KIMIA HIJAU

 

Apakah Gerakan Kimia Hijau (Green Chemistry) Itu?

Dalam rangka ikut terlibat dalam menjaga kelestarian Bumi, maka pada tahun 1998, Paul T. Anastas bersama dengan John C. Warner mengembangkan prinsip yang dijadikan sebagai panduan dalam mengelola zat kimia dalam proses industri dan seluruh aspek yang terkait dengan zat kimia yang dikenal dengan gerakan kimia hijau (green chemistry).

Konsep Kimia Hijau memiliki dampak yang besar karena mencakup kegiatan-kegiatan di laboratorium penelitian industri, pendidikan, lingkungan, dan masyarakat umum. Kimia Hijau telah menunjukkan bagaimana ahli kimia dapat merancang produk dan proses secara berkelanjutan yang menguntungkan, sekaligus baik untuk kesehatan manusia dan lingkungan.

Gerakan kimia hijau mendapat sambutan yang antusias, terbukti telah masuk dalam kurikulum sekolah, mendapat pendanaan pemerintah, dan pendirian Pusat Penelitian Kimia Hijau. Banyak universitas sekarang menawarkan kelas tentang Kimia Hijau dan Teknik Hijau. Beberapa institusi menawarkan penghargaan terhadap praktik kimia hijau di berbagai bidang.

Pengertian Kimia Hijau (Green Chemistry)

Pengertian Kimia hijau adalah sebagai suatu upaya untuk merancang (mendesain) proses kimia dan produk kimia yang dihasilkan untuk mengurangi atau menghilangkan penggunaan dan pembentukan zat berbahaya.

Definisi dan konsep Green Chemistry ini pertama kali dirumuskan pada awal tahun 1990. Sejak itu, diciptakan ratusan program dan inisiatif pemerintah tentang Kimia Hijau di seluruh dunia dengan program unggulan awal yang berlokasi di Amerika Serikat, Inggris, dan Italia.

Program awal yang penting adalah pemberian Penghargaan Kimia Hijau dari Presiden Amerika Serikat yang dimulai pada tahun 1995, dan selanjutnya Institut Kimia Hijau didirikan pada tahun 1997. Penerbitan jurnal Kimia Hijau Royal Society of Chemistry jilid pertama dilakukan pada tahun 1999.

Aspek terpenting dari Green Chemistry adalah konsep desain (rancangan). Dalam merancang suatu proses, seseorang tidak dapat melakukan desain secara kebetulan, tetapi harus sudah diperhitungkan dari berbagai aspek.

Sebelum gerakan kimia hijau ini diterapkan, kebanyakan proses lebih menitikberatkan pada aspek ekonomi dan kurang memperhatikan dampak terhadap lingkungan.

Prinsip-prinsip Gerakan Kimia Hijau (Green Chemistry)

Kimia hijau berbeda dengan program mengurangi pencemaran atau membersihkan lingkungan dari pencemaran. Kimia hijau lebih menekankan pada upaya yang lebih mendasar dengan mencegah terjadinya pencemaran dari sumbernya yang utama.

Untuk mewujudkan hal tersebut maka Paul T. Anastas dan John C. Warner menyusun 12 prinsip yang harus dilakukan pada proses dan produksi bahan kimia yang selanjutnya disetujui dan dikenal sebagai 12 Prinsip Kimia Hijau.

Berikut penjelasan dari 12 prinsip kimia hijau yang menjadi pedoman dasar dalam setiap kegiatan yang melibatkan proses dan produksi yang melibatkan bahan kimia.

12 Prinsip-prinsip Gerakan Kimia Hijau (Green Chemistry)

1. Pencegahan limbah
Utamakan pencegahan terbentuknya limbah dibanding pembersihan atau penanganan limbah. Rancang proses untuk meminimalkan limbah setiap saat.

2. Manajemen atom yang baik
Kurangi limbah sejak pada level molekuler dengan memaksimalkan jumlah atom seluruh reaktan untuk menjadi produk. Gunakan atom ekonomi untuk mengevaluasi efisiensi reaksi.

