STOIKIOMETRI SENYAWA

Komposisi Zat

     Salah satu kegiatan penting dalam ilmu kimia adalah melakukan percobaan untuk mengidentifikasi zat. Ada dua kegiatan dalam identifikasi zat, yakni analisis kualitatif dan analisis kuantitatif. Analisis kualitatif digunakan untuk menentukan jenis komponen penyusun zat. Sedangkan analisis kuantitatif dilakukan untuk menentukan massa dari setiap komponen penyusun zat. Dengan mengetahui jenis dan massa dari setiap komponen penyusun zat, kita dapat mengetahui komposisi zat tersebut. Komposisi zat dinyatakan dalam persen massa (% massa). Perhitungan persen massa untuk setiap komponen dapat menggunakan persamaan berikut.

Contoh 1.

Seorang ahli kimia melakukan analisis terhadap sejumlah sampel zat. Ia menemukan bahwa sampel seberat 65 gram tersebut mengandung 48 gram karbon, 9 gram hidrogen, dan 8 gram oksigen. Nyatakan komposisi zat tersebut dalam persen massa! 

Jawab:

Contoh 2.

Analisis sampel menunjukkan terdapat 40% kalsium, 12% karbon, dan 48% oksigen. Jika diketahui massa sampel tersebut adalah 25 gram, tentukan massa dari masingmasing unsur dalam sampel! Jawab:

Komposisi Zat Secara Teoritis 

Komposisi zat secara teoritis merupakan komposisi zat yang ditentukan dari rumus kimianya. Untuk zat berupa senyawa, komposisinya secara teoritis dapat dinyatakan dalam persen massa unsur dalam senyawa.

Contoh 3. 

Tentukan persen massa unsur C, H, dan O dalam senyawa glukosa (C6H12O6) (Ar C = 12, H = 1, dan O = 16)! 

Jawab: 

Massa molekul relatif C₆H₁₂O₆= 180

Menentukan Rumus Kimia Zat 

Rumus kimia zat dapat dibedakan menjadi rumus empiris dan rumus molekul. Rumus empiris dapat ditentukan dengan menghitung mol komponen penyusun zat dengan menggunakan massa molar. Sedangkan rumus molekul dapat ditentukan jika rumus empiris dan massa molekul relatif (Mr) zat diketahui. 

Menentukan Rumus Empiris 

Zat Dalam menentukan rumus empiris, perbandingan mol unsur-unsur dalam zat haruslah merupakan perbandingan paling sederhana.

Contoh 4. 

Sejumlah sampel zat mengandung 11,2 gram Fe dan 4,8 gram O (Ar Fe = 56 dan O = 16). Tentukan rumus empiris senyawa tersebut! 

Jawab: 

Untuk menentukan rumus empiris zat, kita menghitung perbandingan mol Fe dan O sebagai berikut.

Contoh 5. 

Menentukan Rumus Empiris Berdasarkan Persen Massa Unsur-unsur Penyusun Zat Vanila yang digunakan untuk memberi cita rasa makanan mempunyai komposisi: 63,2% C, 5,2% H, dan 31,6% O (Ar C = 12, H = 1, dan O = 16). Tentukan rumus empirisnya!

Jawab:

Untuk menentukan rumus empiris vanila, kita menghitung perbandingan mol C, H, dan O. Misalkan dalam 100 gram sampel vanila.

Menentukan Rumus Molekul Zat 

Pada dasarnya rumus molekul merupakan kelipatan-kelipatan dari rumus empirisnya. Sebagai contoh:

Untuk menentukan rumus molekul maka:

dengan n = bilangan bulat

Nilai n dapat ditentukan jika rumus empiris dan massa molekul relatif (Mr) zat diketahui.

Contoh 6.

Suatu senyawa dengan rumus empiris CH (Ar C = 12 dan H = 1) mempunyai Mr = 26. Tentukan rumus molekul senyawa tersebut!

Jawab: 

Misalkan (CH)_n

Mr =  n × (Ar C + Ar H) 

26  =  n × (12 + 1) 

26  =  n × 13 

n   =  2 

Jadi, rumus molekul senyawa tersebut adalah (CH)₂ = C₂H₂.

