Gelang Karbon

Salah satu teka-teki rumus kimia paling ruwet ini berhasil dipecahkan Kekule. Siapakah dia?

BERBAGAI bahan kimia, misalnya garam dapur, asam belerang, atau kaporit memiliki rumus kimia. Salah satu masalah rumus kimia yang terkenal sulit lebih dari 100 tahun yang lalu adalah bagaimana wujud rumus kimia benzena itu serta dalam bentuk apa pula rumus itu sebaiknya ditampilkan? Jawaban itu pada akhirnya diberikan oleh ahli kimia terkenal yang bernama Kekule.

Bahkan Kekule sudah terkenal sebelum ia menemukan struktur molekul benzena. Dalam usahanya untuk menjernihkan berbagai hal di bidang kimia, Kekule telah merumuskan sejumlah teori yang membuatnya terkenal ke seluruh lapisan masyarakat kimiawan. Tidak heran kalau ia sampai memiliki cukup wibawa untuk menyelenggarakan Kongres Kimia Internasional pertama di Karlsruhe pada tahun 1860. Kongres itu dihadiri oleh 140 ahli kimia untuk membereskan berbagai kekacauan yang melanda bidang kimia pada zaman itu.

Kimia Pada Zaman Kekule
SAMPAI pada pertengahan abad ke-19, pengetahuan manusia di bidang kimia mengalami banyak kemajuan. Mereka telah menggunakan teori atom dari Dalton untuk menyatakan berbagai persenyawaan kimia. Mereka juga sudah memiliki daftar unsur kimia yang dikenal sampai pada saat itu. Dengan demikian, melalui daftar unsur kimia dan teori atom Dalton, para ahli kimia sudah dapat menulis
molekul setiap zat melalui susunan unsur kimia yang ada pada molekul itu.

Sekalipun demikian, pengetahuan kimia para cendekiawan itu masih jauh dari sem-purna. Para ahli kimia belum memiliki kesepakatan tentang berat atom dari berbagai unsur yang mereka ketahui. Akibatnya, setiap ahli dapat menyusun rumusnya sendiri untuk menyatakan suatu persenyawaan. Akibatnya adalah kekacauan. Asam cuka saja sampai mengenal 19 macam rumus kimia yang berbeda. Hal ini pula yang menyebabkan Kekule mengundang para ahli ke Kongres Kimia Internasional pertama itu untuk menjernihkan berbagai masalah yang melanda bidang kimia pada saat itu.

Pada kesempatan itu, Stanislao Cannizzaro mengangkat kembali hipotesis Avogadro tent ang berat molekul gas yang menurut keterangannya, dapat menyelesaikan kekacauan di bidang kimia. Bersama itu, hipotesis Avogadro memperoleh perhatian para cendekiawan. Setelah para ahli dapat menerima hipotesis Avogadro, maka kekacauan pada pengertian berat molekul dan berat atom dapat diselesaikan. Bersama itu, para ahli pun memiliki rumus yang sama untuk zat atau senyawa kimia yang sama.

Sekalipun telah memiliki rumus yang sama untuk zat yang sama, para ahli kimia hanya dapat menyatakan zat itu dengan banyaknya berbagai atom yang membentuk zat itu. Garam dapur, misalnya, dikenal melalui rumus NaCI karena molekulnya memiliki satu atom natrium dan satu atom klor. Alkohol dikenal melalui rumus C2H6O karena molekul senyawa itu mengandung 2 atom karbon, 6 atom hidrogen, dan satu atom oksigen. Demikian pula, benzena dikenal melalui rumus C6H6 karena molekul senyawa ini mengandung 6 atom karbon dan 6 atom hidrogen. Dengan rumus seperti ini, para cendekiawan belum sampai melihat bagaimana atom itu tersusun di dalam molekul.

