STOIKIOMETRI
~ mempelajari hubungan berbagai besaran (yang
menggambarkan jumlah zat) dalam reaksi kimia.
1. Hukum Dasar
Ilmu Kimia
1.1 Hukum Kekekalan Massa
(Lavoisier)
Massa zat sebelum dan sesudah
reaksi adalah sama.
1.2 Hukum Perbandingan Tetap (Proust)
Perbandingan massa unsur-unsur
pembentuk suatu senyawa selalu tetap.
(Dalton menjelaskan kedua hukum ini dengan Teori
Atom Dalton – lihat di bawah).
1.3 Hukum Perbandingan Berganda
(Dalton)
Jika dua jenis unsur dapat membentuk dua
macam senyawa, maka massa yang sama dari salah satu unsur di kedua senyawa akan
menyebabkan massa unsur yang lain akan berbanding sebagai bilangan sederhana
(kecil dan bulat).
1.4 Hukum Perbandingan Timbal
Balik (Richter)
Jika A dan B dapat membentuk senyawa,
dan masing-masing dapat pula membentuk senyawa dengan unsur lain, misalnya AC
dan BC, maka massa yang sama dari unsur C di kedua senyawa, akan menyebabkan
perbandingan A dan B dalam AC dan BC sama dengan perbandingan A dan B dalam
senyawa AB atau kelipatan sederhana daripadanya.
1.5 Hukum Perbandingan Setara
Bila suatu unsur bergabung dengan unsur
lain, maka perbandingan massa kedua unsur tersebut sama dengan perbandingan
massa ekivalennya (atau suatu kelipatan sederhana daripadanya).
1.6 Hukum Penyatuan Volume (Gay
Lussac)
Pada suhu dan tekanan tertentu,
perbandingan volume gas- gas yang bereaksi dan gas hasil reaksi selalu
berbanding sebagai bilangan kecil dan bulat.
1.7 Hipotesis Avogadro
Pada suhu dan tekanan tertentu, setiap
gas yang volumenya sama akan mengandung jumlah partikel yang sama.
2. Massa
Ekivalen dan Konsep Ekivalen
2.1 Massa Ekivalen
Untuk memahami hukum perbandingan setara, diperlukan
pemahaman terhadap konsep massa ekivalen.
Massa ekivalen suatu unsur adalah massa unsur
tersebut yang bereaksi dengan 8,0 gram oksigen atau setara dengan ini, misalnya
1,0 gram hidrogen atau 35,5 gram klor.
2.2 Ekivalen
Jumlah ekivalen adalah angka kelipatan massa suatu
zat dibanding massa ekivalennya.
Jumlah ekivalen = massa (dalam
gram) / massa ekivalen
3. Teori Atom
Dalton & Lambang Atom
3.1 Teori Atom Dalton
Menurut teori ini,
1) Partikel
terkecil dari materi disebut atom. Atom tak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
2) Atom suatu unsur
bersifat seragam, yang berbeda dari sifat atom unsur yang lain.
3) Perbandingan
jumlah atom-atom yang bergabung membentuk senyawa, selalu merupakan bilangan
sederhana.
4)
Reaksi
kimia hanyalah berupa pemutusan dan penggabungan
ikatan antar atom-atom.
Teori ini dapat menjelaskan berbagai hukum dasar
ilmu kimia, walaupun pada masa kini, telah diketahui bahwa teori ini tidak
berlaku sepenuhnya. (Coba anda tunjukkan ketaksempurnaannya).
3.2 Lambang Atom
Pada awalnya, atom dilambangkan dengan gambar-gambar
(icons). Pada saat ini, pada umumnya atom dilambangkan dengan satu atau
dua huruf, dengan huruf pertama berupa huruf besar.
4. Rumus Kimia
dan Persen Komposisi
4.1 Pengertian
…
4.2 Macam-Macam Rumus Kimia
Beberapa jenis rumus kimia yang
dikenal: (1) rumus empiris,
(2) rumus molekul, (3) rumus
struktur.
Rumus empiris menggambarkan
jenis dan perbandingan jumlah atom pembentuk suatu
molekul/senyawa.
Rumus molekul menggambarkan
jenis dan jumlah atom pembentuk suatu molekul.
Rumus struktur ..