Arti Koefisien Reaksi 

   Koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah partikel dari zat yang terlibat dalam reaksi. Oleh karena 1 mol setiap zat mengandung jumlah partikel yang sama, maka perbandingan jumlah partikel sama dengan perbandingan jumlah mol. Jadi, koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi.

N₂ (g) + 3H₂ (g)  → 2NH₃ (g)

   Koefisien reaksinya menyatakan bahwa 1 molekul N₂ bereaksi dengan 3 molekul H₂ membentuk 2 molekul NH₃ atau 1 mol N₂ bereaksi dengan 3 mol H₂ menghasilkan 2 mol NH₃ (koefisien 1 tidak pernah ditulis) Dengan pengertian tersebut, maka banyaknya zat yang diperlukan atau dihasilkan dalam reaksi kimia dapat dihitung dengan menggunakan persamaan reaksi setara. Apabila jumlah mol salah satu zat yang bereaksi diketahui, maka jumlah mol zat yang lain dalam reaksi itu  dapat ditentukan dengan menggunakan perbandingan koefisien reaksinya.

Contoh 7.

Pereaksi Pembatas 

   Di dalam suatu reaksi kimia, perbandingan mol zat-zat pereaksi yang ditambahkan tidak selalu sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini menyebabkan ada zat pereaksi yang akan habis bereaksi lebih dahulu. Pereaksi demikian disebut pereaksi pembatas.

Contoh 8. 

 

Menentukan Rumus Kimia Hidrat 

Hidrat adalah zat padat yang mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari struktur kristalnya. 

Jika suatu senyawa hidrat dipanaskan, maka ada sebagian atau seluruh air kristalnya dapat dilepas (menguap). Jika suatu hidrat dilarutkan dalam air, maka air kristalnya akan lepas. 

Gambar 1. CuSO₄.5H₂O (kiri) dan CuSO₄ (kanan).

Jumlah molekul air kristal dari suatu senyawa hidrat dapat ditentukan melalui cara sebagai berikut.

Contoh 9.

Tugas:

1. Berapakah massa kalsium yang terdapat dalam 250 kg CaCO₃ (Ar Ca = 40, C = 12, dan O = 16)?

1. Tentukan kadar (%) C dan N dalam urea (CO(NH₂)₂)(ArC = 12, O = 16, N = 14, dan H = 1)?
2. Suatu senyawa mempunyai komposisi 22,9% Na, 21,5% B, dan 55,7% O (ArNa = 23, B = 10, O = 16). Tentukan rumus empirisnya!
3. Suatu zat memiliki Mr sebesar 181,5. Jika rumus empirisnya adalah C₂HCl (Ar C = 12, H = 1, Cl = 35,5), tentukan rumus molekulnya!
4. Sebanyak 2 gram kalsium klorida (CaCl₂) menyerap uap air dari udara dan membentuk hidrat dengan massa 3,94 gram. Tentukan rumus hidrat tersebut! (Ar Ca = 40, Cl = 35,5, H = 1, dan O = 16)
5. 0,5 mol Mg(OH)₂ bereaksi dengan 0,5 mol HCl sesuai persamaan reaksi:

           Mg(OH)₂(aq) + 2 HCl(aq)  →  MgCl₂(aq) + 2 H₂O(l)

           Tentukan:

           a. pereaksi pembatas

           b. pereaksi yang sisa

          c. mol MgCl₂ dan mol H₂O

Tugas dikerjakan secara berkelompok dan dikirimkan ke link tugas berikut.

https://forms.gle/nbe9rcp8qXuRMcsLA

Read More

HUKUM DASAR KIMIA

Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

     Perhatikan reaksi pembakaran kertas. Sepintas lalu dapat kita lihat bahwa massa abu hasil pembakaran lebih kecil daripada massa kertas yang dibakar. Apakah pembakaran kertas disertai pengurangan massa? 

