Ilmu Kimia Terapan, Material, Pertanian, Makanan dan Obat-obatan - Tujuan ditumbuhkembangkannya ilmu Kimia adalah untuk meningkatkan taraf hidup manusia melalui penemuan dan pengembangan material-material baru (new materials) sehingga tercapai kesejahteraan, kenyamanan, dan keindahan yang didambakan setiap individu. Dengan berkembangnya material-material baru, hidup terasa menjadi serba praktis, mudah, dan instan. Namun, pengembangan material baru perlu didukung oleh teknologi sehingga terjalin kerja sama antara perkembangan ilmu Kimia dan teknologi secara sinergi.
Dalam kehidupan sehari-hari, manusia sangat bergantung pada produk-produk yang mengandung komposisi kimia tertentu untuk memenuhi kebutuhannya. Apakah kegunaan dari senyawa kimia yang terkandung di dalam produk sehari-hari? Pelajarilah bab ini dengan baik agar Anda dapat memahaminya.
A. Kimia Material
Sejak dimulainya era kimia modern pada abad ke-19, para pakar kimia telah mengembangkan material baru dan juga memproses material yang terdapat di alam (natural product) untuk dijadikan fiber, pelapis, perekat, dan material-material dengan sifat-sifat listrik, magnetik, dan optik tertentu. Saat ini, kita telah memasuki era millennium dengan teknologi tinggi. Teknologi ini dapat dimanfaatkan guna menemukan dan mengembangkan material baru yang berguna. Beberapa contoh material baru yang dapat memengaruhi kehidupan dan peradaban manusia pada masa sekarang dan akan datang, misalnya sebagai berikut.
- Display panel datar yang menggantikan tabung sinar katode (CRT) pada televisi dan monitor komputer.
- Bahan berskala nanometer (nanomaterial) yang mampu menyimpan informasi besar dengan volume kecil (seperti: hardisk, flashdisk).
- Material pengganti bagian-bagian tubuh (biomaterial), seperti penguat (penyambung) lutut dan pinggul.
- Baterai generasi baru dan desain sel bahan bakar yang memungkinkan munculnya mobil bertenaga listrik yang hemat energi dan ramah lingkungan.
Kristal cair merupakan materi yang sangat menarik dengan sifat-sifat di antara cairan sejati dan kristal padat. Kristal cair yang dikenal sekarang merupakan hasil pekerjaan seorang peneliti Austria, Frederick Reinitzer beberapa abad lalu. Pada beberapa tahun terakhir, kristal cair masih terus dikembangkan oleh kalangan praktisi untuk diterapkan mulai untuk sensor suhu, layar kalkulator, sampai monitor televisi dan komputer (LCD = liquid crystal display). (perhatikan Gambar 1).
 |
| Gambar 1. monitor LCD (WIkimedia Commons) |
a. Gejala Kristal Cair
Zat padat kristalin umumnya memiliki struktur molekul yang teratur. Jika zat padat ini dipanaskan sampai mencair, gaya antarmolekul akan pecah dan molekul-molekul bergerak secara acak (random). Pada 1888, Reinitzer menemukan bahwa senyawa organik, kolesterol benzoat memiliki sifat yang tidak wajar. Jika kolesterol benzoat dipanaskan sampai meleleh pada suhu 145 °C, terbentuk cairan seperti susu. Pada 179 °C, cairan seperti susu itu tiba-tiba bening. Ketika didinginkan terjadi proses sebaliknya. Pada 179°C, cairan bening berubah menjadi seperti susu dan memadat pada 145 °C (perhatikan Gambar 2).
 |
| Gambar 2. a. Lelehan kolesterol benzoat di atas 179°C (bening) b. Kolesterol benzoat antara suhu 179°C dan 145°C, terbentuk fasa kristal cair seperti susu |
Perubahan fasa dari padat menjadi cair dari kolesterol benzoat tidak langsung, tetapi melalui fasa antarmadya dahulu. Fasa antarmadya adalah fasa kristal cair, yaitu sebagian molekul memiliki struktur padat dan sebagian bergerak bebas seperti cairan. Oleh karena beraturan sebagian, kristal cair dapat menjadi sangat kental dan memiliki sifat-sifat antarmadya antara fasa padat dan fasa cair. Daerah antarmadya ini ditandai oleh suhu transisi yang tegas, seperti yang dilakukan Reinitzer. Pemanfaatan kristal cair ini didasarkan pada fakta bahwa gaya antarmolekul lemah yang mempertahankan molekul tetap bersama di dalam kristal cair. Kristal cair sangat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu, tekanan, dan medan magnet.
b. Jenis Fasa Kristal cair
Fasa-fasa yang terjadi pada kristal cair bergantung pada suhu. Jenis-jenis fasa kristal cair adalah sebagai berikut.
- Fasa nematik, yaitu fasa pada kristal cair yang paling sederhana dan terbentuk kali pertama ketika didinginkan. Dalam fasa ini kecenderungan molekul (orientasi) sejajar pada arah tertentu, tetapi ujung-ujungnya molekul tidak beraturan, seperti pada cairan biasa.
- Fasa smektik, yaitu fasa kedua dari kristal cair. Bentuk orientasi smektik bisa bermacam-macam. Dua di antaranya adalah bentuk smektik A dan smektik C , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Dalam fasa smektik terdapat orientasi yang beraturan.
- Fasa kolesterik, yaitu fasa ketiga dari kristal cair. Nama fasa diambil dari fakta bahwa kristal ini umumnya berasal dari molekul kolesterol. Pada suhu rendah, kristal cair akan membeku membentuk padatan kristalin. Orietansi molekul membentuk kisi kristal tiga dimensi yang beraturan.
 |
| Gambar 3. Jenis fasa kristal cair |
Orientasi molekul berubah secara beraturan dari bidang ke bidang membentuk susunan heliks. Jarak antara bidang dan orientasi yang sama dinamakan bumbungan (pitch, P).
 |
| Gambar 4. Pitch (P) adalah jarak bidang dengan orientasi sama. |
Fasa kristal cair kolesterol dapat mendifraksi cahaya sangat kuat dengan panjang gelombang sebanding dengan bumbungan. Jika suhu berubah, nilai bumbungan juga berubah sehingga warna cahaya yang terdifraksi dapat digunakan sebagai sensor suhu.
Struktur molekul kristal cair umumnya memiliki bentuk molekul yang memanjang dan bersifat tegar. Artinya, tidak membentuk lipatan-lipatan, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
 |
| Gambar 5. Struktur molekul kristal cair pada kolesterol benzoat. |
c. Prinsip Kerja Kristal Cair
Orientasi tertentu dari kristal cair sangat peka, terutama pada permukaan yang bersentuhan atau adanya medan listrik dan medan magnet. Kepekaan ini menjadi dasar penggunaan kristal cair dalam bahan layar elektronik.
Jika kristal cair nematik ditempatkan dalam suatu sel dengan orientasi tertentu, filter polarisasi ditempatkan agar hanya cahaya dengan polarisasi tertentu yang dapat melewatinya. Tanpa medan listrik, cahaya akan dilewatkan melalui kristal cair dan filter. Cahaya ini akan direfleksikan oleh cermin sehingga tayangan yang muncul berwarna putih seperti pada Gambar 6 (a).
 |
| Gambar 6. a. Prinsip kerja kristal cair sebelum diberi medan listrik b. Prinsip kerja kristal cair setelah diberi medan listrik |
Jika medan listrik diterapkan ke dalam bagian yang akan ditayangkan, orientasi molekul akan diperkuat dalam daerah itu dan menimbulkan perbedaan polarisasi cahaya. Cahaya yang berotasi ditahan oleh filter kedua dan pada bagian yang akan ditayangkan muncul warna hitam, seperti pada Gambar 6 (b).
Jika medan listrik dimatikan, molekul kristal cair kembali ke orientasi semula secara cepat dan tayangan kembali putih. Jam digital, kalkulator, monitor komputer laptop, layar TV lebar, dan bahan tayangan lain menggunakan aplikasi seperti ini.
2. Polimer
Menurut Jons Jacob Berzelius, senyawa dengan rumus empiris sama, tetapi massa molekulnya berbeda dinamakan polimer. Polimer didefinisikan sebagai senyawa dengan massa molekul besar dan merupakan gabungan dari monomer-monomer pembentuknya.
Polimer yang berasal dari alam disebut polimer alam. Polimer yang dapat dibuat di laboratorium maupun diproduksi dalam jumlah besar di industri, dikenal dengan polimer sintetik.
a. Polimer Alam
Polimer yang terjadi secara alami dikenal sebagai polimer alam, seperti selulosa, protein, dan karet alam. Berikut dibahas secara lebih terperinci mengenai polimer alam.
