NAMA : Dandi Saputra Halidi

NIM : 442417041

TUGAS : PENGANTAR REKAYASA DAN DESAIN

 

Rangkuman BAB ll : Elemen Kunci

• Elemen kunci digambarkan sebagai esensi pengetahuan ilmiah dan teknik. Saya sering mengatakan bahwa ketika Anda dapat mengukur apa yang Anda bicarakan, dan mengungkapkannya dalam jumlah, Anda tahu sesuatu tentang itu; Tapi bila Anda tidak bisa mengukurnya, kapan Anda tidak bisa mengungkapkannya dalam jumlah, pengetahuan Anda adalah jenis yang sedikit dan tidak memuaskan: ini mungkin awal pengetahuan, tapi Anda hampir tidak memiliki, di dalam diri Anda pikiran, maju ke tahap sains, apapun masalahnya. Tapi mengekspresikan sesuatu dalam jumlah hanyalah awal dari pengetahuan teknik. Selain variabel berdasarkan pengukuran dan dinyatakan sebagai angka, mencapai aspirasi Lord Kelvin memerlukan sedetik elemen kunci dari analisis teknik (William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907)).

• Gagasan penting bahwa sampai pada nilai numerik yang tepat dalam berkinerja analisis atau pemecahan masalah hanya satu langkah dalam tugas insinyur. Hasil perhitungan teknik harus melibatkan variabel yang sesuai; itu harus dinyatakan dalam unit yang sesuai; itu harus mengekspresikan angka nilai (dengan jumlah digit yang sesuai; atau angka signifikan); dan itu harus disertai dengan metode eksplisit sehingga orang lain dapat memahami dan mengevaluasi kelebihan dan kekurangan analisis atau solusi Anda. Ada satu variabel yang memiliki klaim kuat untuk muncul di bab lain yang berhubungan dengan energi dan subjek terkait. Variabel itu adalah kekuatan, dan itu adalah perancah di mana sebagian besar teknik modern, serta fisika "klasik", bergantung.

• Meskipun hukum alam dasar tidak tergantung pada sistem unit yang kita gunakan dengannya, di bidang teknik dan sains, kuantitas yang dihitung selalu memiliki dua bagian: nilai numerik dan unit asosiasinya, jika ada 1. Oleh karena itu, hasil rekayasa apapun Perhitungan harus selalu diperbaikihuruf hanya bila perlu untuk mencegah agar tidak bingung dengan singkatan unit lain yang ada2 (misalnya, Wb untuk unit medan magnet "weber" untuk membedakannya dari W yang lebih umum, unit daya watt), atau untuk mengekspresikan awalan (misalnya, kW untuk kilowatt). n Singkatan unit tidak pernah plural, sedangkan nama unit mungkin pluralized. Misalnya, kilogram disingkat kg, dan bukan kg, newtons sebagai N dan bukan Ns, dan singkatan yang benar dari detik adalah s, bukan detik. atau beberapa detik n Nama unit singkatan tidak pernah ditulis dengan periode terminal kecuali jika muncul pada akhir kalimat. n Semua unit lain yang namanya tidak berasal dari nama-nama orang yang secara historis penting ditulis dan disingkat dengan huruf kecil-misalnya meter (m), kilogram (kg), yang kedua, dan lain-lain.

• Semua nama unit ditulis tanpa kapitalisasi (kecuali jika muncul pada awal kalimat), terlepas dari apakah mereka berasal dari nama yang tepat Bila unit disingkat, singkatan dikapitalisasi jika unitnya berasal dari yang benar nama. Singkatan unit menggunakan dua huruf hanya bila perlu untuk mencegahnya dibingungkan dengan yang lain singkatan unit yang mapan 2 (mis., Wb untuk unit medan magnet "weber" untuk membedakannya dari W yang lebih umum, unit daya watt), atau untuk mengekspresikan awalan (mis., kW untuk kilowatt). Sebuah singkatan unit tidak pernah plural, sedangkan nama unit mungkin pluralized. Sebagai contoh, kilogram disingkat kg, dan bukan kg, newton sebagai N dan bukan Ns, dan singkatan yang benar detik adalah detik, bukan detik. atau beberapa detik Nama unit singkatan tidak pernah ditulis dengan periode terminal kecuali jika muncul pada akhir kalimat. Semua unit lain yang namanya tidak berasal dari nama-nama orang yang penting secara historis keduanya ditulis dan disingkat dengan huruf kecil-misalnya meter (m), kilogram (kg), detik (s), dan sebagainya. Semua unit lain yang namanya tidak berasal dari nama-nama orang yang penting secara historis keduanya ditulis dan disingkat dengan huruf kecil-misalnya meter (m), kilogram (kg), detik (s), dan sebagainya Kami berasumsi bahwa Anda sudah familiar dengan massa, dan Anda mungkin memang berpikir begitu, tapi ini bukan konsep sepele.

• Amerika Serikat secara perlahan beralih ke penggunaan umum sistem SI. Namun, tampaknya konversi ini setidaknya akan memakan sebagian besar masa hidup Anda. Begitu Untuk sukses sebagai insinyur di Amerika Serikat, Anda harus belajar bahasa Inggris Teknik. Melakukan hal itu akan terjadi membantu Anda menghindari pengulangan masa depan dari bencana seperti kerugian memalukan NASA pada tahun 1999 yang mahal dan Land Land Mars secara ilmiah penting karena adanya konversi yang tidak tepat antara Engineering English dan SI unit 7.

• Di medan gravitasi, massa pasti menghasilkan berat, namun massanya hadir meski tidak ada gravitasi seperti di luar angkasa. Misalnya, mengetahui ada 12 inci dalam satu kaki akan menghasilkan satuan faktor konversi [12 inci / ft], jadi jika kita ingin menyamarkan 12,7 ft2 ke in2, kita akan menulis 12,7 [ft2] [12 in / ft] 2 ¼ 12,7 144 [ft2] [in / ft] 2 ¼ 1830 in2.

• Newton menulis bahwa "massa materi di Bulan akan menjadi massa materi di dalam Bumi sebagai 1 sampai 39.788 "(Principia, Book 3, proposition 37, problem 18). Karena rasio massa Bumi ke massa Bulan sebenarnya adalah M ¼ 81.300588, jelas bahwa Newton salah di suatu tempat. Penggunaan jumlah angka signifikan dalam karya eksperimental merupakan bagian penting dari eksperimen proses. Melaporkan pengukuran, katakanlah, 10 meter.

• Penggunaan angka signifikan adalah metode untuk menghindari kesalahan seperti 10/6 ¼ 1.666666667 (semudah diperoleh pada banyak kalkulator elektronik), sedangkan jawaban yang ketat adalah 2! (sejak 6 dan 10 tampaknya diketahui hanya untuk 1 tokoh penting di sini, dan jika mereka mewakili pengukuran fisik yang sebenarnya, tampaknya tidak telah diukur dengan akurasi yang tersirat dari operasi aritmatika yang menghasilkan 1.666666667). Dalam hal ini rasa, bilangan fisik berbeda dari bilangan matematis murni. Angka "Exact" (angka seperti dalam 1 kaki ¼ 12 inci, atau angka yang datang dari penghitungan, atau dalam definisi seperti diameter ¼ 2 _ radius) tidak memiliki ketidakpastian dan dapat diasumsikan memiliki jumlah tak terbatas sosok penting. Dengan demikian mereka tidak membatasi jumlah tokoh penting dalam sebuah perhitungan. Definisi angka yang signifikan 10 adalah salah satu dari angka 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 0. . Perhatikan bahwa nol adalah signifikan Angka kecuali jika digunakan hanya untuk memperbaiki titik desimal atau untuk mengisi tempat-tempat yang tidak diketahui atau dibuang digit. Angka 234 memiliki tiga angka signifikan, dan angka 7305 memiliki empat angka signifikan sejak nol dalam jumlah adalah digit signifikan yang sah. Tapi memimpin nol sebelum titik desimal tidak signifikan. Dengan demikian, angka 0.000452 memiliki tiga angka signifikan (4, 5, dan 2), angka nol terkemuka (termasuk yang pertama sebelum titik desimal) menjadi penanda tempat daripada angka signifikan. Bagaimana dengan nol? Misalnya, nomor 12.300 itu memang dua belas ribu tiga ratus, tapi kita tidak tahu tanpa informasi tambahan apakah titik nol yang berlawanan mewakili presisi dari nomor atau hanya besarnya. Jika nomor 12.300 tepat hanya untuk _100, itu hanya tiga yang signifikan angka. Jika benar-benar tepat untuk _1, maka kelima angka itu signifikan. Untuk menyampaikan secara tegas yang mengakhiri angka nol adalah signifikan, maka harus dituliskan sebagai 1.2 x 10 4 jika hanya memiliki dua signifikan angka, sebagai 1,23 x 104 jika memiliki tiga, sebagai 1.230 x 104 jika memiliki empat, dan sebagai 1.2300 _10 (atau 12300. catatan titik desimal) jika memiliki lima. Identifikasi jumlah tokoh penting yang terkait dengan pengukuran hanya datang melalui pengetahuan tentang bagaimana pengukuran dilakukan.

• Berat badan massa m ketika gravitasi lokal adalah g0 adalah mg0 / gc dalam satuan bahasa Inggris dan mg0 dalam SI. Seseorang di Stasiun Antariksa Internasional mengalami gayaberat mikro, g yang jauh lebih kecil daripada yang kita lakukan di Bumi, dan seseorang di Bulan mengalami sekitar 1/6 g dibandingkan dengan seseorang di permukaan Bumi. Namun, jika orang itu adalah seorang insinyur yang menggunakan sistem unit bahasa Inggris Teknik, dia harus menggunakan nilai numerik yang sama untuk gc dimanapun di alam semesta. Singkatnya, ketika Anda melihat Hukum Newton yang kedua ditulis sebagai F ¼ma (dalam buku fisika, misalnya), Anda harus menggunakan sistem unit dimana konstanta proporsionalitas antara kekuatan dan percepatan massa adalah satu kesatuan dan juga tidak berdimensi secara efektif, seperti di Sistem SI (MKS).

• Aturan untuk "pembulatan" adalah sebagai berikut 3 Aturan untuk membulatkan angka ke atas atau ke bawah yaitu Bila nomor yang terbuang dari nomor tersebut adalah 0, 1, 2, 3, atau 4, digit berikutnya yang tersisa tidak boleh diubah. Kapan bagian yang terbuang dari nomor tersebut adalah 5, 6, 7, 8, atau 9, maka digit berikutnya yang tersisa harus ditingkatkan satu per satu. Ada peraturan putaran lain yang sesuai dengan Aturan 3: Aturan Bankir yang digunakan sebelum komputer memeriksa lama kolom angka Bila bagian yang dibuang adalah persis 5 diikuti hanya dengan angka nol (atau tidak sama sekali), maka angka sebelumnya harus dibulatkan jika itu adalah angka ganjil, tapi tetap tidak berubah jika angka genap. Itu dimaksudkan untuk rata-rata keluar setiap putaran- ing bias dalam menambahkan kolom.