          Perubahan materi yang kita amati dalam kehidupan sehari-hari umumnya berlangsung dalam wadah terbuka. Jika hasil reaksi ada yang berupa gas (seperti pada pembakaran kertas), maka massa zat yang tertinggal menjadi lebih kecil daripada massa semula. Sebaliknya, jika reaksi mengikat sesuatu dari lingkungannya (misalnya oksigen), maka hasil reaksi akan lebih besar daripada massa semula. Misalnya, reaksi perkaratan besi (besi mengikat oksigen dari udara) sebagai berikut. Besi yang mempunyai massa tertentu akan bereaksi dengan sejumlah oksigen di udara membentuk senyawa baru besi oksida ((Fe₂O₃(s)) yang massanya sama dengan massa besi dan oksigen mula-mula. 

Perhatikan data hasil percobaan berikut!
Kegiatan 1.   Observasi

Dari kegiatan tersebut didapat data percobaan seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Data percobaan massa zat sebelum dan sesudah reaksi

Berdasarkan percobaan tersebut dapat diketahui massa zat sebelum dan sesudah reaksi tidak ada perubahan. 

    Percobaan-percobaan ini telah dilakukan ahli kimia sejak zaman dulu. Sampai pertengahan abad ke-18 para ahli kimia masih menduga bahwa sebagian massa zat ada yang hilang setelah terjadinya reaksi kimia, seperti pembakaran kayu akan menghasilkan abu yang rapuh dan ringan dibandingkan dengan kayu yang dibakar sebelumnya. Mereka menduga bahwa sesuatu telah menghilang pada saat pembakaran. “Sesuatu” itu disebut “ flogiston ”. Teori flogiston itu hilang setelah Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794) seorang ilmuwan Perancis menerbitkan bukunya berjudul Traite Elementaire de Chemie . Dalam buku itu, Lavoisier mengemukakan bahwa jika suatu reaksi kimia dilakukan dalam tempat tertutup, sehingga tidak ada hasil reaksi yang keluar dari tempat tersebut, ternyata massa zat sebelum reaksi dan sesudah reaksi adalah tetap. Inilah yang disebut sebagai Hukum Kekekalan Massa . 

Hukum Kekekalan Massa, berbunyi:

Contoh 1.

Pada reaksi pembakaran logam magnesium menghasilkan 4 gram magnesium oksida dibutuhkan oksigen sebanyak 2 gram. Berapakah massa logam magnesium yang dibutuhkan untuk mendapatkan magnesium klorida!

Penyelesaian

Diketahui: 

massa MgO = 4 gram

massa O₂ = 2 gram

Ditanyakan: massa Mg = ....?

Jawab:

Persamaan Reaksi : 

perlu diingat bahwa reaksi pembakaran adalah reaksi dengan gas oksigen (O₂)

2Mg (s)  + O₂(g) → 2MgO (S)

pereaksi                    hasil reaksi

pereaksi ada 2 zat yaitu: Mg dan O₂, hasil reaksi ada 1, yaitu MgO

massa pereaksi               =  massa hasil reaksi

massa Mg + massa O₂   =  massa MgO

massa Mg + 2 gram       =  4 gram

massa Mg                      =  4 gram - 2 gram = 2 gram 

Jadi massa Mg yang diperlukan sebanyak 2 gram

Contoh 2.

Pada pembakaran 8 gram gas metana dihasilkan 4 gram gas karbon dioksida dan 2 uap air. menurut reaksi berikut:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Berapakah massa gas oksigen yang dibutuhkan untuk membakar gas metana sehingga dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air?

Penyelesaian

massa metana (CH₄) = 8 gram

massa karbon dioksida (CO₂) = 4 gram

massa uap air (H₂O)  = 2 gram 

Ditanyakan : massa oksigen (O₂) = ....?

