen klorida memiliki $M_r = 36.5$. Amonia lebih ringan, jadi ia berdifusi lebih cepat dan menempuh jarak lebih jauh di sepanjang tabung. Cincin putih terbentuk lebih dekat ke ujung hidrogen klorida.

Contoh kerja. Bromin ($M_r = 160$) dan amonia ($M_r = 17$) dilepaskan secara bersamaan dari ujung berlawanan tabung panjang. Mana yang menempuh jarak lebih jauh sebelum mereka bertemu? Bandingkan massa molekul relatifnya. Massa molekul relatif $M_r$ amonia jauh lebih kecil, sehingga molekulnya bergerak lebih cepat pada suhu yang sama dan berdifusi lebih cepat. Oleh karena itu, amonia menempuh jarak yang lebih besar, dan kedua gas bertemu lebih dekat ke ujung bromin. Aturannya selalu "lebih ringan berarti lebih cepat" - berikan argumen berdasarkan $M_r$, jangan berdasarkan seberapa besar rumus terlihat di kertas.

• Selama peleburan dan penguapan suhu tetap konstan (bagian datar pada kurva pemanasan), karena energi mematahkan gaya antarpartikel alih-alih membuatnya bergerak lebih cepat.
• Penguapan hanya terjadi di permukaan dan pada suhu apa pun; mendidih terjadi di seluruh cairan pada satu suhu tetap.
• Jelaskan perilaku gas dengan teori partikel: memanaskan gas pada volume tetap menaikkan tekanan karena partikel menabrak dinding dengan lebih keras dan lebih sering — partikel itu sendiri tidak membesar.
• Difusi lebih cepat untuk partikel yang lebih ringan ($M_r$ yang lebih kecil) dan tidak dapat terjadi pada zat padat. Dalam tabung amonia/hidrogen klorida, amonia yang lebih ringan menempuh jarak lebih jauh, sehingga cincin putih terbentuk lebih dekat ke ujung HCl.

Sebuah rumus menunjukkan atom apa saja yang ada dalam suatu zat, dan berapa banyak masing-masingnya. Ada dua jenis rumus yang harus Anda ketahui.

• Rumus molekul adalah jumlah sebenarnya dari setiap atom dalam satu molekul. Untuk glukosa adalah $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$.
• Rumus empiris adalah rasio bilangan bulat paling sederhana dari atom atau ion dalam senyawa. Untuk glukosa adalah $\text{CH}_2\text{O}$.

Menentukan sebuah rumus

Jika Anda diberikan model atau diagram, cukup hitung jumlah atom setiap elemen dan tuliskan sebagai rumus.

Untuk senyawa ionik, Anda dapat menentukan rumusnya dari muatan pada ion-ionnya. Total muatan positif harus menyeimbangkan total muatan negatif, karena senyawa tersebut tidak memiliki muatan keseluruhan. Beberapa ion umum:

Sebagai contoh, $\text{Na}^{+}$ dan $\text{O}^{2-}$: Anda membutuhkan dua $\text{Na}^{+}$ untuk menyeimbangkan satu $\text{O}^{2-}$, jadi rumusnya adalah $\text{Na}_2\text{O}$.

Sebuah persamaan menunjukkan bagaimana reaktan (zat awal) berubah menjadi produk (zat yang terbentuk).

• Persamaan kata menggunakan nama: magnesium + oksigen → magnesium oksida.
• Persamaan simbol menggunakan rumus dan harus disetarakan — jumlah atom yang sama di kedua sisi.

Anda menambahkan simbol keadaan dalam kurung untuk menunjukkan wujud fisik: $(s)$ padat, $(l)$ cair, $(g)$ gas, dan $(aq)$ untuk larutan air (terlarut dalam air).

Persamaan ionik

Sebuah persamaan ionik hanya menampilkan ion-ion yang benar-benar berubah. Ion yang sama di kedua sisi disebut ion penonton dan dihilangkan. Sebagai contoh, ketika asam bereaksi dengan basa:

Massa atom relatif ($A_r$) dari sebuah unsur adalah rata-rata massa atom-atomnya dibandingkan dengan $\tfrac{1}{12}$ dari massa satu $^{12}\text{C}$ atom.

Massa molekul relatif ($M_r$) adalah jumlah dari massa atom relatif dari semua atom dalam molekul tersebut. Untuk senyawa ionik kita menggunakan massa rumus relatif, ditemukan dengan cara yang sama dari rumusnya.

Massa bereaksi melalui perbandingan sederhana

Terkadang Anda dapat menemukan massa bereaksi tanpa menggunakan mol. Jika 24 g magnesium menghasilkan 40 g magnesium oksida, maka 12 g magnesium (setengahnya) menghasilkan 20 g magnesium oksida.

Mol (simbol mol) adalah satuan untuk jumlah zat. Satu mol dari zat apa pun mengandung $6.02 \times 10^{23}$ partikel (atom, ion atau molekul). Angka ini disebut konstanta Avogadro.

Massa molar adalah massa satu mol, dalam gram per mol (g/mol). Angkanya sama dengan $A_r$ atau $M_r$. Hubungan utamanya adalah:

Contoh terpecahkan. Berapa banyak mol dalam 36 g air? Massa molar air $= 18$ g/mol.

Untuk mencari jumlah partikel, kalikan mol dengan konstanta Avogadro.

Volume gas

Pada suhu dan tekanan ruang (r.t.p.), satu mol dari gas apa pun menempati volume yang sama. Volume molar gas ini adalah $24 \text{ dm}^3$.

Contoh terpecahkan. Volume berapakah yang ditempati $0.25$ mol karbon dioksida pada r.t.p.?

Konsentrasi larutan

Konsentrasi dari sebuah larutan dapat dinyatakan dalam $\text{g/dm}^3$ atau dalam $\text{mol/dm}^3$.

Ingatlah untuk mengonversi volume: $1 \text{ dm}^3 = 1000 \text{ cm}^3$, jadi bagilah volume dalam $\text{cm}^3$ dengan 1000.