4.3 Persen Komposisi
Komposisi unsur penyusun suatu senyawa (dalam satuan
massa) bisa dinyatakan dalam persen komposisi unsur tersebut.
Persentase unsur = massa
atom relatif ×
jumlah
atom ×100% massa rumus relatif
5. Massa Atom Relatif (Ar)
dan Massa Molekul Relatif (Mr)
|
Massa Atom Relatif X =
|
|
|
|
|
|
Massa satu atom unsur X
|
|
|
|
|
|
1
|
|
Massa satu atom
karbon -12
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
12
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Massa Molekul
Relatif =
|
|
|
|
Massa satu molekul senyawa
|
|
|
|||
|
|
1
|
|
Massa satu atom
karbon -12
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
12
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Massa molekul relatif merupakan jumlah dari massa
atom relatif atom-atom penyusunnya.
Konsep massa atom relatif muncul jauh setelah konsep
massa ekivalen. Hubungan antara massa atom relatif dan massa ekivalen:
Massa atom relatif = Massa
ekivalen × valensi
6. Penentuan
Massa Atom Relatif
6.1 Hukum Dulong dan Petit
Untuk unsur logam, berlaku
Massa atom relatif × kalor jenis
≈ 26,8 Joule/K.mol
Kalor jenis dinyatakan dalam
satuan Joule gram-1 K-1
6.2 Metode Cannizaro
Cannizaro menggunakan hipotesis Avogadro untuk
menentukan massa suatu atom.
|
Senyawa
|
RH
|
Mr
|
% Massa karbon
|
Massa C (sma)
|
|
Benzena
|
39
|
|
92,3
|
|
|
Propana
|
22
|
|
81,8
|
|
|
Etana
|
15
|
|
80,0
|
|
6.3 Metode Spektrometri Massa
Pada metode spektrometri massa, atom atau molekul
ditembak oleh elektron untuk menjadi ion positif, lalu pada kecepatan tertentu
dilewatkan dalam medan magnet.
Dengan menggunakan persamaan gaya Lorentz, dapat
dibuktikan bahwa jari-jari lintasan ion tersebut dalam medan berbanding lurus
dengan massanya. Sebagai contoh, jari-jari lintasan ion He+
akan 4 kali jari-jari lintasan ion H+.
(Coba anda turunkan dengan menggunakan gaya Lorentz
dan persamaan untuk gaya sentripetal).
|
Fe2O3
|
valensi Fe =
|
|
ME Fe =
|
|
Ar Fe
|
|
|
|
|
valensi
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
valensi O =
|
|
ME O =
|
|
Ar O
|
|
|
|
|
valensi
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
valensi Fe2O3 =
|
|
ME Fe2O3 = ..
|
|
|||
= 18,67 g
= 8 gram
Massa
ekivalen senyawa (biner) = jumlah massa ekivalen unsur-unsurnya.
Ar
Mg = 24, P = 31, O = 16 Mg3(PO4)2
valensi Mg = 2
valensi
PO43-
= 3 valensi Mg3(PO4)2
=
|
Al2O3 +
|
6HNO3
|
2Al(NO3)3
+
|
3H2O
|
|
|
0,2 mol
|
1,2 mol
|
-
|
-
|
awal
|
|
-
|
-
|
0,4 mol
|
0,6 mol
|
akhir
|
|
20,4 g
|
75,6 g
|
85,2 g
|
10,8 g
|
|
|
1,2 ekiv
|
|
|
|
|
Jumlah
ekivalen zat yang bereaksi dan zat hasil reaksi selalu sama. Σ ekiv = n × val
Ba(OH)2 + HNO3
Contoh soal
penentuan Ar
Suatu logam nitrat sebanyak 1,875 gram menghasilkan
0,795 gram logam oksida, bila dipanaskan. Hitung massa ekivalen logam
tersebut. Hitung pula Ar logam, jika kalor jenis
logam tersebut adalah 0,417 J/g °C.