3. Proses sintesis kimia yang lebih aman
Desain reaksi kimia dan rute sintesis seaman mungkin. Pertimbangkan bahaya dari semua bahan yang  ada selama reaksi  termasuk  limbah  yang dihasilkan.

4. Rancang bahan kimia yang lebih aman
Mengurangi kadar racun secara langsung dalam rancangan molekul. Prediksi dan evaluasi semua aspek termasuk sifat fisis, kadar racun, dan dampak lingkungan selama proses perancangan.

5. Rancang proses yang efisien energi
Pilih  proses  kimia  yang  paling    sedikit membutuhkan energi. Hindari proses pemanasan dan pendinginan, juga proses bertekanan  atau vakum  (yang paling optimal adalah proses pada suhu dan tekanan ruang).

6. Kurangi produk turunan yang tidak perlu
Meminimalkan penggunaan produk turunan sementara seperti penggunaan protecting group. Protecting group adalah rute sintesis kimia di mana produk turunan  senyawa  asal  dibuat dengan mengubah gugus tertentu supaya tidak ikut bereaksi. Hindari produk turunan untuk mengurangi tahap reaksi, bahan yang dibutuhkan, dan limbah.

7. Prosedur yang aman untuk mencegah kecelakaan
Pilih dan kembangkan prosedur proses kimia yang aman dan dapat meminimalkan risiko terjadinya kecelakaan. Pelajari kemungkinan risiko dan lakukan tindakan yang diperlukan dari awal.

8. Pencegahan polusi secara real-time
Monitor reaksi kimia secara real time untuk mencegah pembentukan dan kebocoran bahan beracun dan polutan.

9. Desain produk yang mudah terurai
Desain bahan kimia yang mudah terurai dan dibuang. Pastikan bahan kimia dan hasil uraian tidak beracun dan terakumulasi di lingkungan.

10. Gunakan katalis
Gunakan katalis dibanding reaksi stoikiometri biasa. Gunakan katalis untuk meningkatkan selektivitas, meminimalkan limbah, dan mengurangi waktu dan energi yang dibutuhkan dalam reaksi.

11. Gunakan bahan baku yang terbarukan
Gunakan bahan baku dari sumber yang terbarukan (bahan dari tumbuhan) alih alih bahan lain serupa yang berasal dari minyak bumi.

12. Penggunaan pelarut dan bahan pendukung yang lebih aman
Pilih bahan pelarut  yang palingaman pada setiap tahap. Minimalkan penggunaan pelarut dan bahan pendukung yang merupakan penyumbang limbah terbesar.

Catatan Penting untuk Dipahami:

Bahwa Kimia hijau adalah suatu pendekatan yang bertujuan untuk memaksimalkan efisiensi dan meminimalkan bahaya dari proses kimia, meskipun tidak ada reaksi yang benar-benar hijau.

Tujuan utama gerakan kimia hijau yaitu agar dampak negatif secara keseluruhan dari suatu penelitian kimia dan industri kimia dapat dikurangi dengan menerapkan 12 prinsip kimia hijau apabila memungkinkan.

Demikian ulasan kali ini mengenai Pengertian dan Prinsip-prinsip Gerakan Kimia Hijau (Green Chemistry) sebagai salah satu materi kimia di kelas 10 IPA yang telah terintegrasi dengan Kurikulum Merdeka Belajar yang penerapanya dimulai Tahun 2022. Semoga memberikan manfaat dan berberkah bagi kita semua.

 

BENTUK MOLEKUL_1

 

1.      Teori Valence Shell Electron Pair of Repulsion (VSEPR) dan Teori Domain Elektron.

 

Teori VSEPR adalah teori yang menggambarkan bentuk molekul berdasarkan kepada tolakan pasangan electron disekitar atom pusat. Teori tolakan pasangan elektron ini dikenal dengan istilah VSEPR (Valence Shell Electron Pair of Repulsion).

