STOIKIOMETRI - BAGIAN 5 : VOLUME MOLAR

 Zat yang berwujud gas memiliki volume yang selalu berubah-ubah tergantung pada suhu, tekanan, dan jumlah zatnya. Berbeda dengan zat cair dan padat yang memiliki volume yang tetap.

Hubungan antara volume, suhu dan tekanan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan gas ideal berikut.

Dengan:

P = Pressure / Tekanan (atm)

V = Volume (liter)

n = jumlah mol gas (mol)

R = tetapan / konstanta gas = 0,082 L atm/mol K, dan

T = Temperature / suhu (K)

Volume molar adalah volume 1 mol zat dalam wujud gas. Jika diukur pada keadaan standar, yaitu suhu 0^o C (273 K) dan tekanan 1 atm (76 cmHg), sesuai dengan persamaan gas ideal , besarnya volume molar dapat dihitung sebagai berikut.

P x V            = n x R x T

1 atm x V     = 1 mol x 0,082 L atm/mol K x 273 K

V                 = 22,389 L

                   = 22,4 L

Jadi, volume molar gas pada keadaan standar (STP) adalah 22,4 L/mol

Hubungan antara jumlah mol gas dan volume gas dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

 

Perhatikan beberapa contoh berikut ini.

·         Volume 1 mol gas N₂ pada STP = 1 mol x 22,4 L/mol = 22,4 L

·         Volume 2 mol gas H₂ pada STP = 2 mol x 22,4 L/mol = 44,8 L

·         Volume 0,5 mol gas CO₂ pada STP = 0,5 mol x 22,4 L/mol = 11,2 L

Bagaimana mengukur volume gas pada keadaan tidak STP?

Untuk menghitung volume gas yang diukur pada keadaan selain keadaan standar, rumus yang digunakan adalah persamaan gas ideal tersebut. Sementara itu, untuk menghitung volume gas yang diukur pada keadaan yang mengacu pada keadaan gas lain, dapat digunakan rumus gas berikut.

Dengan

V₁ = volume gas 1 (L)

V₂ = volume gas 2 (L)

n₁ = mol gas 1 (mol), dan

n₂ = mol gas 2 (mol)

perhatikan 2 contoh berikut ini.

·         Berapakah volume 60 gram gas NO yang diukur pada suhu 27^oc dan tekanan 2 atm? (Ket. Ar N = 14, Ar O = 16)

Jawab

·         Berapakah volume 32 gram metana (CH₄) jika pada keadaan yang sama, 1 Liter gas oksigen (O₂) memiliki massa 16 gram? (Ket. Ar O = 16, C =12, dan H = 1)

Jawab

STOIKIOMETRI - BAGIAN 4 : MASSA MOLAR

 Massa molar suatu zat adalah massa 1 mol zat yang nilainya sama dengan massa atom relatif (Ar) atau massa molekul relatif (Mr) zat tersebut. Perbedaannya adalah Ar atau Mr tidak memiliki satuan, sedangkan massa molar memiliki satuan gram/mol.

Perhatikan contoh di bawah ini:

Tentukan massa molar dari zat berikut

·         Tembaga (Ar Cu = 63,5)

Jawab

Massa molar tmbaga = Ar Cu gram/mol = 63,5 gram/mol

·         Glukosa, C₆H₁₂O₆ (Ar C=12, H=1, O=16)

Massa molar glukosa         = Mr C₆H₁₂O₆ gram/mol

                                      = (6 x 12) + (12 x 1) + (6 x 16) gram/mol

                                      = (72 + 12 + 96) gram/mol

                                      = 180 gram/mol

Untuk menghitung jumlah mol zat yang diketahui massanya atau sebaliknya, dapat digunakan rumus berikut.

Oleh karena nilai massa molar sama dengan Ar atau Mr suatu zat, rumusnya dapat ditulis sebagai berikut.

