i
UNIVERSITAS GADJAH MADA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN KIMIA
Sekip Utara Yogyakarta 55281
Buku 3: BUKU AJAR
KIMIA KONTEKSTUAL
Semester I/2 sks/MKB 1000
Oleh:
Tim Pengampu Kimia Kontekstual
Jurusan Kimia
Didanai dengan dana BOPTN P3-UGM
Tahun Anggaran 2013
DAFTAR ISI
BAB 0 KIMIA UNTUK MASA DEPAN YANG BERKELANJUTAN... 1
BAB 1 UDARA YANG KITA HIRUP ...12
BAB 2 MELINDUNGI LAPISAN OZON ...43
BAB 3 ASPEK KIMIA PEMANASAN GLOBAL ...60
BAB 4 ENERGI, KIMIA DAN MASYARAKAT ...107
BAB 5 AIR UNTUK KEHIDUPAN ...149
BAB 6 HUJAN ASAM ...185
BAB 7 PANAS DARI FISI NUKLIR ...224
BAB 8 ENERGI DARI TRANSFER ELEKTRON ...238
BAB 9 DUNIA POLIMER DAN PLASTIK ...246
BAB 10 REKAYASA MOLEKUL DAN PERANCANGAN OBAT...257
BAB 11 NUTRISI: BAHAN UNTUK DIPIKIRKAN ...264
iii
Kata Pengantar
Kimia dalam Konteks adalah bahan pengajaran kimia yang disusun dengan "memecahkan cetakan." Berbeda dengan pola yang lazim, Kimia dalam Konteks tidak mengajarkan kimia secara terisolasi dari orang-orang dan isu-isu dunia nyata yang mereka hadapi. Demikian pula, Kimia Kontekstual tidak memperkenalkan fakta atau konsep demi “cakupan materi” sebagai bagian dari kurikulum. Sebaliknya, Kimia dalam Konteks secara hati-hati mencocokkan setiap prinsip kimia terhadap masalah dunia nyata seperti kualitas udara, energi, atau penggunaan air. Masing-masing diperkenalkan atas dasar “kebutuhan-untuk-tahu”, yaitu, pada titik dalam pengajaran di mana ada kebutuhan untuk menunjukkan prinsip. Yang paling penting, pengajaran kimia ini disajikan dalam konteks isu-isu politik, ekonomi, dan etika sosial yang signifikan.
Konteks! Kata ini berasal dari bahasa Latin yang berarti "menenun." Laba-laba motif web di Kimia dalam Konteks penutup mencontohkan koneksi kompleks yang dapat dijalin antara kimia dan masyarakat. Dengan tidak adanya isu-isu dunia nyata, tidak akan ada Kimia dalam Konteks. Demikian pula, tanpa guru dan siswa yang bersedia (dan cukup berani) untuk terlibat dalam masalah ini, tidak akan ada Kimia dalam Konteks. Bersama-sama kita menenunkimia ke dalam masalah yang kita hadapi dalam hidup kita. Konteks!
Hari ini kita juga tahu bahwa mengajar dalam konteks adalah praktek yang berdampak tinggi yang didukung oleh penelitian tentang bagaimana orang belajar. Kimia dalam Konteks menggunakan konteks dunia nyata yang melibatkan para siswa di tingkat majemuk: kesehatan dan kesejahteraan individu, kesehatan masyarakat setempat, dan kesehatan ekosistem yang lebih luas yang mendukung kehidupan di planet ini.
Konteks. Model penyusunan pengajaran kimia dengan “memecahkan cetakan” bisa dipertanyakan latar belakangnya, apakah hanya demi menjaga tradisi (dan untuk bersenang-senang melanggar “cetakan”), tetapi juga untuk alasan kuat: kebutuhan para pembelajar. Metode ini akan terus menemukan cara-cara berkomunikasi mengenai kimia yang melayani para mahasiswa, mengingat isu-isu yang menantang yang sedang mereka hadapi saat ini, kebutuhan kompleks dari masyarakat di mana mereka tinggal, dan lanskap yang berubah di mana mereka akan bekerja di masa depan.
Mengajar (dan Learning) dalam Konteks
Organisasi Kimia dalam Konteks tetap sama di setiap edisi. Enam bab pertama membentuk inti di mana prinsip-prinsip kimia dasar yang diperkenalkan.Pasal-pasal ini memberikan r topik yang fokus pada satu tema lingkungan. Mereka mengembangkan dasar konsep kimia yang dapat diperluas dalam bab-bab berikutnya.
Bab 7 dan 8 mempertimbangkan alternatif (non-bahan bakar fosil) sumber energi - n uclear daya, baterai, sel bahan bakar, dan ekonomi hidrogen. Bab-bab yang tersisa berbasis karbon, dengan fokus pada polimer, obat-obatan, produksi pangan, dan rekayasa genetika.
“Sustainability” (Keberlanjutan)
Keberlanjutan. Keberlanjutan menambahkan derajad baru kompleksitas Kimia dalam Konteks. Sebagian, kompleksitas ini muncul karena keberlanjutan dapat dikonseptualisasikan dalam dua cara: sebagai topik dipelajari dan sebagai masalah yang layak dipecahkan. Sebagai topik, keberlanjutan memberikan tubuh baru konten bagi siswa untuk menguasai.
Sebagai contoh, tragedi milik bersama, the Triple Bottom Line, dan konsep cradle-to-cradle adalah bagian dari materi yang diperkenalkan dalam Bab 0. Sebagai masalah yang layak dipecahkan, keberlanjutan menghasilkan pertanyaan-pertanyaan baru bagi siswa untuk bertanya yang membantu mereka untuk membayangkan dan mencapai masa depan yang berkelanjutan.
Sebagai contoh, siswa akan menemukan pertanyaan tentang risiko dan manfaat dari kedua tindakan dan tidak bertindak atas nama ransum gen di masa depan. Untuk memasukkan keberlanjutan, maka, membutuhkan lebih dari pemikiran ulang kasual kurikulum. Bagaimana Anda mengajar dan belajar tentang sesuatu yang rumit seperti keberlanjutan? Dalam menanggapi pertanyaan ini, tim penulis menyadari bahwa itu perlu baik untuk memperbarui materi dan menampilkannya kembali dalam cahaya baru. Berikut adalah beberapa contoh dari perubahan yang dibuat tim:
Kimia hijau. Kimia hijau, sarana untuk keberlanjutan, terus menjadi tema penting dalam Kimia dalam Konteks. Seperti pada edisi sebelumnya, contoh kimia hijau yang disorot dalam setiap bab. Dalam edisi baru ini, mencari bahkan lebih banyak contoh. Memperluas cakupan ini menawarkan pembaca rasa yang lebih baik tentang perlunya dan pentingnya penghijauan proses kimia kami. Untuk akses yang lebih mudah, prinsip-prinsip Kimia istry hijau sekarang terdaftar di sampul depan dalam teks.
Bab 1 Udara Kami Bernapas 1. Apa yang ada di Nafas?
2. Polutan Udara dan Penilaian Resiko 3. Kualitas Air dan Anda
4. Dimana Kita Hidup: Troposfer
5. Klasifikasi Cetakan: Zat Murni, Elemen, dan Senyawa 6. Atom dan Molekul
7. Nama dan Rumus: Kosakata Kimia
8. Perubahan Kimia: Peran Oksigen di Pembakaran
9. Api dan Bahan Bakar: Kualitas dan Pembakaran Hidrokarbon 10. Air Polutan: Sumber Direct
11. Ozon: Pencemar Sekunder 12. Cerita di dalam Kualitas Air
13. Kembali ke Nafas - di Tingkat Molekuler Bab 2 Melindungi Lapisan Ozon
1. Ozon: Apa dan Dimana itu? 2. Struktur Atom dan Periodisitas 3. Molekul dan Model
4. Gelombang Cahaya 5. Radiasi dan Zat
6. Oksigen – Lapisan Ozonr
7. Efek biologis dari Radiasi Ultraviolet
8. Stratosfir Ozone Destruction: Pengamatan global dan Penyebabnya 9. Chlorofluorocarbon: Sifat, Penggunaan, dan Interaksi dengan Ozon 10. Lubang Ozon Antartika: A Closer Look
v
12. Pengganti CFC
Bab 3: Aspek Kimia Perubahan Iklim Global 1. Greenhouse: Neraca Energi Bumi 2. Mengumpulkan Bukti: Kesaksian Waktu 3. Molekul: Bagaimana Mereka berbentuk 4. Vibrating Molekul dan Efek Rumah Kaca
5. The Carbon Cycle: Kontribusi dari Alam dan Manusia 6. Konsep Kuantitatif: Massa
7. Konsep Kuantitatif: Molekul dan Mol 8. Metana dan Gas Greenhouse Lainnya 9. AkanSeberapa Hangat Planet? 10. Konsekuensi Perubahan Iklim
11. Apa yang Bisa (atau Haruskah) Kita Lakukan tentang Perubahan Iklim Bab 4 Energi dari Pembakaran
1. Bahan Bakar Fosil dan Listrik 2. Efisiensi Transformasi Energi 3. Kimia Batubara
4. Minyak tanah
5. Mengukur Perubahan Energi
6. Perubahan energi di Tingkat Molekuler 7. Kimia Bensin
8. Penggunaan bahan bakar baru 9. Biofuels I - Ethanol
10. Biofuels II - Biodiesel, Sampah, dan Biogas 11. The Way Forward
Bab 5 Air untuk Kehidupan 1. Sifat Unik Air
8. Lautan - Larutan berair dengan Banyak Ion 9. Senyawa kovalen dan larutannya
10. Melindungi Air Minum kami: Federal Legislasi 11. Pengolahan Air
Bab 6: Menetralisir Ancaman Hujan Asam 1. Apakah Asam itu?