• Inti dari serangkaian unit ilmiah adalah definisi kekuatan. Misalnya, untuk sistem massa konstan, Newton's Second Law of Motion dengan benar dinyatakan sebagai berikut:

• Angkatan pada massa sebanding dengan percepatan yang dihasilkannya.

• Hukum Kedua Newton dapat ditulis dalam bentuk persamaan: F / ma di mana a adalah percepatan massa m. Untuk mengubah kekuatan Newton menjadi proporsionalitas menjadi persamaan, kita perlu mengenalkan konstanta proporsionalitas. Misalkan ada satuan satuan dimana gaya F1 mempercepat massa m1 dengan a1. Kemudian Hukum Kedua Newton dapat dituliskan sebagai: F1 / m1a1.

• Sistem ini juga telah berkembang menjadi konvensi yang agak disayangkan mengenai unit pound dan definisi gaya. Diputuskan bahwa nama "pound" akan digunakan baik untuk massa maupun berat (force). Karena massa dan gaya memiliki jumlah yang sangat berbeda, pengubah harus ditambahkan ke unit pound untuk membedakan mana (massa atau berat) yang digunakan. Ini dipecahkan dengan hanya menggunakan fraksi massa pon atau kekuatan pon dengan singkatan masing-masing lbm dan lbf, masing-masing, untuk membedakannya. Dalam sistem Rekayasa Inggris diputuskan bahwa massa pon harus menimbang kekuatan pon pada gravitasi standar. (Gaya gravitasi standar mempercepat massa sebesar 32.174 ft / s2.).

• Produk atau hasil bagi harus tidak mengandung angka yang lebih signifikan daripada yang terkandung dalam istilah dengan paling sedikit jumlah tokoh penting yang digunakan dalam operasi. Misalnya, (113,2) _ (1,43) ¼ 161,876, yang sekarang harus dibulatkan menjadi 162, dan 113,2 / 1,43 ¼ 79,16, yang sekarang harus dibulatkan menjadi 79,2 karena 1,43 berisi jumlah angka signifikan paling sedikit (yaitu, tiga) dalam setiap kasus.

• Ada banyak unit SI yang berkaitan dengan jumlah yang berbeda yang diukur dan kelipatannya. Beberapa alasan bagi unit fundamental mereka akan menjadi lebih jelas saat kita melanjutkan. Ini menghubungkan nama unit dengan unit MKS fundamental-yaitu, fakta bahwa frekuensi dinyatakan dalam "hertz" mungkin tidak berguna karena fakta bahwa hertz tidak lain adalah nama invers kedua, s 1.

• Kelipatan jumlah ini disusun dalam faktor 1000 untuk kenyamanan untuk kelipatan yang sangat besar dan sangat kecil.

• Dalam beberapa tahun terakhir, subkategori baru bahan dan teknologi yang dikenal sebagai Nanoteknologi telah muncul. Disebut demikian karena berkaitan dengan bahan yang ukurannya berada di kisaran nanometer.

• Aturan Bankir yang digunakan sebelum komputer memeriksa lama kolom angka Bila bagian yang dibuang adalah persis 5 diikuti hanya dengan angka nol (atau tidak sama sekali), maka angka sebelumnya harus dibulatkan jika itu adalah angka ganjil, tapi tetap tidak berubah jika angka genap. Itu dimaksudkan untuk rata-rata keluar setiap putaran- ing bias dalam menambahkan kolom. Misalnya, jika kita mengumpulkan angka 113,2 sampai tiga angka signifikan, maka angka itu akan menjadi 113. Jika kita ingin putaran Ini lebih jauh ke dua tokoh penting, yaitu 110, dan jika kita mengitarinya menjadi satu tokoh penting, itu akan 100 dengan nol trailing mewakili placeholder saja. Sebagai contoh lain, 116.876 Dibulatkan menjadi lima angka signifikan yaitu 116,88, yang selanjutnya membulatkan empat angka signifikan yaitu 116,9, yang selanjutnya dibulatkan ke tiga angka signifikan adalah 117.

• Nol adalah signifikan Angka kecuali jika digunakan hanya untuk memperbaiki titik desimal atau untuk mengisi tempat-tempat yang tidak diketahui atau dibuang digit. Angka 234 memiliki tiga angka signifikan, dan angka 7305 memiliki empat angka signifikan sejak nol dalam jumlah adalah digit signifikan yang sah. Tapi memimpin nol sebelum titik desimal tidak signifikan. Dengan demikian, angka 0.000452 memiliki tiga angka signifikan (4, 5, dan 2), angka nol terkemuka (termasuk yang pertama sebelum titik desimal) menjadi penanda tempat daripada angka signifikan. Bagaimana dengan nol? Misalnya, nomor 12.300 itu memang dua belas ribu tiga ratus, tapi kita tidak tahu tanpa informasi tambahan apakah titik nol yang berlawanan mewakili presisi dari nomor atau hanya besarnya. Jika nomor 12.300 tepat hanya untuk _100, itu hanya tiga yang signifikan angka. Jika benar-benar tepat untuk _1, maka kelima angka itu signifikan. Untuk menyampaikan secara tegas yang mengakhiri angka nol adalah signifikan,z maka harus dituliskan sebagai 1.2 _10.

 

1. Sang Kimiawan Islam

Biografi Al Razi (865-925) - Sang Kimiawan Salah satu ilmuwan muslim yang pernah hidup adalah Abu Bakar Muhammad bin Zakaria al-Razi atau dikenali sebagai Rhazes di dunia barat merupakan salah seorang pakar sains Iran yang hidup antara tahun 864 – 930. Beliau lahir di Rayy, Teheran pada tahun 251 H./865 dan wafat pada tahun 313 H/925. Di awal kehidupannya, al-Razi begitu tertarik dalam bidang seni musik. Namun al-Razi juga tertarik dengan banyak ilmu pengetahuan lainnya sehingga kebanyakan masa hidupnya dihabiskan untuk mengkaji ilmu-ilmu seperti kimia, filsafat, logika, matematika dan fisika.
Walaupun pada akhirnya beliau dikenal sebagai ahli pengobatan seperti Ibnu Sina, pada awalnya al-Razi adalah seorang ahli kimia.? Menurut sebuah riwayat yang dikutip oleh Nasr (1968), al-Razi meninggalkan dunia kimia karena penglihatannya mulai kabur akibat ekperimen-eksperimen kimia yang meletihkannya dan dengan bekal ilmu kimianya yang luas lalu menekuni dunia medis-kedokteran, yang rupanya menarik minatnya pada waktu mudanya.? Beliau mengatakan bahwa seorang pasien yang telah sembuh dari penyakitnya adalah disebabkan oleh respon reaksi kimia yang terdapat di dalam tubuh pasien tersebut. Dalam waktu yang relatif cepat, ia mendirikan rumah sakit di Rayy, salah satu rumah sakit yang terkenal sebagai pusat penelitian dan pendidikan medis.? Selang beberapa waktu kemudian, ia juga dipercaya untuk memimpin rumah sakit di Baghdad..Beberapa ilmuwan barat berpendapat bahwa beliau juga merupakan penggagas ilmu kimia modern. Hal ini dibuktikan dengan hasil karya tulis maupun hasil penemuan eksperimennya.
Al-Razi berhasil memberikan informasi lengkap dari beberapa reaksi kimia serta deskripsi dan desain lebih dari dua puluh instrument untuk analisis kimia. Al-Razi dapat memberikan deskripsi ilmu kimia secara sederhana dan rasional. Sebagai seorang kimiawan, beliau adalah orang yang pertama mampu menghasilkan asam sulfat serta beberapa asam lainnya serta penggunaan alkohol untuk fermentasi zat yang manis.

