Ilmuwan mencari jawaban atas pertanyaan dan solusi untuk masalah dengan menggunakan prosedur yang disebut metode ilmiah. Prosedur ini terdiri dari melakukan pengamatan, merumuskan hipotesis, dan merancang eksperimen, yang pada gilirannya mengarah pada pengamatan tambahan, hipotesis, dan eksperimen dalam siklus berulang (Gambar metode ilmiah di bawah).
Contoh metode ilmiah dalam kimia
Berikut ini kami sajikan contoh tahapan metode ilmiah yang dilalui dalam bidang kimia:
Langkah 1: Lakukan pengamatan
Pengamatan bisa kualitatif atau kuantitatif. Pengamatan kualitatif menggambarkan sifat atau kejadian dengan cara yang tidak bergantung pada angka. Contoh pengamatan dalam metode ilmiah kualitatif meliputi yang berikut: suhu udara luar lebih dingin selama musim dingin, garam meja adalah padatan kristal, kristal belerang berwarna kuning, dan melarutkan satu sen dalam asam nitrat encer membentuk larutan biru dan gas coklat.
Pengamatan kuantitatif adalah pengukuran, yang menurut definisi terdiri dari angka dan satuan. Contoh pengamatan kuantitatif metode ilmiah kimia meliputi yang berikut: titik lebur sulfur kristal adalah 115,21 ° Celcius, dan 35,9 gram garam meja — yang namanya kimianya natrium klorida — larut dalam 100 gram air pada 20 ° Celcius. Untuk pertanyaan kepunahan dinosaurus, pengamatan awal adalah kuantitatif: konsentrasi iridium dalam sedimen yang berasal dari 66 juta tahun yang lalu adalah 20-160 kali lebih tinggi dari biasanya.
Langkah 2: Merumuskan hipotesis
Setelah memutuskan untuk belajar lebih banyak tentang pengamatan atau serangkaian pengamatan, para ilmuwan umumnya memulai penyelidikan dengan membentuk hipotesis, penjelasan sementara untuk pengamatan. Hipotesis mungkin tidak benar, tetapi menempatkan pemahaman ilmuwan tentang sistem yang sedang dipelajari ke dalam bentuk yang dapat diuji. Sebagai contoh hipotesis dalam metode ilmiah, pengamatan bahwa kita mengalami periode cahaya dan kegelapan berselang-seling yang berkaitan dengan pergerakan matahari, bulan, awan, dan bayangan yang diamati konsisten dengan salah satu dari dua hipotesis:
- Bumi berputar pada porosnya setiap 24 jam, secara bergantian memaparkan satu sisi ke matahari, atau
- matahari berputar mengelilingi Bumi setiap 24 jam.
Eksperimen yang sesuai dapat dirancang untuk memilih di antara dua alternatif ini. Untuk menghilangnya dinosaurus, hipotesisnya adalah dampak dari objek luar angkasa besar menyebabkan kepunahannya. Sayangnya (atau mungkin untungnya), hipotesis ini tidak cocok untuk pengujian langsung oleh percobaan yang jelas, tetapi para ilmuwan dapat mengumpulkan data tambahan yang mendukung atau membantahnya.
Langkah 3: Desain dan lakukan eksperimen
Setelah hipotesis terbentuk, para ilmuwan melakukan percobaan untuk menguji validitasnya. Eksperimen adalah pengamatan atau pengukuran sistematis, lebih disukai dilakukan di bawah kondisi yang terkendali — yaitu, di bawah kondisi di mana satu variabel berubah.
Langkah 4: Terima atau modifikasi hipotesis
Eksperimen yang dirancang dan dijalankan dengan benar memungkinkan seorang ilmuwan untuk menentukan apakah hipotesis asli itu valid. Dalam hal ini ia dapat melanjutkan ke langkah 5. Dalam kasus lain, percobaan sering menunjukkan bahwa hipotesis salah atau harus diubah sehingga memerlukan eksperimen lebih lanjut.
Langkah 5: Pengembangan menjadi hukum dan / atau teori
Lebih banyak data eksperimental kemudian dikumpulkan dan dianalisis, di mana seorang ilmuwan dapat mulai berpikir bahwa hasilnya cukup dapat direproduksi (yaitu, dapat diandalkan) untuk diringkas dalam hukum, deskripsi verbal atau matematis dari sebuah fenomena yang memungkinkan prediksi umum. Hukum hanya mengatakan apa yang terjadi; itu tidak menjawab pertanyaan mengapa.
