Resume : Kimia Keunsuran

· Hirarki Keteraturan Biologis.

Dunia kehidupan disusun sangat teratur dalam hirarki yang terdiri dari tingkatan-tingkatan struktural, setiap tingkat merupakan merupakan pengembangan dari tingkatan dibawahnya. Hirarki organisasi biologi diawali dari tingkat paling rendah yaitu atom-atom yang disusun menjadi molekul-molekul biologis yang kompleks. Molekul-molekul kehidupan tersebut tersusun menjadi organel yang akan menjadi komponen-komponen sel. Sel-sel yang sama dikelompokkan menjadi jaringan. Jaringan-jaringan membentuk organ, dan organ-organ bergabung membentuk sistem organ. Sistem organ membentuk organisme. Sekelompok organisme dari spesies yang sama, yang hidup di daerah tertentu disebut populasi. Populasi-populasi dari berbagai spesies yang berbeda yang hidup di daerah yang sama membentuk suatu komunitas biologis; dan interaksi-interaksi komunitas juga menyertakan unsur-unsur tidak hidup dari lingkungan, seperti tanah dan air, membentuk suatu ekosistem.

Contoh : Ekosistem danau Toba dapat digunakan sebagai model untuk menjelaskan hirarki keteraturan biologis.

· Unsur dan Senyawa Kimiawi

Materi yaitu segala sesuatu yang menempati ruang dan massa. Unsur merupakan bahan yang tidak dapat dipecah lagi menjadi bahan lain dengan reaksi kimiawi. Para kimiawan mengenal 92 unsur yang terdapat di alam. Senyawa merupakan zat yang terdiri atas dua unsur atau lebih yang dikombinasikan dengan rasio yang tetap.

Misalnya garam dapur ialah natrium klorida (NaCl), suatu senyawa yang tersusun dari unsur natrium (Na) dan klorin (Cl) dengan rasio 1:1. Natrium murni adalah logam dan klorin murni adalah gas beracun. Setelah dikombinasi secara kimiawi, natrium dan klorin akan membentuk suatu senyawa yang dapat dimakan. Materi yang sudah bergabung akan memiliki sifat-sifat baru. Suatu senyawa memiliki karakteristik yang jauh berbeda dari karakteristik unsur-unsur yang membentuknya.

· Atom dan Molekul

Partikel Subatom

Setiap unsur terdiri dari satu jenis atom tertentu yang berbeda dari atom unsur lainnya. Atom ialah bagian terkecil materi yang masih tetap mempertahankan sifat suatu unsur. Atom tersusun partikel subatom yaitu neutron, proton, dan elektron. Neutron dan proton menjadi satu membentuk inti yang padat, atau nukleus atom, di tengah-tengah atom. Elektron dan proton bermuatan listrik, setiap elektron memiliki satu satuan muatan negatif, dan setiap proton memiliki satu satuan muatan positif. Neutron secara listrik bersifat netral.

Nomor atom, Nomor massa, dan Isotop

Jumlah proton disebut nomor atom. Semua atom dalam suatu unsur tertentu memiliki jumlah proton yang sama di dalam nukleusnya. Suatu atom bermuatan netral yang berarti jumlaj protonnya sama dengan jumlah elektronnya. Nomor massa yaitu jumlah proton ditambah neutron dalam nukleus suatu atom. Nomor massa merupakan penghampiran dari massa keseluruhan suatu atom, atau biasa disebut berat atom. Semua atom dari suatu unsur yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda, disebut isotop dari unsur tersebut.

Isotop radioaktif

Isotop radioaktif merupakan isotop yang nukleusnya meluruh secara spontan, melepaskan partikel dan energi. Isotop radioaktif sangat bermanfaat dalam bidang biologi misalnya para peneliti menggunakan hasil pengukuran keradioaktifan fosil untuk menentukan umur peninggalan kehidupan di masa lalu.

Energi Potensial Elektron

Elektron-elektron suatu atom memiliki jumlah energi yang beragam. Energi didefinisikan sebagai kemampuannya untuk melakukan kerja. Energi potensial merupakan energi yang disimpan oleh materi karena kedudukan atau tempatnya. Elektron-elektron suatu atom juga memiliki energ potensial, karena kedudukannya dalam hubungan dengan nukleusnya. Semakin jauh elektron dari nukleusnya, akan semakin besar energi potensialnya.

Keadaan energi potensial yang berbeda-beda untuk elektron di dalam suatu atom disebut tingkat energi atau kulit elektron. Kulit pertama adalah yang terdekat dengan nukleus, dan elektron dalam kulit ini memiliki energy yang paling rendah. Demikian seterusnya untuk kulit, kedua, ketiga, dan selanjutnya. Untuk berpindah ke kulit yang lebih jauh dari nukleus, elektron tersebut harus menyerap energi. Pada fotosintesis langkah pertama yang dilakukan adalah energi cahaya dapat mengeksitasi elektron ke tingkat yang lebih tinggi.