2. Ilmuwan Barat

Svante August Arrhenius (19 Februari 1859 - 2 Oktober 1927) adalah ilmuwan pemenang Hadiah Nobel dari Swedia. Sumbangannya yang paling signifikan ada di bidang kimia, meski pada awalnya dia adalah fisikawan. Arrhenius adalah salah satu pendiri disiplin kimia fisik. Dia dikenal dengan persamaan Arrhenius, teori disosiasi ion, dan definisinya tentang asam Arrhenius. Meskipun dia bukan orang pertama yang menggambarkan efek rumah kaca, dia adalah orang pertama yang menerapkan kimia fisik untuk memprediksi tingkat pemanasan global berdasarkan peningkatan emisi karbon dioksida. Dengan kata lain, Arrhenius menggunakan sains untuk menghitung efek aktivitas manusia terhadap pemanasan global. Untuk menghormati kontribusinya, ada sebuah kawah lunar bernama Arrhenius, Lab Arrhenius di Universitas Stockholm, dan sebuah gunung bernama Arrheniusfjellet di Spitsbergen, Svalbard.
Biografi
Lahir: Feburary 19, 1859, Wik Castle, Swedia (juga dikenal sebagai Vik atau Wijk)
Meninggal: 2 Oktober 1927 (umur 68), Stockholm Swedia
Kebangsaan: Swedia
Pendidikan: Royal Institute of Technology, Universitas Uppsala, Universitas Stockholm
Penasehat Doktor: Per Teodor Cleve, Erik Edlund
Mahasiswa Doktor: Oskar Benjamin Klein
Penghargaan: Medali Davy (1902), Hadiah Nobel dalam bidang Kimia (1903), ForMemRS (1903), William Gibbs Award (1911), Franklin Medal (1920) Biografi
Arrhenius adalah putra Svante Gustav Arrhenius dan Carolina Christina Thunberg. Ayahnya adalah seorang surveyor tanah di Uppsala Unversity. Arrhenius mengajar dirinya untuk membaca pada usia tiga tahun dan dikenal sebagai keajaiban matematika. Dia mulai di sekolah Katedral di Uppsala di kelas lima, meski usianya baru delapan tahun. Ia lulus pada tahun 1876 dan terdaftar di Universitas Uppsala untuk belajar fisika, kimia, dan matematika.
Pada tahun 1881, Arrhenius meninggalkan Uppsala, di mana dia belajar pada Per Teodor Cleve, untuk belajar pada fisikawan Erik Edlund di Institut Fisik Akademi Ilmu Pengetahuan Swedia. Awalnya, Arrhenius membantu Edlund dengan karyanya mengukur kekuatan gerak listrik dalam cairan percikan, namun ia segera beralih ke penelitiannya sendiri. Pada tahun 1884, Arrhenius mempresentasikan tesisnya yang berjudul Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes (Investigasi mengenai konduktivitas galvanik elektrolit), yang menyimpulkan bahwa elektrolit yang dilarutkan dalam air terdisosiasi menjadi muatan listrik positif dan negatif. Selanjutnya, ia mengusulkan reaksi kimia terjadi antara ion bermuatan berlawanan. Sebagian besar dari 56 tesis yang diajukan dalam disertasi Arrhenius 'tetap diterima sampai hari ini. Sementara hubungan antara aktivitas kimia dan perilaku kelistrikan dipahami sekarang, konsep tersebut belum diterima dengan baik oleh para ilmuwan pada saat itu. Meski begitu, konsep dalam disertasi tersebut membuat Arrhenius menjadi 1903 Hadiah Nobel dalam bidang Kimia, menjadikannya peraih Nobel Swedia pertama.
Pada tahun 1889 Arrhenius mengusulkan konsep energi aktivasi atau energi pembatas yang harus diatasi agar reaksi kimia terjadi. Dia merumuskan persamaan Arrhenius, yang menghubungkan energi aktivasi reaksi kimia dengan laju pembentukan produk Arrhenius menjadi dosen di Stockholm University College (sekarang disebut Universitas Stockholm) pada tahun 1891, profesor fisika pada tahun 1895 (dengan oposisi), dan rektor pada tahun 1896.
Pada tahun 1896, Arrhenius menerapkan kimia fisik untuk menghitung perubahan suhu di permukaan bumi sebagai respons terhadap peningkatan konsentrasi karbon dioksida. Awalnya usaha untuk menjelaskan zaman es, karyanya membawanya untuk menyimpulkan aktivitas manusia, termasuk pembakaran bahan bakar fosil, menghasilkan cukup banyak karbon dioksida untuk menyebabkan pemanasan global. Bentuk formula Arrhenius untuk menghitung perubahan suhu masih digunakan hingga sekarang untuk studi iklim, walaupun persamaan modern memperhitungkan faktor-faktor yang tidak termasuk dalam karya Arrhenius.
Svante menikahi Sofia Rudbeck, mantan muridnya. Mereka menikah dari tahun 1894 sampai 1896 dan memiliki seorang putra Olof Arrhenius. Arrhenius menikah untuk kedua kalinya, kepada Maria Johannson (1905 sampai 1927). Mereka memiliki dua anak perempuan dan satu anak laki-laki.
Pada tahun 1901 Arrhenius terpilih menjadi anggota Royal Swedish Academy of Sciences. Dia secara resmi menjadi anggota Komite Nobel untuk Fisika dan anggota de facto dari Komite Nobel untuk Kimia. Arrhenius dikenal telah membantu Hadiah Nobel untuk teman-temannya dan dia berusaha menyangkal mereka kepada musuh-musuhnya.
Di tahun-tahun berikutnya, Arrhenius mempelajari disiplin ilmu lain, termasuk fisiologi, geografi, dan astronomi. Dia menerbitkan Immunochemistry pada tahun 1907, yang membahas bagaimana menggunakan kimia fisik untuk mempelajari toksin dan antitoksin. Dia yakin tekanan radiasi bertanggung jawab atas komet, aurora, dan korona matahari. Dia percaya teori panspermia, di mana kehidupan mungkin telah berpindah dari planet ke planet oleh pengangkutan spora. Dia mengusulkan sebuah bahasa universal, yang dia gunakan untuk bahasa Inggris.Pada bulan September 1927, Arrhenius menderita peradangan usus akut. Dia meninggal pada 2 Oktober tahun itu dan dimakamkan di Uppsala.