Bentuk molekul didasarkan kepada jumlah electron yang saling tolak-menolak disekitar atom pusat yang akan menempati tempat sejauh munkin untuk meminimumkan tolakan.

Teori   VSEPR   merupakan    penjabaran    sederahana    dari    rumus    Lewis yang berguna untuk memprediksikan bentuk molekul poliatom berdasarkanstru ktur Lewis-nya. Teori VSEPR pertama kali dikembangkan oleh NevilSidgwick dan Herbet Powel pada tahun 1940, dan dikembangkan lebihlanjut oleh Ronald Gillespie dan Ronald Nyholm.

Ide dasar teori VSEPR adalah adanya tolakan antara pasangan elektron sehingga pasangan elektron tersebut akan menempatkan diri pada posisi sejauh mungkin dari pasangan elektron lainnya. Posisi pasangan elektron satu dengan yang lain yang semakin berjauhan akan menyebabkan tolakan antar mereka menjadi semakin kecil. Pada posisi yang paling jauh yang dapat dicapai, tolakan antar pasangan elektron menjadi minimal. Tolakan antar pasangan elektron terjadi antara pasangan elektron bebas yang terlokalisasi pada atom pusat dan elektron ikat secara ikatan koordinasi. Teori VSEPR mengasumsikan bahwa masing- masing molekul akan mencapai geometri tertentu sehingga tolakan pasangan antarelektron di kulit valensi menjadi minimal.

 

Teori Domain Elektron

Menurut Ralph H. Petrucci (1985), teori Domain Elektron merupakan penyempurnaan dari teori VSEPR. Teori ini adalah suatu cara meramalkan bentuk molekul berdasarkan tolak menolak elektron-elektron pada kulit luar atom pusat. Domain elektron berarti kedudukan elektron atau daerah keberadaan elektron. Jumlah domain elektron ditentukan sebagai berikut:

a.       Setiap elektron ikatan (apakah ikatan tunggal, rangkap atau rangkap tiga) merupakan 1 domain.

b.       Setiap pasangan elektron bebas merupakan 1 domain.

Contoh :

Tentukan domain elektron atom pusat pada beberapa senyawa : H2O, CO2 dan SO2! Pembahasan :

 

·         Gambarkan struktur lewis masing-masing senyawa

·         Setiap satu elektron ikatan (tunggal, rangkap dua maupun rangkap tiga merupakan satu domain

·         Setiap pasangan elektron bebas merupakan satu domain Sehingga jumlah domainnya dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 3.6-1. Contoh Penentuan Domain Elektron

No	Senyawa	Struktur Lewis	Jumlah Domain Elektron
1	H2O		4
2	CO2		2
3	SO2		3

 

Penjelasan :

1.       Pada struktur lewis H2O atom pusat O dikelilingi oleh 4 PEI sehingga jumlah domain elektron = 4

2.       Pada struktur lewis CO2 atom pusat C dikelilingi oleh 2 ikatan rangkap, sehingga domain elektron = 2

3.       Pada struktur lewis SO2 atom pusat S dikelilingi oleh dua ikatan rangkap, ikatan tunggal dan 1 PEB, sehingga jumlah domain elektron = 3

Teori domain elektron mempunyai prinsip-prinsip dasar sebagai berikut:

a.       Antar domain elektron pada kulit luar atom pusat saling tolak-menolak sehingga domain elektron akan mengatur diri (mengambil formasi) sedemikian rupa, sehingga tolak-menolak di antaranya menjadi minimum.

b.       Urutan kekuatan tolak-menolak di antara domain elektron adalah:

Tolakan antar domain elektron bebas > tolakan antara domain elektron bebas dengan domain elektron ikatan > tolakan antara domain elektron ikatan.

c.       Bentuk molekul hanya ditentukan oleh pasangan elektron ikatan.