2. Apa Basa itu?
3. Netralisasi: Apakah Antasida 4. Memperkenalkan pH
5. Pengasaman Laut
6. Tantangan Mengukur pH Hujan
7. Sulfur Dioksida dan Pembakaran Batubara 8. Nitrogen Oksida dan Pembakaran Bensin 9. The Nitrogen Cycle
10. SO2 dan NOX-Bagaimana Mereka Stack Up? 11. Hujan Asam dan Efek Terhadap Bahan
13. Kerusakan Danau dan Streaming Bab 7 Energi Fisi Nuklir
1. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir di seluruh dunia 2. Bagaimana Fisi Menghasilkan Energi
3. Bagaimana Reaktor Nuklir Menghasilkan Listrik 4. Apa Radioaktivitas?
5. Looking Backward untuk Maju 6. Radioaktivitas dan Anda 7. Koneksi Senjata
8. Waktu nuklir: The Half-Life
9. Limbah nuklir: hari ini di sini, Berikut Besok 10. Risiko dan Manfaat Tenaga Nuklir
11. Sebuah Masa Depan Tenaga Nuklir Bab 8: Energi dari Transfer Elektron
1. Baterai, Sel Galvanic, dan Elektron 2. Lain Sel Galvanic Umum
3. Bahan Baterai: Cradle-to-Cradle 4. Hybrid Vehicles
5. Sel Bahan Bakar: Dasar-dasar 6. Hydrogen Fuel Cell Kendaraan 7. Photovoltaic Sel: Dasar-dasar
8. Listrik dari Sumber Terbarukan (Sustainable) Bab 9: Dunia Polimer dan Plastik
1. Polimer: Rantai Panjang 2. Menggabungkan Monomer 3. Polyethylene: A Closer Look
4. The " Enam besar": Tema dan Variasi 5. Kondensasi Monomer
6. Poliamida: Alam dan Nylon 7. Daur ulang: The Big Picture 8. Daur Ulang Plastik: Rincian
Bab 10: Memanipulasi Molekul dan Perancangan Obat 1. Sebuah Obat Ajaib Klasik
2. Studi Molekul Mengandung Carbon 3. Grup Fungsional
4. Bagaimana Aspirin bekeja: Fungsi Mengikuti bentuk 5. Desain Obat modern
6. Berikan Molekul ini Tangan! 7. Steroid
8. Resep, Generik, dan Selama-Kontra Obat 9. Pengobatan Herbal
10. Penyalahgunaan Narkoba Bab 11 Nutrisi: Food for Thought
1. Makanan dan Planet
2. Anda adalah apa yang Anda Makan 3. Lemak dan Minyak
vii
6. How Sweet It Is: Gula dan Gula Pengganti 7. Protein:
8. Vitamin dan Mineral: The Essentials Lain 9. Energi dari Makanan
10. Kualitas Versus Jumlah: Saran Diet 11. Makan Lokal? Makan Sayuran? 12. Memberi makan Dunia yang kelaparan
Bab 12: Rekayasa Genetika dan Molekul Kehidupan 1. Kuat dan lebih baik Jagung Tanaman?
2. Senyawa kimia kode kehidupan 3. The Double Helix DNA
4. Cracking Kode Kimia
5. Protein: bentuk untuk Fungsi 6. Proses Rekayasa Genetika
7. Membuat Kimia Sintesis Hijau dari Modifikasi Genetik 8. The New Frankenstein
Leaning Outcome untuk masing-masing bab adalah sbb. Bab 1
1. Menjelaskan hubungan antara kesehatan Anda dan apa yang Anda bernapas (seluruh pasal)
2. Jelaskan udara dalam hal komponen utama, relatif "jumlah, dan variasi lokal dan regional" mereka dalam komposisi udara (1.1, 1.5)
3. Sebutkan polutan udara utama dan menjelaskan efek kesehatan dari masing-masing (seluruh pasal)
4. Bandingkan dan kontras udara dalam ruangan dan luar ruangan dalam hal yang polutan yang kemungkinan akan hadir dan sumber mereka (1.3. 1.13) 5. Menafsirkan data kualitas udara setempat, termasuk mengapa standar
kualitas udara yang ditetapkan secara terpisah untuk setiap polutan (1.3) 6. Mengevaluasi risiko dan manfaat dari kegiatan tertentu (1.3)
7. Diskusikan inisiatif kimia hijau dan mengapa masuk akal untuk mencegah polusi daripada untuk membersihkannya sesudahnya (1.5)
8. Kaitkan hal ini: materi, zat murni, campuran, unsur, senyawa, logam, bukan logam (1.6)
9. Membahas fitur dari tabel periodik, termasuk kelompok-kelompok yang dikandungnya (1.6)
10. Menjelaskan perbedaan antara atom dan molekul, memberi contoh masing-masing (1.7)
11. Nama unsur kimia dan senyawa yang berhubungan dengan kualitas udara (1.7)
12. Menulis dan menafsirkan rumus kimia yang berhubungan dengan kualitas udara (1. 8)
13. Saldo dan menginterpretasikan persamaan kimia yang berhubungan dengan kualitas udara (1.9-1.10)
14. Memahami peran oksigen dalam pembakaran, termasuk bagaimana hidrokarbon membakar untuk membentuk karbon dioksida, karbon monoksida, dan jelaga (1.9-1.10)
15. Jelaskan bagaimana bentuk ozon, termasuk bagaimana sinar matahari, NO, N02, dan VOC yang terlibat (1.12)
18. Gunakan notasi ilmiah dan tokoh-tokoh penting dalam melakukan perhitungan dasar (1.4, 1.14)
19. Menerapkan apa yang Anda ketahui tentang polusi udara dengan cara-cara hidup yang menghasilkan udara bersih (seluruh pasal)
Bab 2
1. Membedakan antara berbahaya ozon permukaan tanah dan bermanfaat lapisan ozon stratosfir (2.1)
2. Jelaskan kimia ozon, termasuk bagaimana hal itu terbentuk di atmosfer kita. (2.1, 2.6, 2.8-2.10)
3. Menggambarkan lapisan ozon, karakteristik dalam beberapa cara berbeda (2.1, 2.6, 2.8-2.10)
4. Menerapkan dasar-dasar struktur atom untuk atom dari unsur-unsur tertentu (2.2)
5. Memahami apa artinya ketika elemen jatuh ke dalam kelompok yang sama dari tabel periodik (2.2)
6. Membedakan nomor atom dari nomor massa dan menerapkan kedua isotop (2.2)
7. Tulis struktur Lewis untuk molekul kecil dengan tunggal, ganda, dan tiga ikatan kovalen (2.3)
8. Jelaskan spektrum elektromagnetik dalam hal frekuensi, panjang gelombang, dan energi (2.4, 2.5)
9. Menafsirkan grafik yang berhubungan dengan panjang gelombang dan energi, radiasi dan kerusakan biologis, dan penipisan ozon (2.4-2.8)
10. Memahami siklus Chapman alami penipisan ozon stratosfer (2.6)
11. Memahami bagaimana lapisan ozon stratosfer melindungi terhadap radiasi ultraviolet yang berbahaya (2.6, 2.7)
12. Bandingkan dan kontras UV-A, UV-B, dan radiasi UV-C bersama beberapa jalur yang berbeda (2.6, 2.7)
13. Diskusikan interaksi radiasi dengan materi dan perubahan yang disebabkan oleh interaksi tersebut, termasuk kepekaan biologis (2.6, 2.7)
14. Kaitkan arti dan penggunaan Indeks UV (2.7)
15. Tulis struktur Lewis untuk atom klorin dan bromin, serta untuk beberapa radikal bebas lainnya. Dapat menjelaskan mengapa radikal bebas sangat reaktif (2.8)
16. Kenali kompleksitas pengumpulan data yang akurat untuk penipisan ozon stratosfir dan menafsirkan dengan benar (2.8, 2.9)
17. Memahami sifat kimia dan peran CFC dalam penipisan ozon stratosfir (2.9, 2.10)
18. Jelaskan keadaan unik bertanggung jawab atas penipisan ozon musiman di Antartika (2.10)
19. Merangkum hasil dari Protokol Montreal sebuah perubahannya (2.11, 2.12) 20. Mengevaluasi artikel tentang alternatif kimia hijau untuk senyawa ozon
stratosfer (2.12)
21. Diskusikan faktor-faktor yang akan membantu mengarah pada pemulihan lapisan ozon (2.11,2.12)
Bab 3:
1. Memahami proses yang berbeda yang mengambil bagian dalam keseimbangan energi bumi (3.1)
ix
3. Memahami peran utama yang gas atmosfer tertentu bermain dalam efek rumah kaca (3.1-3.2)
4. Jelaskan metode yang digunakan untuk mengumpulkan bukti masa lalu konsentrasi gas rumah kaca dan global
5. Gunakan struktur Lewis untuk menentukan geometri molekul dan bono sudut (3.3)
6. Berkaitan geometri molekuler untuk penyerapan radiasi inframerah (3.4) 7. Sebutkan gas rumah kaca utama dan menjelaskan mengapa masing-masing
memiliki geometri molekul yang tepat untuk menjadi gas rumah kaca (3.4) 8. Jelaskan peran yang proses alami bermain di
9. Mengevaluasi bagaimana aktivitas manusia berkontribusi pada siklus karbon dan perubahan iklim (3.5)
10. Memahami bagaimana massa molar didefinisikan dan digunakan (3.6) 11. Hitung massa rata-rata atom menggunakan nomor Avogadro (3.6) 12. Menunjukkan kegunaan dari mol kimia (3.7)
13. Menilai sumber, jumlah emisi relatif, dan efektivitas gas rumah kaca selain CO2 (3.8)
14. Evaluasi peran pendorong iklim alami dan antropogenik (3.9)
15. Kenali keberhasilan dan keterbatasan model berbasis komputer dalam memprediksi perubahan iklim (3.9)
16. Hubungkan beberapa konsekuensi utama perubahan iklim dengan kemungkinan mereka (3.10)
17. Mengevaluasi keuntungan dan kerugian dari peraturan gas rumah kaca yang diusulkan (3.11)
18. Memberikan contoh strategi adaptasi mitigasi iklim dan iklim (3.11)
19. Menganalisis, menafsirkan, mengevaluasi, dan berita kritik tentang perubahan iklim (3.1-3.12)
20. Ambil posisi informasi sehubungan dengan isu seputar perubahan iklim (3.1-3.12)
Bab 4:
1. Nama bahan bakar fosil, menggambarkan karakteristik masing-masing, dan membandingkannya dalam hal seberapa bersih mereka membakar dan berapa banyak energi yang mereka hasilkan (4.1-4.7)
2. Evaluasi bahan bakar fosil sebagai sumber energi yang berkelanjutan (4.1-4.7)
3. Hubungkan proses pembangkitan listrik dari bahan bakar fosil dengan langkah-langkah dalam transformasi energi (4.1)
4. Bandingkan dan kontras energi kinetik dan energi potensial, baik pada tingkat makroskopik dan molekuler (4.1)
5. Menerapkan konsep entropi untuk menjelaskan hukum kedua termodinamika (4.2)
