Senyawa kimia

Senyawa kimia atau senyawaan kimia adalah molekul yang terdiri dari gabungan unsur/atom yang berbeda jenis (misal senyawa H₂O terdiri dari hidrogen dan oksigen, senyawa NaCl terdiri dari natrium dan klorin, dan senyawa C₁₂H₂₂O₁₁ terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen). Kata senyawa dibuat untuk membedakannya dari molekul biasa yang terbuat dari atom/unsur yang sama (contohnya molekul oksigen/O₂, molekul hidrogen/H₂, molekul ozon/O₃, dan molekul fosfor/P₄).

Ketika senyawa-senyawa ini berkumpul sangat banyak hingga pada tingkat yang bisa kita rasakan (dalam bentuk padat, cair, atau gas) maka akan disebut zat. Contohnya kumpulan sangat banyak senyawa H₂O akan terlihat sebagai air, es, atau uap air, begitu juga dengan kumpulan senyawa-senyawa NaCl yang kita kenal sebagai garam. Senyawa termasuk sebagai zat murni yaitu zat yang terdiri dari satu jenis unsur/atom dan zat yang terdiri dari satu jenis senyawa.

(Tekan gambar lalu rincian untuk gambar lebih tajam). Jumlah atom pada ikatan kimia dalam gambar telah disederhanakan sehingga tidak mewakili ikatan kimia sebenarnya. Atom tidak berwarna, warna dalan gambar untuk memudahkan pemahaman.

Benda-benda logam paduan seperti kuningan, superkonduktor YBCO, semikonduktor "aluminium galium arsenida" bukan merupakan senyawa/zat murni melainkan campuran, sebab merupakan gabungan dari dua atau lebih zat murni berbeda jenis (misal kuningan yang merupakan gabungan dari unsur tembaga dan unsur seng), begitu juga dengan udara, semen, coklat, kue, dan rujak yang adalah zat campuran.

Senyawa dapat dipecah-pecah lagi menjadi unsur-unsur penyusunnya itu melalui reaksi kimia (misal H₂O dipecah menjadi hidrogen dan oksigen dengan cara dialiri listrik).

Senyawa pada dasarnya sama dengan molekul (senyawa H₂O disebut juga molekul H₂O, dsb.) namun senyawa hanya bisa disebut senyawa jika terdiri dari dua atau lebih unsur yang berbeda jenis, oleh sebab itu O₂, O₃, H₂ hanya disebut molekul dan bukan senyawa sebab hanya terdiri dari satu jenis atom saja. Kesimpulannya senyawa selalu berarti molekul, tetapi molekul tidak selalu berarti senyawa.

Perbedaan jenis-jenis senyawa bisa dilihat dari rumus kimianya. Rumus kimia/jumlah unsur dalam suatu senyawa bisa memengaruhi sifat dari suatu senyawa atau zat, perbedaan satu atau lebih atom saja bisa hasilkan senyawa yang berbeda dengan sifat yang berbeda pula (misal etena atau ethylene dengan rumus kimia C₂H₄ merupakan gas dan berbau harum sedangkan metana dengan rumus kimia CH₄ merupakan gas namun tak berbau).

Senyawa dapat berwujud dalam tiga fase atau keadaan, yaitu padat, cair, dan gas. Kebanyakan senyawa berupa zat padat. Senyawa akan terurai atau terpisah-pisah bila dipanaskan sampai suhu atau tingkat panas tertentu yang disebut suhu penguraian {misal ketika tembaga karbonat (CuCO₃) dipanaskan hingga 290–330 °C, ia akan terurai menghasilkan tembaga oksida (CuO) dan karbon dioksida (CO₂)}.

Setiap senyawa kimia yang telah dijelaskan dalam literatur memiliki nomor pengenal khas yang dikenal sebagai nomor CAS.

Jenis

Senyawa dapat digolongkan menjadi 2 jenis, yaitu senyawa organik dan senyawa anorganik.