1) Selulosa
Selulosa merupakan polisakarida yang banyak dijumpai dalam dinding sel tanaman. Selulosa merupakan polimer yang terbentuk dari monomer β –D–glukosa melalui ikatan β (1→ 4) glikosidik. Panjang rantai beragam, dari ratusan sampai ribuan unit glukosa.
Kayu mengandung sekitar 50% berat selulosa dan kapas hampir 90% mengandung selulosa. Selulosa dari serat kayu mengandung banyak pengotor yang dapat dimurnikan dengan cara melarutkannya ke dalam campuran NaOH dan CS2. Dalam proses pelarutan ini akan terbentuk cairan kental.
 |
| Gambar 7. Monomer selulosa (β-D-glukosa). |
Jika cairan kental itu dimasukkan ke dalam pipa berpori pada bak asam, dihasilkan fiber selulosa yang dikenal sebagai rayon. Proses serupa digunakan untuk membuat film tipis selulosa yang dikenal sebagai kertas selofan.
Pada setiap monomer selulosa mengandung tiga gugus –OH yang dapat bereaksi dengan asam nitrat membentuk ester nitrat dan dikenal dengan selulosa nitrat. John Wesley Hyatt (1869) menemukan bahwa campuran selulosa nitrat dan yang dilarutkan dalam alkohol menghasilkan plastik yang dinamakan seluloid. Selulosa nitrat atau seluloid digunakan sebagai bahan baku pembuatan sisir hingga bola bilyar. Selulosa nitrat mudah terbakar sehingga saat ini sudah banyak digantikan oleh plastik jenis lain.
2) Karet Alam
Karet alam tersusun atas satuan monomer cis–1,4–isoprena dengan panjang rantai rata-rata sekitar 5.000 satuan isoprena. Masalah utama karet alam adalah taktisitas atau cara penyusunan polimer yang teratur (isotaktik). Masalah taktisitas karet alam dapat diselesaikan oleh Charles Goodyear (1839). Dia menemukan metode vulkanisasi karet alam dengan belerang sehingga karet alam dapat diubah elastisitasnya. Vulkanisasi karet alam melibatkan pembentukan ikatan silang –S–S– di antara rantai poliisoprena.
Vulkanisasi karet berguna untuk menghasilkan karet alam dengan derajat elastisitas sesuai harapan.
Pada vulkanisasi karet alam, penyisipan rantai-rantai pendek dari atom belerang akan mengikat secara silang di antara dua rantai polimer karet alam. Jika jumlah ikatan silang relatif besar, polimer dari karet alam menjadi lebih tegar.
 |
| Gambar 8. Pada vulkanisasi karet alam, makin banyak ikatan silang, makin tegar karet yang terbentuk. |
Sekilas Kimia
Charles Goodyear
(1800–1860)
Charles Goodyear merupakan seorang penemu asal Amerika. Dia memanaskan karet dengan sulfur dan menemukan bahwa karet ini tetap fleksibel pada kisaran temperatur tertentu. Dia menamakan proses ini dengan"vulkanisasi", diambil dari nama dewa Romawi yang menggambarkan api (vulcan).
b. Polimer Sintetik
Hampir semua peralatan terbuat dari bahan polimer, mulai dari alat-alat dapur sampai alat picu jantung buatan. Sampai saat ini, penelitian dan pengembangan bahan polimer masih terus dilakukan dalam upaya menemukan aneka penerapan bahan polimer. Sesuai dengan mekanisme pembuatannya, polimer sintetik tinggi dapat digolongkan menjadi polimer adisi dan polimer kondensasi.
1) Polimer Adisi
Polimer adisi adalah polimer yang terjadi melalui reaksi adisi, yaitu reaksi yang melibatkan senyawa yang mengandung ikatan rangkap, kemudian diubah menjadi ikatan tunggal. Contoh polimer adisi adalah polietilen (PE), polipropilen (PP), politetrafluoroetilen, polivinilklorida (PVC), dan akrilik.
a) Polietilen (PE)
Secara kimia, PE sangat inert. Polimer ini tidak larut dalam pelarut apapun pada suhu kamar, tetapi dapat menggembung dalam cairan hidrokarbon (bensin) dan karbon tetraklorida (CCl4). PE tahan terhadap asam dan basa, tetapi dapat rusak oleh asam nitrat pekat. Jika dipanaskan secara kuat, PE membentuk ikatan silang yang diikuti oleh pemutusan ikatan secara acak pada suhu lebih tinggi, tetapi tidak terdepolimerisasi. PE dibagi menjadi dua jenis, yaitu PE kerapatan tinggi (HDPE) dan PE kerapatan rendah (LDPE) seperti di tunjukkan pada Gambar 9.
 |
| Gambar 9. LDPE dan HDPE |
Plastik HDPE bersifat kenyal, tidak mudah sobek, dan tahan terhadap kelembapan. Bahan kimia plastik HDPE banyak digunakan untuk pembungkus, dus, isolator listrik, pelapis kabel, dan lain-lain.
Tabel 1 Sifat-Sifat Fisik Polietilen
Sifat | Polietilen | |
HDPE | LDPE | |
Dapat dipotong dengan mudah | × | √ |
Tidak pecah | √ | √ |
Dapat dilipat | × | √ |
Tenggelam dalam air | √ | × |
Menjadi lunak akibat panas | × | √ |
b) Polipropilen (PP)
Plastik PP bersifat tegar dan stabil terhadap panas, tekanan, rengkahan, dan bahan kimia. Plastik PP lebih kuat dari PE. PP banyak digunakan untuk botol kemasan karena dapat dibentuk lebih tipis. Kursi plastik yang dapat ditumpuk juga terbuat dari PP.
c) Politetrafluoroetilen (Teflon)
Politetrafluoroetilen tahan terhadap korosi dan pelarut organik. Dari hasil pengujian, hanya lelehan logam alkali atau alkali yang dilarutkan dalam amonia yang dapat mendegradasi polimer ini. Politetrafluoroetilen banyak digunakan untuk insulator listrik, peralatan kimia, dan peralatan rumah seperti pada Gambar 10. sebab tahan terhadap air dan suhu tinggi hingga 350 °C.
 |
| Gambar 10. Teflon (Wikimedia Commons) |
Tabel 2. Produk dari Polimer Sintetik
Polimer | Produk |
PE | Kantong plastik, lembaran plastik, dan alat-alat dapur |
PP | Botol, jeriken, dan kursi |
PVC | Pipa air, waterproof, isolasi listrik, dan rak susun |
PS (polistiren) | Kemasan (tempat minum) bantalan, dan styrofoam |
Teflon | Pot, alat dapur, dan wadah |
PMMA | Pengganti gelas/kaca |
d) Polivinilklorida (PVC)
Sekitar 20% klorin digunakan untuk membuat monomer vinilklorida (CH2=CHCl), sebagai bahan baku plastik poliviliklorida (PVC). Substituen klorin pada rantai polimer menjadikan PVC lebih tahan terhadap api dibandingkan PE.
Plastik PVC memiliki gaya tarik antara rantai polimer sehingga meningkatkan kekerasan plastik jenis ini. Sifat-sifat PVC dapat divariasikan sesuai fungsinya dengan cara mengubah sifat keplastisan, stabilisasi, pengisi, dan celupannya sehingga menjadikan PVC sebagai plastik serbaguna.
e) Polimetilmetakrilat (Polimer Akrilik)
Salah satu polimer akrilik adalah polimetilmetakrilat (PMMA), dikomersialkan dengan nama dagang Lucite dan Plexiglass. PMMA berupa kristal bening yang sangat ringan sehingga banyak digunakan untuk jendela pesawat terbang dan lensa cahaya. PMMA yang sangat transparan digunakan untuk contact lens seperti pada Gambar 11.
 |
| Gambar 11. PPMA digunakan untuk lensa kontak (Wikimedia Commons) |
2) Polimer Kondensasi
Polimer kodensasi yaitu polimer yang terbentuk melalui reaksi kondensasi. Reaksi ini melibatkan pembentukan senyawa tidak jenuh dari senyawa jenuh. Plastik sintetis pertama adalah bakelit, yang dikembangkan oleh Baekland (1905). Monomer bakelit merupakan hasil reaksi formaldehid (H2CO) dan fenol (C6H5OH) membentuk fenol tersubstitusi. Pada suhu di atas 100 °C, fenol-fenol ini terkondensasi membentuk polifenoksi. Polifenoksi digunakan untuk membuat asesoris, seperti gantungan kunci. Untuk pengerasnya digunakan katalis.
