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 yang sama; massa sebuah atom mendekati , dengan 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 hidrogen dan helium; semua unsur lainnya bersama-sama hanya sekitar . 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.
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 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 garam-garam terlarut menurut massa. Di antara ion-ion terlarut, klorida dan natrium menyusun sekitar , magnesium dan sulfat lagi. Udara sebagian besar berupa nitrogen dan oksigen.
21.3 Tubuh manusia
Proposisi 21.7 (Dari apa kita tersusun)
Menurut massa, tubuh orang dewasa yang ramping terdiri atas sekitar oksigen, karbon, dan 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 mengandung sekitar atom.
Metode 21.8 (Membaca diagram kelimpahan)
- Periksalah apa yang diukur: massa (pada kebanyakan diagram) atau banyaknya atom.
- Bacalah bagian setiap unsur; jumlahkan bagian unsur-unsur utama untuk melihat seberapa banyak yang dicakupnya.
- 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.
21.5 Latihan
Latihan 21.1 ★
Dua unsur apa yang menyusun hampir seluruh Matahari?
Solusi
Solusi Latihan 21.1.
Hidrogen (sekitar ) dan helium (sekitar ).
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 .
Latihan 21.5 ★★
Dengan diagram kerak Bumi, jumlahkan bagian oksigen dan silikon. Kira-kira berapa bagian kerak Bumi itu?
Solusi
Solusi Latihan 21.5.
: 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 yang mengandung karbon?
Solusi
Solusi Latihan 21.7.
.
Latihan 21.8 ★★
Mengapa oksigen merupakan unsur yang paling umum di dalam tubuh menurut massa, sedangkan hidrogen yang paling umum menurut banyaknya atom?
Latihan 21.9 ★★
Sebongkah granit adalah potongan kerak yang khas. Dengan diagram itu, kira-kira berapa massa aluminium yang dikandungnya?
Solusi
Solusi Latihan 21.9.
Sekitar 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 mengandung sekitar kalsium. Hitung massa satu atom kalsium (), lalu banyaknya atom kalsium. Tuliskan dalam notasi ilmiah.
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 terdiri atas, menurut massa, sekitar oksigen, karbon, dan hidrogen. Anggaplah massa sebuah nukleon ; sebuah atom oksigen memiliki 16 nukleon, atom karbon 12, atom hidrogen 1. Elektron diabaikan.
Bagian I — Massanya.
- Hitung massa oksigen di dalam tubuh.
- Hitung massa karbon dan massa hidrogen.
- Berapa persen massa yang disusun ketiga unsur ini bersama-sama?
- Sebagian besar oksigen dan hidrogen ini berada dalam satu senyawa. Senyawa apa?
Bagian II — Satu atom.
- Hitung massa satu atom oksigen.
- Hitung massa satu atom karbon dan satu atom hidrogen.
- Berapa atom hidrogen yang beratnya sama dengan satu atom oksigen?
- Mengapa elektron dapat diabaikan?
Bagian III — Hitungannya.
- Hitung banyaknya atom hidrogen di dalam tubuh.
- Hitung banyaknya atom karbon.
- Hitung banyaknya atom oksigen di dalam tubuh.
- Sebuah perkiraan yang cermat memberikan atom oksigen dalam tubuh seperti itu. Bandingkan dengan hitunganmu, lalu nyatakan banyaknya atom oksigen dalam tubuh seberat sampai dua angka penting.
Solusi
Solusi Soal 21.1.
1. .
2. Karbon ; hidrogen .
3. .
4. Air, .
5. .
6. Karbon: ; hidrogen: .
7. 16.
8. Sebuah elektron kira-kira 1836 kali lebih ringan daripada sebuah nukleon: elektron-elektron itu kurang dari seperseribu massanya.
9. atom hidrogen.
10. atom karbon.
11. atom oksigen.
12. Hitungan kita, , sesuai dengan perkiraan : tubuh seberat mengandung sekitar atom oksigen.