Jawab:
Massa ekivalen L = 31,75 gram
Ar kira-kira =
.. (dari
Dulong-Petit)
valensi = (dibuat bulat)
Ar tepat =
Tabel di bawah ini menunjukkan rapat uap relatif
tiga senyawa I, II, dan III terhadap gas hidrogen, dan persentase unsur X dalam
masing-masing senyawa.
|
Senyawa
|
RH
|
Persentase X
|
|
I
|
50
|
42
|
|
II
|
28
|
50
|
|
III
|
112
|
25
|
Tentukan massa atom relatif unsur
X!
Contoh soal penentuan rumus
senyawa
Tentukan rumus molekul suatu senyawa dengan persen
komposisi: H = 2,38%, C = 42,86%, N = 16,67%, dan O = 38,09%. Massa molekul
relatif senyawa ini adalah 168.
Contoh soal konsep mol dan reaksi
kimia
Hitung berapa gram H2SO4
yang terdapat dalam 0,250 L larutan H2SO4
0,50 M. Massa molekul relatif H2SO4
adalah 98.
Suatu cuplikan mengandung 15,26 gram Ca(OH)2.
Jika terjadi reaksi sempurna, berapa gram H3PO4
yang diperlukan untuk menetralkan cuplikan tersebut.
7. Konsep Mol
7.1 Pengertian
Satu mol suatu
zat adalah sejumlah zat itu yang mengandung partikel materi (atom,
molekul, dsb.) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram tepat isotop karbon-12
(12C).
Tetapan Avogadro adalah
angka yang menggambarkan jumlah partikel elementer dalam 1 mol tersebut.
L = 6,022045 ×
1023 mol-1
Jumlah zat (dalam satuan mol) =
massa (dalam satuan gram)/ Mr
|
n
= m/Mr
|
n = jumlah zat (satuan:
mol)
|
|
|
m = massa zat (satuan:
gram)
|
|
|
Mr
= massa molar (satuan: gram/mol)
|
7.2 Konsep mol pada gas
Untuk gas ideal, 1 mol gas pada suhu 0°C dan tekanan
1 atmosfer (STP, standard temperature and pressure) akan mempunyai
volume sebesar 22,4 L. Pada keadaan normal, yaitu pada suhu 25°C dan tekanan 1
atmosfer, gas ideal akan mempunyai volume 24,5 L
7.3 Konsep mol pada larutan
Satuan konsentrasi molar menunjukkan jumlah mol zat
terlarut yang terdapat dalam setiap liter larutan.
8. Reaksi Kimia
8.1 Macam reaksi kimia
Secara umum, reaksi kimia dapat digolongkan menjadi
2 bagian besar, yaitu
• reaksi asam-basa: tidak
disertai perubahan bilangan oksidasi,
• reaksi redoks: disertai
perubahan bilangan oksidasi
Contoh:
NaOH + H2SO4
Fe + Cl2 FeCl3
NaCl + AgNO3
PB
Departemen
Kimia FMIPA
8.2 Reaksi Berkesudahan dan Reaksi
Setimbang
…
8.3 Persamaan reaksi
Persamaan reaksi menggambarkan hubungan antara
pereaksi dan hasil reaksi, secara kualitatif maupun kuantitatif. Persamaan
reaksi yang telah disetarakan, dapat menunjukkan perbandingan jumlah zat-zat
yang bereaksi dan zat hasil reaksi.
8.4 Penyetaraan persamaan reaksi
Pada persamaan reaksi yang telah disetarakan, jumlah
atom-atom di sebelah kiri (atom-atom penyusun zat-zat pereaksi) akan sama
dengan jumlah atom-atom di sebelah kanan (atom-atom penyusun zat-zat hasil
reaksi).
Contoh:
(coba setarakan) Fe(OH)3 + H2SO4
…
MnO2 + Na2C2O4 + H2SO4 MnSO4 + CO2 + H2O + Na2SO4
Untuk reaksi redoks, dikenal dua cara penyetaraan
reaksi, yaitu cara bilangan oksidasi dan cara setengah
reaksi. Salah satu atau kedua cara ini harus anda kuasai.
8.5 Pereaksi pembatas
Pereaksi pembatas adalah pereaksi yang menentukan
berakhirnya suatu reaksi.
9. Lagi: Konsep
Ekivalen dan Massa Ekivalen
9.1 Ekivalen Ion dan Senyawa Ion
Konsep
ekivalen unsur yang telah dijelaskan di atas, dapat diperluas ke konsep
ekivalen ion, misalnya ion sulfat, nitrat, dll.