Jawab:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

 pereaksi                          hasil reaksi

massa pereaksi              =  massa hasil reaksi

massa CH₄ + massa O₂ =  massa CO₂  + massa H₂O

8 gram        + massa O₂ =  4 gram + 2 gram

8 gram        + massa O₂ =  6 gram

massa O₂                       =  8 gram - 6 gram = 2 gram

Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

    Garam dapur atau natrium klorida merupakan suatu senyawa yang sangat berguna untuk kesehatan tubuh kita, juga membuat makanan menjadi enak rasanya. Unsur-unsur pembentuk natrium klorida yaitu logam natrium dan gas klor yang masing-masing memiliki sifat yang berbeda

    Logam natrium apabila direaksikan dengan air dapat meledak. Gas klor  dalam jumlah yang cukup apabila terisap pada saat bernapas dapat menimbulkan iritasi pada selaput lendir hidung. Jadi, suatu senyawa merupakan zat baru yang sifatnya berbeda dengan unsurunsur pembentuknya. Bagaimanakah perbandingan massa unsur-unsur pembentuk senyawa? Untuk mempelajarinya, lakukan kegiatan berikut!

Kegiatan 2. Perbandingan garam diberbagai tempat

Senyawa yang sama meskipun berasal dari daerah berbeda atau dibuat dengan cara yang berbeda ternyata mempunyai komposisi yang sama. Contohnya, hasil analisis terhadap garam natrium klorida dari berbagai daerah disajikan di Tabel 2 berikut.

Tabel 2. Hasil Analisis terhadap berbagai garam di beberapa daerah

Sebagaimana ditunjukkan dalam perhitungan di atas, bahwa perbandingan massa Na terhadap Cl ternyata tetap, yaitu 1 : 1,54.

Pada kegiatan 3 berikut ini menunjukkan data hasil percobaan reaksi besi dengan belerang membentuk senyawa besi sulfida (FeS).

Kegiatan 3. Interpretasi Data

Berdasarkan data di atas, maka di dapatkan hasil perhitungan pada Tabel 3.
Tabel 3. Perhitungan perbandingan massa besi (Fe) dan belerang (S)

ternyata perbandingan massa besi dan belerang pada senyawa besi belerang tetap yaitu 7 : 4. Kalau data tersebut dibuat grafik, akan terlihat seperti Gambar 1.

Gambar 1. Grafik antara massa Fe dengan massa S

Grafik yang didapat berupa garis linier, berarti perbandingan massa Fe dan S  pada FeS adalah tetap. Joseph Louis Proust (1754–1826) adalah ilmuwan yang pertama menemukan fakta tentang perbandingan massa dari unsur-unsur dalam senyawa dengan melakukan percobaan-percobaan yang kemudian dikenal sebagai Hukum Perbandingan Tetap .

Bunyi Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust):

Hukum Kelipatan Perbandingan (Hukum Dalton)

   Beberapa unsur dapat membentuk senyawa dengan berbagai perbandingan, misalnya karbon dengan oksigen dapat membentuk karbon monoksida dan karbon dioksida dengan rumus CO dan CO₂. Pada suatu penelitian, didapat data sebagai berikut.

Tabel 4.  Data perbandingan massa oksigen pada senyawa CO dan CO₂.

Dari data ternyata perbandingan massa oksigen yang terikat oleh karbon dengan massa yang sama yaitu 1 : 2. Perbandingan ini merupakan perbandingan yang sederhana. Perbandingan massa oksigen pada CO dan CO₂ dapat diilustrasikan seperti Gambar 2.

Gambar 2.  Ilustrasi kelipatan perbandingan pada CO dan CO₂.

Dari beberapa penelitian terhadap senyawasenyawa yang membentuk lebih dari satu rumus, Dalton mengemukakan suatu pernyataan yaitu sebagai berikut.

Hukum Dalton

Sekarang coba kamu perhatikan data pada Tabel 5.
Tabel 5 Perbandingan massa oksigen pada senyawa H₂O dan H₂O₂

Pada data tersebut dapat dilihat, untuk massa H yang sama, perbandingan massa O yang diikat adalah 1 : 2, ini merupakan bilangan bulat dan sederhana. Pernyataan Dalton ini disebut juga Hukum Dalton atau Hukum Kelipatan Perbandingan.