Senyawa organik

Senyawa ini berasal dari makhluk hidup atau dari proses fotosintesis, biasanya senyawa ini terdiri dari unsur karbon (C) sebagai rangkaian utamanya, sifat senyawa ini tidak mudah larut dalam air, namun akan larut bila dicampur dengan pelarut yang sifatnya organik juga dan senyawa ini juga cenderung mudah terbakar karena unsur karbon dalam kandungannya, contoh senyawa organik misalnya: gula (C₁₂H₂₂O₁₁), alkohol (C₂H₃OH) dan urea (CO(NH₂)2).

Senyawa anorganik

Senyawa jenis ini berasal dari sumber daya mineral yang terdapat di bumi, senyawa ini biasanya memiliki titik didih atau titik leleh yang relatif tinggi bila dibandingkan dengan senyawa organik, dan sifatnya relatif terbalik dengan senyawa organik, di mana senyawa ini mudah larut dalam air dan tidak mudah terbakar, contoh senyawa anorganik misalnya: air (H₂0), Garam (NaCl), Karbon dioksida (CO₂), Kalsium Karbonan (CaCo₃), Natrium Hidroksida (NaOH), dan Silikon Dioksida (SiO₂).

Senyawa radioaktif

Thorium(IV) nitrate.

Amonium diuranat di bawah UV.

Sodium Diuranate.

Pelet bahan bakar reaktor nuklir UO2 (Massa: 10g).

Uranyl nitrate.

Senyawa radioaktif adalah senyawa yang memiliki setidaknya satu atom radioaktif, seperti uranium, radium, atau sesium-137 (Cs-137). Senyawa ini bersifat radioaktif karena atomnya tidak stabil dan memancarkan radiasi secara spontan, berupa partikel alfa, beta, atau sinar gama untuk mencapai kestabilan. 

Unsur-unsur radioaktif memiliki inti atom yang tidak stabil karena rasio neutron dan proton yang tidak seimbang atau energi ikatan yang lemah. Untuk mendapatkan kestabilan, inti atom yang tidak stabil akan melepaskan energi dalam bentuk partikel (seperti alfa dan beta) atau gelombang elektromagnetik (seperti sinar gama). Sifat radioaktif pada senyawa akan muncul jika salah satu atau lebih atom penyusunnya bersifat radioaktif. Misalnya, radium adalah unsur radioaktif, dan saat bergabung dengan klorin membentuk senyawa radium klorida, senyawanya akan tetap bersifat radioaktif.

Umur senyawa radioaktif ditentukan melalui penanggalan radioaktif, yang memanfaatkan waktu paruh isotop radioaktif untuk mengukur usia sampel. Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan suatu zat radioaktif untuk meluruh hingga tersisa setengah dari jumlah awalnya. Metode ini menggunakan rasio antara isotop radioaktif dengan isotop stabilnya untuk memperkirakan usia suatu objek atau fosil, dengan contoh terkenal adalah penanggalan karbon-14 (C-14) untuk benda organik, dan penanggalan uranium-timbal (U-Pb) untuk batuan.

Senyawa radioaktif umur pendek adalah nuklida yang meluruh dengan cepat, sering kali memiliki waktu paruh kurang dari 10 jam, meskipun istilah ini juga bisa merujuk pada produk peluruhan dari nuklida yang lebih stabil. Contoh senyawa radioaktif umur pendek meliputi Astatin (dengan isotop dengan waktu paruh yang sangat singkat) dan produk fisi Cesium-137 yang di dalam tubuh dapat memiliki waktu paruh biologis yang singkat.

Contoh senyawa radioaktif

• Uranium asetat: Senyawa kimia yang mengandung uranium.
• Torium nitrat: Senyawa kimia yang mengandung torium.
• Sesium-137 (Cs-137): Unsur yang sering ditemukan dalam limbah nuklir dan dapat memancarkan radiasi beta dan gama.
• Radium klorida (RaCl₂): Senyawa ionik yang radioaktif karena radium bersifat radioaktif.
• Radon fluorida (RnF₂): Senyawa yang bersifat radioaktif karena radon adalah gas radioaktif.