Jumlah mol (n) = m : Ar gram/mol atau n = m : Mr gram/mol

Dengan

n        = jumlah mol (mol)

m       = massa zat (gram), dan

m_m         = massa molar = Ar atau Mr (gram/mol)

perhatikan beberapa contoh di bawah ini.

·         Hitung jumlah mol dari 21 gram melamin (C₃H₆N₃) jika diketahui Ar C=12, H=1, dan N=14.

Jawab

Mr C₃H₆N₃         = (3 x 12) + (6 x 1) + (3 x 14)

                       = 36 + 6 + 42

                       = 84

·         Berapa gram massa dari 2 mol asam sulfat (H₂SO₄) jika diketahui Ar H=1, S=32, dan O=16.

Jawab

Mr H₂SO₄       = (2 x 1) + (1 x 32) + (4 x 16)

                   = (2 + 32 + 64)

                   = 98

Massa H₂SO₄   = n x m_m

                     = 2 mol x 98 gram/mol

                     = 196 gram

STOIKIOMETRI - BAGIAN 3 : KONSEP MOL

 Mol merupakan satuan jumlah zat yang digunakan dalam perhitungan kimia, sebagaima lusin dan kodi, hanya saja mol menyatakan jumlah yang sangat besar.

Sebanyak 1 lusin = 12 buah benda, 1 kodi = 20 buah benda. Sementara itu, 1 mol zat menyatakan jumlah partikel yang terkandung di dalamnya sebanyak bilangan Avogadro (L) = 6,02 x 10²³ partikel (602 milyar trilyun).

Nilai tersebut merupakan jumlah yang sangat luar biasa banyaknya dan tidak mungkin kita sanggup untuk menghitungnya satu persatu. Jadi, 1 mol zat adalah jumlah zat yang mengandung 6,02 x 10²³ partikel (Atom, molekul, atau ion).

     

Perhatikan beberapa contoh di bawah ini:

·         Jumlah partikel 1 mol silikon = 6,02 x 10²³ atom Silikon

·         Jumlah partikel 1 mol Cu²⁺ = 6,02 x 10²³ ion Cu²⁺

·         Jumlah partikel 1 mol H₂CO₃ = 6,02 x 10²³ molekul H₂CO₃

·         Jumlah partikel 1 mol elektron = 6,02 x 10²³ elektron

Hubungan antara jumlah mol dan jumlah partikel dapat dirumuskan sebagai berikut:

Perhatikan beberapa contoh di bawah ini:

·         Jumlah partikel 0,5 mol Cu = 0,5 x 6,02 x 10²³ = 3,01 x 10²³ atom Cu

·        

STOIKIOMETRI - BAGIAN 2 : MASSA MOLEKUL RELATIF

 Massa molekul relatif suatu molekul unsur atau senyawa adalah perbandingan massa satu molekul unsur atau senyawa terhadap 1/12 massa satu atom isotop C-12.

Oleh karena molekul terbentuk dari gabungan atom-atom, nilai Mr suatu molekul dapat dihitung berdasarkan penjumlahan Ar atom-atom penyusunnya.

Perhatikan beberapa contoh berikut ini.

Contoh 1:

Sebuah compac disc (CD) terbuat dari bahan polikarbonat. Monomer polikarbonat tersebut mempunyai rumus senyawa C₁₆H₁₅O₃. Hitung Mr senyawa C₁₆H₁₅O₃. (Ar C=12, H=1, dan O=16).

Jawab

Mr C₁₆H₁₅O₃     = (16 x Ar C) + (15 x Ar H) + (3 x Ar O)

                       = (16 x 12) + (15 x 1) + (3 x 16)

                       = 192 + 15 + 48

                       = 255

Contoh 2:

Jika Ar H=1 dan O=16, serta massa 1 atom ¹²C = 2 x 10^-23 gram, tentukan massa 100 molekul air (H₂O).

