Kimia (dari
bahasa Arab:
كيمياء, transliterasi:
kimiya = perubahan benda/zat atau
bahasa Yunani: χημεία, transliterasi: khemeia) adalah
ilmu yang mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan sifat zat atau
materi dari skala
atom hingga
molekul
serta perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk
membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. Kimia juga mempelajari
pemahaman
sifat dan interaksi atom individu dengan tujuan untuk menerapkan
pengetahuan tersebut pada tingkat makroskopik. Menurut kimia modern,
sifat fisik materi umumnya ditentukan oleh struktur pada tingkat atom yang pada gilirannya ditentukan oleh
gaya antaratom dan
ikatan kimia.
Kimia sering disebut sebagai "ilmu pusat" karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti
fisika,
ilmu bahan,
nanoteknologi,
biologi,
farmasi,
kedokteran,
bioinformatika, dan
geologi [1]. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Sebagai contoh,
kimia fisik melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika terhadap
materi pada tingkat
atom dan
molekul.
Kimia berhubungan dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara materi dan
energi, terutama dalam hubungannya dengan
hukum pertama termodinamika. Kimia tradisional melibatkan interaksi antara
zat kimia dalam
reaksi kimia, yang mengubah satu atau lebih zat menjadi satu atau lebih zat lain. Kadang reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan
entalpi,
seperti ketika dua zat berentalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen
elemental bereaksi membentuk air, zat dengan entalpi lebih rendah.
Reaksi kimia dapat difasilitasi dengan suatu
katalis, yang umumnya merupakan zat kimia lain yang terlibat dalam media reaksi tapi tidak dikonsumsi (contohnya adalah
asam sulfat yang mengkatalisasi
elektrolisis air) atau fenomena immaterial (seperti
radiasi elektromagnet dalam reaksi
fotokimia). Kimia tradisional juga menangani
analisis zat kimia, baik di dalam maupun di luar suatu reaksi, seperti dalam
spektroskopi.
Semua materi normal terdiri dari atom atau komponen-komponen
subatom yang membentuk atom;
proton,
elektron, dan
neutron. Atom dapat dikombinasikan untuk menghasilkan bentuk materi yang lebih kompleks seperti
ion,
molekul, atau
kristal.
Struktur dunia yang kita jalani sehari-hari dan sifat materi yang
berinteraksi dengan kita ditentukan oleh sifat zat-zat kimia dan
interaksi antar mereka.
Baja lebih keras dari
besi karena atom-atomnya terikat dalam
struktur kristal yang lebih kaku.
Kayu terbakar atau mengalami
oksidasi cepat karena ia dapat bereaksi secara spontan dengan
oksigen pada suatu reaksi kimia jika berada di atas suatu suhu tertentu.
Zat cenderung diklasifikasikan berdasarkan energi, fase, atau
komposisi kimianya. Materi dapat digolongkan dalam 4 fase, urutan dari
yang memiliki energi paling rendah adalah
padat,
cair,
gas, dan
plasma. Dari keempat jenis fase ini, fase
plasma hanya dapat ditemui di
luar angkasa yang berupa
bintang, karena kebutuhan energinya yang teramat besar. Zat padat memiliki struktur tetap pada
suhu kamar yang dapat melawan
gravitasi atau gaya lemah lain yang mencoba mengubahnya. Zat
cair memiliki
ikatan yang terbatas, tanpa struktur, dan akan mengalir bersama gravitasi.
Gas tidak memiliki ikatan dan bertindak sebagai
partikel
bebas. Sementara itu, plasma hanya terdiri dari ion-ion yang bergerak
bebas; pasokan energi yang berlebih mencegah ion-ion ini bersatu menjadi
partikel unsur. Satu cara untuk membedakan ketiga fase pertama adalah
dengan volume dan bentuknya: kasarnya, zat padat memeliki volume dan
bentuk yang tetap, zat cair memiliki volume tetap tapi tanpa bentuk yang
tetap, sedangkan gas tidak memiliki baik volume ataupun bentuk yang
tetap.
Air (H
2O) berbentuk
cairan dalam suhu kamar karena molekul-molekulnya terikat oleh
gaya antarmolekul yang disebut
ikatan Hidrogen. Di sisi lain,
hidrogen sulfida (H
2S) berbentuk gas pada suhu kamar dan tekanan standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan interaksi dwikutub (
dipole)
yang lebih lemah. Ikatan hidrogen pada air memiliki cukup energi untuk
mempertahankan molekul air untuk tidak terpisah satu sama lain, tapi
tidak untuk mengalir, yang menjadikannya berwujud cairan dalam suhu
antara 0 °
C
sampai 100 °C pada permukaan laut. Menurunkan suhu atau energi lebih
lanjut mengizinkan organisasi bentuk yang lebih erat, menghasilkan suatu
zat padat, dan melepaskan energi. Peningkatan energi akan mencairkan es
walaupun suhu tidak akan berubah sampai semua es cair. Peningkatan suhu
air pada gilirannya akan menyebabkannya mendidih (lihat
panas penguapan)
sewaktu terdapat cukup energi untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul
dan selanjutnya memungkinkan molekul untuk bergerak menjauhi satu sama
lain.
Ilmuwan yang mempelajari kimia sering disebut
kimiawan.
Sebagian besar kimiawan melakukan spesialisasi dalam satu atau lebih
subdisiplin. Kimia yang diajarkan pada sekolah menengah sering disebut
"kimia umum" dan ditujukan sebagai pengantar terhadap banyak
konsep-konsep dasar dan untuk memberikan pelajar alat untuk melanjutkan
ke subjek lanjutannya. Banyak konsep yang dipresentasikan pada tingkat
ini sering dianggap tak lengkap dan tidak akurat secara teknis. Walaupun
demikian, hal tersebut merupakan alat yang luar biasa. Kimiawan secara
reguler menggunakan alat dan penjelasan yang sederhana dan elegan ini
dalam karya mereka, karena terbukti mampu secara akurat membuat model
reaktivitas kimia yang sangat bervariasi.
Ilmu kimia secara sejarah merupakan pengembangan baru, tapi ilmu ini berakar pada
alkimia yang telah dipraktikkan selama berabad-abad di seluruh dunia.