6. Jelaskan "teknologi batubara bersih" dan mengomentari kelangsungan hidup mereka, jangka panjang dan pendek (4.3)
7. Jelaskan bagaimana dan mengapa minyak halus (4.4)
8. Sebutkan fraksi yang berbeda diperoleh dengan penyulingan minyak bumi. Bandingkan dan kontras ini dalam hal komposisi kimia, sifat kimia, titik didih, dan penggunaan akhir (4.4)
9. Terapkan istilah endotermik dan eksotermik reaksi kimia berdasarkan perhitungan atau intuisi kimia (4.5)
10. Hitung perubahan energi dalam reaksi yang menggunakan energi ikatan (4.6) 11. Menilai bagaimana aditif bensin mempengaruhi efisiensi mobil, emisi knalpot,
12. Memahami energi aktivasi dan bagaimana kaitannya dengan tingkat reaksi (4.8)
13. Bandingkan dan kontras produksi dan penggunaan etanol dan biodiesel sebagai bahan bakar (4.9-4.10)
14. Bandingkan dan biofuel kontras dengan bensin dalam hal komposisi kimia, energi yang dilepaskan pada pembakaran, dan energi yang dibutuhkan untuk memproduksi (4.9-4.10)
15. Berkorelasi penggunaan energi dengan jumlah penduduk, pencemaran lingkungan, dan ekspansi ekonomi (4.10)
16. Mengambil berdiri informasi tentang berbagai langkah konservasi energi, termasuk sejauh mana mereka cenderung menghasilkan penghematan energi (4.11)
17. Mengevaluasi artikel berita tentang langkah-langkah keberlanjutan energi dan menilai akurasi mereka (4.11)
Bab 5:
1. Jelaskan bagaimana air terkait dengan kehidupan di planet ini (pengenalan) 2. Hubungkan elektronegativitas atom dengan polaritas ikatan terbentuk dari
atom-atom ini (5.1)
3. Jelaskan ikatan hidrogen dan menghubungkannya dengan sifat air (5.2) 4. Bandingkan kepadatan es dan air dan mampu menjelaskan perbedaan (5.2) 5. Menghubungkan panas spesifik air untuk peran yang dimainkan oleh air di
planet ini (5.2)
6. Diskusikan hubungan antara sifat-sifat air dan struktur molekul (5.2) 7. Jelaskan cara utama orang menggunakan air di planet kita (5.3)
8. Diskusikan bagaimana konsep jejak air membentuk pandangan kita tentang penggunaan air (5.3)
9. Hubungkan perubahan iklim global dengan penawaran dan permintaan air (5.4)
10. Gunakan unit konsentrasi: persen, ppm, ppb, dan molaritas (5.5)
11. Diskusikan mengapa air adalah sebuah pelarut yang sangat baik bagi banyak (tapi tidak semua) ion dan senyawa kovalen (5.5)
12. Kaitkan hal ini: kation, anion, dan senyawa ionik (5.6)
13. Tuliskan nama dan rumus kimia untuk senyawa ionik, termasuk mereka dengan ion poliatomik umum (5.7)
14. Jelaskan apa yang terjadi ketika senyawa ion larut dalam air (5.8)
15. Menjelaskan mengapa beberapa solusi listrik dan yang lainnya tidak (5.9) 16. Menjelaskan peranan surfaktan sebagai agen kelarutan (5.9)
17. Jelaskan pepatah "seperti larut seperti" dan menghubungkan hal ini dengan biomagnifikasi (5.9)
18. Memahami peran undang-undang federal dalam melindungi air minum yang aman (5.10)
19. Kontras tujuan maksimum tingkat kontaminan (MCLG) dan tingkat kontaminan maksimum (MCL) yang ditetapkan oleh EPA untuk menjamin kualitas air (5.10)
20. Diskusikan bagaimana air minum dapat dibuat aman untuk diminum (5.11) 21. Memahami proses destilasi dan reverse osmosis untuk memproduksi air
minum (5.12)
22. Jelaskan bagaimana hijau kimia dan aplikasinya dapat memberikan kontribusi terhadap air bersih (5.9, 5.12)
xi
Bab 6:
1. Tentukan asam syarat dan dasar dan tahu bagaimana menggunakan definisi ini untuk membedakan asam dari basa (6.1-6.3)
2. Mewakili disosiasi (ionisasi) asam dan basa menggunakan persamaan kimia (6.1-6.2)
3. Reaksi Write netralisasi untuk asam dan basa (6.3)
4. Klasifikasikan solusi seperti asam, basa, atau netral berdasarkan pH atau konsentrasi H + dan OH-mereka (6.3-6.4)
5. Hitung nilai pH yang diberikan hidrogen atau ion hidroksida dalam konsentrasi seluruh nomor (6.4)
6. Bandingkan pH air murni, pH hujan biasa, pH hujan asam, dan pH air laut (6.4) 7. Gunakan persamaan kimia untuk berhubungan peningkatan kadar asam
karbonat dalam air laut untuk pembubaran sel kalsium karbonat (6.5) 8. Cari di peta Amerika Serikat di mana hujan turun paling asam (6.6)
9. Jelaskan peran sulfur oksida dan nitrogen oksida dalam menyebabkan hujan asam (6.7-6.8)
10. Bandingkan penyebab pengasaman laut dan asam presipitasi (6.5-6.8) 11. Jelaskan mengapa N2 adalah elemen yang relatif inert. Jelaskan berbagai
bentuk reaktif nitrogen dan bagaimana mereka diproduksi secara alami dan oleh manusia. Gunakan siklus nitrogen untuk menjelaskan efek cascading reaktif nitrogen (6.9)
12. Jelaskan bagaimana produksi industri amonia dan pengendapan asam nitrat baik berkontribusi pada penumpukan nitrogen reaktif di planet kita (6.9) 13. Sebutkan berbagai sumber NOx dan SO2 dan menjelaskan variasi dalam
tingkat polutan ini selama 30 tahun terakhir (6.10)
14. Jelaskan produksi aerosol asam dan efeknya terhadap bahan bangunan dan kesehatan manusia (6.12)
15. Jelaskan mengapa kontrol hujan asam adalah investasi yang bijaksana dalam hal manfaat bagi kesehatan manusia (6.12)
16. Jelaskan kejenuhan nitrogen dan konsekuensinya bagi danau (6.13) Bab 7:
1. Berikan gambaran dari penggunaan masa lalu dan saat ini tenaga nuklir di Amerika Serikat atau negara lain pilihan Anda (7.1)
2. Laporan tentang penggunaan tenaga nuklir untuk 'pembangkit listrik di seluruh dunia (7.1)
3. Jelaskan proses fisi nuklir, peran neutron dalam mempertahankan reaksi berantai, dan sumber energi yang menghasilkan (7.2)
4. Bandingkan dan kontras bagaimana listrik diproduksi di pembangkit listrik konvensional dan pembangkit listrik tenaga nuklir (7.3)
5. Bandingkan proses alpha, beta, dan gamma peluruhan dalam hal perubahan yang terjadi dalam inti atom radioaktif (7.4)
6. Menafsirkan makna dari radiasi kata, tergantung pada konteks (7.4)
7. Jelaskan bagaimana peluruhan radioaktif uranium-238 menyebabkan produksi dari serangkaian radioisotop.
8. Juga menjelaskan mengapa alami radioisotop seperti karbon-14 dan hidrogen-3 bukan merupakan bagian dari seri ini (7.4)
9. Menggambarkan kecelakaan di Chernobyl dan menjelaskan mengapa yodium radioaktif dirilis dan berbahaya bagi orang-orang (7.5)
11. Jelaskan mengapa radiasi nuklir juga disebut radiasi pengion. Di dalam tubuh Anda, menjelaskan hubungan antara radiasi pengion dan produksi radikal bebas (7.6)
12. Beberapa unit menggambarkan sampel radioaktif, yang lain menggambarkan kerusakan yang dilakukan pada jaringan. Gunakan curie, rad, dan rem untuk menggambarkan hal ini (7.6)
13. Istilah uranium yang diperkaya dan uranium yang membingungkan orang. Jelaskan pasangan ini istilah sedemikian rupa sehingga masyarakat umum dapat lebih mudah memahami persamaan dan perbedaan (7.7)
14. Apakah "back-of-the-amplop" perhitungan waktu paruh radioisotop untuk, mampu dengan cepat menentukan berapa banyak radioaktivitas yang tersisa setelah waktu telah berlalu (7.8)
15. Menerapkan konsep paruh ke penyimpanan limbah nuklir (7.8)
16. Evaluasi radioisotop dalam hal bahaya kesehatan mereka, faktor-faktor seperti paruh, jenis peluruhan radioaktif, efek sekali dalam tubuh, dan rute masuk ke dalam tubuh membahas. Misalnya, membandingkan radon-222, iodine-131, dan strontium-90 (7.8)
17. Jelaskan masalah yang terkait dengan produksi dan penyimpanan limbah radioaktif tingkat tinggi, termasuk bahan bakar nuklir (7.9)
18. Mengambil berdiri informasi tentang bagaimana tingkat tinggi limbah radioaktif harus ditangani dan disimpan (7.9)
19. Mengevaluasi artikel berita di tenaga nuklir dan limbah nuklir dengan percaya diri dalam kemampuan Anda untuk memahami prinsip-prinsip ilmiah yang terlibat (7.9-7.11)
20. Jelaskan hubungan antara tenaga nuklir dan proliferasi senjata nuklir (7.9) 21. Menilai resiko dan manfaat dalam hal penggunaan tenaga nuklir (7.10) 22. Mengambil berdiri informasi tentang penggunaan tenaga nuklir untuk produksi
listrik (7.11)
23. Menjelaskan faktor-faktor yang mendukung atau menentang pertumbuhan energi nuklir pada dekade berikutnya (7.11)
Bab 8:
1. Diskusikan prinsip-prinsip yang mengatur transfer elektron dalam sel galvanik, termasuk proses oksidasi dan reduksi (8.1)
2. Mengidentifikasi oksidasi dan reduksi setengah-reaksi dan mampu membedakan mana spesies kimia teroksidasi dan yang berkurang (8.1) 3. Jelaskan desain, operasi, aplikasi, dan keuntungan dari beberapa jenis
baterai (8.1-8.3)
4. Bandingkan dan kontras prinsip, keuntungan, dan tantangan memproduksi dan menggunakan kendaraan hybrid (8.4)
5. Jelaskan desain, operasi, aplikasi, dan keuntungan dari sel bahan bakar khas (8.5)
6. Jelaskan biaya energi dan keuntungan memproduksi hidrogen dan menggunakannya sebagai bahan bakar (8.6)