Kisah Penuntut Ilmuan Islam
• Ibnu Ismail Al jazari
Ilmuan muslim penemu konsep robotika modern :
Al jazari mengembangkan prinsip hidrolik untuk menggerakkan mesin yang kemudian hari dikenal sebagai mesin robot. Dalam bukunya, ia begitu detail memaparkan instruksi untuk mendesaian, merakit, dan membuat sebuah mesin (Donald Hill). Kalimat di atas merupakan komentar Donald Hill, seorang ahli teknik asal inggris yang tertarik dengan sejarah teknologi, atas buku karya ahli teknik muslim yang bernama, al-jazari. Al jazari merupakan seorang tokoh besar di bidang mekanik dan industri. Lahir dai al jazira, yang terletak diantara sisi utara irak dan timur laut syiria, tepatnya antara sungai tigris dan efrat. Al jazari merupakan ahli teknik yang luar biasa pada masanya. Nama lengkapnya adalah Badi Al-Zaman Abullezz Ibn Alrazz Al-jazari. Dia tinggal di Diyar Bakir, turki, selama abad kedua belas. Ibnu ismail Ibnu Al-Razzaz al-jazari mendapat julukan sebagai bapak modern Engineering berkat temuan-temuannya yang banyak mempengaruhi rancangan mesin-mesin modern saat ini, diantaranya combustion engine, crankshaft, suction pump, programmable automation, dan banyak lagi.
Donald Routledge dalam bukunya Studies in Medieval Islamic Technology, mengatakan bahwa hingga zaman modern ini, tidak satupun dari suatu kebudayaan yang dapat menandingi lengkapnya instruksi untuk merancang, memproduksi dan menyusun berbagai mesin sebagaimana yang disusun oleh Al-jazari. Pada 1206 ia merampungkan sebuah karya dalam bentuk buku yang berkaitan dengan dunia teknik. Beliau mendokumentasikan lebih dari 50 karya temuannya, lengkap dengan rincian gambar-gambarnya dalam buku, “ Aml al-Nafi Fi Sinat ‘at al-Hiyal” (The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices). Bukunya ini berisi tentang teori dan praktik mekanik. Keunggulan buku tersebut mengundang decak kagum dari ahli teknik asal inggris, Donald Hill (1974) donald berkomentar bahwa dalam sejarah, begitu pentingnya karya Al – Jazari tersebut. Dalam bukunya Al-Jazari terdapat instruksi untuk merancang, merakit, dan membuat mesin.
Di tahun yang sama juga 1206, al-jazari membuat jam gajah yang bekerja dengan tenaga air dan berat benda untuk menggerakkan secara otomatis sistem mekanis, yang dalam interval tertentu akan memberikan suara simbal dan burung berkicau. Prinsip humanoid automation inilah yang mengilhami pengembangan robot masa sekarang. Kini replika jam gajah tersebut disusun kembali oleh london science museum, sebagai bentuk penghargaan atas karya besarnya.
Pada acara wold of islam festival yang diselenggarakan di inggris pada 1976, banyak orang yang berdecak kagum dengan hasil karya al-jazari. Pasalnya, Science museum merekonstruksi kerja gemilang al-jazari yaitu jam air. Ketertarikan Donald Hill terhadap karya Al-Jazari membuatnya terdorong untuk menerjemahkan karya al-jazari pada 1974, atau enam abad dan enam puluh delapan tahun setelah pengarangnya menyelesaikan karyanya. Tulisan Al-jazari juga dianggap unik karena memberikan gambaran yang begitu detail dan jelas. Sebab ahli teknik lainnya lebih banyak mengetahui teori saja atau mereka menyembunyikan pengetahuannya dari orang lain. Bahkan ia pun menggambarkan metode rekonstruksi peralatan yang ia temukan.
Karyanya juga dianggap sebagai sebuah manuskrip terkenal di dunia, yang dianggap sebagai teks penting untuk mempelajari sejarah teknologi, isinya diilustrasikan dengan miniatur yang menakjubkan. Dengan karya gemilangnya, ilmuwan dan ahli teknik muslim ini telah membawa masyarakat islam pada abad ke-12 pada kejayaan. Ia hidup dan bekerja di mesopotamia selama 25 tahun. Ia mengabdi di istana Artuqid, kala itu di bawah naungan sultan Nasir al-Din mahmoud. Al-jazari memeberikan konstribusi yang penting bagi dunia ilmu pengetahuan dan masyarakat. Mesin pemompa air yang dipaparkan dalam bukunya, menjadi salah satu karya yang inspiratif. Terutama bagi sarjana teknik dari belahan negeri barat. Jika menilik sejarah, pasokan air untuk minum, keperluan industri merupakan hal vital di negara-negara muslim. Namun demikian, yang sering menjadi masalah adalah terkait dengan alat yang efektif untuk memompa air dari sumber airnya. Masyarakat zaman dulu memang telah memanfaatkan sejumlah peralatan untuk mendapatkan air yaitu Shaduf maupun Saqiya. Shaduf dikenal pada masa kuno, baik di mesir dari balok panjang yang ditopang di antara dua pilar dengan balok kayu horizontal. Sementara Saqiya merupakan mesin bertenaga hewan. Mekanisme sentralnya terdirinya dari dua gigi. Tenaga binatang yang digunakan adalah keledai maupun unta dan saqiya terkenal pada zaman roma.
Para ilmuwan muslim melakukan eksplorasi peralatan tersebut untuk mendapatkan hasil yang lebih memuaskan al-jazari merintis jalan ke sana dengan menguraikan mesin yang mampu menghasilkan air dalam jumlah lebih banyak dibandingkan dengan mesin yang pernah ada sebelumnya. Al-jazari, kala itu memikul tanggung jawab untuk merancang lima mesin pada abad ketiga belas. Dua mesin pertamanya merupakan modifikasi terhadap shaduf, mesin ketiganya adalah pengembangan dari saqiya adalah pengembangan dari saqiya di mana tenaga air menggantikan tenaga binatang. Satu mesin yang sejenis dengan saqiya diletakkan di sungai yazid di damaskus dan diperkirakan mampu memasok kebutuhan air di rumah sakit yang berada di dekat sungai tersebut. Mesin keempat adalah mesin yang menggunakan balok dan tenaga binatang. Balok digerakan secara naik turun oleh sebuah mekanisme yang melibatkan gigi gerigi dan sebuah engkol. Mesin itu diketahui merupakan mesin kalinya yang menggunakan engkol sebagai bagian dari sebuah mesin. Di eropa hal ini baru terjadi pada abad 15. Dan hal ini dianggap sebagai pencapaian yang luar biasa.
Pasalnya, engkol mesin merupakan peralatan mekanis yang penting setelah roda. Ia menghasilkan gerakan berputar yang harus menerus. Pada masa sebelumnya memang telah ditemukan engkol mesin, namun digerakkan dengan tangan. Tetapi, engkol yang terhubung dengan sistem rod di sebuah yang berputar ceritanya lain. Penemuan engkol mesin sejenis oleh sejarawan teknologi dianggap sebagai peralatan mekanik yang paling penting bagi orang-orang eropa yang hidup pada awal abad kelima belas. Bertrand Gille menyatakan bahwa sistem tersebut sebelumnya tak diketahui dan sangat terbatas penggunaannya. Pada 1206 engkol mesin yang terhubung dengan sistem rod sepenuhnya dikembangkan pada mesin yang terhubung dengan sistem rod sepenuhnya dikembangkan pada mesin pemompa air yang dibuat al-jazari. Ini dilakukan tiga abad sebelum Francesco di Giorgio Martini melakukannya.
Sedangkan mesin kelima, adalah mesin pompa yang digerakkan oleh air yang merupakan peralatan yang memperlihatkan kemajuan lebih radikal. Gerakan roda air yang ada dalam mesin itu menggerakan piston yang saling berhubungan. Kemudian, silinder piston tersebut terhubung dengan pipa penyedot. Dan pipa penyedot selanjutnya menyedot air sumber air dan membagikannya ke sistem pasokan air. Pompa ini merupakan contoh awal dari double acting principle. Taqi al-Din kemudian menjabarkannya kembali mesin kelima dalam bukunya pada abad keenam belas.
Kisah Penuntut Ilmuwan Barat
• Friedrich August Kekule
Friedrich August Kekule, kemudian friedrich von stradonitz adalah seorang ahli kimia organik jerman. Dari tahun 1850-an sampai kematiannya, kekule adalah salah satu ahli kimia yang paling menonjol di eropa, terutama dalam bidang teori kimia. Dia adalah pendiri utama dari teori struktur kimia. Ia dikenal sebagai dewa cincin karena berhasil mengungkapkan bagaimana 6 atom karbon molekul benzena berikatan dengan 6 atom hidrogen melalui mimpinya.
 Biografi
Kekule adalah nama yang diterimanya; dia dikenal sepanjang hidupnya sebagai august kekule. Setalah dimuliakan oleh kaiser pada tahun 1895, ia mengadopsi nama agustus kekule von stradonit, tanpa aksen akut perancis atas kedua “e”. aksen prancis tampaknya telah ditambahkan ke nama ayah kekule selama pendudukan Napoleon dari hesse oleh perancis, dalam rangka untuk memastikan bahwa penutur bahasa perancis diucapakan suku kata ketiga. August kekule lahir pada september 1829 di darmstadt, ibukota grand duchy of hesse jerman. Ia putra seorang PNS. Dimasa kecilnya dikenal sebagai seorang yang ramah, cerdas dan mempunyai bakat mengambar sekaligus menguasai tiga bahasa yaitu prancis, italia, dan inggris. Setelah lulus dari sekolah menengah (Grand Ducal Gymnasium di Damastadt), pada musim gugur 1847 ia memasuki Universitas Giessen, dengan maksud belajar arsitektur. Setalah mendengar ceramah dari Justus von Liebig pada sementara pertama, ia memutuskan untuk belajar kimia. Setelah empat tahun belajar di Giessen dan wajib militer singkat, ia mengambil asisten sementara di paris (1851-1852), di Chur, swiss (1852-1853), dan di london (1853-1855), dimana ia tegas dipengaruhi oleh alexander williamson. Gelar doktor Giessen diberikan pada musim panas 1852. Ditahun 1851 kekule lulus kuliah dan melanjutkan studinya ke paris untuk mendapatkan gelar doktor. Dan ditahun 1856 kekule kembali ke jerman dan diangkat sebagai guru besar kimia di universitas heidelberg. Sewaktu itu kekule tertarik pada teori valensi yang dikembangkan oleh frankland yakni setiap atom mempunyai kemampuan untuk bergabung dengan atom lain. Teori valensi ini membantu para ahli kimia untuk menentukan molekul senyawa kimia, tetapi tidak semua dapat di tentukan dengan pendekatan teori ini, karena molekul senyawa kimia bukan sekedar sekumpulan atom unsur tetapi juga merupakan sekumpulan atom yang mempunyai susunan tertentu. Dari hal itu, kekule mengemukakan gagasannya mengenai struktur molekul, dimana kumpulan atom mempunyai susunan tertentu untuk membentuk suatu senyawa kimia. Struktur ini kemudian lebih dikenal sebagai struktur kekule.
Sisa hidup kekule dihabiskan di universitas bonn sebagai guru besar kimia. Ditahun 1895 Maharaja Wilhelm II menambahkan Von Stradonitz kepada namanya. Setahun kemudian kekule akhirnya meninggal dunia tetapi hasil karya besarnya sampai sekarang menjadi konstrubusi utama pada kemajuan ilmu kimia terutama penentuan struktur benzena serta tentang tetravalensi karbon/struktur atom kekule yang kemudian yang kemudian hari diperluas ke bentuk tiga dimensi oleh Jacobus Henricus van’t Hoff. Selanjutnya struktur itu diteruskan ke bentuk teori elektron oleh Joseph Achille Le Bel dan G. N Lewis, serta ke bentuk mekanika kuantum oleh Linus Carl Pauling.
 Struktur Benzena
Karya paling terkenal kekule adalah pada struktur benzena. Pada tahun 1865 kekule menerbitkan sebuah makalah dalam bahasa prancis (karena ia saat itu masih di Francophone Belgia) menunjukkan bahwa struktur berisi cincin beranggota enam atom karbon dengan bolak ikatan tunggal dan ganda. Tahun berikutnya ia menerbitkan sebuah makalah yang lebih panjang dalam bahasa jerman dengan subjek yang sama. Formula empiris untuk benzena telah lama dikenal, namun struktur yang sangat tidak jenuh merupakan tantangan untuk ditentukan Archibald Scott Couper pada tahun 1858 dan Joseph Loschmidt pada tahun 1861 menyarankan kemungkinan struktur yang berisi beberapa ikatan ganda atau beberapa cincin, tetapi studi senyawa aromatik dalam tahun awal dan terlalu sedikit bukti itu kemudian tersedia untuk membantu ahli kimia memutuskan struktur tertentu. Salah satu masalah dalam rumus kimia yang sulit terpecahkan dilebih dari 100 tahun adalah struktur benzena. Tidak ada yang dapat menggambarkan bagaimana enam atom karbon dan enam atom hidrogen membentuk struktur benzena serta dalam bentuk apa sebaiknya rumus itu ditampilkan. Kemudian kekule (setelah menemukan struktur kekule) berusaha untuk memecahkan misteri tersebut.
Ada beberapa versi cerita yang menceritakan proses penemuan benzena. Salah satu versi yang diyakini kebenarannya adalah bahwa pada suatu malam di tahun 1865 kekule tertidur di dekat perapian. Kekule melihat ular bergerak menari-nari. Tiba-tiba bagian ekor dari ular itu bersambungan dengan kepalanya, maka terjadilah gelang rantai yang terus berputar-putar. Mimpi inilah yang menghatarkan kekule pada penemuan struktur Benzena.
Perihal mimpi ini sempat ia ceritakan kepada ahli kimia yang lain. Tetapi mereka menggangap bahwa mimpi tersebut hanyalah bunga tidur yang tidak ada hubungannya dengan ilmu kimia. Tetapi kekule tetap berpendapat bahwi ini bukannya mimpi yang biasa saja, karena mimpi tersebut selalu teringat dalam benaknya. Akhirnya kekule berusaha menghubungkan antara mimpinya dengan struktur benzena yang masih misterius tersebut. Misteri tersebut akhirnya terpecahkan setelah kekule mengeluarkan hipotensisnya yang menggambarkan bahwa struktur benzena berupa enam atom karbon tyang terdapat di sudut-sudut heksagon beraturan dengan satu atom hidrogen melekat pada setiap atom karbon, seperti penggambaran pada mimpi kekule. Agar setiap atom karbon mempunyai valensi empat ia menyarankan ikatan tunggal dan ganda dua berselang di sekeliling cincin, yang sekarang lebih dikenal sebagai sistem konjugasi ikatan ganda dua. Kekule menyarankan ikatan tunggal dan ganda dua tertukar posisi di sekeliling dengan cepat sehingga reaksi-reaksi khusus pada alkena tidak dapat terjadi.

 

Kimia organik
Berdasarkan sifatnya, perbedaan hidrokarbon jenuh dan tak jenuh adalah sebagai berikut:
Hidrokarbon Jenuh
1. Bersifat nonpolar
2. Tidak dapat larut dalam air
3. Pada suhu kamar dan tekanan 1 atm C1-4 berwujud gas, C5-17 berwujud cair, dan C>18berwujud padat
4. Semakin banyak atom C pada hidrokarbon jenuh, titik didih, titik leleh, dan massa jenisnya semakin besar. Akan tetapi, jika membentuk rantai bercabang, titik didih, titik leleh, dan massa jenisnya akan semakin kecil.
5. Sukar bereaksi dengan reduktor atau oksidator
6. Dapat bereaksi dengan oksigen
7. Pembakaran sempurna hidrokarbon jenuh menghasilkan CO2 dan H2O
8. Pembakaran tidak sempurnah menghasilkan CO, arang, dan H2O
Hidrokarbon Tak Jenuh
1. Bersifat nonpolar
2. Tidak larut dalam dalam air
3. Pada suhu kamar dan tekanan 1 atm, hidrokarbon tak jenuh berantai pendek berwujud gas, berantai panjang berwujud cair dan padat
4. Memiliki titik didih, titik leleh, dan massa jenis yang lebih besar daripada hidrokarbon jenuh dengan jumlah atom C yang sama.
5. Semakin bessar massa molekul relatif, titik didih, dan titik lelehnya semakin besar.
6. Reaksi pembakaran hidrokarbon tak jenuh menghasilkan gas CO2 dan H2O
7. Hidrokarbon jenuh dapat mengalami reaksi polimerisasi, yaitu reaksi pemutusan rantai rangkap menjadi rantai tunggal.
8. Dapat dioksidasi dengan KMnO2 menghasilkan senyawa glikol

Karakteristik Atom Karbon

Sejauh ini, Anda telah mengenal sedikit tentang atom karbon, yaitu atom karbon memiliki nomor atom 6 dengan konfigurasi elektron 6C : 2 4. Di alam terdapat sebagai isotop 12C, 13C, dan 14C. Dalam sistem periodik, atom karbon berada dalam golongan IVA dan periode 2. Atom karbon berikatan kovalen dengan atom bukan logam dengan valensi 4. Sesungguhnya, masih banyak sifat-sifat atom karbon yang perlu Anda ketahui.

1.1. Kekhasan Atom Karbon

Atom karbon memiliki empat elektron valensi dengan rumus Lewis yang ditunjukkan di samping. Keempat elektron valensi tersebut dapat membentuk empat ikatan kovalen melalui penggunaan bersama pasangan elektron dengan atom-atom lain. Atom karbon dapat berikatan kovalen tunggal dengan empat atom hidrogen membentuk molekul metana (CH4). Rumus Lewisnya:

Selain dapat berikatan dengan atom-atom lain, atom karbon dapat juga berikatan kovalen dengan atom karbon lain, baik ikatan kovalen tunggal maupun rangkap dua dan tiga, seperti pada etana, etena dan etuna (lihat pelajaran Tata Nama Senyawa Organik).