Unsur Radioaktif isotop

• Uranium (U): Digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menghasilkan energi.
• Plutonium (Pu): Unsur sintetis yang digunakan dalam teknologi nuklir, seperti pada reaktor dan senjata nuklir.
• Thorium (Th): Unsur alami yang dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir.
• Radon (Rn): Gas radioaktif alami yang dapat ditemukan di beberapa lingkungan.

Contoh senyawa isotop radioaktif berdasarkan waktu paruhnya

Waktu paruh sangat panjang:

• Uranium-238 (4,5 miliar tahun): Merupakan isotop uranium yang paling umum. 
• Bismut-208 (2 x 10^{19} tahun): Contoh isotop dengan waktu paruh yang sangat panjang. 
• Telurium-128 (2,2 x 10^{24} tahun): Salah satu isotop yang paling lama hidup yang diketahui. 

Waktu paruh sedang:

• Radium-226 (1600 tahun): Digunakan dalam pengobatan kanker dan alat ukur. 
• Kobalt-60 (5,27 tahun): Digunakan untuk radioterapi dan sterilisasi peralatan medis. 
• Karbon-14 (5730 tahun): Digunakan untuk penanggalan radiokarbon. 

Waktu paruh pendek:

• Iodin-131 (8,02 hari): Digunakan untuk mendiagnosis masalah tiroid. 
• Stronsium-89 (50,5 hari): Digunakan dalam pengobatan nyeri tulang akibat kanker. 
• fosfor-32 (14,3 hari): Digunakan dalam penelitian biologi dan kedokteran. 

Senyawa hidrogen radioaktif

Senyawa hidrogen radioaktif yang paling umum adalah tritium (3H), yaitu isotop hidrogen yang tidak stabil dan memancarkan radiasi beta. Senyawa-senyawa yang mengandung tritium, seperti air tritium (H2O) dengan tritium), akan menjadi senyawa radioaktif. Isotop hidrogen tritium, yang merupakan radioisotop dengan waktu paruh sekitar 12,32 tahun. Isotop hidrogen lainnya, yaitu protium (1H) dan deuterium (2H), adalah isotop yang stabil. Isotop hidrogen yang lebih berat (seperti 4H hingga 7H) sangat tidak stabil dan memiliki waktu paruh yang sangat singkat.

• Protium (1H): Stabil, tidak memiliki neutron, dan merupakan isotop hidrogen yang paling umum.
• Deuterium (2H): Stabil, memiliki satu neutron, dan terkadang disebut hidrogen berat.
• Tritium (3H): Radioaktif dengan waktu paruh sekitar 12,32 tahun, terdiri dari satu proton dan dua neutron.
• Isotop lain (4H, 5H, 6H, 7H): Buatan manusia dan sangat tidak stabil, dengan waktu paruh yang sangat pendek (kurang dari 1 zeptodetik).

Tritium memiliki satu proton dan dua neutron di intinya, sedangkan hidrogen biasa (protium) tidak memiliki neutron dan deuterium memiliki satu neutron.  Karena ketidakstabilan intinya, tritium meluruh secara radioaktif menjadi isotop helium yang stabil (3He) dengan waktu paruh sekitar 12,32 tahun.  Keberadaan di alam: Tritium diproduksi secara alami saat sinar kosmik berinteraksi dengan gas di atmosfer. Contoh senyawa hidrogen radioaktif adalah Tritium gas (T2) Gas dihidrogen yang mengandung tritium. Air tritium, (H2O) dengan tritium), yang berperilaku mirip dengan air biasa di dalam tubuh. Senyawa-senyawa organik dapat dilabeli dengan tritium, misalnya dalam pelabelan biologi. 

Waktu paruh tritium adalah waktu yang dibutuhkan setengah dari atom tritium dalam sampel untuk meluruh.Tritium meluruh melalui emisi partikel beta (elektron) dan berubah menjadi isotop helium, (3He). Contoh peluruhan tritium Jika Anda memiliki 100 gram tritium, setelah 12,32 tahun, jumlahnya akan berkurang menjadi 50 gram.Setelah 12,32 tahun lagi (total 24,64 tahun), jumlahnya akan berkurang lagi setengahnya, menjadi 25 gram. 