Sebagian besar perhitungan mengikuti langkah yang sama: ubah jumlah yang diketahui menjadi mole, gunakan persamaan setara untuk mencari mole zat yang diinginkan, lalu ubah kembali ke dalam massa, volume, atau konsentrasi.

Contoh terpecahkan. Berapa massa magnesium oksida yang terbentuk ketika 12 g magnesium terbakar sepenuhnya? $2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$. ($A_r$: Mg $= 24$, O $= 16$.)

Mole Mg $= 12 / 24 = 0.5$ mol. Rasio Mg : MgO adalah $1 : 1$, sehingga $0.5$ mol MgO terbentuk. Massa molar-nya adalah $24 + 16 = 40$ g/mol, jadi massanya adalah $0.5 \times 40 = 20$ g — jawaban yang sama dengan metode proporsi sederhana di atas.

Reaktan pembatas

Ketika dua reaktan dicampur, seringkali salah satunya habis lebih dulu. Ini disebut reaktan pembatas. Ia menentukan berapa banyak produk yang dapat terbentuk; reaktan lainnya ada dalam keadaan berlebih (tersisa).

Contoh terpecahkan. 8 g hidrogen bereaksi dengan 8 g oksigen: $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$. Manakah reaktan pembatas, dan berapa massa air yang terbentuk? ($A_r$: H $= 1$, O $= 16$.)

Mol dari $\text{H}_2 = 8 / 2 = 4$ mol; mol dari $\text{O}_2 = 8 / 32 = 0.25$ mol. Persamaan memerlukan $2\text{H}_2$ untuk setiap satu $\text{O}_2$, sehingga $0.25$ mol dari $\text{O}_2$ bereaksi dengan hanya $0.5$ mol dari $\text{H}_2$. Ada lebih banyak hidrogen daripada itu, jadi oksigen adalah pereaksi pembatas dan hidrogen berlebih. Oksigen menghasilkan $2 \times 0.25 = 0.5$ mol air, sehingga massanya adalah $0.5 \times 18 = 9$ g. Selalu kerjakan dalam mol, bukan massa—pereaksi dengan massa terkecil tidak selalu yang habis bereaksi.

Perhitungan titrasi

Dalam titrasi, Anda mengukur volume satu larutan yang bereaksi dengan larutan lain. Dari volume dan konsentrasi, Anda menemukan mole satu zat terlarut, lalu gunakan rasio persamaan untuk mencari mole, konsentrasi, atau volume yang lain.

Contoh terpecahkan. $25.0 \text{ cm}^3$ larutan natrium hidroksida dinetralkan sepenuhnya oleh $20.0 \text{ cm}^3$ $0.10 \text{ mol/dm}^3$ asam klorida. $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$. Temukan konsentrasi natrium hidroksida.

Mole HCl $= 0.10 \times \dfrac{20.0}{1000} = 0.0020$ mol. Rasionya $1 : 1$, jadi terdapat $0.0020$ mol NaOH dalam $25.0 \text{ cm}^3$:

Rumus empiris dan molekul dari data

Untuk menemukan rumus empiris dari massa atau persentase:

1. Bagi massa (atau %) setiap unsur dengan $A_r$-nya.
2. Bagi semua jawaban dengan yang terkecil untuk mendapatkan rasio paling sederhana.

Untuk menemukan rumus molekul, bandingkan massa rumus empiris dengan $M_r$ yang sebenarnya dan kalikan ke atas.

Contoh terpecahkan. Suatu senyawa mengandung $40\%$ kalsium, $12\%$ karbon, dan $48\%$ oksigen secara massa. Temukan rumus empirisnya. ($A_r$: Ca $= 40$, C $= 12$, O $= 16$.)

Bagi setiap persentase dengan $A_r$-nya: Ca $= 40/40 = 1$, C $= 12/12 = 1$, O $= 48/16 = 3$. Rasionya $1 : 1 : 3$, jadi rumus empirisnya adalah $\text{CaCO}_3$.

Persentase

• Persentase hasil membandingkan seberapa banyak produk yang Anda dapatkan sebenarnya dengan yang paling banyak bisa Anda dapatkan: $\dfrac{\text{actual}}{\text{theoretical}} \times 100$.
• Komposisi persentase massa suatu unsur $= \dfrac{\text{mass of the element}}{M_r} \times 100$.
• Kemurnian persentase $= \dfrac{\text{mass of pure substance}}{\text{mass of impure sample}} \times 100$.

Contoh terpecahkan. Temukan persentase massa nitrogen dalam amonium nitrat, $\text{NH}_4\text{NO}_3$. ($A_r$: N $= 14$, H $= 1$, O $= 16$.)

$M_r = (2 \times 14) + (4 \times 1) + (3 \times 16) = 80$. Massa nitrogen adalah $2 \times 14 = 28$, jadi

Contoh terpecahkan. Sebuah reaksi dapat menghasilkan maksimal 5,0 g produk, tetapi hanya 4,0 g yang terkumpul sebenarnya. Temukan persentase hasil.

Beberapa produk selalu hilang — tertinggal dalam peralatan, atau digunakan dalam reaksi sampingan — jadi hasil hampir tidak pernah $100\%$.

Contoh terpecahkan. Sampel 50 g kalsium karbonat yang tidak murni mengandung 45 g kalsium karbonat murni. Temukan kemurnian persentasenya.