Orbital

90% waktu elektron dihabiskan untuk menempati orbital/lintasannya yang merupakan ruang tiga dimensi. Orbital yang sama hanya bisa ditempat oleh dua elektron. Kulit pertama (1s) hanya memiliki orbital tunggal. Kulit kedua memiliki empat orbital yang diisi oleh delapan elektron. Elektron pada kulit 2s memiliki energi yang hampir sama besar.

Perilaku Kimiawi Suatu Atom ditentukan oleh Konfiguasi Elektronnya.

Perilaku kimiawi suatu atom ditentukan oleh konfigurasi elektronnya. Hal yang paling penting ialah sifat-sifat kimiawi suatu atom sebagian besar bergantung pada elektron pada kulit terluarnya (elektron valensi pada kulit valensi). Suatu atom dengan kulit valensi yang terisi penuh bersifat tidak reaktif. Kereaktifan atom berasal dari keberadaan elektron-elektron tak berpasangan di dalam kulit valensi tersebut. Atom-atom dengan jumlah elektron yang sama pada kulit valensinya memperlihatkan perilaku kimiawi yang serupa. Misalnya, fluorin (F) dan (Cl) kedua-duanya memiliki tujuh elektron valensi, dan kedua-duanya berkombinasi dengan unsur natrium membentuk senyawa.

Molekul

Atom-atom dengan valensi yang belum penuh berinteraksi dengan atom-atom lain tertentu dengan cara yang sedemikian rupa sehingga setiap pasangan melengkapi kulit valensinya. Interaksi ini biasanya menyebabkan atom-atom tetap berdekatan satu sama lain, ditahan oleh gaya tarik-menarik yang disebut ikatan kimiawi, jenis terkuat ikatan kimiawi ialah ikatan kovalen dan ikatan ionik.

Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen ialah pemakaian bersama sepasang elektron valensi oleh dua atom. Contoh jika dua atom hidrogen saling mendekati. Ikatan hidrogen memili satu elektron valensi pada kulit pertama, tetapi kapasitas kulit itu adalah dua elektron. Setiap atom hidrogen sekarang memiliki dua elektron yang terikat dengannya, di mana jumlah tersebut akan membuat kulit valensinya terisi penuh. Dua atom atau lebih yang terikat menjadi satu oleh ikatan kovalen akan menghasilkan satu molekul. Dua atom oksigen membentuk satu molekul dengan berbagi bersama dua pasang elektron valensi atom-atom tersebut diikat oleh ikatan kovalen ganda.

Molekul H₂ dan O₂ merupakan unsur murni, bukan senyawa. Contoh sebuah molekul yang merupakan senyawa ialah H₂O. Molekul lain yang merupakan senyawa ialah metana, komponen utama gas alam, dengan rumus molekul CH₄.

Ikatan Kovalen Nonpolar dan Polar

Kemampuan satu atom untuk menarik elektron –elektron dari suatu ikatan kovalen disebut elektronegativitas dari atom tersebut. Semakin elektronegatif sebuah atom, semakin kuat atom itu menarik elektron-elektron yang digunakan bersama ke arahnya sendiri. Pada ikatan kovalen antara dua atom dari unsur yang sama, hasil tarik menarik untuk memperoleh elektron bersama ini menghasilkan keadaan saling menjauh; kedua atom tersebut sama-sama elektronegatif. Ikatan demikian ialah ikatan kovalen nonpolar; elektron-elektron dipakai bersama dengan setara. Contoh ikatan kovalen H₂.

Jika satu atom lebih elektronegatif dari atom lainnya, elektron dari ikatannya tidak akan digunakan bersama dengan setara. Ikatan tersebut disebut ikatan kovalen polar. Contohnya, dalam molekul air, ikatan antara oksigen dan hidrogen ialah ikatan polar. Oksigen ialah salah satu unsur yang paling elektronegatif di antara ke-92 unsur, dengan kemampuan menarik elektron bersama yang jauh lebih kuat daripada hidrogen.

Ikatan Ionik

Dalam kasus-kasus tertentu, dua atom memiliki kemampuan menarik elektron valensi yang sedemikian berbeda sehingga atom yang lebih elektronegatif akan merebut satu elektron dari pasangannya. Contohnya pada atom Natrium (₁₁Na) yang apabila bertemu dengan atom klorin (₁₇Cl). Sebuah atom natrium memiliki 11 elektron, dengan elektron valensi tunggalnya terletak pada kulit elektron ketiga. Atom klorin memiliki 17 elektron, dengan 7 elektron pada kulit valensinya. Kedua atom ini bertemu, elektron valensi natrium yang sendirian dipindahkan ke atom klorin, dan kedua atom itu pada akhirnya akan memiliki kulit valensi yang terisi penuh.