 

2. Rumus/Tipe Molekul

Rumusan tipe molekul dapat ditulis dengan lambang AXnEm     (jumlah pasangan electron), pasangan elektron ikatan (PEI) dan pasangan elektron bebas (PEB)

 

dimana :

A : Atom pusat

X : Jumlah pasangan elektron ikatan (PEI) E : jumlah pasangan elektron bebas (PEB) Catatan:

a.       ikatan rangkap dua atau rangkap tiga dihitung satu pasang electron ikatan

b.       tolakan antara PEB-PEB> PEB-PEI>PEI-PEI

 

c.       PEI menentukan bentuk molekul,PEB mempengaruhi besar sudaut ikatan

 

Langkah-langkah memprediksi bentuk molekul dengan teori VSEPR

a.       Tentukan struktur lewis dari rumus molekul

b.       Tentukan jumlah PEB dan PEI atom pusat

c.       Tentukan tipe/rumus molekulnya

d.       Gambar bentuk molekul dan beri nama sesuai dengan jumlah PEI dan PEB

 

Contoh :

1.      Senyawa metana, CH4

Struktur lewisnya dapat digambarkan sebagai berikut.

Dari struktur lewisnya, bahwa atom pusat, C memiliki empat pasangan elektron ikatan (PEI) dan tidak memiliki pasangan elektron bebas (PEB), sehingga tipe molekulnya adalah  AX4.

Pasangan elektron ikatan akan menempati posisi dimana tolakan sekecil mungkin, sehingga posisi PEI antara satu dengan yang lain menjadi sama jaraknya dan menghasilkan sudut antara H – C – H yang sama besarnya, sehingga berdasarkan rumus/tipe molekulnya, CH4 memiliki bentuk tetrahedral seperti tampak pada gambar berikut.

 

Gambar 3.6-1. Bentuk molekul CH4

 

2.      Senyawa amonia, NH3

Struktur lewis NH3 adalah sebagai berikut :

Pembahasan :

Atom pusat adalah N mempunyai elektron valensi 5 Pasangan Eekton ikatan (X) = 3

Pasangan Elektron Bebas E = (5-3)/2 = 1

Bentuk molekul AX3E bentuk molekulnya piramida segitiga

Dengan menggunakan teori VSEPR maka kita dapat meramalkan bentuk geometri suatu molekul, seperti terlihat pada tabel berikut.

 

Tabel 3.6-2. Hubungan antara jumlah PEI, PEB, tipe molekul dan bentuk molekul

  

Dalam modul ini maka akan di contohkan menentukan bentuk geometri molekul XeF2, XeF4, dan XeF6. Diantara molekul-molekul tersebut ada yang memiliki pasangan elektron bebas dan ada yang tidak, jadi molekul-molekul tersebut adalah contoh yang bagus untuk lebih memahami teori VSEPR.

Pertama kita harus mementukan struktur lewis masing-masing molekul. Xe memiliki jumlah elektron valensi 8 sedangkan F elektron valensinya adalah 7 (lihat gambar dibawah).

 

 

Struktur Lewis XeF2 seperti gambar di bawah, dua elektron Xe masing-masing diapakai untuk berikatan secara kovalen dengan 2 atom F sehingga meninggalkan 3 pasangan elektron bebas pada atom pusat Xe. Hal yang sama terjadi pada molekul XeF4 dimana 4 elektron Xe dipakai untuk berikatan dengan 4 elektron dari 4 atom F, sehingga meninggalkan 2 pasangan elektron bebas pada atom pusat Xe.

 

Lihat gambar diatas XeF2 memiliki 2 pasangan elektron ikatan (PEI) dan 3 pasangan elektron bebas (PEB) jadi total ada 5 pasangan elektron yang terdapat pada XeF2, hal ini menandakan bahwa geometri molekul atau kerangka dasar molekul XeF2 adalah trigonal bipiramid. Karena terdapat 3 PEB maka PEB ini masing masing akan menempati posisi ekuatorial pada kerangka trigonal bipiramid, sedangkan PEI akan menempati posisi aksial yaitu pada bagian atas dan bawah. Posisi inilah posisi yang stabil apabila terdapat atom dengan 2 PET dan 3 PEB sehingga menghasilkan bentuk molekul linear. Jadi bentul molekul XeF2 adalah linier.(lihat gambar dibawah).