Jika kita menggunakan cara
pendefinisian yang sama …
Massa
ekivalen suatu ion adalah massa ion tersebut yang tepat bersenyawa dengan 23
gram ion natrium, atau 35,5 gram ion klorida atau yang setara dengan ini.
Jumlah
ekivalen ion adalah angka kelipatan massa suatu ion dibanding massa
ekivalennya.
Kerja Mandiri
Berdasarkan
definisi ini, coba turunkan atau minimal beri ilustrasi/contoh untuk pernyataan-pernyataan
berikut:
(a) Massa ekivalen ion: MEion
= Massa rumus ion tsb.
Muatan
ion
(b) Jumlah ekivalen ion: Jumlah ekivalen = MEm , yang dapat
diturunkan
lebih lanjut menjadi: Jumlah ekivalen = n ×valensi , dimana n =
jumlah zat dalam satuan mol.
(c) Jika didefinisikan bahwa 1 ekivalen suatu senyawa
ion (misalnya garam) adalah sejumlah senyawa yang mengandung 1 ekivalen
natrium atau setara dengan itu, dan massa ekivalen senyawa ion adalah
massa 1 ekivalen senyawa itu, maka dapat ditunjukkan bahwa:
|
► ME
|
= Mrsenyawa ion tsb.
|
|
|
|
senyawa ion
|
|
valensi
|
|
|
|
|
|
|
► Juml. ekiv = MEm = n ×valensi
►
Massa ekivalen senyawa ion merupakan
jumlah sederhana dari massa ekivalen ion-ion penyusunnya. (Berlaku untuk
senyawa “biner”).
9.2 Ekivalen Asam-Basa
Dengan landasan yang sama, bisa
kita definisikan:
Massa
ekivalen asam/basa adalah massa asam/ basa itu yang mengandung 1 mol ion H+/OH-
Jumlah
ekivalen asam/basa adalah jumlah mol ion H+/OH-
yang terkandung dalam asam atau basa tersebut.
(Definisi
ini dapat pula diperluas untuk konsep asam-basa Bronsted-Lowry atau Lewis.
Tidak dibahas di sini, karena teori asam-basa B-L dan Lewis baru dibahas di
Kimia Dasar II).
Jika definisi itu kita kaitkan dengan reaksi
asam-basa, maka ion-ion yang disebut dalam definisi ini berkaitan dengan
ion-ion yang terlibat dalam reaksi, dan bukan jumlah ion total yang ada dalam
asam/basa tersebut. Misalnya, …
Hubungan yang analog dengan pernyataan-pernyataan
pada kerja mandiri di atas (lihat 9.1) dapat pula diturunkan untuk ekivalen
asam-basa. (Silakan dicoba).
9.3 Ekivalen Redoks
Untuk reaksi redoks, dapat kita
definisikan:
Massa
ekivalen oksidator atau reduktor adalah massa oksidator/reduktor tsb. yang
tepat menerima/melepas 1 mol elektron.
Jumlah
ekivalen oksidator/reduktor adalah jumlah mol elektron yang dapat
diterima/dilepas oleh oksidator/reduktor tersebut.
Definisi kedua dapat pula kembali
ke definisi pada sub-bab 2.
Jumlah
ekivalen adalah angka kelipatan massa suatu zat dibanding massa ekivalennya.
Hubungan yang analog dengan pernyataan-pernyataan
pada kerja mandiri di atas (lihat 9.1) dapat pula diturunkan untuk ekivalen
redoks. (Silakan dicoba). Istilah “valensi” mempunyai pengertian yang berbeda
untuk asam-basa dan redoks.
|
valensi
|
asam-basa: jumlah ion H+
/OH− per molekul
|
|
|
redoks:
jumlah e yang diterima/dilepas per molekul
|
|
9.4 Konsep Ekivalen pada Reaksi
Kimia
Dapat ditunjukkan bahwa pada reaksi kimia (asam-basa
atau redoks), jumlah ekivalen zat-zat yang terlibat dalam reaksi (yang bereaksi
atau yang dihasilkan) selalu sama.
KIMIA- TPB
Departemen Kimia FMIPA
ITB
Tidak ada komentar:
Posting Komentar