Perpindahan elektron antara kedua atom tersebut memindahkan satu satuan muatan negatif dari natrium ke klorin. Natrium, kini dengan 11 proton tetapi hanya 10 elektron, memiliki selisih muatan listrik +1. Sebuah atom (atau molekul) yang bermuatan disebut ion. Apabila muatannya positif, ion tersebut secara khusus disebut kation. Sebaliknya, atom klorin, telah memperoleh satu elektron tambahan, sekarang memiliki 17 proton dan 18 elektron, sehingga memiliki selisih muatan listrik -1. Atom klorin tersebut telah menjadi ion klorida–anion, atau ion bermuatan negatif. Karena muatan keduanya yang berlawanan, kation dan anion saling menarik dalam suatu ikatan ionik. Setiap dua ion yang muatannya berlawanan dapat membentuk suatu ikatan ionik.

Ikatan Kimiawi yang lemah berperan penting dalam kimia kehidupan

Ikatan kovalen sangat penting bagi kehidupan karena ikatan ini menghubungkan atom-atom untuk membentuk molekul suatu sel. Tetapi ikatan antara molekul-molekul juga sangat diperlukan dalam sel, karena sifat-sifat kehidupan muncul dari interaksi molekuler. Pada waktu dua molekul dalam sel melakukan kontak, keduanya dapat melekat sementara dengan jenis ikatan kimiawi yang jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen. Keunggulan ikatan yang lemah ialah bahwa kontak antara molekul-molekul tersebut dapat berlangsung singkat; molekul berkumpul, saling member respons dengan cara tertentu, dan kemudian berpisah. Peran ikatan lemah contohnya pada proses pemberian sinyal kimiawi di dalam otak. Ikatan ini hanya bertahan secukupnya untuk memicu respons sesaat sel penerima.

Ikatan Hidrogen

Beberapa jenis ikatan kimiawi lemah sangat diperlukan dalam organisme hidup. Salah satunya ialah ikatan ionik, yang relative lemah di tengah keberadaan air. Satu jenis ikatan lemah lainnya, juga sangat penting bagi kehidupan dikenal sebagai ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen terjadi apabila atom hidrogen yang secara kovalen terikat pada satu atom elektronegatif juga tertarik ke arah atom elektronegatif lainnya. Dalam sel hidup, pasangan-pasangan elektronegatif yang terlibat ini biasanya atom oksigen dan nitrogen.

Interaksi van der Waals

Molekul dengan ikatan kovalen nonpolar mungkin memiliki daerah bermuatan positif dan negatif. Elektron terus bergerak, tidak selalu terdistribusi sama, sewaktu-waktu dapat berkumpul. Hasilnya, yang bermuatan positif dan negatif yang dapat membuat semua atom dan molekul menempel satu sama lain. Interaksi van der Waals ini lemah dan hanya terjadi ketika atom dan molekul sangat berdekatan.

Fungsi Biologis Suatu Molekul terkait dengan bentuknya

Sebuah molekul memiliki ukuran dan bentuk yang khas yang sangat penting fungsinya bagi sel hidup. Bentuk-bentuk atom ditentukan oleh kedudukan orbital-orbital atomnya. Apabila suatu atom membentuk ikatan kovalen, orbital dalam kulit valensinya mengalami penyusunan ulang. Ada bentuk molekul akibat orbital hibrid yang membentuk piramida atau yang disebut tetrahedron.

Bentuk molekul sangat penting dalam biologi karena bentuk tersebut menentukan bagaimana sebagian besar molekul kehidupan mengenali dan merespons satu sama lain. Misalnya, dalam pensinyalan otak-otak yang disebutkan sebelumnya, molekul sinyal yang dilepas oleh sel pentransmisi memiliki bentuk unik yang ternyata cocok dengan bentuk molekul reseptor pada permukaan sel penerima, mirip dengan kunci yang cocok dengan lubang kuncinya.

Sebagian besar reaksi kimiawi berlangsung sampai selesai; dengan kata lain, semua reaktannya berubah menjadi produk. Tetapi sebagian besar reaksi bersifat reversibel, Salah satu faktor yang mempengaruhi laju reaksi ialah konsentrasi reaktan. Semakin tinggi konsentrasi molekul reaktan, semakin sering molekul-molekul tersebut bertumbukan satu sama lain dan memiliki kesempatan untuk bereaksi membentuk produk. Kesetimbangan kimiawi tercapai apabila laju reaksi maju dan laju reaksi balik sama besarnya.

All content belongs to : Campbell, Reece-Mitchell. Biologi. Edisi ke-5 Jilid 1