Carothers dan koleganya (1920) menemukan rumpun polimer kondensasi yang dikenal sebagai poliamida dan poliester. Poliamida diperoleh melalui reaksi diasilklorida dan diamina.
Poliester dibuat melalui reaksi alkil diasilklorida dengan dihidroksi. Reaksi polimerisasinya adalah sebagai berikut.
Fiber sintetik yang pertama dibuat adalah nilon. Fiber ini dapat dilihat dengan cara menuangkan larutan heksametilen diamina dalam pelarut air ke dalam larutan adipoilklorida dalam pelarut CH2Cl2.
 |
| Gambar 12. Proses pembuatan nilon |
Polimer nilon-6,6 terbentuk pada antarmuka antara kedua fasa pereaksi membentuk film tipis. Jika film itu disentuh, kemudian ditarik, akan tampak serat nilon seperti benang (perhatikan Gambar 12). Polimer tersebut dinamakan nilon–6,6 sebab polimer dibentuk dari diamin yang memiliki enam atom karbon dan adipoil yang juga mengandung enam atom karbon.
Polikarbonat terbentuk melalui polimerisasi esterkarbonat dan suatu alkohol. Polikarbonat yang dihasilkan dipasarkan dengan nama dagang Lexan. Lexan memiliki ketahanan tinggi terhadap panas dan cuaca sehingga banyak digunakan untuk pengaman gelas, rangka jendela, dan helm.
Sekilas Kimia
Wallace H. Carothers
(1896–1937)
Carothers menggunakan dua larutan kimia (asam dan diamin) untuk membuat nilon-6,6. Jika kedua larutan ini dipertemukan, cairan tersebut dapat ditarik menjadi benang-benang yang lebih kuat daripada serat-serat alami. Penemuan ini memberi dukungan besar terhadap industri tekstil dan mengakibatkan terjadinya revolusi dalam pabrik kain.
3. Keramik
Keramik adalah material-material padat anorganik nonlogam. Material tersebut dapat berupa kristalin atau nonkristalin. Keramik nonkristalin meliputi gelas dan material lain dengan struktur tidak beraturan (amorf), sedangkan yang kristalin memiliki struktur beraturan. Keramik dapat memiliki struktur jaringan kovalen, ikatan ion, atau gabungan keduanya. Secara umum bersifat keras, getas, dan stabil terhadap suhu sangat tinggi. Contoh umum keramik, misalnya semen, keramik cina, bata tahan api, insulator listrik, dan suku cadang mesin seperti.
Bahan-bahan keramik berasal dari berbagai bahan kimia meliputi silikat, oksida logam, karbida (karbon dan logam), nitrida (nitrogen dan logam), atau alumina (Al2O3). Simak Tabel 3. untuk mengetahui sifat-sifat bahan keramik.
Tabel 3 Sifat-Sifat Bahan Keramik dengan Baja Lunak Sebagai Pembanding
Material | Titik Leleh (°C) | Kerapatan (g/cm3) | Kekerasan (Mohs) | Modulus Elastisitas | Koefisien Termal |
Al2O3 | 2050 | 3,8 | 9 | 34 | 8,1 |
SiC | 2800 | 3,2 | 9 | 65 | 4,3 |
ZrO2 | 2660 | 5,6 | 8 | 24 | 6,6 |
BeO | 2550 | 3,0 | 9 | 40 | 10,4 |
Baja lunak | 1370 | 7,9 | 5 | 17 | 15 |
a. Aplikasi Keramik
Objek-objek keramik banyak yang lebih tegar dan kuat ketika dibentuk dari campuran kompleks dua atau lebih material. Campuran seperti ini dinamakan komposit. Komposit lebih efektif dibentuk melalui penambahan fiber keramik ke dalam material keramik. Pembentukan fiber keramik dapat diilustrasikan, misalnya dengan silikon karbida (SiC) atau karborundum.
Komposit keramik secara luas digunakan sebagai alat pemotong logam. Misalnya, alumina diperkuat dengan silikon karbida yang digunakan untuk memotong dan pengeras logam paduan berbasis nikel. Material keramik juga digunakan untuk roda penggiling dan ampelas sebab memiliki kekerasan yang tinggi.
Beberapa keramik, seperti kuarsa (kristal SiO2) merupakan piezo elektric. Kuarsa ini dapat membangkitkan potensial listrik jika bahan tersebut ditekan secara mekanik.
Salah satu kegunaan material keramik yang sangat populer adalah keramik untuk lantai (tile ceramic) dengan permukaan mengkilap. Selain memiliki nilai estetika yang indah, keramik juga dapat melindungi panas dari bumi sehingga lantai tetap terasa dingin.
b. Keramik Superkonduktor
Superkonduktor adalah bahan yang kehilangan tahanan listrik jika didinginkan sampai suhu tertentu. Ini berarti, arus listrik yang mengalir pada bahan superkonduktor tidak akan kehilangan panas, tidak seperti arus listrik dalam bahan konduktor biasa (banyak panas terbuang). Sekali arus dilewatkan ke dalam bahan superkonduktor, secara terusmenerus listrik mengalir tanpa batas dan tanpa hambatan. Sifat menarik lainnya dari superkonduktor adalah memiliki diamagnetis sempurna yang menolak semua medan magnet secara sempurna.
Senyawa, seperti itrium-barium-tembaga oksida (YBa2Cu3O7) bersifat superkonduktor pada 95 K dan HgBa2Ca2Cu3O8+x memiliki tahanan nol pada 1 atm dan 133 K. Superkonduktor dengan sifat-sifat dapat menghantarkan arus listrik dengan tahanan nol dapat menghemat energi di dalam banyak aplikasi, seperti generator listrik, motor listrik, dan pada chip komputer yang lebih cepat dan lebih kecil (perhatikan Gambar 14).
 |
| Gambar 14. Struktur molekul itrium-barium-tembaga oksida (YBa2Cu3O7) |
Film tipis kali pertama dikembangkan untuk tujuan seni dekorasi seperti pada Gambar 15. Pada abad ke-17, para seniman mempelajari bagaimana mengecat pola pada objek keramik dengan larutan garam perak, kemudian dipanaskan agar garam terurai meninggalkan film tipis. Saat ini, film tipis digunakan untuk tujuan dekorasi dan proteksi, membentuk konduktor, resistor, dan jenis-jenis film lainnya dalam sirkuit mikroelektronik. Film tipis dapat dikembangkan dari bahan-bahan meliputi logam, oksida logam, dan bahan organik.
 |
| Gambar 15. Bangunan futuroscope (Prancis) dibuat dari kaca yang dilapisi dengan film tipis logam untuk merefleksikan cahaya yang jatuh padanya. (a-castle-for-rent.com) |
Film tipis tidak memiliki batasan dengan ketebalan tertentu, tetapi umumnya memiliki ketebalan antara 0,1–300 μm. Hal ini berbeda dengan pelapisan seperti cat dan vernis yang secara umum lebih tebal. Agar film tipis berguna harus memiliki beberapa sifat-sifat berikut:
a. harus stabil secara kimia dalam lingkungan yang diterapkan;
b. melekat baik pada permukaan yang dilapisi;
c. memiliki ketebalan yang homogen;
d. dapat dimurnikan secara kimia atau komposisi kimianya dapat dikendalikan;
e. memilki kerapatan imperfeksi rendah.
Film tipis sangat penting dalam mikroelektronik, terutama digunakan untuk konduktor, resistor, dan kapasitor. Film tipis secara luas digunakan sebagai pelapis optik pada lensa untuk mengurangi refleksi cahaya dari permukaan lensa, sekaligus melindungi lensa (perhatikan Gambar 16a).
 |
| Gambar 16. (a) Film tipis digunakan secara luas sebagai pelapis optik pada lensa (b) Pelapis mata bor |
Film tipis metalik dalam jangka waktu lama digunakan untuk lapisan pelindung pada logam. Biasanya diendapkan dari larutan menggunakan arus listrik (penyepuhan), seperti lapisan perak atau krom. Permukaan peralatan dari logam dilapisi dengan film tipis keramik untuk meningkatkan kekerasannya. Misalnya, mata bor untuk baja keras dilapisi dengan film tipis titanium nitrida atau tungsten karbida (perhatikan Gambar 16b).