Tritium digunakan untuk melacak jalur reaksi kimia dan biologi. Tritium digunakan untuk cat bercahaya pada jam tangan, instrumen, dan perangkat penerangan mandiri.  Tritium juga digunakan sebagai bahan bakar dalam senjata termonuklir, bom hidrogen. Tritium adalah isotop hidrogen yang penting dalam bom hidrogen (senjata termonuklir) untuk meningkatkan efisiensi dan hasil ledakannya. Dalam bom ini, tritium digunakan bersama deuterium sebagai bahan bakar fusi untuk reaksi nuklir yang lebih kuat, yang dipicu oleh bom fisi (bom atom) primer. Tritium secara alami langka dan dapat diproduksi secara sintetis dengan menembakkan neutron ke isotop litium di dalam reaktor nuklir. Tritium, bersama dengan deuterium, adalah salah satu bahan bakar utama untuk reaksi fusi nuklir yang terjadi di tahap sekunder bom hidrogen. Litium deuterida (LiD)) adalah senyawa anorganik yang terbentuk dari litium dan deuterium. Senyawa ini memiliki beberapa aplikasi penting, seperti moderator neutron dalam reaktor nuklir dan komponen kunci dalam senjata termonuklir karena kemampuannya menghasilkan tritium. Senyawa isotop litium-7 (7Li)) ini baik untuk memperlambat neutron karena deuterium memiliki penampang serapan neutron yang lebih rendah daripada hidrogen biasa.Bahan bakar senjata termonuklir: (LiD) padat digunakan karena dapat menghasilkan tritium ketika dibombardir oleh neutron. Tritium kemudian bereaksi dengan deuterium untuk menghasilkan fusi nuklir yang melepaskan energi besar.

Senyawa helium radioaktif

Tidak ada senyawa helium yang radioaktif, sebaliknya, helium (He) adalah unsur gas mulia yang stabil, meskipun isotop helium tertentu seperti helium-5, helium-6, dan helium-8 adalah isotop radioaktifnya. Helium di Bumi terbentuk dari peluruhan radioaktif unsur-unsur yang lebih berat (seperti uranium dan thorium), tetapi helium yang terbentuk dalam proses ini bukanlah senyawa radioaktif karena helium adalah unsur yang sangat tidak reaktif dan tidak mudah membentuk senyawa. Dua isotop utama helium, yaitu helium-4 dan helium-3, bersifat stabil dan tidak radioaktif.  Helium di Bumi terbentuk akibat peluruhan alfa dari unsur-unsur radioaktif seperti uranium dan torium.  Ketika unsur radioaktif mengalami peluruhan alfa, inti helium dikeluarkan sebagai partikel alfa, yang merupakan inti atom helium (He2+) dengan dua proton dan dua neutron. Helium pada dasarnya tidak reaktif dan tidak membentuk senyawa kimia, sehingga gas helium itu sendiri tidak bersifat radioaktif atau bisa disebut sebagai "senyawa helium radioaktif".  Ada isotop helium lain yang tidak stabil, seperti helium-5, helium-6, dan helium-8, yang bersifat radioaktif dan memiliki waktu paruh sangat pendek. 

Senyawa natrium radioaktif

Senyawa natrium radioaktif umumnya merujuk pada isotop natrium radioaktif seperti Natrium-22 dan Natrium-24, yang digunakan dalam aplikasi medis (pelacak radioaktif, pencitraan) dan industri (uji kebocoran). Senyawa ini terbentuk ketika isotop natrium yang stabil (23Na) menyerap neutron, seperti yang terjadi di reaktor nuklir atau saat terpapar radiasi. Meskipun natrium tidak secara inheren radioaktif, ia dapat menjadi radioaktif melalui proses ini. Natrium-22 memiliki waktu paruh sekitar 2,6 tahun dan digunakan dalam positron emission tomography (PET) untuk pencitraan medis karena sifatnya sebagai pemancar positron.  Natrium-24 memiliki waktu paruh yang lebih pendek, sekitar 15 jam, dan digunakan sebagai pelacak radioaktif untuk melihat jalur natrium dalam tubuh atau untuk menguji kebocoran pada pipa industri. Meskipun bukan senyawa natrium radioaktif murni, beberapa senyawa natrium dapat menjadi radioaktif. Contohnya adalah natrium diuranat, yang merupakan senyawa anorganik yang mengandung uranium radioaktif, meskipun natrium di dalamnya tidak radioaktif secara intrinsik. Senyawa Natrium iodida seperti Na{125}I dan Na{131}I digunakan dalam kedokteran nuklir sebagai radiofarmasi. 