Kemudian, Alexander William Williamson menemukan bahwa ada gugus hidrokarbon pada alkohol dan eter. Gugus hidrokarbon ini terdiri atas sejumlah atom karbon dan atom hidrogen dalam susunan tertentu. Perhatian yang sama diarahkan juga oleh Edward Frankland terhadap senyawa organometalik. Deretan usaha yang dimulai oleh Cannizzaro dalam konggres kimia, disusul oleh penemuan Williamson dan Frankland ini menyebabkan Frankland dapat mengemukakan teori valensi. Teori valensi ini menunjukkan bahwa setiap atom memiliki kemampuan tertentu untuk bergabung dengan atom lain. Ada atom yang hanya mampu bergabung, dengan satu atom lain, ada yang dua, ada yang tiga, ada yang empat dan demikian seterusnya. Mereka dinamakan atom bervalensi satu, bervalensi dua, bervalensi tiga, bervalensi empat, dan seterusnya.

Teori valensi ini sangat membantu para ahli kimia dalam penentuan molekul senyawa kimia. Sekalipun demikian, teori valensi ini belum cukup mampu untuk merumuskan semua molekul senyawa kimia. Justus von Libieg, misalnya, menyelidiki sederet senyawa kimia yang bernama fulminat. Pada waktu bersamaan Friedrich Wohler menyelidiki sianat. Pada saat kedua makalah mereka akan diterbitkan, redaktur Gay-Lussac menemukan bahwa rumus kimia kedua senyawa itu adalah sama. Mendengar keterangan itu, Jons Jakob Berzelius terkejut. Namun setelah melalui percobaan ulang dan yakin akan hal itu, ia pun menamakan senyawa seperti ini sebagai isomer.

Etil alkohol dan dimetil eter juga merupakan senyawa isomer. Mereka merupakan dua zat berbeda yang memiliki rumus kimia yang sama. Mereka sama-sama memiliki 2 atom karbon, 6 atom hidrogen, dan satu atom oksigen.

Penemuan semacam ini menyebabkan para cendekiawan berpikir bahwa rumus kimia belum cukup tuntas untuk menyatakan senyawa kimia. Molekul senyawa kimia bukan sekedar sekumpulan atom unsur. Mereka merupakan sekumpulan atom yang memiliki susunan tertentu. Kumpulan atom yang sama dengan struktur berbeda menghasilkan senyawa kimia yang berbeda.

Di sinilah Kekule masuk. Ia memberi sumbangan pada teori valensi. Dan lebih dari itu, ia mengemukakan gagasan struktur molekul. Kumpulan atom mempunyai susunan tertentu untuk membentuk molekul suatu senyawa kimia. Pada tahun yang sama yakni 1858, Archibald Scott Couper menggunakan garis pendek (dash) atau garis putus-putus untuk menghubungkan atom di dalam struktur molekul. Couper juga mengemukakan adanya struktur atom di dalam molekul. Hal ini sempat menimbulkan kesimpangsiuran di antara Kekule dan Couper tentang siapa yang lebih dahulu menemukan struktur atom pada molekul. Tampaknya, dalam hal ini, Kekule lebih terkenal sehingga struktur demikian dikenal pula sebagai “struktur Kekule”.

Sekalipun demikian, tidak semua kimiawan menyetujui gagasan Kekule dan Couper itu. Ilmuwan tua seperti Adolph Wilhelm Hermann Kolbe menentangnya. Namun, kemudian Kekule makin terkenal setelah ia menemukan struktur molekul benzena.

Kimiawan Kekule
FRIEDRICH August Kekule von Stradonitz lahir di Darmstadt, Hesse, Jerman, pada tanggal 7 September 1829. Tidak banyak sumber bacaan yang dapat kita kumpulkan untuk menelaah riwayat hidup Kekule. Selain ensiklopedi, riwayat hidup yang agak panjang diberikan oleh Isaac Asimov. Karena itu, uraian tentang riwayat hidup Kekule di sini, banyak bersumber pada tulisan Isaac Asimov itu.