Gambar 3.6-2. Bentuk Molekul XeF2

 

Lihat gambar strutur lewis XeF4 memiliki 4 pasangan elekktron terikat (PEI) dan 2 pasangan elektron bebas (PEB) jadi total ada 6 pasangan elektron yang terdapat pada XeF4, hal ini menandakan bahwa geometri molekul atau kerangka dasar molekul XeF4 adalah oktahedral. Karena terdapat 2 PEB maka PEB ini masing masing akan menempati posisi aksial pada kerangka oktahedral, sedangkan PEI akan menempati posisi ekuatorial. Posisi inilah posisi yang stabil apabila terdapat atom dengan 4 PET dan 2 PEB sehingga menghasilkan bentuk molekul yang

 

disebut segiempat planar. Jadi bentul molekul XeF2 adalah segiempat planar.(lihat gambar dibawah).

 

 

B.          Rangkuman

Gambar 3.6-3. Bentuk Molekul XeF4

1.       Teori yang sederhana untuk menjelaskan bentuk molekul yang mengandung ikatan pasangan elektron adalah teori tolakan pasangan elektron dalam kulit valensi atau teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion). Menurut teori ini, bangun suatu molekul ditentukan oleh pasangan elektron yang terdapat dalam kulit valensi atom pusat.

2.       Molekul kovalen terdapat pasangan-pasangan elektron baik PEI maupun PEB. Karena pasangan-pasangan elektron mempunyai muatan sejenis, maka tolak- menolak antarpasangan elektron. Tolakan (PEB – PEB) > tolakan (PEB – PEI) > tolakan (PEI – PEI).

3.       Teori Domain Elektron adalah penyempurnaan dari teori VSEPR. Domain elektron artinya kedudukan suatu elektron atau daerah keberadaan elektron, dapat ditentukan dengan jumlah domain sebagai berikut: Setiap elektron ikatan (ikatan tunggal, rangkap 2, atau rangkap 3) mempunyai 1 domain.

C.           Penugasan Mandiri

1.       Uraikan apa yang Anda ketahui tentang teori Valence Shell Electron Pair of Repulsion (VSEPR)!

2.       Bagaimana urutan kekutan tolakan PEI dan PEB?

3.       Apa saja prinsip dari teori Domain elektron?

4.       Senyawa CH4, NH3 dan H2O sama-sama memiliki 4 pasang elektron, tetapi berbeda bentuk molekul dan besar sudut ikatannya. Uraikan faktor penyebabnya!

5.       Mengapa molekul CH4 berbentuk simetris?

6.       Uraikan langkah-langkah dalam menentukan tipe/rumus molekul poliatom!

7.       Dari senyawa berikut tentukan rumus/tipe molekul dan bentuk molekul berdasarkan teori VSEPR!

a.       CCl4

b.       PCl3

 

D.         Latihan Soal

1.       Unsur P (Z = 15) bersenyawa dengan unsur Cl (Z = 17) membentuk PCl3. Banyaknya pasangan elektron bebas pada atom pusat dalam senyawa PCl3 adalah

….

A.      0

B.      1

C.       2

 

D.      3

E.      4

 

2.       Suatu molekul mempunyai 4 pasang elektron di sekitar atom pusat, 2 diantaranya

merupakan PEB, maka bentuk molekul yang paling mungkin adalah ….

A.      segitiga datar

B.      segiempat planar

C.       tetrahedron

D.      bentuk T

E.      bentuk V

 

3.       Sudut ikatan molekul H2O adalah 104,5 lebih kecil dari sudut tetrahedron, hal ini

disebabkan oleh ….

A.      adanya 2 pasangan elektron bebas

B.      adanya 2 pasangan elektron ikatan

C.       adanya ikatan hidrogen pada H2O

D.      adanya dipol permanen pada H2O

E.      pasangan elektron jauh dari atom pusat

 

4.       Suatu senyawa memiliki jumlah domain elektron ikatan 3 dan domain elektron

bebas 0, bentuk molekul dari senyawa tersebut adalah ….