7. Jelaskan prinsip-prinsip yang mengatur operasi photovoltaic (solar) sel dan menggunakan mereka saat ini dan masa depan (8.7)
8. Jelaskan keuntungan dari sumber energi terbarukan dibandingkan sumber energi tradisional dan bagaimana mereka terkait dengan energi melalui transfer elektron (8.8)
Bab 9:
xiii
2. Memahami pada tingkat molekuler hubungan antara polimer dan monomer dari mana mereka disintesis (9.1)
3. Memahami mekanisme molekuler penambahan polimerisasi (9.2)
4. Bandingkan dan kontras polyethylene low-density dan high-density polyethylene, baik pada tingkat molekuler dan dari segi sifat mereka (9.3) 5. Kenali struktur molekul untuk masing-masing Big Six polimer dan dapat
menarik struktur monomer dari mana mereka dibuat (9.4)
6. Cocokkan properti dari Big Six polimer dengan menggunakan mereka (9.4): low-density polyethylene (LDPE) dan high-density polyethylene (HDPE) (9.3) polyvinyl chloride (PVC) (9.4) polystyrene (PS) (9.4) polypropylene ( PP) (9.4) polyethylene terephthalate (PET) (9.5)
7. Bandingkan dan kontras kondensasi polimerisasi dengan penambahan polimerisasi (9.5)
8. Dapat nama dan menggambar formula struktur untuk kelompok fungsional yang berbeda (9.5)
9. Menjelaskan hubungan antara asam amino dan protein (9.6)
10. Gunakan formula struktural untuk menulis persamaan kimia untuk sintesis nilon (9.6)
11. Menjelaskan dan menafsirkan tren daur ulang plastik selama dekade terakhir (9.7)
12. Menghubungkan teknis, masalah ekonomi, dan politik dalam metode untuk membuang sampah plastik: insinerasi, biodegradasi, penggunaan kembali, daur ulang, dan pengurangan sumber (9.7-9.8)
13. Diskusikan kegiatan yang berbeda yang terlibat dalam daur ulang dan kompleksitas yang melekat mereka (9.8)
14. Jelaskan hirarki pengurangan limbah, dan mengapa pengurangan sumber dan penggunaan kembali lebih disukai (9.8)
Bab 10:
1. Menjelaskan penemuan, pengembangan, dan sifat fisiologis aspirin (10.1) 2. Memahami bonding di (organik) senyawa yang mengandung karbon (10.2) 3. Menerapkan konsep isomerisme molekul organik (10.2)
4. Mengkonversi rumus kimia senyawa karbon yang mengandung rumus struktur, rumus struktur kental, dan gambar garis-angle (10.2)
5. Kenali kelompok fungsional dan kelas senyawa organik yang mengandung mereka, menggambar formula struktur molekul organik yang mengandung berbagai kelompok fungsional (10.3)
6. Memahami bahwa kelompok-kelompok fungsional dapat dimodifikasi secara kimia untuk mengubah sifat suatu molekul (10.3)
7. Memprediksi produk reaksi pembentukan ester dan menjelaskan bagaimana amina mungkin akan diubah ke bentuk garam mereka (10.3)
8. Menghubungkan struktur molekul aspirin untuk analgesik lainnya (10.3) 9. Memahami cara kerja dari aspirin dan analgesik lainnya (10.4)
10. Menggambarkan penemuan penisilin (10.5)
11. Jelaskan mekanisme lock-and-key kerja obat (10.5)
12. Jelaskan bagaimana sintesis kombinatorial dapat digunakan dalam penciptaan koleksi besar obat baru dengan biaya lebih rendah daripada metode sebelumnya (10.5)
13. Memahami perbedaan dalam struktur molekul antara sepasang kiral (optik) isomer (10.6)
14. Menghargai efek ekonomi dari obat kiral (10.6)
16. Mengakui bahwa perubahan kecil dalam struktur steroid dapat mengakibatkan perubahan besar dalam bioaktivitas (10.7)
17. Bandingkan dan kontras merek-nama generik dan obat-obatan (10.8)
18. Mengidentifikasi beberapa over-the-counter kategori obat dan menggunakan mereka (10.8)
19. Memahami proses obat pergi dari resep ke ATC (10.8)
20. Menjelaskan beberapa manfaat potensial dan risiko obat-obatan herbal (10.9) 21. Jelaskan penjadwalan obat resep (10.10)
22. Diskusikan penggunaan ganja dan oxycodone dalam hal efek fisiologis dan sosial mereka (10.10)
Bab 11:
1. Diskusikan konsep "foodprint" dan implikasinya pada kesehatan planet ini (11.1)
2. Membedakan antara malnutrisi dan kekurangan gizi (11.2) 3. Jelaskan apa yang membuat makanan "olahan" (11.2)
4. Menggambarkan distribusi air, lemak, karbohidrat, dan protein dalam tubuh manusia dan beberapa makanan khas (11.2)
5. Kenali lipid, karbohidrat, dan protein dengan rumus struktural mereka (11.3, 11.5, 11.6)
6. Mengidentifikasi sumber-sumber lemak jenuh dan tak jenuh dan signifikansi mereka dalam diet (11.3)
7. Tunjukkan bagaimana asam lemak dan gliserol dapat bergabung membentuk trigliserida (11.3)
8. Memahami bagaimana hidrogenasi mengarah pada pembentukan lemak trans (11.4)
9. Diskusikan sumber kolesterol dan signifikansinya dalam diet (11.4) 10. Jelaskan kimia hijau terkait dengan inter-esterifikasi (11.4)
11. Jelaskan perbedaan antara gula, pati, dan selulosa (11.5)
12. Gambarkan rumus struktur umum untuk asam amino dan menjelaskan bagaimana asam amino bergabung membentuk protein (11.6)
13. Diskusikan pentingnya asam amino esensial dan signifikansi diet mereka (11.6)
14. Jelaskan prinsip saling melengkapi protein (11.6) 15. Jelaskan gejala dan penyebab fenilketonuria (11.7)
16. Diskusikan efek dari vitamin dipilih pada kesehatan manusia, membedakan antara vitamin yang larut dalam lemak dan larut dalam air (11.8)
17. Diskusikan hubungan antara mineral (macrominerals, mineral mikro, dan mineral) dan kesehatan manusia (11.8)
18. Jelaskan mengapa karbohidrat, lemak, dan protein berbeda sebagai sumber energi (11.9)
19. Mengidentifikasi dan menggunakan tingkat metabolisme basal (BMR) (11.9) 20. Tahu sumber daya yang tepat untuk mendapatkan saran diet up-to-date
(11.10)
21. Gunakan sumber daya untuk menentukan rencana diet pribadi (11.10) 22. Diskusikan bagaimana perubahan iklim mempengaruhi produksi pangan dan
sebaliknya (11.11)
23. Diskusikan masalah kekurangan gizi, mengidentifikasi faktor yang berkontribusi terhadap tren yang diamati (11.12)
24. Jelaskan berbagai strategi untuk secara berkelanjutan makan tumbuh populasi dunia (11.12)
xv
Bab 12:
1. Diskusikan komplikasi pertanian jagung sebagai contoh inspirasi bagi rekayasa genetika (12.1)
2. Memahami bahwa sel-sel berfungsi dengan serangkaian kompleks reaksi kimia (12.2)
3. Diskusikan DNA sebagai perangkat penyimpanan informasi untuk menjalankan reaksi kimia (12.2)
4. Memahami komposisi kimia dari asam deoksiribonukleat (DNA), polimer basa yang mengandung nitrogen, deoksiribosa, dan gugus fosfat 02.2)
5. Menafsirkan bukti untuk struktur heliks ganda DNA dan pasangan alasnya (12.3)
6. Memahami dasar struktural replikasi DNA (12.3)
7. Jelaskan bagaimana kode genetik ditulis dalam pengelompokan tiga basis DNA yang disebut kodon (12.4)
8. Memahami bagaimana berhubungan dengan kodon asam amino seluruh organisme (12.4)
9. Membahas struktur primer, sekunder, dan tersier protein (12.5) 10. Kenali sifat-sifat umum dari rantai samping asam amino (12.5)
11. Berkaitan sifat asam amino untuk interaksi yang terbentuk dalam struktur protein (12.5)
12. Diskusikan, dengan contoh-contoh, bagaimana perubahan kecil dalam urutan protein dapat menyebabkan penyakit (12.5)
13. Memahami langkah-langkah penting dalam melaksanakan teknik DNA rekombinan (12.6)
14. Jelaskan apa yang dimaksud dengan organisme transgenik dan memberikan contoh (12.6)
15. Berikan contoh singkat seleksi alam, pembiakan selektif, dan rekayasa genetika (12.6)
16. Diskusikan, dengan contoh-contoh, bagaimana modifikasi genetik telah mengubah industri kimia (12.7)
17. Diskusikan isu-isu kontroversial terkait dengan organisme transgenik dan kekhawatiran tentang Frankenfood (12.8)
1
Hanya satu bumi. Dari sudut pandang luar angkasa, planet yang kita sebut sebagai rumah kita benar-benar luar biasa, ”marmer biru” tersusun atas air, tanah, dan awan. Pada tahun 1972, awak pesawat ruang angkasa Apollo 17 memfoto Bumi pada jarak sekitar 28.000 mil (45.000 kilometer). Dengan kata-kata kosmonot Soviet Aleksei Leonov mengungkapkan, ”Bumi adalah kecil, biru muda, dan begitu menyentuh.”
Apakah kita hanya sendirian di alam semesta? Mungkin saja. Meskipun demikian, sudah jelas kita tidak sendirian di planet kita ini. Kita berbagi dengan makhluk lain yang besar maupun kecil. Ahli biologi memperkirakan lebih dari 1,5 juta spesies ada di planet, temasuk kita sendiri. Beberapa spesies memberi kita makan dan mendukung kita. Spesies lainnya berkontribusi untuk kesejahteraan kita. Yang lain lagi (seperti nyamuk) mengganggu dan bahkan mungkin membuat kita jatuh sakit.
Kita juga berbagi planet dengan hampir 7 miliar orang lain. Selama seabad terakhir, populasi manusia di Bumi menjadi lebih dari tiga kali lipat, suatu percepatan pertumbuhan yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah planet kita. Menjelang tahun 2050, populasi dapat berambah sebesar 2-3 miliar lagi.
