Chemistry · Buku 1 · Grades 1–12

Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12

Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12

21Unsur-Unsur di Alam Semesta dan di Bumi

Kalsium di tulangmu, besi di darahmu, dan oksigen yang kamu hirup tidak dibuat di Bumi. Semuanya dibuat di dalam bintang-bintang yang hidup dan mati sebelum Matahari lahir, dan semuanya telah berpindah dari batuan ke laut, dari laut ke tumbuhan, dari tumbuhan ke hewan, selama miliaran tahun. Ada unsur yang terdapat di mana-mana, ada yang langka. Unsur-unsur apa yang menyusun bintang, Bumi, samudra — dan kita?

Yang sudah kamu ketahui

Unsur kimia adalah himpunan atom dengan nomor atom ZZ yang sama; massa sebuah atom mendekati A×1.67×10−27 kgA \times 1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}, dengan AA nomor massanya (Bab 16). Tabel periodik mendaftar 118 unsur menurut nomor atomnya (Bab 20). Udara terdiri atas sekitar empat perlima nitrogen dan seperlima oksigen (Bab 4).

21.1 Unsur-unsur bintang

Definisi 21.1 (Kelimpahan)

Yang disebut kelimpahan sebuah unsur dalam sebuah benda materi — bintang, kerak Bumi, samudra, makhluk hidup — adalah bagiannya dari massa total, biasanya dinyatakan dalam persen.

Proposisi 21.2 (Matahari adalah hidrogen dan helium)

Permukaan Matahari terdiri atas, menurut massa, sekitar 74 %74\,\% hidrogen dan 25 %25\,\% helium; semua unsur lainnya bersama-sama hanya sekitar 1.3 %1.3\,\%. Sebagian besar materi alam semesta yang terlihat memiliki susunan serupa: hidrogen dan helium, dengan sejumput segala yang lain.

Proposisi 21.3 (Unsur-unsur yang dibuat di dalam bintang)

Hidrogen dan sebagian besar helium terbentuk pada menit-menit pertama alam semesta. Hampir semua unsur yang lebih berat — karbon, oksigen, besi, emas — dibuat kemudian, di dalam bintang, dan tersebar ke antariksa ketika bintang-bintang meledak. Bintang dan planet baru terbentuk dari debu yang diperkaya itu. Cara bintang melakukannya diceritakan di buku fisika.

Nebula Kepiting, awan yang ditinggalkan sebuah bintang yang meledak hampir seribu tahun yang lalu, yang menyebarkan unsur-unsur baru ke antariksa (NASA, ESA, J. Hester dan A. Loll).
Nebula Kepiting, awan yang ditinggalkan sebuah bintang yang meledak hampir seribu tahun yang lalu, yang menyebarkan unsur-unsur baru ke antariksa (NASA, ESA, J. Hester dan A. Loll).

21.2 Bumi

Proposisi 21.4 (Kerak Bumi)

Kulit Bumi yang tipis dan berbatu, yaitu kerak, terdiri atas hampir separuh oksigen dan lebih dari seperempat silikon menurut massa: batuan dan pasir sebagian besar berupa oksida silikon dan oksida beberapa logam. Delapan unsur — oksigen, silikon, aluminium, besi, kalsium, natrium, kalium, magnesium — menyusun sekitar 99 %99\,\% kerak itu. Hidrogen dan helium, yang begitu umum di bintang-bintang, langka di sini: gas-gas ringan itu lolos dari Bumi muda.

Catatan 21.5 (Di dalam Bumi)

Kerak bukan seluruh Bumi. Besi, yang berat, tenggelam ke arah pusat ketika Bumi muda masih cair: inti Bumi sebagian besar berupa besi, dengan sedikit nikel.

Proposisi 21.6 (Samudra dan udara)

Air laut sebagian besar berupa air — hidrogen dan oksigen — dengan sekitar 3.5 %3.5\,\% garam-garam terlarut menurut massa. Di antara ion-ion terlarut, klorida dan natrium menyusun sekitar 85 %85\,\%, magnesium dan sulfat 10 %10\,\% lagi. Udara sebagian besar berupa nitrogen dan oksigen.

Kelimpahan menurut massa. Kiri: delapan unsur utama kerak Bumi. Kanan: enam unsur utama tubuh manusia dewasa yang ramping (dihitung dari perkiraan banyaknya atom). Kelimpahan menurut massa. Kiri: delapan unsur utama kerak Bumi. Kanan: enam unsur utama tubuh manusia dewasa yang ramping (dihitung dari perkiraan banyaknya atom).
Kelimpahan menurut massa. Kiri: delapan unsur utama kerak Bumi. Kanan: enam unsur utama tubuh manusia dewasa yang ramping (dihitung dari perkiraan banyaknya atom).