Kecenderungan atom karbon dapat berikatan dengan atom karbon lain memungkinkan terbentuknya senyawa karbon dengan berbagai struktur (membentuk rantai panjang atau siklik). Hal inilah yang menjadi ciri khas atom karbon.

Jika satu atom hidrogen pada metana (CH4) diganti oleh gugus –CH3 maka akan terbentuk etana (CH3–CH3). Jika atom hidrogen pada etana diganti oleh gugus –CH3 maka akan terbentuk propana (CH3–CH2–CH3) dan seterusnya hingga terbentuk senyawa karbon berantai atau siklik.

Catatan :

Lewis menyatakan bahwa unsur-unsur selain gas mulia dapat mencapai kestabilan dengan cara bersenyawa dengan unsur lain atau unsur yang sama agar konfigurasi elektron dari setiap atom menyerupai konfigurasi elektron gas mulia.

Contoh Soal Penulisan Struktur Hidrokarbon (1) :

Tuliskan struktur senyawa hidrokarbon berikut.

a. Pentana
b. Siklopentana

Pembahasan :

a. C5H12 :

b. C5H10 :

2. Atom C Primer, Sekunder, Tersier, dan Kuartener

Berdasarkan kemampuan atom karbon yang dapat berikatan dengan atom karbon lain, muncul istilah atom karbon primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Istilah ini didasarkan pada jumlah atom karbon yang terikat pada atom karbon tertentu.

Atom karbon primer (dilambangkan dengan 1o) adalah atom-atom karbon yang mengikat satu atom karbon tetangga.

Masing-masing atom karbon mengikat satu atom karbon tetangga
Contoh :

Dalam molekul etana (CH3–CH3) masing-masing atom karbon mengikat satu atom karbon tetangga. Oleh karena itu, dalam molekul etana terdapat dua atom C primer.

Atom karbon sekunder (dilambangkan dengan 2o) adalah atom-atom karbon yang mengikat dua atom karbon tetangga.

Atom karbon yang dilingkari, atom karbon sekunder
Atom karbon tersier (dilambangkan dengan 3o) adalah atom-atom karbon yang mengikat tiga atom karbon tetangga.

Atom karbon yang dilingkari, atom karbon tersier
Contoh :

Dalam molekul isobutana atom karbon pada posisi kedua mengikat tiga atom karbon tetangga. Oleh karena itu, dalam molekul isobutana terdapat satu atom C tersier.

Contoh Soal Menentukan Atom C 1o, 2o, 3o, dan 4o (2) :

Berapa jumlah atom C primer, sekunder, tersier, dan kuartener yang terdapat dalam hidrokarbon berikut?

Kunci Jawaban :

Semua gugus CH3 tergolong atom C primer, gugus CH2 tergolong atom C sekunder, gugus CH tergolong atom C tersier, dan gugus C adalah kuartener. Jadi, jumlah atom C primer ada 5 buah, atom C sekunder ada 6 buah, atom C tersier ada 3 buah, dan atom C kuartener tidak ada.

B. Identifikasi dan Klasifikasi Hidrokarbon

Anda tentu sudah mengetahui bahwa salah satu senyawa karbon yang paling sederhana adalah hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon hanya tersusun atas unsur karbon dan hidrogen. Akan tetapi, dari dua macam unsur ini dapat membentuk banyak senyawa, mulai dari gas alam, minyak bumi, batubara hingga lilin dan polistirena.

2.1. Identifikasi Karbon dan Hidrogen

Adanya unsur karbon dan hidrogen dalam senyawa hidrokarbon dapat diidentifikasi melalui percobaan sederhana. Percobaan sederhana ini dapat dilakukan di laboratorium sekolah maupun di rumah Anda. Salah satu metodenya adalah dengan menggunakan lilin (C20H42) yang direaksikan dengan oksigen dari udara (dibakar), hasil pembakaran lilin dilewatkan ke dalam larutan Ca(OH)2 1%, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Identifikasi karbon dan hidrogen menggunakan metode pembakaran lilin.
Bagaimana mengidentifikasi adanya unsur karbon dan hidrogen dalam senyawa hidrokarbon atau senyawa organik? Untuk dapat menjawab ini, Anda harus memahami dulu reaksi yang terjadi.

Ketika lilin terbakar terjadi reaksi antara lilin dan oksigen dari udara. Jika pembakarannya sempurna, terjadi reaksi:

2C20H42(s) + 61O2(g) → 40CO2(g) + 42H2O(g)

Gas CO2 dan uap air hasil pembakaran akan mengalir melalui saluran menuju larutan Ca(OH)2 . Pada saat menuju larutan Ca(OH)2 , terjadi pendinginan oleh udara sehingga uap air hasil reaksi akan mencair. Hal ini dibuktikan dengan adanya tetesan-tetesan air yang menempel pada saluran. Oleh karena titik embun gas CO2 sangat rendah maka akan tetap sebagai gas dan bereaksi dengan larutan Ca(OH)2 . Bukti adanya CO2 ditunjukkan oleh larutan menjadi keruh atau terbentuk endapan putih dari CaCO3 (perhatikan Gambar 1). Persamaan reaksinya:

CO2(g) + Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + H2O(l)

Untuk lebih memahami identifikasi senyawa hidrokarbon, lakukanlah percobaan berikut dengan menggunakan metode lainnya, seperti pembakaran gula pasir halus (C12H22O11). Adapun senyawa bukan hidrokarbon, tetapi prinsipnya sama, yaitu mengandung karbon dan hidrogen. Untuk mengetahuinya, lakukanlah kegiatan berikut.

Praktikum Kimia Identifikasi Karbon dan Hidrogen (1) :

Tujuan :

Mengidentifikasi adanya unsur karbon dan hidrogen dalam senyawa yang mengandung karbon dan hidrogen.

Alat :
1. Pembakar bunsen
2. Statif
3. Tabung reaksi

Bahan
1. Gula pasir
2. Katalis CuO. Katalis adalah zat kimia yang dapat mempercepat reaksi.
3. Ca(OH)2 1%

Langkah Kerja :

1. Susun alat seperti gambar di atas.
2. Campurkan gula pasir halus dengan CuO.
3. Panaskan campuran tersebut.
4. Hasil reaksi dilewatkan ke dalam larutan Ca(OH)2 1%.

Pertanyaan :
1. Mengapa perlu dilakukan pembakaran gula pasir?
2. Bagaimana persamaan reaksi pembakaran gula pasir?
3. Apa yang terjadi ketika gula pasir dipanaskan?
4. Mengapa perlu digunakan katalis CuO?
5. Hasil reaksi apa yang didapatkan dalam tabung reaksi?
6. Jika pembakaran tidak sempurna (pasokan oksigen kurang), bagaimana kemungkinan hasil reaksinya? Tuliskan persamaan reaksinya.
7. Apa yang dapat Anda simpulkan dari hasil pengamatan tersebut?
Sekilas Kimia
Hans Krebs
(1900–1981)

Ahli kimia ini yang kali pertama mengusulkan serangkaian reaksi untuk menerangkan bagaimana glukosa (gula) diuraikan untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi.

2.2. Klasifikasi Hidrokarbon

Pada dasarnya, senyawa karbon dapat digolongkan ke dalam senyawa hidrokarbon dan turunannya. Senyawa turunan hidrokarbon adalah senyawa karbon yang mengandung atom-atom lain selain atom karbon dan hidrogen, seperti alkohol, aldehida, protein, dan karbohidrat.

Gambar 2. Bagan penggolongan senyawa karbon.
Ditinjau dari cara berikatan karbon-karbon, senyawa hidrokarbon dapat dikelompokkan menjadi dua bagian besar (perhatikan Gambar 2), yaitu:

a. Senyawa hidrokarbon alifatik, yaitu senyawa hidrokarbon yang membentuk rantai karbon dengan ujung terbuka, baik berupa rantai lurus atau bercabang. Senyawa alifatik dibedakan sebagai berikut

1) Senyawa hidrokarbon jenuh adalah senyawa hidrokarbon yang berikatan kovalen tunggal. Contohnya, senyawa alkana.

Gas alam dan minyak bumi tergolong hidrokarbon alifatik.

2) Senyawa hidrokarbon tidak jenuh adalah senyawa hidrokarbon yang berikatan kovalen rangkap dua atau rangkap tiga. Contohnya alkena dan alkuna.

b. Senyawa hidrokarbon siklik adalah senyawa hidrokarbon dengan ujung rantai karbon tertutup. Senyawa siklik dibedakan sebagai berikut.

1) Senyawa hidrokarbon alisiklik adalah senyawa golongan alifatik dengan ujung rantai karbon tertutup. Contohnya sikloheksana dan sikloheksena.

2) Senyawa hidrokarbon aromatik adalah senyawa benzena dan turunannya. Contoh hidrokarbon aromatik yaitu benzena, naftalena, toluena, dan sebagainya.

Contoh Soal Klasifikasi Hidrokarbon (3) :

Manakah di antara senyawa karbon berikut yang tergolong hidrokarbon?
a. C4H10 (butana)
b. C4H10O (butanol)
c. C4H8 (siklobutana)
d. C2H4O2 (cuka)
e. C2H2 (asetilen)

Penyelesaian :

Hidrokarbon adalah senyawa karbon yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Jadi, yang tergolong hidrokarbon adalah (a), (c), dan (e).

C. Hidrokarbon Alifatik Jenuh

Berdasarkan jumlah ikatan antara atom karbon, senyawa alifatik dikelompokkan menjadi alifatik jenuh dan tidak jenuh. Pada alifatik jenuh, atom karbon dapat mengikat atom hidrogen secara maksimal. Senyawa yang tergolong alifatik jenuh adalah alkana dan sikloalkana.

3.1. Struktur dan Sifat Alkana

Senyawa golongan alkana paling sederhana adalah metana (CH4) yang terdiri atas satu atom karbon dan empat atom hidrogen (Model molekul pada Gambar 3).

Gambar 4. Model molekul CH4.
Struktur molekul alkana yang lebih panjang, seperti etana, propana, butana, dan yang lainnya membentuk rantai yang memanjang. Struktur alkana dan senyawa karbon umumnya biasa dituliskan dalam bentuk rumus struktur yang dimampatkan, seperti empat deret alkana pertama berikut.

a. Deret Homolog

Perhatikan keempat contoh senyawa alkana di atas. Terlihat bahwa dari kiri ke kanan secara berurutan terdapat selisih jumlah gugus –CH2–. Etana kelebihan satu gugus –CH2– dari metana, propana kelebihan satu gugus –CH2– dari etana, dan seterusnya.