Besar dan kecil, semua spesies di planet kita entah bagaimana saling terhubung. Bagaimana persisnya hal ini terjadi, mungkin tidak begitu jelas bagi kita. Misalnya, mikroorganisme yang tak terlihat mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia ke bentuk yang lain, dan memberikan nutrisi tanaman hijau untuk tumbuh. Tanaman ini memanfaatkan energi cahaya dari Matahari selama proses fotosintesis. Dengan menggunakan energi ini, tanaman ini mengkonversi senyawa karbon dioksida dan air menjadi glukosa, sebagai sumber makanan. Pada saat yang sama, mereka melepaskan unsur oksigen ke udara yang kita hirup. Dan kita manusia adalah inang mikroorganisme yang tak terhitung jumlahnya yang menempati kulit dan organ internal kita.
Besar dan kecil, keterhubungan ini telah melampaui batas pada tingkat yang mengkhawatirkan. Kakek-nenek kita dulu bisa bercerita "bagaimana dulu” ketika mereka memancing dan berburu. Misalnya, salmon yang pernah berenang di sungai berbatu di Pantai Atlantik Utara. Pelaut pernah melaporkan ikan besar sedemikian berlimpah sehingga mereka benar-benar bisa diambil dengan tangan. Abalone pernah ada di mana-mana di lepas pantai Pasifik Amerika Utara, bukan hanya di beberapa tempat yang dapat ditemukan sekarang. Namun, tak seorang pun yang hidup sekarang dapat mengingat ikan yang pernah melimpah ini.
2
Jelas kita manusia adalah makhluk yang rajin bekerja. Kita menanam tanaman, membendung sungai, membakar bahan bakar, membangun bangunan, dan terbang melintasi zona waktu. Ketika kita melaksanakan kegiatan tersebut bersama-sama dengan satu juta orang lain, kita mengubah kualitas udara yang kita hirup, air yang kita minum, dan tanah di mana kita hidup. Seiring waktu, tindakan kita telah mengubah wajah planet kita. Seperti apakah planet kita suatu saat? Lihat apa yang dapat Anda temukan dengan melakukan kegiatan berikutnya.
Hal apa yang terpenting? Hal-hal yang kita anggap hari ini sebagai ”normal” sesungguhnya tidak normal pada masa lalu. Meskipun kita tidak bisa memutar kembali waktu, kita masih bisa membuat pilihan untuk memperbaiki kesehatan kita dan kesehatan planet kita hari ini dan di masa depan. Pengetahuan kimia dapat membantu. Masalah global yang kita hadapi dan solusinya terkait erat dengan keahlian kimia dan kecerdikan manusia yang baik.
0.1 Pilihan yang Kita Buat Saat Ini
Secara individual, mungkin tampak bahwa tindakan kita memiliki sedikit efek pada sistem besar seperti planet kita. Dibandingkan dengan badai, kekeringan, atau gempa bumi, apa yang kita lakukan setiap hari bisa tampak cukup penting. Perbedaan mungkin bisa kita lakukan jika kita bersepeda ke tempat bekerja, bukan dengan naik mobil, menggunakan tas kain pakai-ulang bukan dengan plastik sekali pakai buang, atau makan makanan lokal, bukan mengkonsumsi makanan yang dikirim dari ratusan atau bahkan ribuan mil jauhnya?
Sebagian besar kegiatan manusia termasuk bersepeda, mengemudi, menggunakan kantong apapun jenisnya, dan makan memiliki dua kesamaan: membutuhkan konsumsi sumber daya alam, dan menghasilkan penciptaan limbah. Mengendarai mobil membutuhkan bensin (disuling dari minyak mentah), dan pembakaran bensin menghasilkan limbah keluar pipa knalpot. Meskipun naik sepeda adalah pilihan yang lebih ekologis, semua sepeda, seperti mobil, masih memerlukan pembuatan dan pembuangan logam, plastik, karet sintetis, kain dan cat. Tas belanja, baik kertas atau plastik, memerlukan bahan untuk membuatnya. Kemudian pada ujung-ujungnya, tas ini akan menjadi produk limbah. Dan untuk menumbuhkan makanan membutuhkan air dan energi untuk memanen dan mengangkut ke pasar. Selain itu, produksi makanan mungkin memerlukan pupuk dan menggunakan insektisida dan herbisida.
Anda dapat melihat dimana hal ini terjadi. Setiap kali kita membuat sesuatu dan memindahkan sesatu, kita mengkonsumsi sumber daya dan menghasilkan limbah. Jelas, meskipun, beberapa kegiatan mengkonsumsi sumber daya dan menghasilkan limbah lebih sedikit dibanding yang lain. Bersepeda menghasilkan limbah kurang dibanding naik mobil, menggunakan kembali tas kain menghasilkan limbah lebih sedikit dibanding terus-menerus membuang plastik sekali pakai. Meskipun apa yang Anda lakukan mungkin dapat diabaikan dalam skala besar, tetapi apa yang dilakukan 7 miliar orang jelas tidak dapat diabaikan. Aksi bersama kita tidak hanya menyebabkan perubahan lokal untuk udara, air, dan tanah, tetapi juga merusak ekosistem regional dan global.
beberapa miliar orang di seluruh planet memasak dengan api. Penggunaan api termasuk yang memasak menggunakan kompor, tungku bata, dan panggangan outdoor. Sekarang Anda memiliki banyak bahan bakar yang dibakar! Setiap bahan bakar melepaskan produk limbah ke atmosfer. Produk limbah ini lebih dikenal sebagai polutan udara yang sangat tidak ramah untuk paru-paru kita, mata kita, dan tentu saja untuk ekosistem kita.
Saat ini, produk-produk limbah yang kita hasilkan dalam skala yang belum pernah terjadi sebelumnya mereka dan potensinya untuk menurunkan kualitas hidup dan bahkan memperpendek hidup kita. Sebagai contoh, di kota besar seperti New York, Atlanta, Meksiko City, atau Beijing, Anda akan menemukan bahwa pasien rumah sakit dan tingkat kematian berkorelasi dengan tingkat polusi udara. Meskipun risiko kesehatan lebih kecil dibanding yang disebabkan oleh obesitas atau merokok, masalah kesehatan masyarakat yang besar karena orang terkena udara polutan, baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan, selama seumur hidup.
Yang juga mengkhawatirkan adalah bahwa tindakan kita (oleh miliaran orang) menghasilkan produk limbah yang menghancurkan habitat spesies lainnya di planet ini. Kepunahan, tentu saja, adalah fenomena alami. Tapi hari ini angka ini berlipat-lipat lebih cepat dari yang diharapkan dari penyebab alami. Penghancuran kita terhadap habitat khusus lokal, terutama untuk tanaman, telah menyebabkan kepunahan tersebut.
Yang mendasari banyak produksi limbah kita adalah energi. Kebutuhan untuk menemukan sumber-sumber energi yang bersih dan berkelanjutan bisa dibilang merupakan tantangan utama pada masa kita ini. Saat ini kita sedang mengkonsumsi sumber daya tak terbarukan dan terbarukan dan membuang limbah ke udara, tanah, dan air pada tingkat yang tidak dapat dipertahankan. Hal ini seharusnya tidak mengejutkan. Dari apa yang telah Anda pelajari dari studi yang lain, kemungkinan besar Anda juga menyadari hal ini.
Setiap masalah datang merupakan kesempatan untuk menemukan solusi kreatif. Kita berharap Anda bertanya pada diri sendiri ”Apa bisa saya lakukan?” dan ”Bagaimana saya bisa membuat perbedaan dalam komunitas saya?” Ketika Anda mengajukan pertanyaan seperti ini, ingatlah untuk memasukkan kimia dalam pembahasan Anda. Memang, Kimia juga dikenal sebagai ”ilmu pusat.” Hari ini, ahli kimia berada di tengah-tengah aksi untuk penggunaan sumber daya secara berkelanjutan. Kimiawan ditantang untuk menggunakan apa yang mereka ketahui, untuk melakukannya secara bertanggung jawab, dan berlanjut dengan cepat. Hal yang sama, tentu saja, berlaku untuk Anda. Dalam hal buku ini, kita akan mendukung Anda saat Anda belajar dan mendorong Anda untuk menggunakan apa yang Anda pelajari untuk bertindak secara bertanggung jawab dan dengan segera.
0.2 Praksis Berkelanjutan yang kita butuhkan untuk masa depan
4
dalam kimia juga memiliki sumbangan dalam mengembangkan praktek-praktek berkelanjutan.
Karena istilah keberlanjutan digunakan oleh begitu banyak kelompok orang, telah diambil makna yang berbeda. Kita telah memilih satu yang sering dikutip ”Memenuhi kebutuhan masa kini tanpa mengorbankan kemampuan generasi mendatang untuk memenuhi kebutuhan mereka.” Definisi ini diambil dari pernyataan tertulis lebih dari dua dekade yang lalu, laporan tahun 1987, “Our Common Future”, ditulis oleh Komisi Dunia untuk Lingkungan dan Pembangunan Perserikatan Bangsa-Bangsa. Meskipun demikian, telah bertahan dari ujian waktu. Pada Tabel 0.1, kita mencetak ulang kutipan dari kata pengantar untuk “Our Common Future” sehingga Anda dapat membaca kata-kata yang menantang dalam konteks aslinya.
Kata Brundtland membawa pesan kepada orang-orang yang mengajar dan belajar. Dia menulis: ”Secara khusus, Komisi menangani anak-anak muda. Guru di dunia akan memiliki peran penting untuk menyampaiakn laporan ini untuk mereka.” Kita setuju. Untuk tujuan ini, kita berharap bahwa kuliah kimia ini akan merangsang percakapan baik di dalam maupun di luar kelas. Salah satu percakapan tersebut adalah tentang praktek-praktek yang tidak berkelanjutan. Misalnya, Anda akan mempelajari bahan bakar fosil dan mengetahui mengapa mereka gunakan tidak berkelanjutan (Bab 4). Tapi jangan berhenti di sini. Anda juga perlu mendiskusikan apa yang dapat Anda lakukan untuk memecahkan masalah yang kita hadapi saat ini. Gunakan apa yang Anda pelajari tentang kualitas udara untuk bertindak meningkatkan kualitas udara lokal dan untuk membuat keputusan sebagai warga negara untuk meningkatkan dalam jangkauan yang lebih luas (Bab 1). Demikian pula, menggunakan apa yang Anda pelajari tentang kelarutan air dan air limbah untuk mengevaluasi kebijakan publik yang berhubungan dengan kualitas air (Bab 5).