Sekalipun demikian, kita tidak menemuk an riwayat masa kecil Kekule. Yang kita ketahui adalah bahwa pada waktu bersekolah, ia ingin menjadi arsitek. Namun, di bawah pengaruh Justus von Liebig, akhirnya Ke kule menjadi seorang ahli kimia. Ia juga belajar ke luar Jerman. Ke Inggris, ia bertemu dengan Alexander William William-son, serta ke Perancis, ia bertemu serta belajar pada Jean Baptiste Andr Dumas. Pada waktu itu, sebagai guru besar kimia, Dumas terkenal karena ia berani mengritik teori yang dikembangkan oleh ahli kimia terkenal Berzelius.

Kembali ke Jerman, pada tahun 1856, Kekule diangkat sebagai guru besar kimia di Universitas Heidelberg. Pada waktu itu, perhatiannya tertarik kepada teori valensi yang dikembangkan oleh Frankland. Segera pula Kekule memahami arti dari teori valensi itu. Namun, pada tahun 1858, ia sempat pindah menjadi guru besar kimia di Universitas Ghent di Belgia. Karena itu, gagasannya tentang teori valensi dikemukakannya di Universitas Ghent ini.

Perhatian Kekule terutama terpusat kepada unsur kar-bon. Menurut Kekule, atom karbon bervalensi empat sehingga, dengan demikian, atom karbon dapat bergabung dengan empat atom lainnya. Dalam hal ini, ia juga berpendapat bahwa ikatan gabungan itu tidak harus terjadi di antara jenis atom yang berbeda. Satu, dua, tiga, atau bahkan keempat ikatan karbon itu dapat berpaut dengan atom karbon lain. Bersarna itu terjadilah rantai karbon di dalam molekul. Setelah Couper menggunakan garis pendek (dash ) sebagai lambang ikatan itu, maka rantai karbon pada molekul itu pun tampak secara visual. Rantai karbon semacam ini dikenal sebagai “struktur Kekule.” Melalui rantai atom seperti ini, Kekule dapat menerangkan perbedaan yang terdapat di antara molekul isomer.

Seperti telah diuraikan di muka, pada tahun 1860, Kekule menyelenggarakan Kongres Kimia Internasional pertama di Karlsruhe. Pada tahun 1861, ia menerbitkan jilid pertama buku kimia organik. Masalah yang masih dihadapi para cendekiawan pada waktu itu adalah struktur molekul benzena. Tidak ada yang mengetahui bagaimana bentuk susunan 6 atom karbon dan 6 atom hidrogen yang membentuk molekul benzena itu. Namun masalah ini pun kemudian dapat dipecahkan oleh Kekule. Pada tahun 1865, Kekule menemukan struktur senyawa benzena itu dalam bentuk gelang karbon. Penemuan ini cukup penting karena pada waktu itu, para cendekiawan sedang berusaha membuat zat-zat sintetik seperti, misalnya, cat sintetik. Melalui penemuan itu, para cendekiawan dapat mencapai kemajuan yang lebih cepat di bidang bahan sintetik.

Pada tahun 1867, Kekule pindah ke Universitas Bonn. Di situ, ia menehabiskan sisa hidupnya sebagai guru besar di bidang kimia. Di Bonn ini pula, Kekule meninggal pada tahun 1896. Segera pula. struktur atom Kekule ini diperluas ke bentuk tiea dimensi oleh Jacobus Henricus van ‘t Hoff. Kemudian struktur itu diteruskan ke bentuk teori elektron oleh Joseph Achille Le Bel dan Gilbert Newton Lewis, serta ke bentuk mekanika kuantum oleh Linus Carl Pauling.

Struktur Kekule
SELAIN mengemukakan teori valensi untuk pnsur karbon, Kekule juga mengemukakan susunan unsur atom itu dalam pembentukan molekul. Sebagai misal, secara rumus, molekul senyawa etil alkohol dan molekul dimetil eter adalah sama. Namun, kedua senyawa itu tidaklah sama sehingga perbedaan mereka terletak pada susunan atom.