Jika dalam suatu deret senyawa terdapat selisih jumlah gugus sebanyak –CH2– secara berurutan maka senyawa-senyawa tersebut merupakan deret homolog. Deret homolog adalah senyawa-senyawa yang memiliki selisih gugus sebanyak –CH2– dari senyawa sebelumnya. Senyawa-senyawa dalam deret homolog memiliki sifat kimia mirip, tetapi sifat-sifat fisika berubah sejalan dengan naiknya massa molekul seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Titik Leleh dan Titik Didih Alkana Rantai Lurus Berdasarkan Deret Homolog
Nama Senyawa Rumus Molekul Wujud Zat Massa Molekul Titik Leleh
(°C) Titik Didih
(°C)
Metana CH4 Gas 16 –182,5 –164,0
Etana C2H6 Gas 30 –183,3 –88,6
Propana C3H8 Gas 44 –189,7 –42,1
Butana C4H10 Gas 58 –138,4 0,5
Pentana C5H12 Cair 72 –139,7 36,1
Heksana C6H14 Cair 86 –95,0 68,9
Heptana C7H16 Cair 100 –90,6 98,4
Oktana C8H18 Cair 114 –56,8 124,7
Nonana C9H20 Cair 128 –51,0 150,8
Dekana C10H22 Cair 142 –29,7 174,1
Sumber: Chemistry(Zumdahl),1989

Simak Tabel 1, tentu Anda dapat melihat kecenderungan yang teratur antara titik didih dan titik leleh dengan naiknya massa molekul relatif alkana. Dengan demikian, terdapat hubungan antara massa molekul relatif alkana dan sifat-sifat fisikanya.

Dengan bertambahnya massa molekul, sifat fisika yang lain seperti wujud zat juga berubah. Pada suhu kamar, empat deret pertama alkana berupa gas, deret berikutnya cair, dan alkana yang lebih tinggi berwujud padat, misalnya aspal dan lilin.

Semua alkana dapat bereaksi dengan oksigen membentuk gas karbondioksida dan uap air. Persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut :

CnH2n+2 + O2(g) → n CO2(g) + (n+1) H2O(g)

b. Rumus Umum Alkana

Jika dicermati dengan saksama, deret homolog alkana memiliki keteraturan yang dapat dirumuskan secara matematika. Dapatkah Anda menentukan rumus umum alkana?

Dalam deret homolog terdapat selisih gugus sebanyak –CH2–. Jika tambahannya sebanyak n gugus maka dapat ditulis sebagai (–CH2–)n atau –CnH2n–. Dalam metana, kedua garis pada rumus –CnH2n– menunjukkan jumlah atom hidrogen.

Struktur molekul oktana (C8H18)
3.2. Isomer dan Tata Nama Alkana

Beberapa senyawa alkana sederhana telah Anda pelajari pada bab sebelumnya. Sekarang, akan diperkenalkan tata nama senyawa alkana rantai lurus yang bercabang.

a. Tata Nama pada Alkana

Untuk alkana rantai bercabang, terdapat lima aturan pokok dari IUPAC yang telah disepakati, yaitu sebagai berikut.

1. Nama dasar alkana rantai bercabang ditentukan oleh rantai terpanjang atom karbon. Rantai terpanjang ini disebut rantai induk.

Contoh :

Rantai induk adalah rantai terpanjang. Pada contoh tersebut rantai induk mengandung 9 gugus, bukan 8 gugus.

2. Setiap cabang pada rantai induk disebut gugus alkil. Nama gugus alkil didasarkan pada nama alkana semula, tetapi akhiran -ana diganti menjadi -il. Contoh: metana menjadi metil. Perhatikan Tabel 2. Pada contoh nomor 1, terdapat satu gugus etil sebagai cabang dari rantai induk.

Tabel 2. Nama Gugus-Gugus Alkil pada Rantai Induk Alkana

3. Gugus alkil yang terikat pada rantai induk diberi nomor dengan urutan terkecil. Penomoran gugus alkil adalah sebagai berikut.

Dengan demikian, gugus etil diposisikan pada atom karbon nomor 4 dari rantai induk, bukan nomor 6. Jadi, nama untuk senyawa alkana di atas adalah 4-etilnonana, bukan 6-etilnonana.

4. Jika terdapat lebih dari satu gugus alkil yang sama maka penulisan nama gugus ditambah kata depan di–(dua gugus), tri–(tiga gugus), atau tetra–(empat gugus) yang diikuti dengan nama gugus alkil. Lihat contoh struktur berikut.

Nama senyawanya adalah 4,5-dietilnonana bukan 4-etil-5-etilnonana

5. Jika terdapat dua atau lebih cabang alkil yang berbeda, penulisan nama setiap cabang diurutkan berdasarkan alfabetis, seperti contoh berikut.

Nama senyawanya adalah 4-etil-5-metilnonana, bukan 5-metil-4- etilnonana.

Perhatikan beberapa aturan tambahan berikut.
1. Nomor posisi dan nama gugus dipisahkan oleh garis, misalnya 2-metil, 3-etil, dan seterusnya.
2. Nama gugus dan nama rantai induk disatukan (tidak dipenggal). Contoh: metilheksana bukan metil heksana, etilpentana bukan etil pentana.
3. Jika terdapat lebih dari dua nomor berurutan maka penulisan nomor dipisah oleh koma. Contoh: 3,3-dimetil atau 1,2,3-trietil, dan seterusnya.

Sekilas Kimia
Gas Minyak Bumi yang dicairkan (LPG)

Propana (t.d = –42 °C) adalah alkana yang umum digunakan untuk memasak dan memanaskan atau lebih dikenal sebagai gas LPG. Keuntungan penggunaan propana di banding metana, yaitu propana mudah dicairkan di bawah tekanan sehingga gas dapat di simpan dengan jumlah yang besar dalam ruang yang kecil. Cairan tidak akan membakar sampai propana berubah menjadi fasa gas sehingga relatif lebih mudah dan aman untuk disimpan dan dipindahkan. Pada suhu dingin, penggunaan propana lebih menguntungkan dibandingkan butana. Butana memiliki titik didih yang relatif tinggi (t.d -0,5 °C), berarti pada cuaca dingin, cairan butana tidak akan menguap sehingga tidak membakar. (Sumber: Heinemann Advanced Science: Chemistry, 2000)

Contoh Soal Penataan Nama Senyawa Hidrokarbon Alifatik (4) :

1. Tuliskan nama untuk senyawa berikut.

2. Gambarkan struktur molekul dari senyawa berikut:

a. 2,2-dimetil-5-isopropilnonana
b. 2,4-dimetil-5-propildekana

Pembahasan :

1. Tahap penentuan nama senyawa tersebut, yaitu:

a. tentukan rantai induk;
b. tentukan gugus alkil;
c. tentukan nomor terkecil untuk gugus alkil.

Pada struktur soal, rantai induknya sebanyak 8 gugus (oktana) dengan 2 buah gugus alkil, yaitu metil dengan nomor urut 2 dan etil dengan nomor urut 5. Jadi, nama senyawa itu adalah 5-etil-2-metiloktana.

2.

b. Isomer pada Alkana

Struktur alkana dapat berupa rantai lurus atau rantai bercabang. Dalam senyawa alkana juga ada yang rumus molekulnya sama, tetapi rumus strukturnya beda.

Butana memiliki rumus molekul C4H10. Selain itu, ada senyawa yang rumus molekulnya sama dengan butana, tetapi rumus strukturnya berbeda dan namanya juga berbeda. Perhatikan rumus struktur berikut.

Kedua senyawa tersebut dapat disintesis dan memiliki titik didih dan titik leleh berbeda. Senyawa n-butana titik didih dan titik lelehnya secara berturut-turut –0,5 °C dan –135 °C. Adapun senyawa isobutana atau 2-metilpropana titik didih dan titik lelehnya secara berturut-turut –10 °C dan –145 °C.

Semakin banyak jumlah atom karbon dalam senyawa alkana, kemungkinan rumus struktur juga makin banyak. Oleh karena itu, jumlah isomer struktur juga akan bertambah. Pentana (C5H12.) memiliki 3 isomer struktur, heksana (C6H14.) memiliki 5 isomer struktur, dan dekana memiliki 75 isomer struktur. Struktur berikut merupakan ketiga isomer dari pentana.

Oleh karena strukturnya berbeda maka sifat-sifat fisika senyawa yang berisomer juga berbeda, tetapi sifat kimianya mirip. Perhatikan titik didih dan titik leleh isomer butana dan isomer pentana.

Isobutana (alkana yang bercabang) memiliki titik didih dan titik leleh lebih rendah dibandingkan n-butana(yang tidak bercabang). Hal ini disebabkan oleh struktur yang lebih rumit pada isobutana mengakibatkan gaya tarik antarmolekul lebih kecil dibandingkan struktur rantai lurus sehingga lebih mudah menguap.

Pada senyawa pentana, titik didih dan titik leleh berkurang menurut urutan: n-pentana > isopentana > neopentana. Hal ini akibat dari bentuk struktur, yaitu neopentana lebih rumit dibandingkan isopentana. Demikian juga isopentana lebih rumit dari n-pentana.

D. Hidrokarbon Alifatik Tidak Jenuh

Hidrokarbon tidak jenuh adalah hidrokarbon dengan satu atau lebih atom karbon mengikat atom hidrogen tidak maksimal atau memiliki ikatan rangkap. Alkena memiliki ikatan rangkap dua karbon-karbon (C=C) dan alkuna memiliki ikatan rangkap tiga karbon-karbon (C ≡ C).

4.1. Struktur dan Sifat Alkena

Alkena paling sederhana adalah etena yang memiliki rumus mampat CH2 = CH2 . Dalam alkena terdapat sekurang-kurangnya satu buah ikatan rangkap dua karbon-karbon, seperti pada Gambar 4.

Gambar 4. Model struktur molekul etena.
Tiga deret pertama dari alkena rantai lurus dapat ditulis dalam bentuk struktur mampat sebagai berikut.

Sama halnya dengan alkana, senyawa-senyawa dalam golongan alkena membentuk deret homolog, dengan selisih antarsenyawa yang berurutan sebanyak –CH2–.

Secara umum, sifat fisika deret homolog alkena mirip dengan sifat fisika alkana, yakni makin besar massa molekul makin tinggi titik didih dan titik lelehnya.