• Selalu ubah massa, volume gas, dan konsentrasi menjadi mole terlebih dahulu, gunakan rasio persamaan setara, lalu konversi kembali. Jangan pernah membandingkan massa secara langsung melintasi persamaan.
• Rumus kunci: $n = \dfrac{\text{mass}}{M_r}$, volume gas $= n \times 24\ \text{dm}^3$ pada s.r.t., dan konsentrasi $= \dfrac{n}{\text{volume in dm}^3}$. Ubah cm³ ke dm³ dengan membagi 1000.
• Untuk menyetarakan persamaan simbol, Anda hanya boleh mengubah angka besar di depan rumus, never subskrip kecil di dalamnya.
• Reaktan pembatas adalah yang habis (jumlah mole terkecil setelah memperhitungkan rasio); ia menentukan berapa banyak produk yang terbentuk. Reaktan lainnya berlebih.
• Persentase hasil = aktual ÷ teoritis × 100; kemurnian persentase = massa zat murni ÷ massa sampel × 100. Keduanya selalu 100% atau kurang.

Elektrolisis adalah penguraian (dekomposisi) dari senyawa ionik — ketika ia meleleh atau dalam larutan akuatik — dengan mengalirkan arus listrik melewatinya.

Ini hanya bekerja ketika zat tersebut meleleh atau dilarutkan, karena saat itu ion-nya bebas bergerak dan membawa muatan. Senyawa ionik padat tidak dapat dielektrolisis karena ion-ionnya terkunci di tempat.

Sel elektrolitik

Rangkaian ini disebut sel elektrolitik. Dua elektroda (konduktor padat) dicelupkan ke dalam elektrolit — zat cair lebur atau larutan yang sedang diuraikan.

• Anoda adalah elektroda positif ($+$).
• Katoda adalah elektroda negatif ($-$).

Elektroda sering bersifat inert (tidak bereaksi), seperti platinum atau karbon/grafit.

Apa yang terbentuk di setiap elektroda

Ada aturan sederhana:

• Logam atau hidrogen terbentuk di katoda.
• Non-logam (selain hidrogen) terbentuk di anoda.

Untuk larutan akuatik, produknya dapat bergantung pada apakah larutannya encer atau pekat. Berikut tiga contoh Inti:

Contoh terpecah. Ramalkan produk dari elektrolisis zink klorida cair lebur, $\text{ZnCl}_2$. Karena bersifat cair lebur, hanya ion zink dan ion klorida yang ada - tidak ada air yang memperumit situasi. Zink adalah logam, sehingga ia terbentuk di katoda: $\text{Zn}^{2+}$ ion mendapatkan elektron dan zink berwarna perak muncul. Klorin adalah non-logam, sehingga ia terbentuk di anoda: gas klorin hijau pucat keluar sebagai gelembung. Selalu periksa wujud zat terlebih dahulu. Senyawa cair lebur sekadar memberikan dua elemen aslinya, sementara senyawa akuatik引入 air ke dalam kompetisi - itulah sebabnya larutan natrium klorida pekat menghasilkan hidrogen di katoda alih-alih natrium.

Bagaimana muatan bergerak

Selama elektrolisis:

• Elektron bergerak melalui kabel (sirkuit eksternal) dari sumber daya.
• Di katoda, ion positif mendapatkan elektron. Mendapatkan elektron adalah reduksi.
• Di anoda, ion negatif melepaskan elektron. Melepaskan elektron adalah oksidasi.
• Di dalam elektrolit, ion-ion bergerak: ion positif menuju katoda dan ion negatif menuju anoda.

Anda dapat menuliskan persamaan separuh untuk setiap elektroda. Untuk timbal(II) bromida cair lebur:

Elektrolisis tembaga(II) sulfat

Produk di anoda bergantung pada jenis elektroda:

• Dengan elektroda karbon inert: tembaga terbentuk di katoda dan oksigen terbentuk di anoda. Warna biru larutan perlahan memudar saat tembaga terhapus.
• Dengan elektroda tembaga: tembaga terbentuk di katoda, sementara anoda itu sendiri melarut ke dalam larutan. Warna biru tetap sama. Ini digunakan untuk memurnikan tembaga.

Pelapisan listrik

Pelapisan listrik berarti menutupi benda logam dengan lapisan tipis logam lain. Hal ini meningkatkan penampilannya dan ketahanannya terhadap korosi (berkarat dan aus).

Untuk melakukan pelapisan listrik pada suatu benda:

• benda yang akan dilapisi dijadikan katoda;
• logam pelapis dijadikan anoda;
• elektrolit adalah larutan yang mengandung ion dari logam pelapis.

Sebuah sel bahan bakar menggunakan hidrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik secara langsung. Satu-satunya produk kimia adalah air.

*Sel bahan bakar hidrogen-oksigen mengubah energi kimia langsung menjadi listrik, dengan air sebagai satu-satunya produk

Berguna untuk membandingkan sel bahan bakar dengan mesin bensin (petrol) biasa pada kendaraan.

Keuntungan sel bahan bakar: satu-satunya produk adalah air, sehingga tidak mencemari udara, dan mengubah energi kimia menjadi listrik secara efisien. Kerugian: hidrogen sulit disimpan dan ditransportasikan dengan aman, serta produksi hidrogen masih bisa menggunakan energi dari bahan bakar fosil.

• Di katoda (negatif) Anda mendapat logam atau hidrogen; di anoda (positif) Anda mendapat non-logam. Ion positif bergerak ke katoda, ion negatif ke anoda.
• Senyawa cairan hanya menghasilkan dua unsurnya. Larutan berair dapat menghasilkan sesuatu yang berbeda (natrium klorida pekat menghasilkan hidrogen dan klorin, bukan natrium).
• Reduksi adalah penerimaan elektron (di katode); oksidasi adalah pelepasan elektron (di anode). Ingat OIL RIG.
• Dalam persamaan setengah, atom dan muatan harus seimbang, dengan elektron di sisi yang benar: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (katode).
• Untuk melapis elektro, buat objek sebagai katode, buat logam pelapis sebagai anode, dan gunakan larutan yang mengandung ion dari logam pelapis tersebut.

Dalam setiap reaksi kimia, energi ditransfer. Reaksinya bisa eksotermik atau endotermik, tergantung pada arah perpindahan energinya.