21.3 Tubuh manusia

Proposisi 21.7 (Dari apa kita tersusun)

Menurut massa, tubuh orang dewasa yang ramping terdiri atas sekitar 61 %61\,\% oksigen, 23 %23\,\% karbon, dan 10 %10\,\% hidrogen — sebagian besar di dalam air dan di dalam molekul-molekul kehidupan — diikuti nitrogen, kalsium (di tulang dan gigi), dan fosfor. Jika dihitung menurut banyaknya atom alih-alih massa, urutannya berubah: atom hidrogen di dalam tubuh lebih banyak daripada semua atom lainnya bersama-sama, karena atom hidrogen begitu ringan. Tubuh seberat 70 kg70\,\mathrm{kg} mengandung sekitar 7×10277 \times 10^{27} atom.

Metode 21.8 (Membaca diagram kelimpahan)

  1. Periksalah apa yang diukur: massa (pada kebanyakan diagram) atau banyaknya atom.
  2. Bacalah bagian setiap unsur; jumlahkan bagian unsur-unsur utama untuk melihat seberapa banyak yang dicakupnya.
  3. Untuk membandingkan dua benda, carilah unsur-unsur yang sama-sama ada pada keduanya dan unsur-unsur yang hanya ada pada salah satunya.

Oksigen berada di puncak kedua diagram dalam bab ini: oksigen adalah unsur yang paling umum di kerak Bumi dan di tubuh manusia menurut massa.

21.4 Atom-atom yang sama, didaur ulang

Contoh 21.9 (Perjalanan sebuah atom karbon)

Sebuah atom karbon yang dibuat di dalam bintang lama berselang dapat berdiam selama jutaan tahun di dalam batu kapur, dilepaskan sebagai karbon dioksida oleh gunung berapi, diambil oleh sehelai daun, menjadi bagian dari gula di dalam buah, berpindah ke hewan yang memakan buah itu, lalu diembuskan lagi sebagai karbon dioksida. Atom tidak dimusnahkan oleh perubahan kimia: atom diteruskan.

Sebuah atom karbon berpindah dari batuan ke udara ke daun ke hewan lalu kembali ke udara: atom itu sendiri tidak pernah dimusnahkan.
Sebuah atom karbon berpindah dari batuan ke udara ke daun ke hewan lalu kembali ke udara: atom itu sendiri tidak pernah dimusnahkan.
Batuan, laut, dan udara: tiga campuran yang sangat berbeda dari unsur-unsur yang sama.
Batuan, laut, dan udara: tiga campuran yang sangat berbeda dari unsur-unsur yang sama.

21.5 Latihan

Latihan 21.1 ★

Dua unsur apa yang menyusun hampir seluruh Matahari?

Solusi

Solusi Latihan 21.1.

Hidrogen (sekitar 74 %74\,\%) dan helium (sekitar 25 %25\,\%).

Latihan 21.2 ★

Unsur apa yang paling melimpah di kerak Bumi? Di tubuh manusia (menurut massa)?

Solusi

Solusi Latihan 21.2.

Oksigen pada keduanya.

Latihan 21.3 ★

Di mana sebagian besar unsur yang lebih berat daripada helium dibuat?

Solusi

Solusi Latihan 21.3.

Di dalam bintang, dan dalam ledakannya.

Latihan 21.4 ★

Berapa persen massa air laut yang berupa garam terlarut?

Solusi

Solusi Latihan 21.4.

Sekitar 3.5 %3.5\,\%.

Latihan 21.5 ★★

Dengan diagram kerak Bumi, jumlahkan bagian oksigen dan silikon. Kira-kira berapa bagian kerak Bumi itu?

Solusi

Solusi Latihan 21.5.

46.6+27.7=74.3 %46.6 + 27.7 = 74.3\,\%: kira-kira tiga perempat.

Latihan 21.6 ★★

Mengapa hidrogen dan helium begitu sedikit di kerak Bumi, padahal Matahari hampir seluruhnya tersusun atas keduanya?

Solusi

Solusi Latihan 21.6.

Keduanya gas yang sangat ringan: keduanya lolos dari Bumi muda ke antariksa (dan helium tidak membentuk senyawa yang dapat menahannya di dalam batuan).

Latihan 21.7 ★★

Berapa massa karbon dalam tubuh seberat 70 kg70\,\mathrm{kg} yang mengandung 23 %23\,\% karbon?

Solusi

Solusi Latihan 21.7.

0.23×70=16.1 kg0.23 \times 70 = 16.1\,\mathrm{kg}.

Latihan 21.8 ★★

Mengapa oksigen merupakan unsur yang paling umum di dalam tubuh menurut massa, sedangkan hidrogen yang paling umum menurut banyaknya atom?

Solusi

Solusi Latihan 21.8.

Atom oksigen 16 kali lebih berat daripada atom hidrogen: atom oksigen yang lebih sedikit tetap lebih berat.

Latihan 21.9 ★★

Sebongkah granit 1000 kg1000\,\mathrm{kg} adalah potongan kerak yang khas. Dengan diagram itu, kira-kira berapa massa aluminium yang dikandungnya?

Solusi

Solusi Latihan 21.9.

Sekitar 0.081×1000=81 kg0.081 \times 1000 = 81\,\mathrm{kg} aluminium.

Latihan 21.10 ★★

Unsur-unsur apa yang muncul di antara unsur-unsur utama kerak Bumi maupun tubuh manusia?