Setiap diskusi tentang keberlanjutan perlu menyertakan konservasi. Meskipun orang mungkin menyamakan konservasi dengan pengorbanan diri secara tidak semestinya, persamaan jauh lebih kompleks dari ini. Untuk mengkonservasi, kita perlu pengembangan yang kuat dari teknologi berbasis masyarakat yang meningkatkan efisiensi, mempromosikan penggunaan sumber daya terbarukan, dan meminimalkan atau mencegah limbah. Semua ini memerlukan kecerdikan dan know-how kimia.
Setiap diskusi tentang keberlanjutan biasanya disertai dengan rasa urgensi juga. Saat ini kita tidak menggunakan sumber daya bumi kita secara berkelanjutan. Kita perlu mengubah praktik kita dan kita tidak bisa menunda. Rasa urgensi ini telah menempatkan keberlanjutan tepat pada layar radar ahli kimia, ilmuwan lain, dan masyarakat professional. Sebagai contoh, ahli botani Peter H. Raven, mantan presiden Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan, berbicara tentang keberlanjutan dalam pidato 2002 sebagai presiden berjudul Science, Keberlanjutan dan Prospek Manusia. Dia menyerukan tidak kekurangan cara berpikir yang baru. “Cara-cara baru berpikir pendekatan multidimensional terhadap masalah global keberlanjutan telah lama dibutuhkan, dan itu terserah kita untuk memutuskan apakah tantangan yang sangat sulit yang kita hadapi hari ini akan menyentak kita untuk mencari dan menerimanya.” Peter H. Raven, 2002
dari American Chemical Society, jelas menunjukkan ini: ”Sebelum 2015, perusahaan kimia akan dinilai dengan paradigma baru tentang keberlanjutan. Operasinal yang berkelanjutan akan menjadi penting baik secara ekonomis maupun etis.” Kata-kata ini berasal dari laporan ia tulis di 200S, The Chemistry Enterprise 2015. Carroll juga menunjukkan bahwa ”Tidak peduli apa, jalan menuju kesehatan yang lebih baik, bahan yang lebih baik, dan sumber-sumber energi yang lebih baik pasti harus melewati kimia.” Dalam teks ini, kita akan mengikuti jalan ini. Bagian selanjutnya menjelaskan Triple Bottom Line, sebuah cara penting untuk mengatur landasan kita untuk melakukan perjalanan.
0.3 The Triple Bottom Line
Para ilmuwan bukanlah satu-satunya. Jika bidang utama Anda adalah bisnis atau ekonomi, Anda mungkin akan menyadari dengan baik bahwa orang-orang di sektor bisnis telah menempatkan keberlanjutan dalam agenda perusahaan. Bahkan, praktek-praktek berkelanjutan sekarang menawarkan keunggulan kompetitif di pasar. Dalam dunia bisnis, garis bawah selalu sudah termasuk menghasilkan keuntungan,
terlebih keuntungan yang besar. Hari ini, bagaimanapun, bottom line mencakup lebih dari ini. Sebagai contoh, perusahaan akan dinilai sukses ketika mereka adil dan bermanfaat bagi pekerja dan masyarakat yang lebih luas. Ukuran lain kesuksesan mereka adalah seberapa baik mereka melindungi kesehatan lingkungan, termasuk kualitas udara, air dan tanah.
Gambar 0.1 Representasi Triple Bottom Line
Secara keseluruhan, ini ukuran tiga segi keberhasilan bisnis yang didasarkan pada manfaatnya bagi perekonomian, masyarakat, dan lingkungan telah dikenal sebagai Triple Bottom Line. Salah satu cara untuk menggambarkan Triple Bottom Line adalah dengan tumpang tindih lingkaran seperti ditunjukkan pada Gambar 0.1. Ekonomi harus sehat, yaitu, laporan tahunan harus menunjukkan keuntungan. Tapi tidak ada ekonomi yang terisolasi, melainkan terhubung ke sebuah komunitas yang anggotanya juga harus sehat. Pada gilirannya, masyarakat menghubungkan
Ekosistem yang sehat
Masyarakat Ekonomi
6
ekosistem yang perlu menjadi sehat. Oleh karena itu gambarnya tidak satu, tapi tiga lingkaran yang terhubungkan. Di persimpangan lingkaran ini terletak ”Zona Hijau.” Ini merupakan kondisi di mana Triple Bottom Line terpenuhi.
Kerusakan yang terjadi pada salah satu lingkaran Gambar 0.1 akhirnya diterjemahkan ke dalam bahaya untuk bisnis. Sebaliknya, mencapai kesuksesan dapat memberikan keunggulan kompetitif, baik segera dan dalam tahun-tahun mendatang. Bisnis dapat menghasilkan keuntungan, pada saat yang sama, mereka bisa mendapatkan publisitas yang baik (dan meminimalkan kerugian apapun) dengan menggunakan energi lebih sedikit, mengkonsumsi lebih sedikit sumber daya, dan menciptakan limbah yang sedikit. Kemenangan tiga segi sekaligus!
Intinya? Perdebatan mengenai bagaimana menjadi ”hijau” cenderung akan berlangsung terus seumur hidup. Isu-isu tidak baru, yang tidak mungkin diselesaikan dalam waktu dekat. Kimia dalam Konteks akan mendorong Anda untuk mengeksplorasi isu-isu tersebut, memperlengkapi Anda dengan pengetahuan yang Anda butuhkan dan memungkinkan Anda untuk lebih kreatif membuat respon sendiri. “Suatu masyarakat yang berkelanjutan adalah masyarakat yang melihat cukup jauh, cukup fleksibel, dan cukup bijaksana untuk tidak merusak baik fisik atau sistem sosial.” Donella Meadows, 1992
0.4 Cradle-to- Where?
Anda mungkin pernah mendengar ungkapan berakhir ke kuburan, yaitu pendekatan untuk menganalisis siklus hidup suatubarang, dimulai dengan bahan baku dari mana ia datang dan diakhiri dengan tempat pembuangan akhir, mungkin di Bumi. Ini frase menarik menawarkan kerangka acuan untuk mempertanyakan tentang barang-barang konsumen. Dari mana barang itu berasal? Dan apa yang akan terjadi ketika barang itu selesai Anda gunakan? Lebih dari yang pernah ada, individu, masyarakat, dan perusahaan mengakui pentingnya menanyakan pertanyaan ini.
Sebagai contoh, website untuk Clorox menegaskan bahwa pemutih yang Anda beli, natrium hipoklorit, ”dimulai sebagai garam dan air dan berakhir sebagai garam dan air.” Kita setuju. Namun, kita mendesak Anda untuk mempertimbangkan siklus hidup seluruh produk seperti Clorox. Sala satu bahan kimia yang digunakan dalam pembuatan Clorox adalah unsur bernama klorin (CI). klorin akan disebutkan di hampir setiap bab Kimia dalam Konteks! Bagaimana klorin diproduksi dan diangkut? Apa produk limbah diciptakan dalam pembuatannya? Cradle to-grave berarti berpikir tentang setiap langkah dalam proses.
Perusahaan harus bertanggung jawab -seperti Anda juga - untuk barang-barang dari saat sumber daya alam yang digunakan untuk membuatnya diambil dari tanah, udara, atau air ke titik di mana mereka akhirnya ”dibuang.” Pikirkan item seperti baterai, botol air plastik, 'l-shirt, peralatan pembersih, sepatu lari, ponsel, apa pun yang Anda beli dan akhirnya Anda buang.
Serikat. Di kilang, minyak mentah dipisahkan menjadi fraksi. Salah satu fraksi kemudian pecah menjadi etilen, bahan awal untuk polimer. Ethylene selanjutnya dipolimerisasi dan dibentuk menjadi tas polietilena. Tas ini dikemas dan kemudian diangkut (pembakaran bahan bakar diesel, dari produk kilang lain) ke toko Anda. Pada akhirnya, Anda membeli bahan makanan dan menggunakan salah satu tas untuk membawa makanan pulang.
Seperti disebutkan, ini bukan skenario cradle to-grave. Sebaliknya, itu adalah cradle-to dapur Anda, yang pasti beberapa langkah menuju kuburan. Jadi apa yang terjadi dengan tas plastik ini setelah Anda menggunakannya? Apakah itu dibuang ke tempat sampah? Istilah kuburan menggambarkan dimanapun barnag akhirnya berakhir. Satu triliun kantong plastik, memberi atau mengambil, digunakan setiap tahun di supermarket. Hanya sekitar 5% yang didaur ulang. Sisanya berakhir di lemari kita, urugan tanah, atau berserakan di seluruh planet. Sebagai sampah, tas ini memulai siklus WOO tahun, kembali memberikan atau mengambil, dekomposisi lambat menjadi karbon dioksida dan air.
Cradle-to grave di suatu tempat di planet Bumi adalah skenario yang direncanakan dengan buruk untuk tas supermarket. Jika masing-masing triliun kantong plastik dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk produk baru, kita kemudian akan memiliki situasi yang lebih berkelanjutan. Cradle-to-cradle, sebuah istilah yang muncul pada 1980-an, mengacu pada pendekatan regeneratif ke menggunakan hal-hal di mana akhir dari siklus hidup dari satu barang menjadi awal dari siklus hidup barang yang lain, sehingga semuanya digunakan kembali daripada dibuang sebagai limbah. Dalam Bab 9, kita akan membahas berbagai skenario daur ulang dan penggunaan ulang untuk botol plastik. Tapi sekarang, Anda dapat melakukan pemikiran cradle-to cradle Anda sendiri dalam kegiatan berikutnya.
Seperti yang Anda katakan dari contoh-contoh ini, bukan hanya keputusan produsen yang menjadi maslah. Keputusan yang Anda lakukan juga. Apa yang Anda beli, apa yang Anda buang, dan bagaimana Anda membuangnya semua harus diperhatikan. Pilihan yang kita ambil menjadi masalah individual dan kolektif.