Dengan garis pendek (dash ) dari Couper, struktur molekul yang dikemukakan Kekule membentuk ikatan atom yang dapat dipaparkan di atas bidang (dua dimensi). Sebagai contoh, kita melihat saja struktur molekul etil alkohol dan molekul dimetil eter yang sudah beberapa kali kita sebut itu. Struktur Kekule dari kedua senyawa itu adalah sebagai berikut.

Tampak di sini, bahwa susunan kedua molekul itu sangat berbeda. Karena itu, mereka juga memiliki sifat yang ber-beda. Selanjutnya, pada struktur molekulnya itu, Kekule juga membolehkan hubungan di antara dua atom terdiri atas lebih dari satu ikatan. Struktur asam cuka berikut ini menunjukkan adanya dua ikatan di antara atom karbon dengan atom oksigen.

Struktur demikian sangat diperlukan oleh kimia organik karena kimia organik berurusan dengan molekul yang memiliki banyak atom. Atom itu membentuk rantai yang panjang. Pada umumnya, mereka berisikan rantai karbon sehingga Kekule menamakan kimia organik sebagai kimia senyawa karbon. Bahkan ia menulis buku kimia organik atas dasar rantai karbon ini.

Sekedar catatan, pada zaman dahulu, dilihat dari sumbernya, para cendekiawan membagi kimia ke dalam dua bagian besar. Bagian pertama dinamakan kimia anorganik yakni zat kimia yang berasal dari benda tak hidup. Bagian kedua dinamakan kimia organik yakni zat kimia yang berasal dari makhluk hidup. Mereka percaya bahwa zat organik hanya dapat dibentuk oleh makhluk hidup. Unsur kehidupan ikut menentukan bentuk zat kimia.

Anggapan ini kemudian dibuyarkan oleh Wohler yang mampu membuat zat organik dari zat anorganik di dalam laboratoriumnya. Lahirlah bersama itu, kimia organik sintetik. Pengingkaran terhadap faktor makhluk hidup di dalam kimia organik diteruskan juga oleh Kekule melalui penamaan kimia organik sebagai kimia senyawa karbon.

Gelang Karbon
ADA kisah tersendiri tentang bagaimana Kekule menemukan struktur molekul benzena. Pada suatu malam di dalam tahun 1865, ketika setengah tertidur di tepi perapian (ada yang mengatakan di dalam bis), Kekule melihat sejumlah atom bergerak menari-nari. Tiba-tiba, bagian ekor dari suatu rantai atom bersambungan dengan kepala rantai itu. Terjadilah suatu gelang rantai karbon yang terus berputar-putar.

Melalui bayangan yang tampak ketika ia setengah ter-tidur itulah, Kekule menemukan bentuk molekul benzena yang berwujud gelang. Tidak mustahil bahwa bayangan yang tampak itu adalah suatu mimpi yang cemerlang. Apapun bentuk peristiwa itu, bayangan atau mimpi, gelang karbon itu berhasil menunjukkan struktur molekul benzena. Gelang itu berbentuk segi enam serta, secara berselang-seling, terdiri atas satu dan dua ikatan valensi. Gelang karbon itu adalah sebagai berikut.

Struktur molekul berbentuk gelang karbon segi enam ini kemudian membuka jalan ke berbagai pemahaman ahli kimia terhadap petrokirnia dan berbagai jenis senyawa organik lainnya. Selain pemahaman, para cendekiawan juga berhasil membuat berbagai senyawa kimia sintetik dari bahan minyak bumi.

Pada tahun 1965, tepat 100 tahun setelah penemuan Kekule, pemerintah Belgia memperingatinya dengan mengeluarkan perangko khusus. Peringatan khusus itu ditujukan kepada penemuan gelang karbon di dalam struktur molekul benzena.

Oleh Dali S. Naga

Sumber: Majalah AKU TAHU/ EDISI 67