Hukum-hukum Dasar Kimia dan Stoikiometri

HUKUM-HUKUM DASAR KIMIA

A. Hukum-Hukum Dasar Kimia

Hukum kimia adalah hukum alam yang relevan dengan bidang kimia. Konsep paling fundamental dalam kimia adalah hukum konversi massa, yang menyatakan bahwa tidak terjadi perubahan kuantitas mamteri sewaktu rekasi kimia biasa. Fisika modern memnunjukkan bahwa sebenarnya yang terjadi adalah konversi energi, dan bahwa energi dan massa saling berhubungan suatu konsep yang menjadi penting dalam kimia nuklir. Konservasi energi menuntun ke suatu konsep-konsep penting mengenai kesetimbangan, termodinamika, dan kinetika (Alfian, 2009).

Hukum-hukum dasar ilmu kimia adalah sebagai berikut :

1. Hukum Kekekalan Massa dari Lavoiser

“Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap atau sama”.

2. Hukum Perbandingan Tetap dari Proust

“ Tiap – tiap senyawa memiliki perbandingan massa unsure yang tetap”.

3. Hukum Perbandingan Berganda dari Dalton

“Jika dua buah unsur dapat membentuk lebih dari satu macam persenyawaan, perbandingan massa unsur yang satu dengan yang lainnya adalah tertentu, yaitu berbanding sebagai bilangan yang mudah dan bulat”

4. Hukum Perbandingan Volume dari Gay Lussac

“Pada reaksi gas, yang bereaksi berbanding sebagai bilangan mudah dan bulat asal diukur pada tekanan dan temperatur yang sama”

5. Hukum Boyle – Gay Lussac

“Untuk gas dengan massa tertentu, maka hasil kali volume dengan tekanan dibagi oleh suhu yang diukur dalam Kelvin adalah tetap (Petrucci, 1987).

B. Bilangan Avogrado dan Konsep Mol

Hubungan paling pokok pada perhitungan kimia, meliputi jumlah relatif atom-atom, ion atau molekul. Untuk menghitung jumlah atom, erat kaitannya dengan massa. Untuk itu diperlukan pemantapan hubungan antara massa suatu unsur yang diukur dan beberapa atom yang diketahui tetapi tidak dapat dihitung dalam massa itu. Jumlah yang diambil sebagai jumlah atom adalah 6.0225 × 10²³ (biasanya dibulatkan menjadi 6,02 × 10²³) dikenal dengan bilangan Avogrado, N_A istilah lain yang ha,pir satu arti dengan bilangan Avogrado adalah mol (Petrucci, 1987).

Bilangan Avogrado (6,02 × 10²³) merupakan jumlah yang sangat besar. Andaikan jumlah atom ini sebagai butiran kacang yang perlu tempat penyimpanan dan tiap butir kacang volumenya sekitar 0,1 cm³, maka kacang ini membutuhkan tempat yang dapat menutupi seluruh Amerika Serikat sampai ketinggian kurang lebih 6 km (Petrucci, 1987).

Satu mol adalah sejumlah bilangan Avogrado dari atom, molekul, atau partikel lain. Massa molar (dalam gram) suatu unsur atau senyawa nilainya sama dengan massa dari atom, molekul atau satuan rumus lain (dalam sma) serta mengandung atom (pada unsur), molekul, atau satuan rumus lain yang paling sederhana (pada senyawa ionik) sebanyak bilangan Avogrado (Chang, 2005).

C. Jumlah Reaktan dan Produk

Satuan yang digunakan untuk reaktan atau produk adalah mol, gram, liter atau satuan lainnya, kita menggunakan satuan mol untuk menghitung jumlah produk yang terbentuk dalam reaksi kimia. Pendekatan ini disebut metode mol (mole method), yang berarti bahwa koefisien stoikiometri dalam persamaan kimia dapat diartikan sebagai jumlah mol dari setiap zat. Sebagai contoh, pembakaran karbon monoksida di udara menghasilkan karbondioksida :

2CO_(g) + O_2(g) → 2CO_2(g)

Untuk perhitungan stoikiometri, kita baca persamaan di atas sebagai “2 mol gas karbon monoksida bergabung dengan 1 mol gas oksigen membentuk 2 mol gas karbon dioksida (Chang, 2005).