Pada risiko mengulangi diri kita sendiri, kita ingatkan bahwa kondisi saat ini menjadi urusan di mana kita mengkonsumsi sumber daya tak terbarukan planet kita dan menambah limbah ke udara, tanah, dan air kita, tidak berkelanjutan. Dengan rasa urgensi, kita ingat kata-kata ahli botani Peter Raven yang dikutip sebelumnya: ”Kita harus menemukan cara baru untuk menyediakan bagi masyarakat manusia yang saat ini telah melampaui batas-batas keberlanjutan global.” Dalam bagian berikutnya, kita menjelaskan mengapa, setting tahapan untuk topik dalam kimia yang akan dieksplorasi dalam teks ini.
0.5 Jejak Ekologis Anda
8
Pertimbangkan metafora jejak kaki. Anda dapat melihat jejak kaki yang Anda tinggalkan di pasir atau salju. Anda juga dapat melihat jejak berlumpur sepatu Anda yang ditinggalkan di lantai dapur. Demikian pula, orang mungkin berpendapat bahwa hidup Anda meninggalkan jejak di planet Bumi. Untuk memahami jejak ini, Anda harus berpikir dalam satuan hektar atau akre. Satu hektar adalah sedikit lebih dari dua kali luas dari 1 acre. Jejak ekologis adalah sarana untuk memperkirakan jumlah ruang produktif secara biologis (tanah, air, dan permukaan laut) yang diperlukan untuk mendukung standar hidup atau gaya hidup tertentu.
Gambar 0.2 Perbandingan jejak ekologi dalam hektar per orang
Untuk rata-rata warga negara Amerika Serikat, jejak ekologis diperkirakan pada tahun 2005 sekitar 9,7 hektar (24 akre). Dengan kata lain, jika Anda tinggal di Amerika Serikat, rata-rata membutuhkan 9,7 hektar untuk menyediakan sumber daya untuk memberi Anda makan, pakaian Ana, transportasi, dan memberikan sebuah hunian dengan kenyamanan yang biasa Anda nikmati. Orang-orang dari Amerika Serikat memiliki kaki yang relatif besar, seperti yang Anda lihat pada Gambar 0.2. Rata-rata dunia pada tahun 2003 diperkirakan 2,2 hektar per orang, hari ini nilai diyakini lebih dekat dengan 2,7.
Berapa banyak lahan yang produktif secara biologis dan air tersedia di planet kita? kita bisa memperkirakan ini dengan memasukkan daerah seperti lahan pertanian dan zona perikanan, dan menghilangkan daerah seperti padang pasir dan padang es. Saat ini, nilai tersebut diperkirakan mencapai sekitar 11 milyar hektar (kira-kira 27 miliar akre) dari tanah, air, dan permukaan laut. Hal ini ternyata sekitar seperempat dari permukaan bumi. Apakah ini cukup untuk mempertahankan setiap orang di planet ini dengan gaya hidup seperti orang-orang di Amerika Serikat? Kegiatan selanjutnya memungkinkan Anda untuk melihat sendiri.
Intinya? Sebuah bangsa yang orang-orangnya memiliki jejak yang lebih besar dari rata-rata sekitar 1,6 hektar melebihi ”daya dukung” bumi. Menggunakan Amerika Serikat sebagai contoh, mari kita lakukan satu perhitungan lagi untuk melihat seberapa banyak. Meskipun Anda mungkin tidak tahu berapa banyak udara yang Anda hirup dalam hari, Bab 1 akan membantu Anda untuk memperkirakan ini.
Jadi, untuk mempertahankan standar hidup yang sama untuk semua orang di planet ini kita akan perlu tambahan 5 Bumi lagi di samping yang saat ini kita miliki!
“Hanya Satu Bumi.” Di Bumi ini, jumlah orang telah meningkat secara dramatis dalam beberapa ratus tahun terakhir. Demikian juga pembangunan ekonomi. Sebagai hasilnya, diperkirakan jejak ekologis global meningkat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 0.3. Pada tahun 2003, kita memperkirakan bahwa manusia menggunakan setara dengan 1,25 Bumi. Pada 2040, proyeksinya adalah bahwa kita akan akan menggunakan 2 Bumi. Jelas tingkat konsumsi ini tidak dapat dipertahankan.
Melalui studi Anda dalam kimia, kita berharap Anda akan mempelajari cara-cara baik untuk mengurangi jejak ekologi Anda atau menjadganya tetap rendah, jika memang sudah demikian. Bagian selanjutnya menjelaskan bagaimana ahli kimia dapat membantu membuat proses ini bekerja dalam beberapa hal mungkin Anda tidak mengharapkan.
0.6 Tanggung Jawab Kita sebagai Warga Negara dan sebagai Ahli Kimia Isu-isu ini tidak hanya mempengaruhi Anda secara pribadi, tetapi juga mempengaruhi kesehatan dan kesejahteraan masyarakat lebih luas yang Anda adalah bagian darinya. Untuk setiap masalah, Anda akan bekerja pada dua tugas-tugas terkait: (1) belajar tentang masalah ini dan (2) menemukan cara untuk bertindak secara konstruktif.
Kimiawan belajar dan bekerja dengan baik bersama dengan Anda. Ingat kata-kata Bill Carroll yang kita kutip sebelumnya dalam bab ini: ”Pada tahun 2015, perusahaan kimia akan dihakimi dengan paradigma baru keberlanjutan. Operasi yang berkelanjutan akan menjadi penting baik secara ekonomis maupun etis.”
Bagaimana kimiawan memenuhi tantangan keberlanjutan ini? Jawabannya terletak pada ”kimia hijau”, seperangkat prinsip yang awalnya diartikulasikan oleh orang-orang di Environmental Protection Agency (EPA) AS dan sekarang aktif diupayakan oleh Masyarakat Kimia Amerika (ACS). Kimia Hijau adalah desain produk dan proses kimia dengan menggunakan lebih sedikit energi, menghasilkan bahan berbahaya lebih sedikit, dan bila memungkinkan menggunakan sumber daya terbarukan. Hasil yang diinginkan adalah untuk menghasilkan limbah yang sedikit, terutama limbah beracun, dan menggunakan sumber daya yang lebih sedikit.
10
Gambar 0.3 Jejak ekologi manusia, saat ini (padat garis) dan proyeksi (garis putus-putus). perkiraan saat ini menempatkan jejak di atas 1,0 Bumi, melebih kemampuan bumi untuk dapat berkelanjutan. Catatan: Proyeksi atas mengasumsikan ”bisnis moderat seperti biasa.” Semakin rendah proyeksi mengasumsikan peningkatan praktek-praktek berkelanjutan.
Untuk memulai, kita daftar enam ide-ide besar tentang kimia hijau (Tabel 0.2). mereka juga dicetak di sampul dalam buku ini.
Dimulai dari Desain untuk Program Lingkungan EPA, kimia hijau menyebabkan udara, air, dan tanah, yang lebih bersih dan konsumsi sumber daya yang lebih sedikit. Kimiawan sekarang merancang proses baru (atau menggantikan yang lebih tua) untuk membuat mereka lebih ramah lingkungan. Kita menyebutnya ”jinak dengan desain.” Setiap inovasi hijau tidak perlu harus sukses dalam mencapai semua enam prinsip tersebut. Tetapi mencapai beberapa dari mereka merupakan langkah yang sangat baik di jalan menuju keberlanjutan.
Misalnya, cara yang jelas untuk mengurangi limbah adalah untuk merancang proses kimia yang tidak menghasilkan itu di tempat pertama. Salah satu cara adalah dengan memiliki sebagian atau semua atom dalam reaktan berakhir sebagai bagian dari molekul produk yang diinginkan. Pendekatan ”ekonomi atom", meskipun tidak berlaku untuk semua reaksi, telah digunakan untuk sintesis banyak produk, termasuk obat-obatan, plastik, dan pestisida. Pendekatan ini menghemat uang, menggunakan bahan awal sedikit, dan meminimalkan limbah. Hubungan antara kimia hijau dan Triple Bottom Line menjadi jelas!
Tabel 0.2 Prinsip Green Chemistry
2. Lebih baik untuk meminimalkan jumlah bahan yang digunakan dalam produksi produk.
3. Lebih baik untuk menggunakan dan menghasilkan zat-zat yang tidak beracun. 4. Lebih baik menggunakan lebih sedikit energi.
5. Lebih baik menggunakan bahan terbarukan.
6. Lebih baik menggunakan bahan-bahan yang menurunkan menjadi produk yang tidak berbahaya di akhir masa manfaat of their.
Banyak proses manufaktur kimia sekarang menggunakan metode kimia hijau inovatif. Misalnya, Anda akan melihat aplikasi kimia hijau yang telah menyebabkan lebih murah, kurang limbah, dan kurang beracun pada produksi cat dengan VOC rendah (Bab 1). Anda juga akan melihat prinsip-prinsip kimia hijau diterapkan untuk pengolahan kapas mentah dan metode dry-cleaning (Bab 5). Ada cara yang lebih ekonomis dan sehat untuk memproses minyak sayuran (Bab 11).
Upaya kimia hijau telah dihargai! Sebuah kelompok terpilih dari ahli penelitian kimia dan insinyur kimia telah menerima Presidential Green Chemistry Challenge Award. Dimulai pada tahun 1996, penghargaan tingkat presiden ini mengakui ahli kimia dan industri kimia untuk inovasi mereka yang bertujuan untuk mengurangi polusi. Penghargaan ini menghargai inovasi”Kimia yang lebih bersih, lebih murah, dan lebih cerdas.”
0.7 Kembali ke Marmer Biru
Sebelum kita mengirim Anda ke Bab 1, kita kembali ke dokumen PBB 1987 Our Common Future. Sebelumnya, kita menarik dari dokumen ini definisi kita tentang keberlanjutan:
“Memenuhi kebutuhan saat ini tanpa mengorbankan kemampuan generasi masa depan untuk memenuhi kebutuhan mereka sendiri.” Kata pengantar laporan ini ditulis oleh Pimpinan, Gro Harlem Brundtland. Dia juga menulis kata-kata, orang yang memanggil kita kembali ke gambar bumi yang membuka bab ini:
“Di pertengahan abad ke-20, kita melihat planet kita dari ruang angkasa untuk pertama kalinya. Sejarawan akhirnya mungkin menemukan bahwa visi ini memiliki dampak yang lebih besar pada pemikiran daripada revolusi Copernican dari abad ke-16, yang membuat marah citra diri manusia dengan mengungkapkan bahwa Bumi bukanlah pusat dari alam semesta. Dari ruang angkasa kita melihat bola kecil dan rapuh didominasi bukan oleh aktivitas manusia dan bangunan tetapi dengan pola awan, lautan, hijau-hijauan, dan tanah. Ketidakmampuan manusia untuk menyesuaikan kegiatannya ke dalam pola, mengubab sistem planet secara fundamental. Banyak perubahan tersebut disertai dengan bahaya yang mengancam jiwa. Ini realitas baru, yang tidak ada bisa melarikan diri, harus diakui dan dikelola.”