A.      Linear

B.      Tetrahedral

C.       Segitiga datar

D.      Oktahedral

E.      Bipiramida segitiga

 

5.       Perhatikan tabel berikut

 

No	Jumlah PEI	Jumlah PEB	Bentuk Molekul
1	3	1	Segitiga piramidal
2	5	0	Tetrahedral
3	2	2	Planar bentuk V
4	4	0	Segi empat pllanar

Pernyataan yang benar hbungan antara jumlah PEI, PEB dan bentuk molekul adalah....

A.   (1) dan (2)

B.   (1) dan (3)

C.   (2) dan (3)

D.   (3) dan (4)

E.   (4) dan (5)

 

Kunci Jawaban dan Pembahasan

 

1.    Jawaban B ( 1 ) Pembahsan :

Unsur P (Z = 15) bersenyawa dengan unsur Cl (Z = 17) membentuk PCl3. Banyaknya pasangan elektron bebas pada atom pusat dalam senyawa PCl3 :

-     Menentukan atom pusat

1 atom P dan berikatan dengan 3 atom Cl, maka yang sebagai atom pusat adalah atom P

-     Buat konfigurasi elektron dari masing-masing atom:

15P         : 2      8      5 maka elektron valensi P adalah 5, ada 5 elektron untuk berikatan

17Cl      : 2   8      7 maka elektron valensi Cl adalah 7, membutuhkan 1 elektron untuk berpasangan

-         

Buat struktur lewis dari molekul tersebut!

-          Terdapat 1 pasangan elektron bebas pada atom pusat

 

2.    Jawaban B (segiempat datar)

Pembahasan:

Suatu molekul mempunyai 4 pasang elektron di sekitar atom pusat, 2 diantaranya merupakan PEB, maka bentuk molekul yang mungkin:

-       Tentukan Pasangan Elektron Ikatan / PEI (X) = 4

-       Tentukan Pasangan Elektron Bebas / PEB (E) = 2

-       Gunakan rumus       (AXnEm) è    maka AX4E2 è sisiempat planar atau segiempat datar

 

3.       Jawaban A (adanya 2 pasangan elektron bebas) Pembahasan:

Sudut ikatan molekul H2O adalah 104,5 lebih kecil dari sudut tetrahedron, hal ini disebabkan oleh:

1H dan 8O yang mana elektron valensi pada O ada 6 elektron, 2 digunakan untuk berikatan dengan 2 atom H, sehingga masih ada 4 elektron pada atom pusat (O) atau 2 Pasang Elektron Bebas, di mana daya tolakannya lebih besar.

H2O berarti terdapat 2 PEI dan 2 PEB

 

4.       Jawaban C (Segitiga datar) Pembahasan:

Suatu senyawa memiliki jumlah domain elektron ikatan 3 dan domain elektron bebas 0, è AX3 è trigonal planar atau segitiga datar

 

5.       Jawaban B ( (1) dan (3) ) Pembahasan:

 

 

No	Jumlah PEI	Jumlah PEB	Bentuk Molekul	Keterangan
1	3	1	Segitiga piramidal	Benar
2	5	0	Tetrahedral	Salah
3	2	2	Planar bentuk V	Benar
4	4	0	Segi empat planar	Salah

 

 

 

F.      Penilaian Diri

 

 

No	Pertanyaan	Ya	Tidak
1	Saya telah memahami teori VSEPR dalam menentukan bentuk molekul
2	Saya dapat menentukan jumlah domain elektron dalam senyawa poliatom
3	Saya dapat menentukan rumus/tipe molekul dari senyawa kovalen poliatom berdasarkan teori VSEPR
4	Saya dapat menentukan bentuk molekul suatu senyawa kovalen berdasarkan teori VSEPR

 

 

Bila dalam menjawab pertanyaan di atas masih terdapat jawaban "Tidak", maka segera lakukan pengulangan pembelajaran, terutama pada bagian yang masih terdapat jawaban "Tidak".