B. Kimia dalam Pertanian
Anda tentu akan berterima kasih kepada para ilmuwan kimia yang sudah mampu menemukan dan mengembangkan berbagai material yang sangat berguna untuk meningkatkan sandang, papan, seni, dan estetika. Pada topik berikut, Anda akan banyak mengetahui peranan kimia dalam upaya meningkatkan pertanian, khususnya pupuk dan pestisida.
1. Fungsi dan Pengaruh Unsur Hara
Pada dasarnya, makhluk hidup, baik manusia, hewan, dan tanaman memerlukan makanan untuk tumbuh dan berkembang biak. Tanaman mengambil makanan dari tanah. Tanah yang gembur dan subur dapat menghasilkan tanaman yang subur (perhatikan Gambar 17).
 |
| Gambar 17. Pemenuhan kebutuhan unsur hara dari pupuk menjadikan tanaman subur. (WIkimedia Commons) |
Kesuburan tanaman merupakan akibat dari terpenuhinya kebutuhan berbagai senyawa dan mineral, yang disebut unsur hara. Unsur-unsur C, H, dan O sebagian besar dikonsumsi dalam bentuk senyawa CO2 dan H2O. Senyawa CO2 diserap dari udara melalui klorofil daun, sedangkan H2O diserap dari tanah melalui akar. Unsur-unsur lain diserap dari tanah melalui akar.
Unsur N terdapat banyak di udara dalam bentuk N2, tetapi tidak dapat digunakan langsung karena tanaman pada umumnya menggunakan unsur N dalam bentuk senyawa nitrat. Selain itu, pada tanaman kacang tanah, akarnya dapat mengikat langsung gas N2 dari udara. Unsur N diperlukan tanaman untuk pertumbuhan, terutama untuk pembentukan batang dan daun. Secara khusus, unsur N berguna untuk pembentukan protein, lemak, dan enzim. Kekurangan unsur N dapat menyebabkan tanaman menjadi kurus dan kerdil.
Unsur lain yang banyak diperlukan adalah fosfor dan kalium. Unsur fosfor diperlukan tanaman untuk pembentukan akar dan asimilasi tanaman. Kekurangan unsur fosfor dapat menyebabkan tanaman menjadi kerdil dan pertumbuhan juga terhambat.
Unsur kalium berguna untuk pembentukan protein dan karbohidrat melalui peningkatan proses fotosintesis bersama-sama dengan unsur Mg. Selain itu, unsur K dapat memperkuat bunga dan buah sehingga dapat meningkatkan produksi tanaman. Kekurangan unsur K dapat menimbulkan daun mengerut dan keriting serta timbul bercak cokelat kemerah-merahan yang akhirnya layu, mengering, dan mati.
Selama pertumbuhan, tanaman mengambil unsur-unsur N, P, dan K dari tanah. Tanaman yang tidak dikonsumsi oleh manusia akan mati dan mengembalikan unsur-unsur tersebut ke dalam tanah. Pada lahan tanah yang tanamannya dipanen akan mengalami kekurangan unsur-unsur tersebut. Dengan kata lain, lahan pertanian sudah berkurang kesuburannya.
Pada pola pertanian tradisional, para petani menanam polongpolongan guna mengembalikan kesuburan tanah. Hal ini disebabkan akar polong-polongan mampu mengikat nitrogen dari udara dan diubah menjadi senyawa amonia dengan bantuan bakteri tanah. Untuk lahan sangat luas, pola tradisonal dinilai kurang ekonomis. Sebagai upaya pengganti penyediaan unsur hara yang dibutuhkan tanaman, pakar kimia mengembangkan material, dinamakan pupuk.
2. Pupuk Buatan
Tujuan pemupukan adalah untuk menyempurnakan kebutuhan unsur-unsur hara bagi tanaman. Kegiatan pemupukan yang dilakukan manusia bertujuan untuk menyempurnakan unsur hara yang terkandung di dalam tanah dan bermanfaat bagi tanaman.
 |
| Gambar 18. Kegiatan pemupukan pada lahan pertanian. (Wikimedia Commons) |
a. Pupuk Nitrogen
Jenis pupuk nitrogen yang banyak digunakan adalah pupuk urea dan pupuk ZA (amonium nitrat). Kadar nitrogen dalam pupuk urea sekitar 46,7%. Kadar ini cukup tinggi untuk tanaman sehingga penggunaan urea harus tepat. Agar mudah dalam penggunaan pupuk nitrogen perlu diubah dari bentuk padat menjadi pelet seperti pada Gambar 19.
 |
| Gambar 19. Pupuk nitrogen padat di ubah menjadi pelet sehingga mudah disemprotkan. |
Tabel 4. Kadar Nitrogen dalam Pupuk
Pupuk | Kadar Nitrogen |
Urea | ±45% |
ZA | ± 20% |
Urea diproduksi melalui reaksi antara amonia dan karbon dioksida pada suhu 140°C dan tekanan 100 atm. Persamaan reaksinya:
2NH3(g) + CO2(g) → NH2CONH2(s) + H2O(l)
Dalam air, urea bersifat netral dan mudah larut. Urea dikonsumsi oleh tanaman tidak langsung, tetapi harus diubah dulu menjadi senyawa nitrat oleh bakteri tanah. Pupuk ZA dihasilkan dari reaksi antara amonia dan asam nitrat, persamaan reaksinya:
NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(s)
Pupuk ZA dapat dikonsumsi langsung oleh tanaman. Akan tetapi, kendalanya dalam air, pupuk ZA bersifat asam sehingga tanah menjadi asam. Oleh karena itu, pupuk ZA kurang tepat dipakai sebagai pupuk dasar, kecuali dicampur dengan kapur agar tanah menjadi netral.
Kedua jenis pupuk nitrogen tersebut menggunakan bahan baku amonia. Di industri, amonia disintesis dari gas nitrogen yang berasal dari udara. Hal ini menunjukkan alam merupakan sumber bahan industri pupuk yang salah satunya siklus nitrogen seperti pada Gambar 20.
 |
| Gambar 20. Siklus nitrogen di udara |
b. Pupuk Fosfor
Sumber utama untuk pembuatan pupuk yang mengandung unsur fosfor adalah deposit batuan yang mengandung fosfat, yaitu kalsium fosfat (Ca3PO4). Batuan fosfat tidak digunakan langsung sebagai pupuk karena tidak larut dalam air. Batuan fosfat terlebih dahulu diolah dengan menambahkan asam sulfat untuk mengubah bentuk ion PO43– menjadi bentuk ion H2PO4–. Reaksi kimianya:
Ca3(PO4)2(s)+2H2SO4(aq)+4H2O(l) → Ca(H2PO4)2(s)+2(CaSO4.2H2O)(s)
Pupuk fosfor yang dibuat dengan cara di atas disebut pupuk superfosfat. Di pasaran, dikenal dengan nama pupuk ES (Enkel Superfosfat). Pupuk ES berupa padatan berwarna keabu-abuan. Pupuk ini kurang diminati petani karena mahal dan kadar fosfornya rendah. Jika asam yang digunakan sebagai pereaksi adalah asam fosfat (H3PO4) maka reaksi yang terjadi:
Ca3(PO4)2(s) + 4H3PO4(aq) → 3Ca(H2PO4)2(s)
Pupuk yang terbentuk dinamakan pupuk TSP (Tripel Superfosfat). Pupuk TSP berupa butiran yang mudah larut dalam air. Oleh karena itu, agar pupuk ini tidak ikut terbawa air hujan, pemakaiannya harus dikubur dalam tanah agak dalam.
Pupuk fosfat dapat juga diproduksi dalam bentuk senyawa yang mengandung nitrogen, yaitu senyawa amonium fosfat [(NH4)H2PO4 dan (NH4)2HPO4]. Pupuk ini dibuat melalui reaksi amonia dan asam fosfat.