D. Pereaksi Pembatas dan Hasil Teoritis

Ketika seorang kimiawan mengerjakan suatu rekasi, reaktan biasanya tidak terdapat dalam jumlah stoikiometri (stoichiometris amounts) yang tepat, yaitu dalam perbandingan yang ditunjukkan oleh persamaan yang setara. Karena tujuan reaksi adalah menghasilkan kuantitas maksimun senyawa yang berguna dari sejumlah tertentu material awal, seringkali satu reaktan dimasukkan dalam jumlah berlebih untuk menjamin bahwa reaktan yang lebih mehal seluruhnya diubah menjadi produk yang diinginkan. Konsekuensinya beberapa rektan akan tersisa pada akhir reaksi. Reaktan yang pertama kali habis digunakan pada rekais kimia disebut pereaksi pembatas (limiting reagent), karena jumlah maksimum produk yang terbentuk tergantung pada berapa banyak jumlah awal dari reaktan ini (Chang, 2005).

Jumlah pereaksi pembatas yang ada pada awal rekasi menentukan hasil teoritis (theoritical yield) dari rekasi tersebut, yaitu jumlah produk yang akan terbentuk jika seluruh pereaksi pembatas terpakai pada reaksi. Jadi, hasil teoritis adalah hasil maksimum yang didapat, seperti yang diprediksi dari persamaan yang setara. Pada praktiknya, jumlah produk yang didapat hampir selalu lebih kecil dari pada hasil teoritis. Perhitungan hasil teoritis ini atau biasa disebut persen yield (Zumdalh, 2009).

Hasil teoritis adalah banyaknya produk yang diperoleh dari reaksi yang berlangsung sempurna. Persen hasil adalah ukuran efisiensi suatu reaksi.Dari persamaan reaksi yang sudah setara dapat dihitung banyaknya zat pereaksi atau produk reaksi. Perhitungan ini dilakukan dengan melihat angka perbandingan mol dari pereaksi dan produk reaksi. Semua pereaksi ,tidak semuanya dapat bereaksi.salah satu pereaksi habis bereaksi sedangkan yang lainnya berlebihan. Pereaksi yang habis bereaksi disebut pereaksi pembatas,karena membatasi kemungkinan reaksi terus berlangsung. Sehingga produk reaksi ditentukan oleh pereaksi pembatas.(Achmad, 2001).

STOIKIOMETRI

A. Pengertian Stoikiometri

Stoikiometri berasal dari kata-kata Yunani, stoicheion (=unsur) dan metrein (=mengukur), berarti “mengukur unsur-unsur“. Pengertian “unsur-unsur” dalam hal ini adalah partikel-partikel atom,ion,molekul atau elektron yang terdapat dalam unsur atau senyawa yang terlibat dalam reaksi kimia. Stoikiometri menyangkut cara (perhitungan kimia) untuk menimbang dan menghitung spesi-spesi atau dengan kata lain, Stoikiometri adalah kajian tentang hubungan–hubungan kuantitatif dalam reaksi kimia (Achmad, 2001).

Dalam ilmu kimia, stoikiometri adalah ilmu yang mempelajari dan menghitung hubungan kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia (persamaan kimia). Kata stoikimetri ini berasal dari bahasa Yunani yaitu stoikheion (elemen) dan metria (ukuran) (Alfian, 2009).

Stoikiometri juga dapat definisikan dengan mengukur unsur-unsur. Istilah ini umumnya digunakan lebih luas, yaitu meliputi bermacam pengukuran yang lebih luas dan meliputi perhitungan zat dan campuran kimia, zat yang dimaksudkan merupakan unsur-unsur, senyawa dan lainnya (Petrucci, 1987).

Perhitungan stoikimetri paling baik dikerjakan dengan menyatakan kuantitas yang diketahui dan tidak diketahui dalam mol dan kemudian perlu dikonversi menjadi satuan lain. Stoikiometri adalah ilmu yang mempelajari kuantitas dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia (Chang, 2005).