Salah satu contoh hukum, hukum perbandingan tetap, yang ditemukan oleh ilmuwan Perancis Joseph Proust (1754–1826), menyatakan bahwa zat kimia selalu mengandung proporsi unsur yang sama berdasarkan massa. Jadi, natrium klorida (garam meja) selalu mengandung proporsi yang sama berdasarkan massa natrium terhadap klor, dalam hal ini 39,34% natrium dan 60,66% klorin berdasarkan massa, dan sukrosa (gula meja) selalu 42,11% karbon, 6,48% hidrogen, dan 51,41% oksigen berdasarkan massa.
Sedangkan hukum hanya menyatakan apa yang terjadi, sebuah teori berusaha menjelaskan mengapa alam berperilaku seperti itu. Hukum tidak mungkin berubah banyak dari waktu ke waktu kecuali jika kesalahan eksperimental utama ditemukan. Sebaliknya, sebuah teori, menurut definisi, tidak lengkap dan tidak sempurna, berkembang seiring waktu untuk menjelaskan fakta-fakta baru ketika mereka ditemukan.
Karena para ilmuwan dapat memasuki siklus yang ditunjukkan pada Gambar di atas, kapan saja, aplikasi aktual dari metode ilmiah untuk berbagai topik dapat mengambil berbagai bentuk. Sebagai contoh, seorang ilmuwan dapat memulai dengan hipotesis yang dibentuk dengan membaca tentang pekerjaan yang dilakukan oleh orang lain di lapangan, bukan dengan melakukan pengamatan langsung.
Contoh soal metode ilmiah kimia
Klasifikasi setiap pernyataan sebagai hukum, teori, percobaan, hipotesis, observasi.
- Es selalu mengapung di atas air cair.
- Burung berevolusi dari dinosaurus.
- Udara panas tidak sepadat udara dingin, mungkin karena komponen udara panas bergerak lebih cepat.
- Ketika 10 g es ditambahkan ke 100 mL air pada 25 ° C, suhu air turun menjadi 15,5 ° C setelah es mencair.
- Bahan-bahan sabun Gading dianalisis untuk melihat apakah itu benar-benar 99,44% murni, seperti yang diiklankan.
Jawaban:
- Ini adalah pernyataan umum tentang hubungan antara sifat-sifat air cair dan padat, jadi itu adalah hukum.
- Ini adalah penjelasan yang mungkin untuk asal usul burung, jadi ini adalah hipotesis.
- Ini adalah pernyataan yang mencoba menjelaskan hubungan antara suhu dan kerapatan udara berdasarkan prinsip-prinsip dasar, jadi itu adalah teori.
- Suhu diukur sebelum dan sesudah perubahan dilakukan dalam suatu sistem, jadi ini adalah pengamatan.
- Ini adalah analisis yang dirancang untuk menguji hipotesis (dalam hal ini, klaim kemurnian produsen), sehingga merupakan eksperimen.
Latihan soal
Klasifikasi setiap pernyataan sebagai hukum, teori, percobaan, hipotesis, observasi kualitatif, atau observasi kuantitatif.
- Jumlah asam yang diukur ditambahkan ke tablet Rolaids untuk melihat apakah ia benar-benar “mengonsumsi 47 kali berat asam lambung berlebih.”
- Panas selalu mengalir dari benda panas ke benda dingin, bukan ke arah yang berlawanan.
- Alam semesta terbentuk oleh ledakan besar yang mendorong materi menjadi ruang hampa.
- Michael Jordan adalah penembak murni terbaik yang pernah bermain basket profesional.
- Batu kapur relatif tidak larut dalam air tetapi mudah larut dalam asam encer dengan evolusi gas.
Ringkasan
Metode ilmiah adalah metode investigasi yang melibatkan eksperimen dan observasi untuk memperoleh pengetahuan baru, menyelesaikan masalah, dan menjawab pertanyaan. Langkah-langkah kunci dalam metode ilmiah meliputi yang berikut:
- Langkah 1: Lakukan pengamatan.
- Langkah 2: Merumuskan hipotesis.
- Langkah 3: Uji hipotesis melalui eksperimen.
- Langkah 4: Terima atau modifikasi hipotesis.
- Langkah 5: Pengembangan menjadi hukum dan / atau teori