• Reaksi eksotermik memancarkan energi termal ke lingkungan sekitar. Jadi suhu lingkungan sekitar menjadi naik.
• Reaksi endotermik menyerap energi termal dari lingkungan sekitar. Jadi suhu lingkungan sekitar menjadi turun.

Contoh reaksi eksotermik adalah kombusi (pembakaran bahan bakar) dan netralisasi (asam bereaksi dengan basa). Contoh reaksi endotermik adalah dekomposisi termal senyawa (memecahnya menggunakan panas).

Jumlah energi termal yang ditransfer dalam suatu reaksi disebut perubahan entalpi. Ditulis sebagai $\Delta H$ dan memiliki tanda-tanda berikut:

• $\Delta H$ negatif untuk reaksi eksotermik, karena energi keluar dari zat kimia.
• $\Delta H$ positif untuk reaksi endotermik, karena energi diserap masuk.

Partikel tidak selalu bereaksi setiap kali mereka bertemu. Energi aktivasi ($E_a$) adalah jumlah energi terkecil yang harus dimiliki partikel bertabrakan sebelum mereka dapat bereaksi. Ini seperti bukit yang harus dilalui partikel sebelum reaksi terjadi.

Sebuah diagram jalur reaksi menunjukkan bagaimana energi berubah saat reaksi berlangsung. Energi ada pada sumbu vertikal, dan kemajuan reaksi ada pada sumbu horizontal.

• Garis dimulai dari tingkat energi reaktan.
• Garis naik melewati 'bukit' — tinggi bukit ini adalah energi aktivasi $E_a$.
• Kemudian garis turun atau naik menuju tingkat energi produk.
• Jarak antara tingkat reaktan dan tingkat produk adalah perubahan entalpi $\Delta H$.

Untuk reaksi eksotermik, produk berada lebih rendah daripada reaktan, sehingga energi dilepaskan dan $\Delta H$ bernilai negatif.

Untuk reaksi endotermik, produk berada lebih tinggi daripada reaktan, sehingga energi diserap dan $\Delta H$ bernilai positif.

Suatu reaksi melibatkan pemutusan ikatan pada reaktan dan pembentukan ikatan baru pada produk.

• Pemutusan ikatan menyerap energi, jadi itu adalah langkah endotermik.
• Pembentukan ikatan memancarkan energi, jadi itu adalah langkah eksotermik.

Energi ikatan adalah energi yang dibutuhkan untuk memutus satu mol ikatan tertentu. Anda dapat menggunakan energi ikatan untuk menemukan perubahan entalpi:

Jika lebih banyak energi dilepaskan saat membentuk ikatan dibandingkan yang diserap saat memutus ikatan, reaksi bersifat eksotermik ($\Delta H$ negatif). Jika lebih sedikit energi yang dilepaskan, maka bersifat endotermik ($\Delta H$ positif).

Contoh dikerjakan

Untuk reaksi $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$, gunakan energi ikatan berikut (dalam kJ/mol): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.

Ikatan putus: satu H–H dan satu Cl–Cl $= 436 + 242 = 678$.

Ikatan terbentuk: dua H–Cl $= 2 \times 431 = 862$.

Jawabannya negatif, jadi reaksi ini bersifat eksotermik.

• Eksotermik melepaskan panas, sehingga lingkungan menghangat dan $\Delta H$ bernilai negatif; endotermik menyerap panas, sehingga lingkungan mendingin dan $\Delta H$ bernilai positif.
• Pemutusan ikatan menyerap energi (endotermik); pembentukan ikatan melepaskan energi (eksotermik). Gunakan $\Delta H = (\text{energy to break bonds}) - (\text{energy released making bonds})$.
• Jika lebih banyak energi dilepaskan saat membentuk ikatan daripada yang digunakan saat memutusnya, reaksi bersifat eksotermik. Selalu periksa tanda jawaban akhir Anda.
• Pada diagram jalur reaksi, reaksi eksotermik berakhir lebih rendah dari titik awalnya; reaksi endotermik berakhir lebih tinggi. Tinggi bukitnya adalah energi aktivasi.

Perubahan fisik tidak membentuk zat baru. Zat tersebut hanya mengubah wujud atau bentuknya, dan perubahan biasanya dapat dibalik. Es mencair dan gula melar adalah perubahan fisik.

Perubahan kimia (reaksi kimia) menghasilkan satu atau lebih zat baru dan biasanya sulit dibalik. Tanda-tanda perubahan kimia meliputi perubahan warna, pelepasan gas, perubahan energi, atau terbentuknya endapan (zat padat).

Laju reaksi menunjukkan seberapa cepat reaktan berubah menjadi produk.

Teori tumbukan

Teori tumbukan menjelaskan apa yang mengendalikan laju. Agar reaksi terjadi, partikel harus bertumbukan, dan mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup. Energi minimum yang dibutuhkan adalah energi aktivasi ($E_a$). Laju yang lebih cepat terjadi ketika partikel memiliki tumbukan sukses lebih sering.

Faktor yang mengubah laju

Katalisator

Katalisator mempercepat reaksi tetapi tidak habis terpakai — ia tetap tidak berubah pada akhir reaksi. Cara kerjanya adalah dengan menurunkan energi aktivasi. Enzim adalah katalisator biologis (katalisator yang bekerja pada makhluk hidup).

Mengukur laju

Anda dapat mengikuti reaksi dari waktu ke waktu melalui cara-cara berikut:

• Perubahan massa: letakkan labu di atas neraca. Jika gas keluar, massanya turun. Catat massa pada interval waktu tertentu.
• Volume gas: kumpulkan gas dalam siriing gas dan bacalah volumenya pada interval waktu tertentu.
• Pembentukan endapan: pada reaksi yang menjadi keruh, hitung berapa lama waktu yang dibutuhkan hingga tanda di bawah labu menghilang.

Pada grafik produk terhadap waktu, garis paling curam di awal (laju tercepat), menjadi kurang curam seiring reaktan habis, dan menjadi datar ketika reaksi selesai.