Hukum Perbandingan Volum (Gay Lussac)

   Pada awalnya para ilmuwan menemukan bahwa gas hidrogen dapat bereaksi dengan gas oksigen membentuk air. Perbandingan volume gas hidrogen dan oksigen dalam reaksi tersebut adalah tetap, yaitu 2 : 1. Pada tahun 1808, Joseph Louis Gay Lussac melakukan percobaan serupa dengan menggunakan berbagai macam gas. Ia menemukan bahwa perbandingan volume gas-gas dalam reaksi selalu merupakan bilangan bulat sederhana. 

Percobaan-percobaan Gay Lussac tersebut dapat kita nyatakan dalam persamaan reaksi sebagai berikut. 

Dari percobaan ini, Gay Lussac merumuskan hukum perbandingan volume (hukum Gay Lussac):

Untuk dua buah gas (misalnya gas A dan gas B) yang tercantum dalam satu persamaan reaksi, berlaku hubungan:

Berikut contoh perbandingan volum pada reaksi-reaksi gas pada kondisi (suhu dan tekanan) yang sama. 

Contoh 3.

Hipotesis Avogadro

Pada tahun 1811, seorang ahli fisika dari Italia bernama Amadeo Avogadro berpendapat bahwa ada hubungan antara jumlah partikel-partikel dalam gas dan volum gas, yang tidak bergantung pada jenis gas. Untuk memahaminya, perhatikan data percobaan penentuan jumlah molekul beberapa gas pada volum 1 L serta suhu dan tekanan standar (0^oC, 76 cmHg) pada Tabel 6.

Tabel 6. Data percobaan pengukuran volum pada suhu dan tekanan standar

Dari data tersebut ternyata dalam volum yang sama dan keadaan yang sama terdapat jumlah molekul yang sama pula. Hipotesis ini dijadikan suatu hukum, yang dikenal sebagai Hukum Avogadro . Hipotesis Avogadro berbunyi:

Tetapan Avogadro

Contoh 4.

Gas nitrogen dan gas hidrogen dapat bereaksi membentuk gas amoniak (NH₃) pada keadaan tekanan dan suhu yang sama. Jika 40 molekul gas nitrogen, berapa molekul gas hidrogen yang diperlukan dan berapa molekul gas NH₃ yang dihasilkan?

Perhitungan Kimia

Massa Atom Relatif dan Massa Molekul Relatif

Massa atom relatif ( Ar) menyatakan perbandingan massa atom unsur dengan massa atom C-12 atau secara matematik ditulis:

Tabel 7. Massa Atom Relatif (Ar) berbagai unsur

Molekul atom relatif suatu unsur diperlukan untuk menentukan massa molekul relatif suatu senyawa baik yang berupa molekul unsur, molekul senyawa, dan senyawa ion. Massa molekul relatif dinyatakan dengan Mr. 

Massa molar (Mm) = Ar /Mr gram/mol

Jadi, misalkan Ar Na = 23 maka Mm = 23 gram/mol

Perhitungan Mr (Massa molekul)

Misalkan suatu senyawa  A_xB_y 

Contoh 5. Menentukan Mr dari urea

Contoh 6.

Tentukan massa molar  dari

a.       Fe₂O₃, jika diketahui Ar Fe = 56, O = 16

b.      C₆H₁₂O₆, jika diketahui Ar C = 12, Ar O = 16, Ar H =1

Jawab:

a.         Massa molar  Fe₂O₃

Mr Fe₂O₃ = ( jumlah atom Fe x Ar Fe) + (jumlah atom O x Ar O)

Mr Fe₂O₃ = ( 2 x 56) + (3 x 16)

Mr Fe₂O₃ = 112+ 48

Mr Fe₂O₃ = 160

Mm         = 160 gram/mol

b.        Massa molar C₆H₁₂O₆

Mr C₆H₁₂O₆ = ( jumlah atom C + Ar C) + (jumlah atom H x Ar H) + (jumlah atom O x Ar O)

Mr C₆H₁₂O₆ = ( 6 x 12) + (12 x 1) + (6 x 16)

Mr C₆H₁₂O₆ = 72           + 12          + 96

Mr C₆H₁₂O₆ = 180

Mm C₆H₁₂O₆ = 180 gram/mol

Contoh 7. Menentukan massa molar molekul unsur

Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel

Hubungan antara jumlah mol (n) dengan jumlah partikel (X) dalam zat dapat dinyatakan sebagai berikut.