Tabel 3. Sembilan Deret Pertama Alkena Rantai Lurus
Rumus Molekul Tata Nama
C2H4 Etena
C3H6 Propena
C4H8 Butena
C5H10 Pentena
C6H12 Heksena
C7H14 Heptena
C8H16 Oktena
C9H18 Nonena
C10H20 Dekena

Praktikum Kimia Menguji Hidrokarbon Tidak Jenuh (2) :

Tujuan :

Menguji senyawa hidrokarbon tidak jenuh pada margarin

Alat :

Tabung reaksi

Bahan :
1. Margarin
2. Air Brom

Langkah Kerja :

1. Masukkan sedikit air brom ke dalam tabung reaksi.
2. Tambahkan margarin atau mentega ke dalam air brom.
3. Amati perubahan yang terjadi.

Pertanyaan :
1. Apa yang dapat Anda amati dari percobaan tersebut?
2. Mengapa air brom berubah menjadi tidak berwarna?
3. Apa yang dapat Anda simpulkan dari hasil pengamatan ini?

4.2. Isomer dan Tata Nama Alkena

Sebelumnya, Anda telah mempelajari isomer dan tata nama alkana. Pada bagian ini, Anda akan mempelajari isomer dan tata nama pada alkena. Prinsipnya sama dengan alkana, namun ada beberapa perbedaan dalam hal jenis isomernya.

a. Tata Nama pada Alkena

Tata nama alkena didasarkan pada rantai terpanjang yang mengandung ikatan rangkap dua karbon-karbon. Seperti pada alkana, rantai terpanjang ini merupakan rantai induk. Atom karbon rantai terpanjang diberi nomor mulai dari ujung rantai yang terdekat pada ikatan rangkap dua karbon-karbon sehingga posisi ikatan rangkap memiliki nomor terkecil. Aturan pencabangan sama seperti yang diberlakukan pada alkana.

Jika dalam molekul alkena terdapat lebih dari satu ikatan rangkap dua maka namanya ditambah di- ...-ena, misalnya 1,3-butadiena dan 1,3,5- dekatriena.

Contoh Soal Penulisan Nama Alkena Menurut IUPAC (5) :

Apa nama senyawa alkena berikut menurut aturan IUPAC?

dan

Pembahasan :

a. Penomoran rantai karbon adalah :

Rantai terpanjang yang mengandung ikatan rangkap dua karbon-karbon memiliki lima atom karbon maka senyawa ini adalah 2-pentena. Posisi ikatan rangkap dua berada pada atom karbon nomor 2. Gugus metil juga terikat pada atom karbon nomor 2 sehingga nama lengkap senyawa ini adalah 2-metil-2-pentena.

b. Rantai induk yang mengandung ikatan rangkap dua karbon-karbon adalah dari kanan ke arah bawah, yaitu sebanyak sembilan gugus, dua ikatan rangkap, dan gugus cabang adalah butil. Jadi, nama senyawa ini adalah 3-butil-2,7-nonadiena.

b. Isomer pada Alkena

Perhatikan struktur molekul berikut.

Ketiga struktur tersebut memiliki rumus molekul sama, yakni C4H8, tetapi strukturnya beda. Jadi, dapat dikatakan bahwa ketiga senyawa itu berisomer struktur satu sama lain.

Bagaimana Anda menjelaskan perbedaan titik didih dari ketiga senyawa tersebut? Hubungkan dengan tingkat kerumitan molekul. Makin rumit struktur molekul, makin rendah titik didihnya. Ikatan rangkap dua karbon-karbon pada alkena tidak dapat memutar (melintir) sebab jika diputar akan memutuskan ikatan rangkap, tentunya memerlukan energi cukup besar. Oleh karena itu, alkena dikatakan memiliki struktur yang rigid (tegar) seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Pada alkena, tidak terjadi perputaran ikatan rangkap pada sumbu rotasinya.
Akibat dari ketegaran, ikatan rangkap menimbulkan isomer tertentu pada alkena. Pada contoh berikut, ada dua isomer untuk 2-butena (CH3CH=CHCH3), yaitu cis-2-butena dan trans-2-butena.

Isomer pada cis-2-butena dan trans-2-butena dinamakan isomer geometri. Isomer geometri adalah isomer yang terjadi akibat perbedaan lokasi atom-atom atau gugus atom dalam ruang tiga dimensi, sedangkan rumus molekul dan gugus terikatnya sama. Perbedaan titik didih antara cis-2-butena (3,7 °C) dan trans-2-butena (0,9 °C) menunjukkan bahwa kedua senyawa ini benar-benar ada dan berbeda, walaupun keduanya memiliki rumus molekul sama (C4H8) dan gugus terikatnya sama.

Pada alkena, selain isomer geometri dan isomer struktur, juga dikenal isomer posisi. Isomer posisi adalah isomer yang memiliki perbedaan posisi ikatan rangkap karbon-karbon dalam molekul yang sama. Contoh: 1-
butena dan 2-butena.

Contoh Soal Meramalkan Isomer Geometri pada Alkena (6) :

Pada senyawa alkena berikut, apakah terdapat isomer geometri? Jika ada, gambarkan bentuk geometrinya dan berikan nama menurut IUPAC.
a. CH3CH2CH=C(CH3)2
b. CH3CH=CHCH2CH3

Kunci Jawaban :

a. Rumus strukturnya adalah

Oleh karena terdapat dua gugus metil terikat pada atom kabon rangkap dua yang sama maka isomer geometri tidak terjadi pada senyawa ini sebab jika kedua gugus metil itu dipertukarkan lokasinya, tidak mengubah keadaan geometrinya.

b. Isomer geometri pada senyawa ini memungkinkan dapat memiliki geometri berbeda.

Contoh Soal Ebtanas 1995-1996 :

Nama yang benar untuk senyawa dengan rumus struktur :

A. 2-etil-2-pentena
B. 3-metil-3-heksena
C. 3-metil-3-heptena
D. 2-etil-3-pentena
E. 4-etil-3-pentena

Pembahasan :

Tahapan menentukannya :

1. Posisi ikatan rangkap pada rantai induk alkena dengan rantai terpanjang (6C) sehingga namanya: heksena
2. osisi ikatan rangkap diberi nama dengan nomor urut terendah. Jika posisi ikatan rangkapnya di tengah. Posisi cabang menjadi prioritas urutan dengan nomor terendah, jadi 3-heksena
3. Kemudian, beri nama untuk gugus alkilnya, yaitu: 3-metil-3- heksena

Jadi, jawabannya (B).

4.3. Struktur dan Tata Nama Alkuna

Alkuna adalah hidrokarbon tidak jenuh yang mengandung ikatan rangkap tiga karbon-karbon. Alkuna paling sederhana adalah asetilen atau etuna (C2H2), dengan rumus struktur sebagai berikut.

H–C ≡ C–H

Bentuk tiga dimensi dari etuna ditunjukkan pada Gambar 6. Terlihat bahwa bentuk molekulnya adalah linear.

Gambar 6. Struktur molekul etuna (asetilen).

Etuna dapat dibuat dengan cara mereaksikan CaC2 dan air yang digunakan sebagai sumber energi las besi, reaksi yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 7.

Empat deret pertama dari alkuna dapat ditulis dalam bentuk struktur molekul yang dimampatkan. Perhatikan bentuk struktur molekul berikut.

Gambar 7. Reaksi CaC2(karbida) dan air menghasilkan etuna sebagai sumber energi las besi (las karbida).
Aturan tata nama alkuna menurut aturan IUPAC sama seperti pada alkana atau alkena. Rantai induk ditentukan oleh rantai terpanjang yang mengandung ikatan rangkap tiga karbon-karbon dan akhiran untuk nama induk adalah -una sebagai pengganti -ana pada alkana.

Isomer yang terjadi pada alkuna adalah isomer posisi ikatan rangkap dan isomer struktur untuk gugus alkil, sedangkan isomer geometri pada alkuna tidak terjadi.

Contoh Soal Penamaan Alkuna Menurut IUPAC (7) :

Tuliskan nama IUPAC dari senyawa berikut.

Kunci Jawaban :

Rantai induk senyawa tersebut adalah dekuna (10 gugus). Ikatan rangkap tiga karbon-karbon terdapat pada atom karbon nomor 2, gugus metil terikat pada atom karbon nomor 4 dan 8, dan gugus etil terikat pada nomor 5. Jadi, namanya adalah 5-etil-4,8-dimetil-2-dekuna.

Contoh Soal Ebtanas 1999-2000 :

Simak kelompok senyawa hidrokarbon berikut:
1. C2H2; C3H4; C4H6
2. C2H4; C3H6; C3H8
3. C2H4; C3H6; C4H8
4. C2H6; C3H8; C4H10
5. C2H6; C3H8; C4H6

Rumus hidrokarbon yang merupakan pasangan kelompok senyawa tidak jenuh adalah …

A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 2 dan 3
D. 2 dan 4
E. 4 dan 5

Pembahasan :

Rumus alkana : CnHn+2
Rumus alkena : CnH2n
Rumus alkuna : CnHn–2

Alkena dan alkuna adalah hidrokarbon tidak jenuh. Hidrokarbon yang tidak jenuh terdapat semuanya pada kelompok 1 dan 3 (B).

 

 