Beberapa reaksi bersifat reversibel: produk dapat bereaksi membentuk reaktan kembali. Kita menuliskannya dengan simbol $\rightleftharpoons$.

Mengubah arah

Contoh yang jelas menggunakan senyawa terhidrasi dan anhidrat:

• Biru sulfat tembaga(II) terhidrasi, ketika dipanaskan, kehilangan airnya menjadi sulfat tembaga(II) anhidrat berwarna putih. Penambahan air membuatnya biru lagi.
• Merah muda kobalt(II) klorida terhidrasi kehilangan air saat dipanaskan menjadi kobalt(II) klorida anhidrat berwarna biru. Penambahan air membuatnya merah muda lagi.

Menambahkan air pada padatan anhidrat (dan melihat warna kembali muncul) digunakan sebagai uji untuk air.

Keseimbangan

Dalam sistem tertutup (di mana tidak ada yang masuk atau keluar), reaksi reversibel mencapai kesetimbangan ketika:

• laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik, dan
• konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah.

Menggeser posisi kesetimbangan

Posisi kesetimbangan menunjukkan apakah ada lebih banyak reaktan atau lebih banyak produk. Anda dapat menggesernya:

• Suhu: pemanasan menggeser kesetimbangan ke arah yang menyerap panas (arah endoterm; pendinginan menggesernya ke arah yang melepaskan panas (arah eksotherm).
• Tekanan (gas): tekanan lebih tinggi menggeser kesetimbangan ke sisi dengan jumlah molekul gas yang lebih sedikit.
• Konsentrasi: menambahkan lebih banyak suatu zat menggeser kesetimbangan ke sisi lain untuk menghabiskannya.
• Katalisator tidak menggeser posisi kesetimbangan. Ia hanya membantu reaksi mencapai kesetimbangan lebih cepat.

Proses Haber

Proses Haber membuat amonia:

• Hidrogen berasal dari metana (gas alam); nitrogen berasal dari udara.
• Kondisi tipikal: suhu $450\,{}^{\circ}\text{C}$, tekanan sekitar $200$ atm ($20\,000$ kPa), dan katalisator besi.

Proses Kontak

Proses Kontak mengubah sulfur dioksida menjadi sulfur triksida:

• Sulfur dioksida berasal dari pembakaran sulfur (atau penyangkupan bijih sulfida); oksigen berasal dari udara.
• Kondisi tipikal: suhu $450\,{}^{\circ}\text{C}$, tekanan sekitar $2$ atm ($200$ kPa), dan katalis vanadium(V) oksida.

Mengapa kondisi ini dipilih

Kondisi tersebut merupakan kompromi:

• Tekanan yang lebih tinggi akan menghasilkan lebih banyak produk, tetapi tekanan yang sangat tinggi berbahaya dan mahal, sehingga digunakan tekanan sedang.
• Suhu yang lebih rendah akan menghasilkan lebih banyak produk (kedua reaksi maju bersifat eksoterm), tetapi reaksi akan terlalu lambat, sehingga digunakan suhu yang cukup tinggi untuk mempertahankan laju yang baik.
• Katalis mempercepat reaksi tanpa mengubah posisi kesetimbangan, yang menurunkan biaya.

Oksidasi dan reduksi selalu terjadi secara bersamaan dalam apa yang disebut reaksi redoks. ('Redoks' adalah singkatan dari reduksi–oksidasi.)

Terdapat tiga cara untuk mendeskripsikan oksidasi dan reduksi:

• Oksigen: oksidasi adalah perolehan oksigen; reduksi adalah pelepasan oksigen.
• Elektron: oksidasi adalah pelepasan elektron; reduksi adalah perolehan elektron.
• Bilangan oksidasi: dalam oksidasi bilangan oksidasi naik; dalam reduksi bilangan oksidasi turun.

Alat bantu hafalan yang berguna adalah OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain — terhadap elektron.

Aturan bilangan oksidasi

Bilangan oksidasi ditunjukkan dengan angka Romawi, seperti pada besi(II) dan besi(III). Aturan-aturannya adalah:

• Unsur yang tidak berikatan memiliki bilangan oksidasi $0$.
• Ion atom tunggal memiliki bilangan oksidasi sama dengan muatannya (sehingga $\text{Na}^{+}$ adalah $+1$).
• Bilangan oksidasi dalam suatu senyawa jika dijumlahkan hasilnya $0$.
• Bilangan oksidasi dalam ion berjumlah sesuai dengan muatan ion tersebut.

Contoh kerja. Temukan bilangan oksidasi mangan dalam ion manganat(VII), $\text{MnO}_4^{-}$. Setiap oksigen bernilai $-2$, dan ada empat di antaranya, menghasilkan $4 \times (-2) = -8$. Bilangan oksidasi dalam sebuah ion harus berjumlah sesuai dengan muatan ion, yang di sini adalah $-1$. Jadi jika mangan bernilai $x$, maka $x + (-8) = -1$, menghasilkan $x = +7$ - persis seperti yang dikatakan oleh (VII) dalam namanya. Tetapkan totalnya pada muatan ion, bukan nol: nol hanya berlaku untuk senyawa netral.

Zat pengoksidasi dan zat pereduksi

• Zat pengoksidasi mengoksidasi zat lain, dan sendiri tereduksi.
• Zat pereduksi mereduksi zat lain, dan sendiri teroksidasi.

Beberapa reaksi redoks menunjukkan perubahan warna yang jelas:

• Kalium manganat(VII) yang diasamkan berwarna ungu. Saat bertindak sebagai zat pengoksidasi, ia tereduksi, dan warna ungunya memudar menjadi tak berwarna.
• Kalium iodida tak berwarna. Saat teroksidasi, iodin berwarna merah-coklat terbentuk.

