Pengalaman Belajar Bidang Kimia

Oleh- Farid Majid
Mahasiswa Tahun Akhir,
Ijazah Sarjana Muda Sains dengan Kepujian (Kimia),
Pusat Pengajian Sains Kimia dan Teknologi Makanan,
Fakulti Sains dan Teknologi,Universiti Kebangsaan Malaysia, Bangi.

Kadang-kadang saya akan tersenyum sendiri setiap kali mengimbau gelagat rakan-rakan, sanak-saudara mahupun orang awam yang curious mengenai bidang kimia yang sedang saya pelajari ini.

Ada yang kata saya budak pandai sebab belajar kimia. Ada juga yang memperlekeh, kononnya orang yang belajar kimia tidak dapat pergi jauh. Ada juga yang risaukan saya, yalah, sebab saya sering terdedah dengan larutan-larutan berbahaya dalam makmal. Agak takut juga saya, tambah-tambah lagi apabila pensyarah saya pernah menceritakan risiko orang kimia yang agak tinggi. Sampai ada yang mendapat kemandulan, kanser dan paling tragis, meninggal dunia.

Semasa saya berada dalam tahun pertama pun, saya sering dimomokkan bahawa bidang kimia ini susah. Tarafnya sama seperti pelajar-pelajar perubatan. Jadual padat. Subjek sangat banyak. Setiap malam ada kuliah tambahan. Susah dapat keputusan 4.00 dan sebagainya.

Benarkah segala sangkaan dan khabar angin ini?

Mari saya kongsikan realiti yang telah saya hadapi. Mesti ada yang tertanya-tanya, apa yang saya belajar dalam bidang kimia ini?

Bidang Kimia tu Bagaimana?

Baiklah, mungkin anda sudah terbiasa dengan jadual berkala, elektrokimia, asid dan bes, konsep ikatan kimia dan polimer semasa berada di sekolah menengah. Untuk makluman, silibus-silibus tersebut telah diblendkan. Ia dipecahkan mengikut bab, bukan mengikut subdisiplin kimia yang sebenar.

Umumnya bidang kimia ini dipecahkan kepada beberapa subdisiplin utama: kimia am, kimia fizik, kimia organik, kimia tak organik dan kimia analisis. Seiring dengan kemajuan dan teknologi yang ada pada masa kini, bidang-bidang baru juga telah mula diperkenalkan dalam silibus, seperti kimia polimer dan pemangkinan (pemangkinan adalah proses yang dapat memodifikasikan kelakuan tindak balas berdasarkan kepilihan yang diingini).

Kebanyakan kursus kimia di IPTA seluruh Malaysia dan universiti luar negara menawarkan subjek KIMIA AM. Ia sebenarnya adalah ilmu pemantapan mengenai asas-asas dalam prinsip kimia, yang akan membantu dalam meningkatkan kefahaman pelajar apabila memasuki subjek-subjek kimia yang lebih mendalam. Dalam sesetengah kes, pelajar dari luar pusat pengajian kimia seperti pelajar mikrobiologi, biologi, genetik dan sebagainya wajib mengikuti kursus ini. Selalunya dipecahkan kepada Kimia Am I dan Kimia Am II. Untuk pelajar kimia di UKM, kami tidak diwajibkan mengambil subjek ini.

KIMIA FIZIK pula secara ringkasnya adalah kajian mengenai interaksi antara kimia dan fizik (sebab itulah namanya kimia fizik!). Kimia fizik sangat sinonim dengan aplikasi matematik dan terbitan rumus, oleh itu pemahaman asas dalam kalkulus adalah suatu bonus untuk mendalami kimia fizik secara mudah. Konsep-konsep dinamik dibincangkan, termasuklah perlakuan haba, pergerakan haba atau termodinamik, konsep pengkuantuman dalam kimia, sistem keseimbangan dan beberapa topik aplikasi seperti spektroskopi dan kesimetrian molekul.

Instrumen-instrumen seperti spektroskopi inframerah, spektroskopi ultralembayung-tampak dan spektroskopi resonans magnet nuklear adalah hasil dari kajian kimia fizik dan sangat membantu dalam proses elusidasi, iaitu pencirian secara analisis mengenai struktur sesuatu molekul. Pemahaman yang cukup dalam kimia fizik juga akan membantu pelajar dalam memahami sesuatu tindak balas yang meliputi kinetik kimianya. Mengikut pengalaman saya sendiri, ramai yang kurang meminati subjek ini. Boleh dikatakan antara subjek killer.

KIMIA ORGANIK pula bukanlah pembelajaran mengenai epal organik atau telur organik. Ia sebenarnya adalah kimia hidrokarbon. Hidrokarbon sendiri bermaksud sebatian yang mengandungi unsur hidrogen dan karbon. Oleh sebab kedua-dua unsur ini mempunyai kelimpahan yang agak tinggi di dunia ini, maka kajian demi kajian oleh saintis-saintis kimia telah membantu menaikkan bidang kimia organik di mata kaca sains itu sendiri.