1. Konsep Dasar
Biologi adalah ilmu tentang hidup dan kehidupan organisme dari masa lampau sampai prediksi masa depan, baik dalam hal struktur, fungsi, taksonomi, pertumbuhan dan perkembangannya. Dewasa ini biologi telah banyak mengalami revolusi keilmuan melampaui revolusi fisika dan kimia yang lebih dahulu mendominasi khazanah ilmu pengetahuan. Implikasi dari revolusi biologi telah menjangkau ke hampir semua cabangcabang ilmu biologi, seperti halnya genetika, fisiologi, anatomi, taksonomi, dan bidangbidang lain yang sederajat. National Science Foundation (1995) sejak lama telah memberikan peringatan terhadap tantangan besar bagi ilmu biologi saat memasuki abad ke-21 yaitu untuk memahami sistem biologis dalam semua kompleksitasnya sambil menjaga dan memanfaatkan sistem biologi secara berkelanjutan.Menurut Minarno (2012) sejak awal abad ke-21, Biologi telah mengalami perkembangan yang pesat. Fokus kajian biologi telah mengalami perubahan yang signifikan, bukan hanya terbatas pada tingkat organisme atau sel, melainkan lebih dalam lagi ke tingkat molekuler, sehingga dikenal dengan biologi molekuler. Perkembangan biologi molekuler dahulu diawali dengan penemuan struktur kimia DNA oleh Watson dan Crick. Produk-produk perkembangan biologi molekuler ini selanjutnya merupakan basis untuk perkembangan biologi modern. Memang Biologi menempatkan sel sebagai satuan dasar kehidupan, kemudian gen sebagai satuan dasar pewarisan sifat, dan evolusi sebagai mekanisme yang mendorong terciptanya spesies baru. Dalam mempelajari Biologi, pendekatan yang baik untuk memahami keilmuan di dalamnya adalah dengan memahami genetika sebagai struktur dasar biologi, karena genetika merupakan ilmu dasar dalam membangunan ilmu-ilmu cabang biologi. Theodosins Dobzhansky menyatakan “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution. It is even more certain that nothing in biology is understandable except in the light of genetics. Genetics is the core biological science; it provides the framework within which the diversity of life and its processess can be comprehended as an intellectual whole” (Ayala, et al, 1984).
Biologi sebagai bagian dari ilmu pengetahuan alam (sains) mempelajari materi dan energi yang berhubungan dengan makhluk hidup dan proses-proses kehidupan. Pengetahuan pada manusia,sejak zaman purba sampai sekarang,diperoleh melalui berbagai cara, misalnya melalui pengalaman sendiri atau orang lain, melalui prasangka, mitos, intuisi,ataukah hasil trial and error. Pengetahuan yang didapatkan dengan cara-cara tersebut termasuk pada golongan pengetahuan yang non-ilmiah atau bukan pengetahuan ilmiah. Bagaimanakah pengetahuan yang ilmiah atau yang disebut ilmu pengetahuan itu?. Jawaban singkatnya adalah sebagai berikut : Pengetahuan dapat dikatakan ilmiah bila memenuhi empat syarat yaitu Objektif,metodik, sistematik dan berlaku umum.
a. Objektif artinya pengetahuan itu sesuai dengan objeknya, kesesuaian itu dapat dibuktikan dengan penginderaan atas dasar empiris (pengalaman).
b. Metodik artinya pengetahuan itu diperoleh dengan menggunakan cara-cara tertentu yang teratur dan terkontrol.
c. Sistematis artinya pengetahuan ilmiah itu tersusun dalam suatu sistem, tidak berdiri sendiri; satu dengan yang lain saling berkaitan, saling menjelaskan, sehingga seluruhnya merupakan satu kesatuan yang utuh.
d. universal artinya pengetahuan ilmiah itu tidak hanya berlaku atau dapat diamati oleh seorang atau oleh beberapa orang saja, tetapi semua orang dengan cara eksperimentasi yang sama akan memperoleh hasil yang sama atau konsisten.
Salah satu syarat ilmu pengetahuan seperti tersebut diatas ialah bahwa materi pengetahuan itu harus diperoleh melalui metode ilmiah. Ini berarti bahwa cara memperoleh pengetahuan itu menentukan apakah pengetahuan itu termasuk ilmiah atau tidak. Metode ilmiah harus menjamin akan menghasilkan pengetahuan yang ilmiah, yaitu bercirikan objektivitas, konsisten dan sistematis.
2. Ciri Makhluk Hidup
Jika memperhatikan sebuah batu (makhluk tak hidup), tampak rumit dengan bermacam-macam mineral yang berserakan di dalamnya. Namun demikian, organisasi ini sendiri merupakan kesederhanaan, apabila dibandingkan dengan organisasi-organisasi tubuh makhluk hidup yang manapun. Jika kita memeriksa setiap bagian kecil dari tubuh seekor anjing dengan mikroskop, maka kita akan menemukan bahwa bagian-bagian itu terdiri atas sel-sel. Satuan-satuan ini, yang umumnya terlampau kecil untuk dilihat dengan mata tanpa alat, tersusun menjadi jaringan yang pada gilirannya membentuk organ yang mudah dilihat seperti jantung dan lambung. Beberapa organ, umpamanya lambung dan usus, bekerja sama membentuk suatu sistem. Dengan demikian pola organisasi kehidupan mulai dari tingkatan paling rendah ke tingkatan yang paling tinggi secara berurutan adalah atom – molekul - sel – jaringan – organ – sistem organ- individu (organisme)- populasi – komunitas – ekosistem – biosfer.
3. Metabolisme
Metabolisme meliputi 2 macam proses yaitu anabolisme atau pembentukan, seperti terjadi pada peristiwa fotosintesis yang membentuk bahan organik dari bahan anorgnaik.
4. Perkembangbiakan
pembiakan pada makhluk hidup adalah duplikasi terkendali sendiri pada struktur yang khas baginya. Hal ini terjadi apabila makhluk hidup tersebut mengambil bahan lebih banyak dari pada yang kembali kepadanya dan mengatur bahan-bahan itu menjadi strukturnya sendiri. Kita menamakannya pertumbuhan. Kadang-kadang pembiakan melibatkan juga produksi, kopi makhluk hidup tersebut yang dapat hidup secara sendiri-sendiri. Semua makhluk hidup pada suatu saat akan mati dan kalaupun jenisnya akan bertahan hidup, mereka harus menghasilkan turunannya sebelum mati.
5. Evolusi
Apabila makhluk hidup memperbanyak diri, polanya dikopi dengan kecermatan luar biasa. Ciri-ciri khusus akan muncul kembali dari generasi ke generasi dalam satu garis keluarga, karena informasi yang disandikan di dalam gengen yang diteruskan kepada setiap generasi berikutnya. Perubahan evolusioner itu mungkin terjadi di dalam garis menurun acapkali adaptif; artinya perubahan-perubahan itu memungkinkan keturunannya hidup dalam lingkungan yang lebih efisien dibandingkan dengan moyangnya.
Evolusi melibatkan tidak saja keturunan, tetapi juga melibatkan proliferasi macam-macam organisme sebagaimana kelompok tunggal organisme menghasilkan 2 atau lebih keturunan yang khas. Jumlah jenis organisme yang kini hidup di muka bumi ini jauh lebih besar daripada jumlah yang ada selama satu billiun tahun yang pertama adanya kehidupan di bumi ini.
6. Sel
Sitology adalah cabang ilmu Biologi yang kajiannya mengenai sel. Konsel sel pertama kali dikemukakan oleh ilmuan Inggris Robert Hook pada tahun 1665, setelah mengamati irisan gabus botol dengan menggunakan mikroskop sederhana. Selanjutnya konsep tentang sel mengalami perkembangan, seperti yang dikemukakan oleh Mathias Schleiden pada sel tumbuhan dan temuan Theodor Schwan pada sel hewan, yang selanjutnya dikenal dengan teori sel. Teori mereka menyatakan bahwa setiap makhluk hidup terdiri atas satu atau lebih sel, Sel merupakan unit struktural dan fungsional semua makhluk hidup, semua kehidupan berasal dari sel-sel sebelumnya melalui pembelahan, dan sel mangandung material genetik yang akan diturunkan kepada generasinya. Eksporasi terhadap sel semakin berkembang, saat ini kita mengenal istilah sel prokariot dan sel eukariotik. Sel prokariotik adalah sel tanpa membran inti, tidak memiliki organel yang berrmembran, dan sebagian besar sel prokariot mempunyai dinding sel. Bakteri termasuk jenis sel prokariotik. Sel eukariot adalah sel yang memiliki membran inti dan sejumlah organel dengan fungsi yang spesifik. Diantara organel yang dimiliki adalah inti sel, retikulum endoplasma,badan Golgi, lisosom, mikrobodi,mitokondria, dan kloroplas. Sel penyusun tubuh hewan dan tubuh tumbuhan termasuk jenis sel eukariotik. Sel juga melakukan beberapa fungsi, diantaranya sintesis makromolekul, pergerakan,sekresi, dan ekskresi.
ORGANISASI KEHIDUPAN
1. MOLEKUL atau GEN
Contoh: molekul-molekul protein, fosfolipid, kolesterol, karbohidrat, air dan ion-ion lain merupakan komponen penyusun membran sel. Struktur dan fungsi molekul menyusun komponen-komponen pembentuk sel.Atom - atom berikatan membentuk molekul
2. SEL
Contoh : Sel saraf Makhluk hidup multiseluler seperti tumbuhan dan hewan, disusun oleh bermacam-macam sel yang memiliki bentuk dan fungsi yang berbeda.Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil. Makhluk hidup uniseluler, seperti protozoa, bakteri, dan alga, melangsungkan metabolismenya di dalam sebuah sel.
3. JARINGAN
Contoh: organ kulit terbentuk oleh beberapa jaringan yang berbeda seperti jar. Epitel, jar. Otot, jar. Darah dan jar. Saraf. Keseluruhan jaringan tersebut bekerja sama menjalankan fungsinya seperti melindungi tubuh.
4. ORGAN
Organ adalah kumpulan dari beberapa jaringan yang berbeda dan menjalankan fungsi yang sama. Contohnya, sistem peredaran darah manusia, yang terdiri dari jantung dan pembuluh darah, berfungsi untuk mengedarkan darah keseluruh tubuh. Kumpulan dari beberapa organ yang saling bekerjasama untuk melakukan fungsi tertentu
5. SISTEM ORGAN
Adanya berbagai sistem organ yang fungsinya berbeda membuat suatu individu dapat melakukan hidupnya dengan baik.
6. INDIVIDU
Individu merupakan organisme tunggal yang tersusun oleh kumpulan sistem organ
7. POPULASI
Dalam populasi terjadi interaksi atau hubungan antar speciesnya, hubungan tersebut bertujuan untuk menjalankan fungsi hidupnya seperti : melakukan perkawinan, berkembang biak, perlindungan. Terbentuk oleh kumpulan individu atau species yang sejenis yang menempati suatu habitat (tempat hidup suatu MH) dan dalam waktu tertentu
8. KOMUNITAS
Komunitas terestrial : terdapat di padang rumput, padang pasir, kebun raya, halaman rumah, kebun, sawah.Komunitas aquatik : terdapat di laut, danau, sungai, parit, kolam.Secara garis besar komunitas dapat dibedakan menjadi 2 yaitu aquatik dan terestrial.Di bentuk oleh berbagai jenis (species) makhluk hidup yang saling berinteraksi dan menempati lingkungan dalam waktu yang sama.
9. EKOSISTEM
Contoh ekosistem: ekosistem air kolam, ekosistem danau, ekosistem sawah dll. Karena adanya interaksi antar komponen ekosistem maka terjadi aliran/siklus materi dan energi melalui peristiwa makan dan dimakan yang membentuk sebuah rantai makanan dan jaring-jaring makanan. Dibentuk oleh beberapa macam populasi yang berinteraksi dengan lingkungan tempat mereka hidup, atau interaksi (hubungan timbal balik) antara komponen biotik dengan komponen Abiotik (lingkungan).
10. BIOMA
Contoh: bioma padang rumput, hutan hujan tropis, hutan gugur, Bioma savana bioma taiga, bioma tundra dll.Merupakan satuan daerah daratan yang luas yang dibentuk oleh ekosistem dalam skala besar yang terjadi karena adanya interaksi Bioma gurun iklim dengan keaneragaman makhluk hidup yang khas (yang dominan).