• Jelaskan laju yang lebih cepat dengan teori tumbukan: tumbukan sukses terjadi lebih sering. Konsentrasi, tekanan, dan luas permukaan semuanya meningkatkan frekuensi partikel bertumbukan; suhu yang lebih tinggi melakukan hal itu dan memberikan lebih banyak partikel energi yang cukup.
• Katalis menurunkan energi aktivasi dan mempercepat reaksi, tetapi tidak habis dan tidak mengubah $\Delta H$ atau posisi kesetimbangan.
• Pada kesetimbangan, laju maju dan mundur sama dan konsentrasi berhenti berubah — ini tidak berarti jumlah reaktan dan produk sama.
• Gunakan prinsip Le Chatelier: menaikkan suhu menguntungkan arah endotermik; menaikkan tekanan menguntungkan sisi dengan lebih sedikit molekul gas; menambahkan suatu zat menggeser kesetimbangan menjauh darinya.
• Redoks — OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain of electrons. Mereka selalu terjadi bersama, dan zat pengoksidasi sendiri tereduksi.

Sebuah asam adalah zat yang membentuk ion hidrogen ($\text{H}^{+}$) ketika dilarutkan dalam air. Asam memiliki tiga reaksi tipikal:

• dengan logam: asam + logam → garam + hidrogen
• dengan basa: asam + basa → garam + air (ini adalah netralisasi)
• dengan karbonat: asam + karbonat → garam + air + karbon dioksida

Mendeskripsikan apa yang Anda lihat

Menamakan produk hanyalah separuh dari yang diminta ujian. "Nyatakan observasinya" meminta apa yang akan Anda lihat dengan mata, dan membawa nilainya sendiri - jadi pelajari kata-katanya:

Jadi untuk magnesium yang ditambahkan ke asam klorida, jawaban lengkapnya adalah: efervensensi, dan padatan larut (dan tabung menjadi hangat). Untuk tembaga(II) oksida yang ditambahkan ke asam sulfat hangat: padatan hitam larut dan larutan menjadi biru.

Dua aturan dapat menyelamatkan sebagian besar nilai yang hilang. Jangan pernah menulis "hidrogen dilepaskan" sebagai pengamatan — Anda tidak dapat melihat hidrogen, Anda hanya dapat melihat gelembungnya, jadi tulis berbusa. Dan jangan tulis nama yang tidak dapat Anda lihat: "garam terbentuk" adalah kesimpulan, bukan pengamatan.

Indikator

Sebuah indikator adalah pewarna yang berubah warna untuk menunjukkan apakah suatu larutan bersifat asam atau basa.

Larutan asam dalam air mengandung ion hidrogen ($\text{H}^{+}$). Larutan basa dalam air mengandung ion hidroksida ($\text{OH}^{-}$).

Basa adalah oksida atau hidroksida dari logam. Sebuah alkali adalah basa yang larut dalam air (basa yang larut).

Basa memiliki dua reaksi khas:

• dengan asam: basa + asam → garam + air (netralisasi lagi)
• dengan garam amonium: ini melepaskan gas amonia.

Asam adalah donor proton — ia melepaskan ion $\text{H}^{+}$ (ion hidrogen hanyalah proton). Basa adalah penangkap proton.

Seberapa kuat suatu asam bergantung pada seberapa banyak yang terurai menjadi ion dalam air:

• Asam kuat sepenuhnya terdisosiasi (sepenuhnya terurai menjadi ion) dalam air. Asam klorida adalah kuat:

• Asam lemah hanya terdisosiasi sebagian. Asam etanoat adalah lemah, sehingga persamaan menggunakan panah reversibel:

Catatan: 'kuat' dan 'lemah' berkaitan dengan disosiasi, bukan tentang encer atau pekat.

Skala pH berjalan dari 0 hingga 14 dan memberi tahu Anda seberapa asam atau basa suatu larutan. Konsentrasi ion hidrogen yang lebih tinggi berarti pH yang lebih rendah.

Anda dapat menemukan pH menggunakan indikator universal, yang mengubah warna berbeda:

Ketika asam dan basa bereaksi, ion $\text{H}^{+}$ dan $\text{OH}^{-}$ bergabung untuk membuat air:

Oksida dapat dikategorikan berdasarkan perilakunya:

• Oksida asam adalah oksida non-logam, seperti $\text{SO}_2$ dan $\text{CO}_2$.
• Oksida basa adalah oksida logam, seperti $\text{CuO}$ dan $\text{CaO}$.
• Oksida amfoter bereaksi dengan baik asam maupun basa untuk menghasilkan garam dan air. $\text{Al}_2\text{O}_3$ dan $\text{ZnO}$ bersifat amfoter.

Jadi oksida logam cenderung bersifat basa dan oksida non-logam cenderung bersifat asam.

Apakah suatu garam dapat dibuat dengan metode tertentu tergantung pada apakah itu larut (melarut) atau tidak larut (tidak melarut).

Aturan kelarutan

Membuat garam larut

Reaksikan asam dengan salah satu dari ini:

• sebuah alkali, menggunakan titrasi (karena keduanya adalah larutan, Anda harus mengukur volume yang tepat);
• kelebihan logam, basa tidak larut, atau karbonat tidak larut.

Ketika Anda menggunakan kelebihan zat padat, kemudian saring untuk menghilangkan sisa padat. Terakhir Anda uapkan sebagian air dan biarkan larutan meng kristal untuk mendapatkan garam.

Contoh terpecahkan. Metode apa yang akan Anda gunakan untuk mempersiapkan (a) tembaga(II) sulfat dan (b) barium sulfat? Periksa aturan kelarutan terlebih dahulu. (a) Tembaga(II) sulfat larut (hanya sulfat barium, kalsium, dan timbal yang tidak larut), jadi buatlah dari padatan tak larut dan asam: tambahkan berlebih oksida tembaga(II) ke dalam asam sulfat encer hangat, saring sisa padatan, lalu uapkan sebagian air dan kristalkan. (b) Barium sulfat tidak larut, jadi buatlah melalui pengendapan: campurkan dua larutan yang masing-masing membawa salah satu ion yang diperlukan, kemudian saring, bilas, dan keringkan padatan tersebut. Kelarutan garam yang Anda inginkan adalah penentu metode - konsultasikan aturan sebelum memilih.