Tabel 5 Kadar Fosfor dalam Pupuk
Pupuk | Kadar Fosfor |
ES | ±20 % |
TSP | ± 50 % |
c. Pupuk Kalium
Jenis pupuk kalium yang beredar di pasaran dikenal dengan nama pupuk KCl dan pupuk ZK. Pupuk ZK adalah senyawa kalium sulfat (K2SO4). Kedua jenis pupuk ini berbentuk butiran berwarna putih. Di pasaran, kedua pupuk ini dibedakan menurut kadar kaliumnya karena kedua pupuk ini tidak murni, tetapi mengandung pengotor. Kadar kalium dalam kedua pupuk tersebut dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Kadar Kalium dalam Pupuk
Pupuk | Kadar Kalium |
ZK 90 | ±45 % |
ZK 96 | ± 50 % |
KCl 80 | ± 50 % |
KCl 90 | ± 53 % |
Selain pupuk yang mengandung satu macam unsur hara, masih ada jenis pupuk lain yang merupakan campuran unsur-unsur hara seperti pupuk NP (mengandung unsur N dan P) dan pupuk NPK (mengandung unsur N, P, K). Komposisinya dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Beberapa Jenis Pupuk Campuran
Jenis Pupuk | Diamofos | Sendawa | NPK | Nitrofoska | Rustika |
Kadar N (%) | 20 | 13 | 15 | 16 | 15 |
Kadar P (%) | 50 | – | 15 | 16 | 15 |
Kadar K (%) | – | 44 | 10 | 21 | 15 |
Oleh karena unsur K berperan dalam proses fosforilasi bersama-sama dengan unsur Mg maka industri pupuk membuat pupuk campuran yang mengandung unsur Mg. Misalnya, pupuk kalium magnesium sulfat yang mengandung sekitar 25% K dan 10% Mg.
Pupuk yang harus dipakai oleh petani bergantung pada kesuburan tanah dan jenis tanaman yang akan diberi pupuk. Oleh sebab itu, sebelum menggunakan pupuk tertentu perlu mengetahui dulu kesuburan tanah (kadar unsur hara yang terdapat dalam tanah) dan jenis tanaman yang akan ditanamnya.
Untuk itu, para petani tradisional perlu diberi penyuluhan tentang pemakaian jenis pupuk dan penyuluh perlu meneliti terlebih dulu kadar unsur hara yang terdapat di dalam tanah agar jenis pupuk (kadar unsur hara dalam pupuk) yang akan diberikan cocok dengan jenis tanaman yang akan ditanamnya.
3. Pestisida
Hama bersaing dengan manusia untuk mendapatkan makanan yang ditanam oleh para petani. Oleh karena itu, jika petani ingin meningkatkan hasil produksinya maka petani harus mengurangi atau membasmi hama tanaman.
Pakar kimia telah mengembangkan material untuk mengatasi masalah hama, yaitu dengan cara menggunakan pestisida. Pestisida berasal dari kata pest (perusak) dan cide (membunuh) sehingga kata pestisida dapat diartikan sebagai membunuh perusak. Pestisida adalah zat kimia yang berfungsi mencegah, mengendalikan, atau membunuh serangga (insektisida), tumbuhan (herbisida), dan jamur (fungisida).
Penggunaan pestisida makin marak sejak ditemukannya senyawa yang disebut DDT (diklorodifenil-trikloroetan). DDT merupakan senyawa organik yang memiliki kemampuan untuk membunuh insektisida, dengan struktur kimia seperti berikut .
Kali pertama DDT ditemukan oleh Othmar Zeidler pada 1874. Pada waktu itu belum diketahui manfaatnya. Setelah 65 tahun kemudian, diketahui oleh Paul Mueler bahwa DDT dapat membunuh serangga. Pada 1942, sebuah perusahaan tempat Mueler bekerja memproduksi DDT dan dikirim ke Amerika untuk diuji coba. Pada 1984, Mueler mendapat Hadiah Nobel atas penemuan tersebut. Sejak perang dunia II, DDT digunakan secara luas untuk berbagai tujuan, seperti:
a. menghentikan wabah penyakit yang disebarkan melalui serangga, seperti malaria, demam kuning, dan tifus;
b. membunuh hama tanaman kapas sehingga pada saat itu produksi kapas menjadi melimpah.
Setelah diketahui manfaat DDT bagi pertanian, pestisida jenis lain mulai banyak diteliti dan dikembangkan. Penggunaan pestisida harus hati-hati sebab pestisida yang beredar di pasaran boleh jadi:
a. mengganggu kesehatan manusia;
b. merusak atau mengganggu sistem ekologi lingkungan;
c. menimbulkan kematian bagi serangga tertentu yang justru dibutuhkan untuk membantu kesuburan tanah, seperti bakteri nitrifikasi.
a. Penggolongan Pestisida
Berdasarkan tingkat toksisitas (racun) dan kegunaannya, pestisida dikelompokkan ke dalam empat golongan, yaitu golongan A, golongan B, golongan C, dan golongan D.
1) Pestisida golongan A
Pestisida digolongkan ke dalam kelompok ini didasarkan pada fungsinya, yaitu sebagai insektisida, herbisida, fungisida, dan rodentisida. Isektisida adalah jenis pestisida yang berfungsi mencegah dan membasmi serangga. Isektisida juga digunakan di rumah-rumah untuk membasmi nyamuk, kecoa, laba-laba, dan sejenisnya. Contoh insektisida: DDT, aldrin, paration, malation, dan karbaril. Namun, saat ini penggunaan produk tersebut dalam rumah tangga telah dibatasi.
Herbisida adalah jenis pestisida yang berfungsi mencegah dan membasmi tanaman yang merugikan petani seperti alang-alang dan rumput liar. Contoh herbisida: 2,4–D, 2,4,5–T, pentaklorofenol, dan amonium sulfonat.
Fungisida adalah pestisida khusus untuk jamur. Selain racun bagi jamur, juga dapat dipakai untuk racun tanaman dan racun serangga. Contoh fungisida adalah organomerkuri dan natrium dikromat.
Rodentisida adalah pestisida khusus untuk membasmi tikus. Contoh rodentisida adalah senyawa arsen.
2) Pestisida Golongan B
Pestisida digolongkan ke dalam golongan B didasarkan pada jenis bahan kimia yang terkandung di dalamnya. Jenis-jenis pestisida yang digolongkan menurut cara ini dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8. Pestisida Golongan B
Pestisida | Bahan |
Organik | Kimia organik |
Anorganik | Kimia anorganik |
Organoklor | Senyawa karbon mengandung klor |
Organofosfat | Senyawa karbon mengandung fosfat |
Karbamat | Senyawa karbon mengandung asam karbamat |
Fumigan | Racun berasap |
Mikrobial | Bahan kimia dari mikroorganisme |
Botanikal | Bahan kimia tanaman |
a) Organoklor
Selain DDT, jenis pestisida yang tergolong terklorinasi adalah aldrin, dieldrin, heksaklorobenzena (BHC), 2,4-D dan 2,4,5-T. Aldrin dan dieldrin digunakan sebagai racun serangga (insektisida), sedangkan 2,4-D dan 2,4,5-T digunakan sebagai racun tanaman (herbisida).
Senyawa pestisida yang mengandung fosfat di antaranya paration dan malation. Kedua senyawa ini tergolong insektisida.
Paration sangat efektif digunakan untuk mencegah hama pengganggu buah-buahan, tetapi pestisida ini sangat beracun bagi manusia. Berbeda dengan paration, malation sangat efektif untuk serangga tertentu dan efek racunnya tidak terlalu kuat bagi manusia.
c) Karbamat
Contoh dari pestisida yang mengandung karbamat adalah isopropil N-fenilkarbamat (IPC), sevin, dan baygon.
Isopropil N–fenilkarbamat digunakan sebagai herbisida terutama untuk mengontrol pertumbuhan rumput tanpa memengaruhi tanaman utama. Adapun sevin dan baygon tergolong insektisida.
3. Pestisida Golongan C
Pestisida digolongkan ke dalam golongan C didasarkan pada pengaruhnya terhadap hama. Beberapa jenis pestisida menurut golongan ini terdapat pada Tabel 9.
Tabel 9. Pestisida Golongan C
Jenis | Pengaruh |
Repelant | Dapat menjauhkan serangga |
Defoliant | Dapat menggugurkan daun |
Perencat | Dapat menggagalkan pertumbuhan |
Pestisida dapat juga digolongkan berdasarkan cara tindakannya terhadap hama. Perhatikan tabel berikut.
Tabel 10. Pestisida Golongan D
Jenis Racun | Pengaruh / Efek |
Racun perut | Membunuh jika termakan |
Racun sentuh | Membunuh jika menyentuh kulit |
Racun sistemik | Membunuh jika masuk ke dalam sistem organisme |
Racun pracambah | Membunuh terhadap benih |
b. Pengendalian Pestisida
Pestisida yang digunakan untuk meningkatkan produksi pertanian dapat menyebar dan mencemari tempat lain. Jika hal ini terjadi, pestisida dapat meracuni ikan dan merusak ekologi lingkungan. Pestisida dapat juga terakumulasi pada makhluk hidup. Konsentrasi pestisida pada mahluk hidup dapat berlipat ganda akibat berbagai aktivitas. Hasil penelitian menunjukkan, pestisida yang mencemari lingkungan dapat terakumulasi melalui alur seperti pada diagram berikut.
 |
| Gambar 21. Diagram alir pencemaran pestisida |
Dengan demikian, penggunaan pestisida harus selalu mengikuti petunjuk yang benar demi menghindari keracunan terhadap pengguna atau masyarakat umum. Beberapa hal yang perlu diperhatikan jika menggunakan pestisida adalah sebagai berikut.