Jawab

Mr H₂O         = (2 x Ar H) + (1 x Ar O)

                   = (2 x 1) + (1 x 16)

                   = 2 + 16

                   = 18

Mr H₂O         =  

Massa 1 molekul H₂O    = Mr H₂O x 1/12 x massa 1 atom isotop C-12

                                   = 18 x 1/12 x 2 x 10^-23 gram

                                  = 3 x 10^-23

Jadi, massa 100 molekul H₂O       = 100 x 3 x 10^-23 gram

                                                = 3 x 10^-21

STOIKIOMETRI - BAGIAN 1 : MASSA ATOM RELATIF

Atom merupakan materi yang sangat kecil yang tidak bisa kita lihat dengan kasat mata. Sebagai gambaran, 1 butir debu yang masih bisa kita lihat dengan mata langsung itu mengandung 10¹⁶ (sepuluh rubu trilyun) butir atom.

Sebegitu kecilnya sehingga tidak ada alat yang dapat menimbang massa sebuah atom. Bagaimana cara kita dapat mengetahui massa sebuah atom? Perhatikan pembahsan berikut ini.

Untuk mengetahui massa satu atom, kita harus menggunakan massa atom lain sebagai pembanding atau sebagai standar penentu. Massa atom yang sekarang digunakan adalah massa satu atom isotop C-12.

Jadi, massa atom relatif suatu unsur dapat didefinisikan merupakan perbandingan massa rata-rata satu atom unsur tersebut dengan 1/12 massa satu atom isotop C-12 (¹²C)

Satu satuan massa atom (1 sma) yang digunakan sebagai standar adalah sebagai berikut.

Jika diketahui massa 1 atom C-12 = 1,993 x 10^-23 gram, maka :

Perhatikan contoh berikut ini :

Jika diketahui Ar Si = 28 sma dan massa 1 atom ¹²C = 2 x 10^-23 gram, tentukan massa 10 atom Silikon (Si).

Jawab:

Ar Si = massa rata-rata 1 atom Si : 1/12 x massa 1 atom isotop C-12

massa 1 atom Si      = Ar Si x 1/12 x massa 1 atom isotop C-12

                             = 24 x 1/12 x 2 x 10^-23 gram

                             = 4 x 10^-23 gram

Jadi, massa 10 atom Si = 10 x 4 x 10^-23 = 4 x 10^-22 gram

STOIKIOMETRI - PENDAHULUAN

Dalam membuat suatu produk, misalnya Casing Handphone yang terbuat dari Aluminium dan plastik fiber, anda harus mengetahui berapa jumlah bahan yang dibutuhkan. Apabila jumlah bahan tersebut tidak pas atau kurang, tentunya produk tersebut tidak akan terbentuk dengan baik.

Untuk mendapatkan sejumlah Aluminium dalam pembuatan casing tersebut, petugas pabrik harus menghitung jumlah biji aluminium yang harus diolah. Hubungan kuantitatif tersebut dapat kita pelajari dalam salah satu cabang ilmu kimia, yaitu stoikiometri. Stoikiometri mempelajari hitungan kimia yang menyangkut hubungan kuantitatif dalam reaksi-reaksi kimia, yang meliputi massa pereaksi dan hasil reaksi, volume pereaksi dan hasil reaksi, serta perubahan energi yang menyertai reaksi-reaksi kimia.

Ada tiga konsep yang mendasari stoikiometri, yaitu Hukum kekekalan massa, massa atom relatif, dan konsep mol.

Dalam materi stoikiometri ini kita akan pelajari tentang konsep dasar tersebut serta penerapannya dalam perhitungan kimia.  

IKATAN KIMIA - BAGIAN 2 : IKATAN ION (ELEKTROVALEN)

Salah satu jenis ikatan kimia adalah ikatan ion. Ikatan ion adalah ikatan kimia yang terjadi karena gaya tarik menarik antara ion yang berbeda muatan (Gaya Coloumb).

Contoh ikatan ion : ikatan dalam garam dapur (Natrium klorida (NaCl)). Dalam pembentukan NaCl terjadi gaya tarik menarik antara ion Natrium (Na⁺) dan ion Klorida (Cl^-).