Solusi

Solusi Latihan 21.10.

Oksigen dan kalsium (dan, di luar kedelapan unsur utama kerak, hidrogen, karbon, dan fosfor terdapat di kerak dalam jumlah kecil).

Latihan 21.11 ★★★

Tubuh seberat 70 kg70\,\mathrm{kg} mengandung sekitar 1.06 kg1.06\,\mathrm{kg} kalsium. Hitung massa satu atom kalsium (A=40A = 40), lalu banyaknya atom kalsium. Tuliskan dalam notasi ilmiah.

Solusi

Solusi Latihan 21.11.

40×1.67×10−27=6.68×10−26 kg40 \times 1.67 \times 10^{-27} = 6.68 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}; 1.06/6.68×10−26≈1.6×10251.06 / 6.68 \times 10^{-26} \approx 1.6 \times 10^{25} atom kalsium.

Latihan 21.12 ★★★

Atom-atom tubuhmu semuanya pernah menjadi bagian dari benda lain. Pakailah perjalanan sebuah atom karbon untuk menjelaskan mengapa jumlah total atom karbon di Bumi hampir tidak berubah.

Solusi

Solusi Latihan 21.12.

Atom tidak diciptakan dan tidak dimusnahkan oleh perubahan kimia: atom hanya berpindah dari satu senyawa ke senyawa lain (batuan, gas, gula, tubuh makhluk hidup). Atom-atom karbon di Bumi dipakai berulang-ulang.

21.6 Soal: Berapa Atomkah Aku?

Soal 21.1

Soal akhir pekan — dari diagram kelimpahan sampai banyaknya atom oksigen dalam tubuh manusia

Seorang dewasa yang ramping seberat 70 kg70\,\mathrm{kg} terdiri atas, menurut massa, sekitar 61 %61\,\% oksigen, 23 %23\,\% karbon, dan 10 %10\,\% hidrogen. Anggaplah massa sebuah nukleon 1.67×10−27 kg1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}; sebuah atom oksigen memiliki 16 nukleon, atom karbon 12, atom hidrogen 1. Elektron diabaikan.

Bagian I — Massanya.

  1. Hitung massa oksigen di dalam tubuh.
  2. Hitung massa karbon dan massa hidrogen.
  3. Berapa persen massa yang disusun ketiga unsur ini bersama-sama?
  4. Sebagian besar oksigen dan hidrogen ini berada dalam satu senyawa. Senyawa apa?

Bagian II — Satu atom.

  1. Hitung massa satu atom oksigen.
  2. Hitung massa satu atom karbon dan satu atom hidrogen.
  3. Berapa atom hidrogen yang beratnya sama dengan satu atom oksigen?
  4. Mengapa elektron dapat diabaikan?

Bagian III — Hitungannya.

  1. Hitung banyaknya atom hidrogen di dalam tubuh.
  2. Hitung banyaknya atom karbon.
  3. Hitung banyaknya atom oksigen di dalam tubuh.
  4. Sebuah perkiraan yang cermat memberikan 1.61×10271.61 \times 10^{27} atom oksigen dalam tubuh seperti itu. Bandingkan dengan hitunganmu, lalu nyatakan banyaknya atom oksigen dalam tubuh seberat 70 kg70\,\mathrm{kg} sampai dua angka penting.
Solusi

Solusi Soal 21.1.

1. 0.61×70=42.7 kg0.61 \times 70 = 42.7\,\mathrm{kg}.

2. Karbon 0.23×70=16.1 kg0.23 \times 70 = 16.1\,\mathrm{kg}; hidrogen 0.10×70=7.0 kg0.10 \times 70 = 7.0\,\mathrm{kg}.

3. 61+23+10=94 %61 + 23 + 10 = 94\,\%.

4. Air, HX2O\ce{H2O}.

5. 16×1.67×10−27=2.67×10−26 kg16 \times 1.67 \times 10^{-27} = 2.67 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}.

6. Karbon: 12×1.67×10−27=2.00×10−26 kg12 \times 1.67 \times 10^{-27} = 2.00 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}; hidrogen: 1.67×10−27 kg1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}.

7. 16.

8. Sebuah elektron kira-kira 1836 kali lebih ringan daripada sebuah nukleon: elektron-elektron itu kurang dari seperseribu massanya.

9. 7.0/1.67×10−27≈4.2×10277.0 / 1.67 \times 10^{-27} \approx 4.2 \times 10^{27} atom hidrogen.

10. 16.1/2.00×10−26≈8.0×102616.1 / 2.00 \times 10^{-26} \approx 8.0 \times 10^{26} atom karbon.

11. 42.7/2.67×10−26≈1.60×102742.7 / 2.67 \times 10^{-26} \approx 1.60 \times 10^{27} atom oksigen.

12. Hitungan kita, 1.60×10271.60 \times 10^{27}, sesuai dengan perkiraan 1.61×10271.61 \times 10^{27}: tubuh seberat 70 kg70\,\mathrm{kg} mengandung sekitar 1.6×10271.6 \times 10^{27} atom oksigen.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 852 istilah di glosarium