12
BAB 1 UDARA YANG KITA HIRUP
Atmosfer bumi adalah selubung yang rapuh, lapisan tipis dari gas-gas yang dibutuhkan mahkluk hidup diselingi dengan polutan dalam jumlah yang berbeda. Lapisan atmosfer yang mengelilingi bumi membantu adanya kehidupan di bawahnya. Perkataan terkenal dari astronot James Irwin memaksa kita untuk memperhatikan bumi. “Akhirnya bumi menyusut menjadi seukuran sebuah marmer, ini merupakan marmer yang paling indah bagi siapa saja yang bisa membayangkan”. Hanya beberapa pria dan wanita yang benar-benar telah melihat apa yang James Irwin lihat pada Juli 1971, tetapi sebagian besar dari kita telah melihat foto-foto yang spektakuler dari bumi yang diambil dari luar angkasa. Dari sudut pandang tersebut, planet kita tampak megah seperti bola biru dan putih yang terdiri dari air, tanah, udara, dan api. Ini adalah habitat dari ribuan jenis tumbuhan dan binatang yang hidup dalam komunitas global. Lebih dari 6 miliar populasi manusia merupakan spesies yang memiliki tanggung-jawab khusus dalam rangka melindungi bumi.
Gambar 1.1 Danau Besar Diambil oleh Sea WIFs (Sea-Viewing Wide Field-of-view Sensor) dari Satelit yang diluncurkan pada tahun 1997
Saat kita berada di luar angkasa, pemandangan permukaan bumi dari satelit mengungkapkan lebih rinci tentang bumi. Bentang alam yang terlihat di foto kinerja tinggi seperti yang terlihat pada Gambar 1.1, termasuk sungai, danau, kepulauan, gunung, hutan, dan padang rumput. Benar-benar, planet kita memiliki keragaman geologi yang besar dan banyak spesies mendiami ekosistem yang bervariasi. Meskipun gas di atmosfer tidak terlihat di foto ini, kita bisa melihat daerah putih, yaitu wilayah yang terkondensasi oleh uap air, atau lebih dikenal dengan awan. Awan yang memberikan hujan dan teduh bagi bumi, serta udara yang tidak terlihat disekitarnya, merupakan sumber daya alam yang tidak ternilai harganya.
dan tetangga dapat kita ditemukan di sini. Kita dibentuk oleh adanya masyarakat, adat-istiadat dan hukum. Selain itu, iklim, sumber daya alam, dan kualitas udara di lingkungan juga ikut membentuk masyarakat.
Sebagai individu, secara bersamaan kita tinggal di tengah-tengah masyarakat. Kehidupan pribadi manusia tidak hanya berpengaruh pada lingkungan sekitar saja, tetapi juga pada kehidupan bernegara dan kehidupan secara global. Perubahan lingkungan yang terjadi di lingkungan kita akan mempengaruhi manusia, dan pada giilirannya menjadi kewajiban setiap lapisan masyarakat, dari individu sampai masyarakat dunia untuk menjaganya. Buku ini memberikan informasi tentang beberapa tanggung jawab tersebut dan cara mengatasinya menggunakan ilmu kimia yang dapat membantu menyelesaikan masalah berdasarkan ilmu pengetahuan, pemahaman dan kebijaksanaan.
Dimana pun kita tinggal, kita harus memiliki informasi tentang udara yang digunakan untuk bernafas. Di udara terdapat substansi-substansi kimia yang penting untuk keberadaan manusia, serta beberapa yang dapat membahayakannya. Untuk memahami kompleksitas kimia di udara, kita membutuhkan fakta-fakta dan konsep kimia tertentu. Karena itu, bab ini dimulai dengan mempertimbangkan komposisi udara, meliputi konstituen yang besar dan kecil (termasuk polutan), dan bagaimana konsentrasi setiap komponen dinyatakan.
1.1 Bernafas Tiap Hari
Kita mulai dengan meminta Anda melakukan sesuatu yang anda lakukan secara otomatis dan tidak sadar ribuan kali setiap hari, yaitu bernapas. Anda pasti tidak perlu sebuah buku untuk memberitahu anda cara untuk bernapas! Dokter atau perawat mungkin telah mendorong anda untuk bernafas saat pertama kita lahir, tapi setelah itu secara alami kita akan melakukannya sendiri. Bahkan ketika anda menahan nafas di saat ketakutan atau merasategang, anda tanpa sadar menghirup dalam-dalam sesuatu yang tidak terlihat yang kita sebut sebagai udara. Anda tidak dapat bertahan lama tanpa pasokan udara segar.
Kegiatan di atas menunjukkan berapa banyak udara yang anda hirup, tetapi belum membahas mengenai materi apa yang kita hirup.. Dimana pun anda tinggal, udara yang Anda hirup mengandung beberapa zat yang bisa saja memberikan efek berbahaya, bergantung pada jumlah zat tersebut. Di beberapa tempat, ancaman terhadap kesehatan dapat menjadi besar ketika hukum lemah dalam membatasi aktivitas tertentu untuk mengurangi polusi. Mustahil untuk menghapus semua polusi dari udara, karena sebagian polutan berasal dari alam. Meskipun demikian, secara umum, kualitas udara di Amerika Serikat telah menunjukkan kecenderungan perbaikan selama tiga dekade. Perbaikan terjadi melalui kombinasi dari tindakan pemerintah, perkembangan ilmu kimia, dan terjadinya regenerasi atmosfer secara alami.
14
sepersejuta meter. PM termasuk debu, jelaga, kotoran, dan bahkan tetesan cairan seukuran mikro, bakteri atau virus. Seperti yang Anda lihat di Tabel 1.1, partikel diklasifikasikan berdasarkan ukuran. PM10 memiliki rata-rata diameter 10 mikron atau kurang, atau setara dengan 0.0004 inci. PM 2.5, juga disebut partikel yang sangat kecil, memiliki diameter rata-rata kurang dari 2,5 mikron dan bahkan lebih kecil. Dari penjelasan ini, dapat dilihat bahwa PM 2.5 merupakan bagian dari PM 10. Mikrometer (μm) adalah 10-6 meter dan kadang hanya disebut sebagai mikron.
Enam polutan ini diberi label oleh US Environmental Protection Agency (EPA) sebagai kriteria polutan udara, ataupolutan yang menjadi indikator pencemaran udara. Untuk masing-masing polutan, EPA telah menetapkan tingkat konsentrasi yang diijinkan di udara berdasarkan efek yang ditimbulkan pada kesehatan manusia dan lingkungan. Pada bagian 1.3, kita akan kembali membahas kualitas udara dan efek dari polutan, tapi pertama-tama kita akan mempelajari lebih detail tentang apa yang anda hirup.
1.2 Apa yang ada di dalam udara pernafasan kita? Komposisi Udara
Udara yang kita hirup merupakan sebuah campuran,kombinasi fisik dari dua atau lebih zat, masing-masingdalam jumlah yang berbeda. Saat ini, kita akan fokus pada hanya lima komponen udara yaitu oksigen, nitrogen, argon, karbon dioksida dan air. Empat komponen (O2, N2, Ar, CO2) biasanya ada dalam wujud gas. Meskipun kita biasanya berpikir tentang air sebagai cairan, komponen ini juga bisa menjadi gas, biasa kita sebut uap air. Seperti oksigen dan nitrogen, uap air adalah gas yang tidak dapat dilihat. Sedangkan awanadalah uap air yang terkondensasi, yaitu tetesan-tetesan kecil dari air(gambar 1.2).
(v/v) nitrogen, 21 % (v/v) oksigen, dan 1 % (v/v) gas lainnya. Persen artinya “ satu bagian per seratus (parts per hundred)” dan kadang-kadang disingkat menjadi pph. Dalam hal ini, bagian yang dimaksud adalah molekul ( atau dalam beberapa kasus berupa atom ).
Gambar 1.2 Awan tersusun oleh uap air yang terkondensasi. Seperti yang akan kita pelajari pada Bab 3, awan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kesetimbangan energi Bumi.
Gambar 1.3 menampilkan komposisi udara dalam bentuk sebuah diagram lingkar dan grafik batang. Keduanya adalah metode yang penting, yang banyak digunakan untuk menampilkan informasi numerik, dan kita akan menggunakan keduanya dalam teks ini. Diagram lingkar (pie chart) menekankan fraksi total, sedangkan grafik batang menggunakan tinggi untuk menekankan jumlah relatif dari masing-masing komponen. Terlepas dari bagaimana kita menampilkan data, perhatikan bahwa 99% dari udara kering terdiri dari hanya dua senyawa yaitu nitrogen dan oksigen.
16
Gambar 1.3 Komposisi udara kering berdasarkan volume.
Nitrogen adalah unsur paling berlimpah di udara dan lebih dari tiga perempat dari udara yang kita hirup. Meskipun demikian, nitrogen jauh lebih tidak reaktif daripada oksigen dan dikeluarkan dari paru-paru kita tanpa adanya perubahan (Tabel 1.2). Meskipun nitrogen sangat penting bagi kehidupan dan merupakan bagian dari semua makhluk hidup, kebanyakan tanaman dan hewan memperoleh nitrogen yang mereka butuhkan dari sumber lain, tidak secara langsung dari atmosfer.
Setiap kali kita napas, kita tambahkan karbon dioksida ke atmosfer. Tabel 1.2 menunjukkan perbedaan antara udara kering yang dihirup dan yang dihembuskan. Table 1.2 menunjukkan beberapa perubahan penggunaan oksigen, karbon dioksida dan air.Dalam proses biologismetabolisme, oksigen bereaksi dengan makanan untuk menghasilkan karbon dioksida dan air. Namun, sebagian besar air di udara yang dihembuskan merupakan hasil dari penguapan dari air di permukaan paru-paru. Sebagai catatan, udara yang kitaihembuskan masih mengandung 16 % oksigen. Beberapa orang berpikir keliru bahwa dalam respirasi sebagian besar oksigen digantikan dengan karbon dioksida. Tapi jika ini benar, nafas buatan dari mulut ke mulut tidak akan bekerja.