Stoikiometri reaksi adalah penentuan perbandingan massa unsur-unsur dalam senyawa dalam pembentukan senyawanya. Pada perhitungan kimia secara stoikiometri, biasanya diperlukan hukum-hukum dasar ilmu kimia.(Brady,1986)

B. Massa Atom dan Massa Atom Relatif

1. Massa atom

Massa atom diukur  dalam satuan massa atom (sma), satuan relatif yang didasarkan pada nilai yang tepapt 12 untuk isotop karbon-12. Massa atom dari stom unsur tertentu biasanya adalah nilai rata-rata dari distribusi isotop alami unsur tersebut. Massa molekul dari suatu molekul adalah jumlah massa atom dari atom-atom yang ada pada molekul tersebut. Massa atom dan massa molekul dapat ditentukan secara tepat dengan menggunakan spektrometer massa (Chang, 2005).

Di dalam spektrometer tersebut berkas ion-ion gas dipisahkan menjadi beberapa komponen yang massanya berbeda dengan melakukannya pada medan listrik dan medan magnet. Komponen-komponen yang telah dipisahkan difokuskan pada alat pengukur, yang kemudian dideteksi dan direkam (bila yang direkam merupakan foto alat ini disebut spektrograf massa) (Petrucci, 1987).

Informasi kuantitatif yang pertama kali tentang massa-atom datang dari percobaan oleh Dalton, Gay-Lussac, Lavoisier, Avogadro, dan Berzelius. Dengan  pengamatan proporsi di mana unsur-unsur berkombinasi untuk membentuk berbagai campuran,  nineteenth-century ahli kimia menghitung massa-atom relatif. Sistem massa-atom yang modern, didirikan pada tahun 1961, didasarkan pada 12C (“karbon duabelas”) sebagai standard. Di dalam sistem ini, 12C ditugaskan suatu massa tetapan 12 satuan massa atom (sma), dan massa dari semua atom lain diberi hubungan dengan standard ini (Zumdalh, 2009).

2. Massa atom relatif

Massa atom karbon memiliki nilai yang berbeda-beda. Perbedaan ini terjadi karena sebagian besar unsur yang ada di alam (termasuk karbon ) memiliki lebih dari satu isotop. Hal ini berarti bahwa ketika kita mengukur massa atom suatu unsur, yang diperoleh adalah massa rata-rata dari berbagai jenis isotop yang ada di alam. Contohnya, kelimpahan alami dari karbon-12 dan karbon-13 masing-masing adalah 98,90 persen dan 1,10 persen. Massa atom karbon-13 telah ditetapkan sebesar 13,00335 sma. Jadi  massa atom rata-rata dari karbon dapat dihitung sebagai berikut:

Massa atom rata-rata dari karbon alam

=(0,9890)(12,00000 sma) + (0,0110)(13,00335 sma)

= 12,0 sma

Perhitungan massa atom karbon yang lebih akurat memberikan hasil 12,01 sma. Dalam perhitungan yang melibatkan persen, diharuskan merubah angka persen menjadi angka pecahan atau desimal. Misalnya 98,90 persen diubah menjadi 98,90/100 atau 0,9890. Karena jumlah atom karbon-12 di alam jauh lebih banyak daripada atom  karbon-13, maka massa atom rata-raatanya lebih mendekati 12 sma dari pada 13 sma (Chang, 2005).

Daftar Pustaka

Achmad, Hiskia dan Tupamahu. 2001. Stoikiometri Energi Kimia. Citra Aditya Bakti, Bandung.

Alfian, Zul. 2009. Kimia Dasar. USU press, Medan

Brady, J.E dan Humiston. 1986. General Chemistry. New York: John Willey and Sons

Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti,Edisi ketiga, Jilid 1. Terjemahan dari General Chemistry    The Essential Concept third edition, oleh Tim Departemen Kimia ITB,Erlangga, Jakarta.

Petrucci, Ralph H. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern edisi keempat jilid 1. Terjamahan dari General Chemistry Principle and Modern Applications fourth Edition, oleh Suminar Achmadi, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Zumdahl, Steven S. 2009. Chemistry sevenyh edition. Houghton Mifflin Company, U.S.A