Dari sekecil-kecil sebatian alkana kepada terbitan-terbitan sebatian heterosiklik dan asid amino, kimia organik sememangnya suatu ilmu yang mampu memberi jalan penyelesaian kepada saintis untuk mengkaji sebatian yang mampu memberi aktiviti yang efektif, sama ada dalam bidang farmakologi mahupun perubatan. Namun, tidaklah semudah mencampur-campur itu dan ini.

Pemahaman yang tinggi dalam mekanisme juga sangat penting untuk memahami arah pergerakan elektron. Penguasaan mekanisme yang bagus mampu memberi kefahaman yang jelas mengenai apa yang sedang berlaku dalam sesuatu tindak balas organik. Uniknya, kimia organik mempunyai banyak tindak balas bernama, iaitu dinamakan sempena dengan penemuan tindak balas oleh saintis-saintis terdahulu. Jadi, apabila disebut sahaja pengesteran Yamaguchi, tindak balas Cannizaro, penurunan Birch, kondensasi Claisen dan seumpamanya (yang anda sendiri pun akan rasa semakin tercengang-cengang mendengar), sudah tentu telah terbayang pergerakan elektron dalam minda saintis kimia organik itu sendiri.

Kimia Organik

Subjek-subjek kimia organik juga merupakan antara yang killer kerana pelajar sendiri perlu menghafal ratusan tindak balas dengan reagen serta kondisi tindak balas yang tertentu. Kemudian belum lagi kalau ada produk sampingan seperti cis dan trans atau enantiomer (ia adalah berkaitan dengan geometri sesuatu molekul. Bukan matematik dan fizik sahaja ada geometri!). Untuk menamakan sesuatu sebatian pun, boleh tahan parah juga. Kami perlu menamakan sesuatu sebatian organik mengikut IUPAC atau International Union of Pure and Applied Chemistry. Kadang-kadang, tatanama biasa atau common nomenclature akan digunakan untuk menggantikan nama asal sekiranya ia terlalu panjang untuk disebut. Contohnya, untuk sebatian heterosiklik yang bernama kuinolina (quinoline), nama IUPAC asal dia ialah 2-azabisiklo[4.4.0]deka-1,3,5,7,9-pentaena. Oh, jangan risau. Penamaan IUPAC ini sudah disistemkan secara sistematik. Apabila diberikan suatu struktur sebatian, maka penamaan akan menjadi mudah apabila peraturan-peraturan penamaan dipatuhi.
Struktur molekul kuinolina, sejenis sebatian yang terlibat dalam penghasilan pewarna.

Untuk KIMIA TAK ORGANIK pula, ilmu-ilmu asas dalam prinsip kimia banyak diaplikasi di sini. Adalah menjadi satu kepentingan untuk memahami setiap unsur dalam jadual berkala, bermula dari unsur-unsur utama dan juga unsur-unsur peralihan. Beberapa teori pengkuantuman kimia juga digunapakai dalam memahami kimia tak organik, sebagai contoh daripada kimia kuantum, persamaan Schrodinger yang sangat kompleks (yang kami sebagai budak kimia pun tak berapa tahu sangat) telah memudahkan saintis kimia untuk memahami sifat orbital sesuatu molekul.

Kalau dulu di sekolah menengah, kita diajar mengira elektron menggunakan konsep petala orbital, contohnya 2.8.1 yang membawa maksud unsur natrium, Na. Kini kami didedahkan dengan diagram orbital. Sama sahaja konsepnya, cuma kali ini digantikan dengan sistem spdf. Jadi, natrium kini disebut 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Perhatikan jumlah nombor superscript (2 + 2 + 6 + 1 = 11), jumlah dia sama dengan 2 + 8 + 1 = 11 elektron (untuk memahami lebih lanjut, bolehlah rujuk kata kekunci electronic configuration dalam laman sesawang).

Bidang kajian kimia tak organik ini selalu memberi fokus kepada unsur-unsur peralihan. Masih ingat lagi ciri-ciri unsur peralihan? Salah satunya adalah ia mampu membentuk sebatian berwarna. Nah, di sinilah kami belajar dengan mendalam bagaimana sesuatu unsur peralihan boleh berwarna. Ia termasuk dalam ilmu kimia koordinatan (kimia sebatian kompleks), iaitu sebatian dengan ion logam sebagai pusat, dan diikat secara datif atau koordinatan dengan molekul yang mempunyai lebihan elektron, atau dikenali sebagai ligan.