Pembuatan garam tak larut

Garam tak larut dibuat melalui pengendapan: campurkan dua larutan yang masing-masing mengandung salah satu ion yang diperlukan, dan garam tak larut terbentuk sebagai padatan. Anda kemudian menyaring, membilas, dan mengeringkannya.

Air dalam garam

• Zat terhidrasi secara kimia terikat dengan air.
• Zat anhidrat tidak mengandung air.

Molekul air di dalam kristal terhidrasi disebut air kristalisasi. Misalnya, $\text{CuSO}_4 \bullet 5\text{H}_2\text{O}$ memiliki lima molekul air untuk setiap satuan rumus.

• Hafalkan tiga reaksi asam: asam + logam → garam + hidrogen; asam + basa → garam + air (penetralan); asam + karbonat → garam + air + karbon dioksida.
• Kuat dan lemah menggambarkan seberapa banyak asam terurai menjadi ion (disosiasi), bukan seberapa pekat konsentrasinya. Asam kuat terurai sepenuhnya; asam lemah hanya sebagian.
• pH yang lebih rendah berarti konsentrasi ion hidrogen yang lebih tinggi. pH 7 bersifat netral, di bawah 7 bersifat asam, di atas 7 bersifat basa.
• Pilih metode garam berdasarkan kelarutan: garam larut dibuat dari asam + padatan berlebih (kemudian saring, uapkan, kristalkan), atau melalui titrasi dengan alkali; garam tak larut dibuat melalui pengendapan (campur dua larutan, kemudian saring).
• Hafalkan aturan kelarutan — semua garam natrium, kalium, amonium, dan nitrat adalah larut.

Sifat fisika

Logam dan non-logam bertingkah laku sangat berbeza:

Sifat kimia

Logam bereaksi dalam tiga cara utama:

• dengan asid encem → garam + hidrogen
• dengan air sejuk atau wap → hidroksida logam (atau oksida) + hidrogen
• dengan oksigen → oksida logam

Logam dipilih untuk suatu kerja kerana sifat fizikalnya.

• Aluminium digunakan untuk membuat pesawat kerana ketumpatannya yang rendah (ia ringan).
• Aluminium digunakan untuk kabel elektrik udara kerana ketumpatan rendah dan konduktiviti elektrik yang baik.
• Aluminium digunakan untuk bekas makanan kerana ia tahan pengoksidaan.
• Tembaga digunakan untuk pendawaian elektrik kerana konduktiviti elektrik yang baik dan keultraiannya (ia boleh ditarik menjadi dawai).

Aloi adalah campuran logam dengan satu atau lebih elemen lain.

• Kuningan adalah campuran tembaga dan zink.
• Keluli tahan karat adalah campuran besi dengan elemen lain seperti kromium, nikel dan karbon.

Aloi biasanya lebih keras dan kuat berbanding logam tulen, yang menjadikannya lebih berguna. Sebagai contoh, keluli tahan karat digunakan untuk peralatan makan kerana ia keras dan tidak berkarat.

Mengapa paduan lebih keras. Dalam logam murni, atom semuanya berukuran sama, sehingga lapisan dapat meluncur satu sama lain dengan mudah. Dalam paduan, atom-atom yang berbeda ukurannya menghambat lapisan untuk meluncur, sehingga paduan menjadi lebih keras dan kuat.

Deret reaktivitas mencantumkan logam-logam berdasarkan tingkat reaktivitasnya. Karbon dan hidrogen disertakan sebagai perbandingan:

kalium, natrium, kalsium, magnesium, aluminium, karbon, seng, besi, hidrogen, tembaga, perak, emas

(paling reaktif di bagian atas, paling tidak reaktif di bagian bawah)

Semakin tinggi posisi logam dalam deret, semakin mudah ia membentuk ion positif. Ini menjelaskan reaksinya:

• kalium, natrium dan kalsium bereaksi dengan air dingin.
• magnesium bereaksi dengan uap air (tetapi hanya sangat lambat dengan air dingin).
• magnesium, seng dan besi bereaksi dengan asam hidroklorida encer; tembaga, perak dan emas tidak bereaksi.

Tindak balas penggantian

Logam yang lebih reaktif akan menggantikan logam yang kurang reaktif dari larutan ionnya (reaksi penggantian). Misalnya, seng menggantikan tembaga dari larutan tembaga(II) sulfat, karena seng lebih reaktif daripada tembaga:

Siapkan diri Anda untuk menjelaskan apa yang akan Anda lihat, karena itu merupakan poin terpisah:

• warna biru larutan memudar - ion biru $\text{Cu}^{2+}$ sedang habis digunakan (sulfat seng tidak berwarna).
• padatan merah muda-cokelat melapisi seng - itu adalah tembaga yang digantikan.
• seng abu-abu larut dan mengecil.
• campuran menghangat - reaksi penggantian bersifat eksoterm.

Reaksi logam dan asam memiliki daftar sendiri: efervensensi (keluarnya hidrogen) dan padatan larut. Dengan tembaga(II) oksida atau karbonat dan asam, tambahkan bahwa larutan berubah menjadi biru. Jangan pernah menulis "hidrogen dilepaskan" sebagai pengamatan - Anda tidak dapat melihat gasnya, hanya gelembungnya, jadi tulislah efervensensi.

Contoh terpecahkan. Seng dan aluminium keduanya ditemukan sebagai oksida. Mana yang dapat diekstrak dengan pemanasan bersama karbon, dan mengapa? Temukan posisi setiap logam relatif terhadap karbon dalam deret reaktivitas. Seng berada di bawah karbon, sehingga karbon adalah yang lebih reaktif di antara keduanya dan dapat mengambil oksigen darinya: zink oksida direduksi dengan pemanasan bersama karbon. Aluminium berada di atas karbon, sehingga karbon tidak cukup reaktif untuk menggantinya, dan aluminium harus diekstrak melalui elektrolisis alih-alih - itulah sebabnya biaya ekstraksi aluminium jauh lebih mahal. Garis dalam deret yang menentukan metode adalah garis karbon, bukan bagian atas daftar.