(a) Kenali jenis hama atau penyakit tanaman yang akan dibasmi.
(b) Kenali keunggulan dan kelemahan setiap pestisida yang terpilih.
(c) Ikuti aturan pemakaian pestisida yang terpilih dan pastikan pemakaiannya tidak mengancam lingkungan sekitarnya.
C. Kimia dalam Makanan dan Obat-Obatan
Disadari atau tidak, sejumlah zat kimia telah banyak Anda konsumsi baik langsung atau tidak langsung. Bahan-bahan kimia yang dikonsumsi secara langsung misalnya zat aditif pada makanan. Bahan-bahan kimia yang dikonsumsi secara tidak langsung misalnya pupuk dan pestisida. Kebanyakan makanan yang diproduksi dalam skala industri biasanya mengandung zat-zat aditif yang ditambahkan langsung kepada makanan. Zat-zat tersebut berguna sebagai penambah aroma, cita rasa, pengawet, maupun pewarna.
1. Zat Aditif pada Makanan
Untuk menghasilkan makanan yang berkualitas, para ahli kimia berusaha membuat zat aditif makanan. Zat aditif makanan adalah zat kimia yang tidak biasa dimakan secara langsung, tetapi ditambahkan ke dalam makanan untuk menghasilkan sifat dan rasa tertentu, seperti cita rasa, bentuk, aroma, warna, dan tahan lama (awet).
Berbagai zat aditif tradisional sudah sejak dulu digunakan untuk meningkatkan kesempurnaan makanan. Misalnya, makanan dicampur dengan rempah-rempah guna membangkitkan selera makan sebab rempah-rempah dapat meningkatkan cita rasa pada makanan. Dengan berkembangnya berbagai jenis makanan dan teknologi makanan, berkembang pula zat aditif buatan yang diolah secara kimia. Zat aditif yang ditambahkan ke dalam makanan dapat dicampur langsung ke dalam makanan yang sudah diproses atau ketika makanan itu diproses, bahkan ketika makanan siap saji.
a. Pemanis Buatan
Pada mulanya, penggunaan pemanis buatan diberikan kepada konsumen yang menghindari konsumsi gula berkalori tinggi, seperti penderita diabetes dan kegemukan. Seiring dengan berkembangnya konsumsi terhadap makanan, produk makanan kini banyak mengandung pemanis buatan. Pemanis makanan tradisional biasanya menggunakan gula tebu atau gula aren (kelapa). Pemanis buatan yang diizinkan oleh Depkes (Departemen Kesehatan) adalah sakarin, aspartam, dan sorbitol.
Sakarin adalah senyawa turunan benzena berupa kristal putih yang hampir tidak berbau. Rasa manis sakarin 800 kali dari rasa manis gula tebu. Sakarin ditambahkan ke dalam minuman atau biskuit dengan dosis tidak melebihi 1 g per hari.
Aspartam berupa serbuk berwarna putih, tidak berbau, dan bersifat higroskopis. Rasa manis aspartam sama dengan 200 kali dibandingkan gula tebu. Untuk setiap kg berat badan, jumlah aspartam yang boleh dikonsumsi setiap harinya adalah 40 mg. Aspartam sangat dianjurkan untuk tidak ditambahkan ke dalam makanan anak-anak, terutama yang sudah mengandung sodium glutamat (vetsin).
Bahan pemanis lain yang dibolehkan pemakaiannya antara lain adalah siklamat dan sorbitol. Di Amerika Serikat, garam-garam siklamat sudah dilarang penggunaannya sebab berpotensi karsinogen (penyebab kanker). Hasil metabolisme siklamat merupakan senyawa yang bersifat karsinogen.
b. Pengawet Buatan
Penambahan zat pengawet pada makanan berguna untuk melindungi makanan agar tidak cepat membusuk dan dapat bertahan dalam kurun waktu lama tanpa mengurangi nilai gizi maupun rasanya. Jenis bahan pengawet dapat berupa zat organik maupun zat anorganik. Bahan pengawet berperan dalam menghambat proses fermentasi, pengasaman, dan proses penguraian lain akibat adanya mikroorganisme dalam makanan.
Bahan-bahan pengawet yang banyak digunakan adalah belerang dioksida, asam benzoat, asam propionat, asam sorbat, senyawa kalium dan natrium dari nitrat atau nitrit. Kuantitas bahan kimia pengawet yang diizinkan bergantung pada jenis makanan yang diawetkan. Asam benzoat berfungsi mengendalikan pertumbuhan jamur dan bakteri. Pemakaian asam benzoat dengan kadar >250 ppm dapat memberikan efek samping berupa alergi. Pada konsentrasi tinggi dapat mengakibatkan iritasi pada lambung dan saluran pencernaan.
Asam propionat dapat digunakan untuk mencegah hama berupa binatang kapang yang menyerang roti dan kue kering, sedangkan asam sorbat digunakan untuk mencegah kapang dalam keju.
c. Antioksidan
Bahan tambahan makanan yang lain adalah zat yang berperan sebagai antioksidan dan anti kempal atau penstabil. Zat antioksidan adalah zat yang berfungsi untuk mencegah oksidasi pada makanan. Contoh zat antioksidan: asam askorbat, asam sitrat, butilated hidroksi anisol (BHA), butilated hidroksi toulena (BHT), paraben (p-hidroksibenzoat), dan propilgalat.
Makanan pada umumnya tidak stabil. Contoh, jika lemak atau minyak dibiarkan di udara terbuka maka akan teroksidasi dan menimbulkan bau tengik. Reaksi oksidasi ini menguraikan makanan menjadi molekul-molekul kecil sehingga merusak bahan makanan. Bahkan dapat menimbulkan racun terhadap makanan. Masalah oksidasi dapat diatasi dengan menambahkan zat antioksidan ke dalam bahan makanan. Bahan tersebut berfungsi menghambat oksidasi pada makanan.
Zat anti kempal adalah zat yang mampu mencegah terjadinya penggumpalan bahan makanan berbentuk serbuk. Contoh zat anti kempal yaitu kalium silikat, silikon dioksida, dan kalsium fosfat. Beberapa zat tertentu pada masa lalu pernah digunakan sebagai bahan tambahan makanan, tetapi setelah dikaji lebih banyak bahayanya dibandingkan manfaatnya sehingga zat-zat tambahan makanan tersebut dilarang penggunaannya.
Beberapa zat tambahan yang dilarang, yaitu boraks dan turunannya; asam salisilat dan garamnya; formalin; kalium klorat; dulsin; minyak nabati yang dibrominasi; dietil pirokarbonat; nitropirazon; dan klorampenikol.
d. Pewarna Makanan
Pewarna dari bahan alam jumlahnya sangat terbatas dan pada saat makanan diolah, pewarna dari bahan alam biasanya pudar. Selain itu, pewarna bahan alam tidak tahan lama karena pembusukan. Pewarna buatan bertujuan menjadikan makanan seolah-olah memiliki banyak warna dan menimbulkan daya tarik tersendiri. Pewarna buatan umumnya berasal dari senyawa aromatik diazonium.
Beberapa pewarna buatan yang diizinkan oleh Depkes untuk ditambahkan ke dalam makanan dapat dilihat pada Tabel 11.
Tabel 11. Pewarna Makanan yang Diizinkan Oleh Depkes
Nama | Nama Niaga |
Amaran | Food red 2 |
Biru berlian | Food blue 2 |
Eritrosin | Food red 3 |
Hijau FCF | Food green 3 |
Indigotin | Food blue 1 |
Hijau S | Food green 4 |
Beberapa pewarna berbahaya dan dilarang penggunaannya karena berpotensi menimbulkan karsinogen, yaitu auramin (merek dagang, basic yellow 2), ponceau 3R (solvent yellow 5), sudan I (food yellow 14), dan
rhodamin B (food red 15).