Unsur apa saja yang dapat membentuk ikatan ion?apakah sifat-sifat senyawa yang berikatan ion? Simaklah bahasan berikut.

PEMBENTUKAN IKATAN ION

Kita ambil contoh sekali lagi Natrium dan Klorin. Natrium telah kita ketahui merupakan suatu unsur yang tergolong logam, dengan energi ionisasi yang relatif rendah. Artinya, Natrium mudah melepaskan elektron pada kulit valensinya. Klorin adalah unsur nonlogam dengan daya tarik elektron yang relatif besar. Artinya, klorin memiliki kecenderungan besar menarik elektron.

Ketika Natrium direaksikan dengan Klorin, Klorin akan menarik elektron dari Natrium. Natrium ketika melepaskan 1 elektronnya maka akan berubah menjadi ion positif (Na⁺), sedangkan Klorin ketika sudah menyerap 1 elektron dari Natrium akan berubah menjadi ion Negatif (Cl^-). Ion-ion tersebut kemudian mengalami tarik-menarik karena gaya Coloumb sehingga membentuk NaCl.

Perhatikan proses pembentukan ikatan dalam Nacl menggunakan lambang Lewis berikut.

Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa ikatan ion terjadi karena adanya suatu gaya elektrostatis dari ion yang berbeda muatan (Positif dan negatif). Hal itu dapat terjadi jika antara unsur yang direaksikan terdapat perbedaan gaya tarik menarik elektron yang cukup besar. Satu unsur mempunyai gaya tarik elektron yang cukup besar, sedangkan unsur lainnya mempunyai gaya tarik elektron yang lemah sehingga elektronnya mudah lepas dan kedua unsur tersebut dapat membentuk ion unsurnya.

Golongan unsur yang gaya tarik elektronnya relatif besar adalah unsur nonlogam, sedangkan golongan unsur yang mempunyai gaya tarik elektron relatif lemah adalah unsur logam. Oleh karena itu, unsur logam dengan unsur nonlogam umumnya berikatan ion dalam senyawanya.

RUMUS KIMIA SENYAWA ION

Mengapa rumus kimia Natrium klorida adalah NaCl (Na : Cl = 1:1)? Sesuai dengan aturan oktet, atom Natrium akan melepas 1 elektron, sedangkan atom Klorin akan menyerap 1 elektron. Jadi setiap 1 atom Klorin membutuhkan 1 atom Natrium.

Akan tetapi, jangan diartikan bahwa 1 ion Na⁺ hanya terikat pada 1 ion Cl^-. Dalam kristal Nacl, setiap ion Na⁺ dikelilingi oleh 6 ion Cl^- dan setiap ion Cl^-dikelilingi oleh 6 ion Na⁺ dalam satu struktur 3 dimensi berbentuk kubuh. Perhitak gambar di bawah ini.

Rumus kimia NaCl adalah rumus empiris, menyatakan bahwa perbandingan ion Na⁺ : ion Cl^- = 1 : 1.

Dengan berpatokan pada aturan oktet, kita dapat meramalkan rumus empiris senyawa ion dari suatu pasangan logam – nonlogam. Hal itu menjadi mungkin karena jumlah elektron yang dilepas unsur logam sama dengan elektron yang diserap unsur nonlogam.

Contoh : Meramalkan rumus kimia senyawa berdasarkan aturan oktet dan menggambar proses pembentukan senyawa ionnya.

Pada reaksi-reaksi berikut, setiap unsur dapat mencapai kofiguasi oktet. Tuliskan rumus elektron (rumus Lewis)  dan rumus empiris senyawa yang terbentuk.

a.    Mg (z = 12) + Cl (z = 17)

b.    Al (z = 13) + F (z = 9)

c.    Mg (z = 12) + O (z = 8)

Jawab

Untuk menentukan rumus empiris hal yang harus diperhatikan adalah jumlah elektron yang dilepaskan unsur logam harus sama dengan jumlah elektron yang diserap unsur nonlogam. Jadi, langkah-langkah yang harus dilakukan adalah :

·         Menentukan konfigurasi elektron unsur logam dan nonlogam yang akan direaksikan.