Pembentukan senyawa natrium radioaktif

• Aktivasi neutron: Ini adalah proses utama di mana isotop natrium yang stabil, natrium-23 ($^{23}$Na), menyerap neutron untuk menjadi natrium radioaktif, seperti natrium-24.
• Radiasi neutron akut: Paparan radiasi neutron yang kuat, seperti pada kecelakaan nuklir, dapat mengubah sebagian natrium-23 dalam darah manusia menjadi natrium-24 radioaktif. Jumlah $^{24}$Na yang terbentuk dapat digunakan untuk menghitung dosis radiasi yang diterima seseorang.
• Proses di bintang: Natrium-22 ($^{22}$Na) dan natrium-24 ($^{24}$Na) juga merupakan isotop radioaktif yang terbentuk secara alami di bintang melalui proses pembakaran karbon pada suhu yang sangat tinggi.

Senyawa sodium (natrium) radioaktif memiliki berbagai aplikasi penting dalam bidang medis, industri, dan penelitian. Penggunaan utamanya adalah sebagai penjejak radioaktif (radiotracer) untuk mendeteksi atau melacak suatu zat. Isotop yang paling sering digunakan adalah natrium-22 (Na-22) dan natrium-24 (Na-24).

Senyawa natrium radioaktif disuntikkan ke dalam aliran darah untuk melacak alirannya dan membantu menemukan adanya hambatan atau gumpalan darah. Natrium-22 digunakan dalam pencitraan nuklir untuk diagnosis medis melalui pemindaian PET. Natrium-24 digunakan sebagai penjejak elektrolit untuk memantau jalur yang diambil natrium dalam tubuh, khususnya dalam cairan ekstraseluler dan intraseluler, untuk melihat apakah tingkat penyerapannya normal. Radio natrium (Na-24) digunakan untuk mempelajari fungsi jantung. Penelitian menggunakan natrium radioaktif telah dilakukan untuk menilai penyakit pembuluh darah perifer. Natrium-24 juga digunakan dalam studi tentang limfedema pasca mastektomi.

Natrium-24 dapat digunakan untuk mendeteksi kebocoran pada pipa industri. Karena daya tembus radiasinya terbatas, detektor hanya dapat mendeteksi natrium radioaktif pada titik-titik kebocoran. Natrium-24 cocok untuk aplikasi ini karena waktu paruhnya yang pendek, hanya sekitar 15 jam. Isotop natrium dengan waktu paruh pendek dapat digunakan untuk melacak aliran material, mengukur pencampuran, dan mendeteksi sumbatan dalam pipa. Penukar panas: Natrium radioaktif digunakan sebagai penukar panas dalam beberapa reaktor nuklir. Dalam reaktor nuklir berpendingin natrium, natrium radioaktif tidak boleh bersentuhan langsung dengan lingkungan, sehingga digunakan jalur transfer panas kedua. Natrium-22 dan klorin-36 umumnya digunakan untuk mempelajari transporter ion dalam biologi. Nanopartikel silika yang diberi label natrium-22 telah dikembangkan sebagai radiotracer baru untuk aplikasi biomedis, termasuk pencitraan PET, untuk mempelajari distribusi dan biokompatibilitas dalam tubuh.

Senyawa natrium radioaktif memancarkan radiasi dan perlu ditangani dengan hati-hati untuk menghindari paparan radiasi. Natrium cair sangat reaktif dan mudah meledak jika terkena air atau udara, sehingga memerlukan tindakan pencegahan ekstra saat penanganan. 

Lihat pula

Portal Kimia

• Tata nama senyawa kimia
• Industri kimia