Tabel 12. Pewarna Makanan yang Dilarang
Nama | Nama Niaga |
Auramin | Basic Yellow 2 |
Ponceau 3R | Solvent Yellow5 |
Sudan I | Food yellow 14 |
Rhodamin B | Food red 15 |
Selain pewarna makanan, ada juga zat pemutih makanan, seperti hidrogen peroksida, benzoil peroksida, kalium iodat, dan aseton peroksida. Zat pemutih ini berguna memperbarui warna makanan tanpa merusak komposisi bahan makanan. Tepung yang masih baru biasanya berwarna kuning kecokelatan. Untuk itu, zat pemutih ditambahkan ke dalam tepung agar tampak putih dan menarik. Hidrogen peroksida digunakan untuk memutihkan warna susu yang akan dijadikan keju. Selain itu, juga digunakan untuk memutihkan kulit sapi dan mengembangkannya menjadi bahan kerupuk kulit.
e. Pecita Rasa dan Aroma
Zat pemberi aroma atau pecita rasa (zat penambah cita rasa) pada makanan adalah zat yang dapat memberikan, menambah, dan mempertegas rasa serta aroma suatu produk makanan. Misalnya, zat pecita rasa buatan seperti monosodium glutamat atau vetsin. Zat ini tidak memiliki cita rasa jika dimakan langsung, tetapi dapat menimbulkan cita rasa khas jika ditambahkan ke dalam makanan.
Vetsin adalah asam amino karboksilat yang diperlukan tubuh untuk membentuk protein. Namun, pemakaian vetsin yang berlebihan dapat menimbulkan penyakit bagi manusia, khususnya pada bayi dapat menimbulkan kerusakan otak.
Pecita rasa buatan biasanya dipakai untuk mengembalikan rasa yang hilang selama makanan diproses. Kebanyakan pecita rasa berasal dari senyawa kimia golongan ester. Senyawa ester paling banyak digunakan untuk pecita rasa dan pemberi aroma buah-buahan. Beberapa senyawa ester yang biasa ditambahkan ke dalam minuman ringan di antaranya, yaitu:
- benzaldehida ditambahkan ke dalam minuman agar memiliki rasadan aroma seperti buah lobi-lobi;
- etilbutirat ditambahkan ke dalam minuman agar memiliki rasa danaroma seperti buah nanas;
- oktil asetat ditambahkan ke dalam minuman agar memiliki rasa danaroma seperti buah jeruk;
- amil asetat ditambahkan ke dalam minuman agar memiliki rasa dan aroma seperti buah pisang;
- amil valerat ditambahkan ke dalam minuman agar memiliki rasa dan aroma seperti buah apel.
2. Kimia Obat-obatan
Pada umumnya, obat-obatan yang diproduksi dapat dikelompokkan ke dalam obat analgesik, antibiotik, psikiatrik, dan hormon. Hampir setengah dari obat-obatan yang telah diproduksi berasal dari tumbuhan dan mikroorganisme yang diolah secara kimia. Sisanya berasal dari hasil racikan bahan kimia yang disebut obat sintetik. Teknik pengobatan menggunakan prinsip kimia disebut chemoteraphy.
Selain obat-obatan yang dikembangkan secara kimia, terdapat obat-obatan tradisonal. Obat tradisonal adalah obat-obatan yang diperoleh dari sumber alam tanpa diproses secara kimia. Obat tradisional biasanya
diperoleh dari tumbuhan, hewan, atau mineral alam.
a. Zat Analgesik
Analgesik adalah sejenis obat yang digunakan untuk mengurangi rasa sakit. Jika Anda merasa sakit fisik, otak akan mengeluarkan zat kimia yang disebut analgesik. Dengan berkembangnya ilmu Kimia dan Farmasi, para pakar berhasil menemukan struktur molekul analgesik dan mampu membuat analgesik tiruan. Obat analgesik dipasarkan dan dikemas dengan nama dagang tertentu, seperti aspirin, parasetamol, dan kodeina.
1) Aspirin
Pada abad ke-19, asam salisilat berhasil diekstrak dari pohon willow. Asam ini digunakan untuk menurunkan deman. Akan tetapi, karena rasanya pahit maka perusahaan Bayer membuat obat yang sejenis yaitu asetil salisilat atau nama dagangnya aspirin. Aspirin berfungsi mengurangi rasa sakit, seperti sakit kepala atau sakit gigi. Aspirin juga dapat digunakan untuk menurunkan suhu tubuh. Akan tetapi, untuk mengurangi rasa sakit, penggunaan aspirin harus hati-hati sebab bahan ini dapat melukai dinding usus dan memiliki sifat candu (ketagihan).
2) Parasetamol
Parasetamol dipasarkan kali pertama dengan nama dagang panadol. Parasetamol memiliki kegunaan yang sama seperti aspirin, yaitu mengurangi rasa sakit. Namun, parasetamol tidak begitu berbahaya jika dibandingkan dengan aspirin sebab parasetamol tidak melukai dinding usus.
3) Kodein
Kodein adalah salah satu bahan kimia aktif yang terdapat dalam madat atau candu. Pengaruh kodeina sama seperti morfin, yaitu digunakan untuk mengurangi rasa sakit, tetapi morfin dapat menimbulkan ketagihan, sedangkan kodein tidak menimbulkan ketagihan.
Kodein merupakan salah satu senyawa kimia yang ditambahkan ke dalam obat sakit kepala atau obat batuk agar pasien menjadi ngantuk. Pengaruh kodein lebih kuat dibandingkan aspirin. Selain itu, kodein dapat juga bertindak sebagai depresan, yaitu dapat mengurangi sebagian aktivitas otak dan saraf.
Pemakaian kodein dalam dosis tinggi dan dalam kurun waktu lama dapat menyebabkan ketagihan, ini dapat mengancam kesehatan. Kodein dosis tinggi menyebabkan penglihatan kurang terang, tingkah laku seperti orang mabuk, dan bingung.
b. Zat Antibiotik
Antibiotik adalah bahan kimia yang dapat membunuh bakteri atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang berjangkit di dalam tubuh. Pada umumnya, zat antibiotik yang dipakai berasal dari bakteri Penicilium dan bakteri Streptomyces. Mikroorganisme yang dapatmenghasilkan antibiotik umumnya hidup di dalam tanah.
Ada beberapa jenis antibiotik yang beredar di pasaran, seperti antibiotik yang dapat membunuh berbagai jenis bakteri (memiliki spektrum luas), tetapi ada juga antibiotik yang bertindak secara khusus terhadap bakteri tertentu. Oleh sebab itu, antibiotik tidak boleh dijual bebas, tetapi harus dengan resep dokter.
Antibiotik yang baik adalah antibiotik yang mampu membunuh bakteri, tetapi tidak merusak jaringan sel dalam tubuh. Antibiotik dapat dikonsumsi secara langsung melalui pencernaan (dalam bentuk pil atau tablet) atau dapat juga disuntikkan ke dalam tubuh pasien.
Zat antibiotik tidak baik dikonsumsi jika tidak sakit sebab bakteri memiliki kemampuan untuk memproduksi zat yang kebal terhadap antibiotik itu. Pada akhirnya, jika Anda sakit akibat bakteri tersebut maka antibiotik yang dikonsumsi tidak mampu membunuh bakteri tersebut sebab sudah kebal terhadap zat antibiotik.
1) Penisilin
Pada mulanya, penisilin hanya dapat dihasilkan dari mikroorganisme Penicilium. Saat ini, beberapa jenis penisilin sudah dapat disintesis. Penisilin efektif untuk membunuh bakteri Staphylococci. Penyakit yang dapat disembuhkan dengan antibiotik ini di antaranya gonorhoe, sifilis, dan radang paru-paru (pneumonia).
Setelah dikaji cukup lama, akhirnya diketahui bahwa bagian aktif dari penisilin adalah asam 6–amino–penicillamat, disingkat dengan 6-apa. Sejak ditemukan bagian aktif ini, berbagai jenis antibiotik sintetik telah dibuat berdasarkan struktur molekul 6–apa.
Pada umumnya, penisilin merupakan obat antibiotik yang aman untuk dikonsumsi, tetapi ada juga sebagian pasien yang alergi terhadap penisilin. Pasien seperti ini biasanya setelah mengonsumsi penisilin merasa gatal-gatal dan kulit menjadi bercak merah. Jika ini terjadi maka pengobatan dengan penisilin harus dihentikan.
2) Streptomisin
Penisilin dapat membunuh berbagai jenis bakteri, tetapi penisilin tidak berpengaruh terhadap bakteri seperti Tuberculosis dan beberapa bakteri lainnya. Untuk mengatasi bakteri penyebab TBC digunakan antibiotik lain, yaitu streptomisin. Streptomisin adalah antibiotik untuk mengobati penyakit yang disebabkan oleh bakteri Tuberculosis (TBC). Streptomisin dihasilkan oleh mikroorganisme genus Streptomyces.