·         Menentukan jumlah elektron yang dilepas unsur logam

·         Menentukan jumlah elektron yang dibutuhkan unsur nonlogam

·         Menyamakan jumlah elektron sehingga diketahui rumus empiris senyawa

·         Menggambar proses pelepasan-pengikatan elektron dengan lambang Lewis

a.    Mg (z= 12) dan Cl (z= 17) mempunyai konfigurasi elektron sebagai berikut:

₁₂Mg = 2 8 2 à untuk mencapai konfigurasi Oktet Mg melepas 2 elektron dan atom Mg berubah menjadi ion Mg²⁺ (muatan ion +2 karena melepas 2 elektron). Jadi muatan ion positif bergantung berapa jumlah elektron yang dilepaskan oleh suatu atom.

₁₇Cl = 2 8 7 à atom Cl untuk mencapai konfigurasi oktet hanya membutuhkan 1 elektron. Jadi atom Cl ketika menyerap 1 elektron berubah menjadi ion Cl^- (muatan ion -1 karena menyerap 1 elektron. Sama seperti ion positif, muatan ion negatif juga bergantung berapa jumlah elektron yang diserap oleh suatu atom unsur).

Mg (2  8  2)            à      Mg²⁺ (2  8) + 2e^-

Cl (2  8  7) + e^-      à      Cl^- (2  8  8)

Untuk menyamakan jumlah elektron yang dilepas dan diserap, atom Klorin harus dikalikan 2, sedangkan atom Magnesium dikalikan 1. 

Mg (2  8  2)            à      Mg²⁺ (2  8) + 2e^-        (x1)

Cl (2  8  7) + e^-      à      Cl^- (2  8  8)             (x2)

Jadi rumus empiris senyawa adalah MgCl₂

b.   Al (z = 13) dan F (z = 9) mempunyai konfigurasi elektron sebagai berikut:

₁₃Al = 2  8  3  à untuk mencapai konfigurasi Oktet Al melepas 3 elektron dan atom Al berubah menjadi ion Al³⁺ (muatan ion +3 karena melepas 3 elektron).

₉F = 2  7  à untuk mencapai konfigurasi Oktet F membutuhkan 1 elektron dan atom F berubah menjadi ion F^- (muatan ion -1 karena menyerap 1 elektron).

Al (2  8  3)             à      Al³⁺ (2  8) + 3e^-

F (2  7) + e^-           à      F^- (2  8)

Untuk menyamakan jumlah elektron yang dilepas dan diserap, atom Flourin harus dikalikan 3, sedangkan atom Aluminium dikalikan 1. 

Al (2  8  3)             à      Al³⁺ (2  8) + 3e^-          (x1)

F (2  7) + e^-            à      F^- (2  8)                  (x3)

Jadi rumus empiris senyawa adalah AlF₃

c.     Mg (z = 12) dan O (z = 8) mempunyai konfigurasi elektron sebagai berikut:

₁₂Mg = 2  8  2  à untuk mencapai konfigurasi Oktet Mg melepas 2 elektron dan atom Mg berubah menjadi ion Mg²⁺ (muatan ion +2 karena melepas 2 elektron).

₈O = 2  6  à untuk mencapai konfigurasi Oktet O membutuhkan 2 elektron dan atom O berubah menjadi ion O^2- (muatan ion -2 karena menyerap 2 elektron).

Karena Mg dan O memiliki jumlah elektron yang dilepas dan diserap sama yaitu 2:2. Maka rumus empirisnya diambil dari nilai perbandingan terkecil bentuk terkecil 2:2 adalah 1:1.

Jadi, rumus empiris senyawa adalah MgO