Kasus khusus aluminium

Aluminium tampak kurang reaktif daripada posisinya menunjukkan. Hal ini dikarenakan dilapisi oleh lapisan oksida tipis yang kuat yang mencegah zat lain mencapai logam di bawahnya.

Berkarat adalah korosi pada besi dan baja. Dua hal diperlukan untuk karat: oksigen (dari udara) dan air. Karatan yang terbentuk adalah oksida besi(III) terhidrasi.

Mencegah karat

Metode penghalang menjaga jarak oksigen dan air dari besi:

• pengecatan, pelumasan (melapisi dengan minyak), dan pelapisan dengan plastik.

Galvanisasi berarti melapisi besi dengan lapisan seng. Ini bekerja dengan dua cara:

• itu adalah penghalang (seng menahan masuknya udara dan air);
• memberikan perlindungan pengorbanan. Karena seng lebih reaktif daripada besi, seng kehilangan elektron dan terkorosi alih-alih besi — bahkan jika permukaannya tergores.

Bagaimana sebuah logam diambil dari bijih-nya bergantung pada posisinya dalam deret reaktivitas. Logam di bawah karbon dapat diekstrak dengan pemanasan bersama karbon (yang menghilangkan oksigen). Logam di atas karbon terlalu reaktif untuk ini dan harus diekstrak melalui elektrolisis.

Besi dari tungku tanur

Besi diekstrak dari bijihnya hematit (besi(III) oksida) dalam tungku tanur:

• Karbon (kokas) terbakar dalam udara panas menghasilkan karbon dioksida dan banyak panas.
• Karbon dioksida ini bereaksi dengan lebih banyak karbon untuk membentuk karbon monoksida.
• Karbon monoksida mereduksi besi(III) oksida menjadi besi (ini adalah reduksi).
• Batu kapur (kalsium karbonat) terurai dalam panas membentuk kalsium oksida.
• Kalsium oksida bereaksi dengan kotoran berpasir untuk membentuk slak, yang kemudian dibuang.

Aluminium melalui elektrolisis

Aluminium diekstraksi dari bijihnya bauxite (dipurnifikasi menjadi aluminium oksida) melalui elektrolisis:

• Aluminium oksida dilarutkan dalam cryolite cair untuk menurunkan titik leburnya dan menghemat energi.
• Di katode, ion aluminium menerima elektron untuk membentuk logam aluminium.
• Di anode, oksigen terbentuk. Oksigen ini bereaksi dengan anoda karbon yang panas dan membakar anoda tersebut, sehingga harus diganti secara rutin.

• Pelajari seri reaktivitas (kalium → emas). Logam yang lebih reaktif menggantikan logam yang kurang reaktif dari larutan ion-ionnya.
• Logam di atas karbon diekstraksi melalui elektrolisis; yang di bawah karbon (seperti besi) dapat diekstraksi dengan pemanasan bersama karbon.
• Karat memerlukan keduanya air dan oksigen. Metode penghalang (cat, minyak) menjaga keduanya keluar; galvanizing juga memberikan perlindungan kurban, karena zink yang lebih reaktif berkarat alih-alih besi.
• Paduan lebih keras daripada logam murni karena atom-atom berukuran berbeda menghambat lapisan ion meluncur satu sama lain.

Pengujian air

Dua uji kimia menunjukkan bahwa air ada:

• Anhidrat kobalt(II) klorida berubah dari biru menjadi merah muda saat air ditambahkan.
• Anhidrat tembaga(II) sulfat berubah dari putih menjadi biru saat air ditambahkan.

Uji-uji ini hanya menunjukkan bahwa air ada. Untuk menunjukkan bahwa air adalah murni, Anda menguji titik lebur dan titik didih: air murni melebur tepat pada $0\,{}^{\circ}\text{C}$ dan mendidih tepat pada $100\,{}^{\circ}\text{C}$. Zat terlarut apa pun mengubah nilai-nilai ini.

Itulah mengapa air suling digunakan dalam kimia alih-alih air keran — ia memiliki jauh lebih sedikit kontaminan kimia.

Apa yang ada di air alami

Air dari sungai, danau, dan laut tidak murni. Air ini mungkin mengandung oksigen terlarut, senyawa logam, plastik, limbah domestik, mikroorganisme berbahaya, serta nitrat dan fosfat (yang berasal dari pupuk dan deterjen).

Beberapa di antaranya bermanfaat:

• oksigen terlarut memungkinkan makhluk hidup akuatik (ikan dan tumbuhan) bernapas;
• beberapa senyawa logam memberikan mineral esensial.

Yang lainnya berbahaya:

• beberapa senyawa logam bersifat toksik (beracun);
• beberapa plastik merusak makhluk hidup akuatik;
• limbah domestik membawa mikroorganisme penyebab penyakit;
• nitrat dan fosfat menyebabkan deoksigenasi (hilangnya oksigen) dalam air, yang merugikan makhluk hidup akuatik.

Memproses air minum

Untuk membuat air aman diminum, pasokan air diproses melalui tahapan-tahapan:

• sedimentasi dan filtrasi menghilangkan partikel padat;
• melewatkannya melalui karbon menghilangkan rasa dan bau buruk;
• klorinasi (menambahkan klorin) membunuh mikroorganisme berbahaya.

Pupuk ditambahkan ke tanah untuk membantu pertumbuhan tanaman. Garam amonium dan nitrat adalah pupuk yang umum.

Pupuk NPK mengandung tiga elemen yang paling dibutuhkan tanaman: nitrogen, fosforus, dan kalium.