Contoh 8. Menghitung jumlah partikel jika molnya diketahui

Contoh 9. Menghitung mol jika jumlah partikelnya diketahui

Hubungan Mol dengan Massa Zat

Hubungan jumlah mol (n) dengan massa zat (m) adalah:

Jadi banyak mol menjadi:

Contoh 10.

Contoh 11. Menghitung massa jika mol diketahui

Volume Molar Gas Dalam Keadaan Standar (STP)

Hipotesis Avogadro menyebutkan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama akan mengandung jumlah partikel yang sama pula. Oleh karena 1 mol setiap gas mempunyai jumlah molekul yang sama, maka pada suhu dan tekanan yang sama pula, 1 mol setiap gas mempunyai volume yang sama. Volume per mol gas disebut volume molar dan dilambangkan Vm.

Vm = 22,4 L/mol (STP)

Vm dalam keadaan kamar (RTP) = 24,4 L/mol

Contoh 12. Tentukan volume dari 2 mol gas nitrogen jika diukur pada keadaan standar (STP) !

Jawab:

Pada keadaan standar (STP),

Vm = 22,4 liter/mol 

V = n × Vm = 2 mol × 22,4 liter/mol = 44,8 liter 

Volume Dalam Keadaan Tertentu dan Tekanan Diketahui (Persamaan Gas Ideal)

Volume gas pada suhu dan tekanan yang diketahui dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gas yang disebut persamaan gas ideal. Persamaan gas ideal, yaitu PV = nRT, untuk menentukan volume gas menjadi:

Contoh 13.

Tentukan volume dari 2 mol gas nitrogen jika diukur pada suhu 30 °C dan tekanan 1 atm

Jawab:

Keadaan yang Mengacu pada Keadaan Gas Lain 

Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas hanya bergantung pada jumlah molnya. Misalkan gas pertama dengan jumlah mol n1 dan volume V1 dan gas kedua dengan jumlah mol n2 dan volume V2, maka pada suhu dan tekanan yang sama berlaku:

Contoh 14. 

Tentukan volume dari 2 mol gas nitrogen jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama di mana 0,5 mol gas oksigen mempunyai volume 15 liter.

Jawab:

Molaritas Larutan

Molaritas (M) adalah salah satu cara menyatakan konsentrasi atau kepekatan larutan. Molaritas menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam tiap liter larutan. Satuan molaritas (M) adalah mol/liter atau mmol/mL.

Contoh 15.

Tugas: 

1. Pada pembentukan 0,36 gram tembaga(II) sulfida (CuS) dibutuhkan tembaga (Cu) sebesar 0,24 gram. Sesuai reaksi berikut: Cu(s) + S (g)→ CuS (s). Berdasarkan konsep hukum kekekalan massa, hitunglah massa belerang (S) yang dibutuhkan untuk membentuk CuS!
2. Hitunglah massa molar dari senyawa berikut:

a.       Cl₂ (Ar Cl = 35,5)

b.      MgSO₄ (Ar Mg = 24, S = 32, O = 16)

      3.Berdasarkan soal nomor 2, tentukan jumlah mol dari:

a.       7,1 gram gas Cl₂

b.      6 gram MgSO₄

      4.Berdasarkan hasil perhitungan jumlah mol pada soal nomor 3. Hitunglah:

a.       jumlah partikel dari MgSO₄ jika diketahui L = 6,02 x 10²³

b.      Volume gas Cl₂ (STP)!

      5.Tentukan molaritas larutan yang dibuat dengan melarutkan 0,8 mol NaCl dalam 250 mL air!

     Catatan: 1 L = 1000 mL

     Jadi V air harus diubah ke satuan liter

Silahkan kirimkan jawaban Anda ke form berikut https://forms.gle/oezWyuT9pyYTnZJ27 

dalam bentuk gambar

Read More