Warna pula akan terhasil apabila sesuatu sebatian kompleks terhasil. Dalam tindak balas yang berlaku, beberapa teori digunapakai untuk memahami mekanisme pengisian elektron ligan, kerana elektron sangat berkait rapat dengan cahaya, dan cahaya pula sangat berkait rapat dengan warna. Secara common sense, elektron akan berasa teruja. Keterujaan elektron ini akan menyebabkan berlakunya pancaran foton yang menyerap gelombang. Perlu difahami, warna yang diserap oleh foton adalah bertentangan dengan warna yang kita nampak secara alami.

Kimia dan analisis berpisah tiada, oleh itu ilmu KIMIA ANALISIS turut diterapkan untuk melahirkan saintis kimia yang berkualiti. Konsep statistik akan memberikan kejituan dan ketepatan data. Dalam ilmu analisis juga, kami didedahkan dengan beberapa kaedah pemisahan. Pemisahan memang tidak akan lari dari kimia. Setiap kali menjalankan sesuatu tindak balas, hasil yang diperoleh pasti mengandungi bendasing yang memerlukan proses pemisahan dijalankan. Teknik-teknik seperti penghabluran semula, pengekstrakan, penyulingan, penurasan dan yang terkini, kromatografi telah memudahkan saintis untuk memisahkan sebatian yang diingini agar dapat diasingkan mengikut pilihan yang dikehendaki.

KIMIA POLIMER adalah teknologi terbaru dalam bidang kimia. Lihat sahaja di sekeliling kita. Plastik, telefon bimbit, LCD, bekas makanan, pakaian yang sedang dipakai. Semuanya diperbuat dari polimer. Polimer juga turut dikenali sebagai makromolekul, dan ia adalah pengulangan rantaian monomer yang sama, lalu membentuk polimer. Konsep termodinamik sangat penting dalam tindak balas pempolimeran, terutamanya tenaga bebas Gibb yang diberikan dengan persamaan ∆G = ∆H – T∆S. Ia amat berkait rapat dengan kespontanan sesuatu tindak balas, yang turut dipengaruhi oleh kekenyalan dan reologi, iaitu analisis kelikatan.

Bagaimana, sudah nampak apa yang sedang kami pelajari?

Baiklah. Mengenai rutin pembelajaran, sama sahaja dengan pelajar-pelajar bidang lain. Kami ada kuliah, kelas tutorial dan sesi makmal. Oleh sebab saya belajar di UKM, maka sesi makmal kami di sini agak berbeza dengan rakan-rakan kursus kimia di institusi yang lain. Umumnya, kami perlu menjalani sesi makmal selama empat semester, dan dinamakan sebagai Amali Kimia I, Amali Kimia II, Amali Kimia III dan Amali Kimia IV. Sesi makmal hanya ada satu sesi untuk setiap minggu, dan durasi sesi adalah sebanyak 3 jam (kadang-kadang boleh terlebih masa kerana tindak balas yang agak perlahan atau banyak prosedur makmal yang belum lengkap!). Sama macam pelajar sains lagi, kami perlu menyediakan laporan makmal setiap minggu dan bertulis tangan. Laporan berkomputer hanya untuk Amali Kimia III yang merangkumi ilmu spektroskopi dan analisis alam sekitar serta Amali Kimia IV untuk Kimia Organik. Yalah, jenuh juga tulis laporan pakai tangan, baik pakai perisian Chemdraw untuk lukis struktur molekul!

Mengenai mitos jadual yang padat, ya, diakui agak padat, tetapi tidaklah sepadat-padat sehingga mahu makan dan bersantai-santai pun tidak ada. Tidak ada hari yang tidak ada kuliah. Kadang-kadang Jumaat petang selepas solat Jumaat pun ada kuliah. Kadang-kadang, waktu malam ada kuliah tambahan kerana silibus belum dihabiskan.

Benarkah kami belajar seperti stail pelajar perubatan? Saya sendiri tidak berapa tahu bagaimana pengalaman pelajar perubatan. Saya rasa normal sahaja, seperti belajar di sekolah menengah. Masih ada life. Mungkin bergantung kepada usaha masing-masing. Untuk dapatkan 4 flat mungkin boleh dipertimbangkan, tetapi berdasarkan pengalaman saya, sebenarnya kalau diri sentiasa fokus dalam kuliah dan rajin explore ilmu-ilmu kimia secara ekstra dalam buku dan laman sesawang (oh terutamanya Youtube, kadang-kadang apabila sudah tidak sempat ulangkaji pelajaran, saya buka youtube sahaja!) in sha Allah pointer akan lebih cemerlang.

Sebenarnya, untuk mengatakan bidang kimia susah, bidang-bidang lain pun sama susahnya. Kerana, proses menuntut ilmu itu, tidak sah sekiranya kita tidak mengalami kepayahan. Dari kesusahan itulah kita akan kecapi manisnya kejayaan. Jadi, diharapkan dapat memberi sedikit sebanyak input kepada anda. Mana tahu selepas ini mahu bertukar bidang ke kimia pula.