Streptomisin tidak boleh dikonsumsi melalui pencernaan karena dapat melukai dinding usus sehingga obat ini harus diberikan kepada pasien melalui penyuntikan. Efek samping dari streptomisin umumnya demam, kulit bercak, muntah, dan sakit tenggorokan.
Beberapa jenis bakteri mampu menyesuaikan diri dan kebal terhadap antibiotik, yang dipakai selama pengobatan. Jika ini terjadi maka pengobatan dengan antibiotik tersebut tidak akan sembuh. Gejala ini biasanya muncul pada penderita yang tidak disiplin memakan obat.
c. Zat Psikiatris
Psikiatris adalah jenis obat-obatan yang dapat memengaruhi bagian tertentu dari sistem saraf. Jika obat ini dikonsumsi maka orang yang mengonsumsinya akan melakukan tindakan di luar kesadaran atau di luar kendali sistem saraf. Kebanyakan obat psikiatris bertindak secara langsung kepada sistem saraf. Terdapat berbagai jenis obat psikiatris seperti stimulan dan depresan.
1) Stimulan
Stimulan digunakan untuk mempercepat tindakan sistem saraf. Jadi, jika seseorang mengonsumsi obat ini dapat menyebabkan orang tersebut merasa lebih percaya diri.
Zat stimulan yang berasal dari tubuh contohnya adalah adrenalin, yaitu sejenis stimulan yang dihasilkan oleh kelenjar adrenal dalam tubuh. Stimulan berkerja dengan cara memacu kerja jantung lebih kuat dan cepat sehingga tubuh kita merasa lebih siap menghadapi berbagai kecemasan. Dengan adanya stimulan maka organ-organ dalam tubuh akan bertindak lebih tangkas dari biasanya. Terdapat beberapa jenis stimulan di antaranya amfetamin, kokain, dan obat-obatan tergolong narkoba.
a) Amfetamin
Amfetamin digunakan untuk mengurangi rasa cemas yang berlebihan dan mengurangi selera makan sehingga berat badan turun. Di samping itu, amfetamin juga digunakan untuk menjaga gairah hidup. Dengan mengonsumsi amfetamin, pengguna merasa lebih berenergi, lebih gembira, dan senang berbicara.
Pasien yang banyak mengonsumsi amfetamin dalam dosis tinggi akan menjadi agresif dan ganas serta sering mengkhayal. Hal ini akan menimbulkan perasaan yang tidak menentu serta sering mendengar suara-suara yang tidak jelas sumbernya.
Obat-obatan yang termasuk amfetamin di antaranya dextro-amfetamin (dexedrina) dan metamfetamin (methedrina). Kedua obat ini sangat efektif untuk mengobati penyakit kecemasan dan sering muram. Obat ini juga dapat menimbulkan ketagihan.
b) Kokain
Kokain adalah sejenis alkaloid yang dapat diekstrak dari pohon koka (Erythroxylon coca). Kokain merupakan stimulan yang kuat dan digunakan sebagai obat bius dalam pembedahan lokal seperti mulut, mata, dan telinga. Namun, obat ini dapat menimbulkan ketagihan dan tergolong narkoba.
Jenis alkaloid lain meliputi sejumlah obat-obatan adalah morfin dan quinin (kina). Morfin diekstrak dari bunga madat dan quinin diekstrak dalam kulit pohon kina. Senyawa lain yang sejenis adalah heroin dan LSD (lysergic acid diethylamida).
2) Depresan
Depresan adalah jenis obat-obatan yang berfungsi mengurangi aktivitas sebagian otak dan mengurangi aktivitas sistem saraf. Orang yang mengonsumsi obat jenis ini akan merasa ngantuk dan merasa gembira. Ada beberapa jenis obat-obatan yang tergolong obat depresan di antaranya adalah barbiturat dan trankuilizer. Barbiturat dan trankuilizer bertindak sebagai sedatif dan juga hipnotik, yaitu obat yang dipakai untuk penderita sakit jiwa. Sedatif bersifat sebagai obat penenang, sedangkan hipotik menyebabkan pasien tidak tenang.
Pemakaian dosis tinggi barbiturat akan tampak berperilaku seperti orang mabuk dan suara kurang jelas bahkan dapat mengakibatkan hilangnya keseimbangan tubuh. Dosis yang terlampau tinggi dapat menimbulkan kematian karena menyumbat saluran nafas.
Trankuilizer dipakai sebagai pengganti barbiturat. Reaktivitas obat ini sama dengan barbiturat, keunggulannya tidak menyebabkan ketagihan. Trankuilizer biasanya digunakan bagi pasien yang mengikuti program psikoterapi.
d. Hormon
Hormon merupakan salah satu senyawa karbon yang dihasilkan oleh kelenjar tubuh. Hormon sintetik telah berhasil dikembangkan. Hormon sintetik digunakan untuk menghasilkan hormon ketika kelenjar pasien yang memproduksi hormon telah rusak, misalnya akibat pembedahan atau kelenjar tidak dapat berfungsi secara normal.
Hormon dapat dikelompokkan ke dalam dua golongan, yaitu golongan peptida dan golongan steroid. Golongan peptida terdiri atas molekul-molekul asam amino yang larut dalam air, misalnya insulin. Steroid merupakan molekul besar yang dihasilkan dari kolesterol. Hormon ini lebih larut dalam lemak daripada di dalam air. Contoh hormon ini yaitu kortison.
1) Hormon Insulin
Insulin adalah sejenis hormon yang berperan mengendalikan keseimbangan glukosa dalam darah. Insulin dihasilkan oleh sel pankreas. Hormon insulin membiarkan sel tubuh menggunakan glukosa dalam darah. Tanpa insulin, konsentrasi glukosa dalam darah akan meningkat. Jika hal ini dibiarkan maka glukosa akan ditemukan dalam air seni.
Keadaan ini dinamakan penyakit diabetes mellitus. Pengobatan penyakit ini dilakukan dengan menyuntikkan insulin ke dalam tubuh. Akan tetapi, jika insulin berada pada konsentrasi yang tinggi dalam darah maka kadar
gula dalam darah akan menjadi telampau rendah. Jika ini terjadi, dapat menyebabkan keadaan hipoglikemia. Gejalanya, pasien akan berkeringat, lemah, dan kabur penglihatan.
2) Kortison
Kortison merupakan salah satu obat steroid. Pada mulanya hormon ini diperoleh dari korteks kelenjar adrenal. Pada 1946, pakar kimia telah berhasil menyintesis kortison dari empedu. Kortison biasanya digunakan untuk mengobati penyakit rheumatoid arthritis. Penyakit ini mengakibatkan persendian tulang menjadi bengkak, sakit, dan kejang-kejang. Kortison juga digunakan mengobati penyakit radang paru-paru, bengkak, asma, dan penyakit kulit yang disebabkan alergi.
Rangkuman :
- Tujuan ilmu Kimia adalah untuk menemukan dan mengembangkan material baru yang berguna bagi manusia, sebagai upaya untuk meningkatkan taraf hidup manusia ke arah yang lebih mudah, praktis, cepat, dan instan.
- Material baru yang sudah dan masih terus dikembangkan adalah kristal cair, polimer, keramik, dan film tipis.
- Material baru yang sedang dalam pengembangan dengan aplikasi saat ini masih terbatas adalah nanomaterial dan biomaterial.
- Pupuk dan pestisida adalah zat kimia yang digunakan untuk tujuan peningkatan hasil produksi pertanian.
- Pupuk buatan adalah zat kimia yang mengandung unsur N, P, dan K atau perpaduannya.
- Membunuh hama seperti serangga, jamur, rodensia, dan tumbuhan pengganggu. Jenis senyawa pestisida terdiri atas senyawa yang mengandung klor, fosfor dan senyawa karbamat.
- Dalam makanan olahan ditambahkan zat aditif yang berfungsi sebagai pemanis, pengawet, pewarna, pemberi aroma dan citarasa, penggempal/pengeras.
- Pada umumnya, obat-obatan yang diproduksi dapat dikelompokkan ke dalam obat analgesik, antibiotik, psikiatrik, dan hormon.
Anda sekarang sudah mengetahui Kimia Terapan. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Sunarya, Y. dan A. Setiabudi. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Kimia 1 : Untuk Kelas X Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 226.
{ 0 komentar... Views All / Send Comment! }
Posting Komentar