Smarter Indonesia

Sejak metode ilmiah diterapkan dalam ilmu kimia, muncul berbagai hukum dasar kimia:

Hukum kekekalan massa
Sesuai dengan namanya, hukum ini berkaitan dengan massa suatu zat dalam reaksi. Beberapa abad yang lalu, Lavoisier mengajukan suatu pertanyaan: Apakah massa zat-zat yang bereaksi akan berkurang, bertambah, atau tetap setelah reaksi?

Dalam eksperimen sederhana dengan mereaksikan natrium klorida (NaOH) dan asam cuka (CH₃COOH) untuk menghasilkan produk - natrium asetat (CH₃COONa) dan air (H₂O) ditemukan data seperti ini:

Jadi pada kesimpulannya: jumlah massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap.

Hukum perbandingan tetap
Berdasarkan hukum kekekalan Massa jika 32g Cu bereaksi dengan 8g O₂ akan menghasilkan 40g CuO. Jika massa Cu ditambah menjadi 50g dan direaksikan dengan 8g O₂ apakah akan terbentuk 58g CuO?
Jawabannya adalah tidak, menurut hasil eksperimen massa yang dihasilkan tetap 40g CuO dan ditemukan 18g Cu yang tidak bereaksi.

Menurut Joseph Louis Proust: pembentukan senyawa memiliki komposisi yang tidak sembarang. Dengan kata lain, perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap.
Proust melakukan beberapa eksperimen dan menemukan hal-hal berikut:
  • Pada senyawa NaCl, perbandingan massa Na dan Cl selalu tetap yaitu 39% Na dan 61% Cl atau kurang lebih secara perbandingan 2:3
  • Pada molekul air H₂O perbandingan massa H dan O selalu tetap, yaitu 11% H dan 89% O atau kurang lebih 1:8

Hukum perbandingan berganda
Hukum Perbandingan Berganda menurut Dalton adalah jika dua macam unsur membentuk lebih dari satu senyawa maka massa salah satu unsur berbanding sebagai kelipatan bilangan bulat dan sederhana.

Contoh hukum ini adalah sebagai berikut:
Fosfor dan Klorin bereaksi dapat membentuk 2 macam senyawa: senyawa X dan Y.
Pada senyawa X, 2g fosfor tepat bereaksi dengan 6,9g klorin.
Pada senyawa Y, 2g fosfor tepat bereaksi dengan 11,5g klorin.
Maka perbandingan x:y adalah 6,9:11,5 = 3:5. Maka kedua senyawa tersebut memiliki rumus kimia PCl₃ dan PCl₅.

Hukum perbandingan volume
Hukum-hukum yang dibahas sebelumnya berkaitan dengan komposisi senyawa, pada hukum perbandingan volume ini akan berkaitan dengan volume pada reaksi-reaksi kimia yang melibatkan wujud gas.

Joseph Louis Gay-Lussac membuat percobaan dengan mereaksikan H₂ dan O₂ membentuk uap air H₂O.
Ia melakukan 2 eksperimen: satu saat volume H₂ tetap dan satu saat volume O₂ tetap. Hasilnya seperti table dibawah ini.
Saat volume H₂ ditetapkan pada 20mL, volume H₂O yang dihasilkan tetap 20mL ketika O₂ mencapai 10mL.
Saat volume O₂ ditetapkan pada 10mL, volume H₂O yang dihasilkan tetap 20mL ketika H₂ mencapai 20mL.

Maka berdasarkan hukum perbandingan volume:
Dari eksperimen ini Joseph Louis Gay-Lussac menyimpulkan bahwa pada suhu dan tekanan tetap, volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi berbanding lurus dengan koefisien reaksinya sebagai bilangan bulat dan sederhana.

Hukum Avogadro
Setelah publikasi hukum perbandingan volume, Avogadro mengajukan hipotesis yang berbunyi: Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah molekul yang sama.

Maka dalam reaksi hal ini berlaku seperti ini:
Jika reaksi ini diukur pada suhu dan tekanan yang sama, ditemukan bahwa untuk x molekul N₂ diperlukan 2x molekul O₂ untuk menghasilkan NO₂ dengan jumlah molekul dua kali N₂ atau sama dengan jumlah molekul O₂. Singkatnya seperti ini:

Kemunculan hukum avogadro berpengaruh sangat signifikan terhadap ilmu kimia, khususnya dalam hal pengukuran zat-zat di lab. Pengukuran suatu zat biasanya berdasarkan berat yang dinyatakan dalam satuan gram, sedangkan massa atom dan molekul dinyatakan dalam satuan A_r dan M_r. Apakah hubungan kedua hal ini?

Tetapan Avogadro
Avogadro tidak berhenti dengan hipotesisnya mengenai jumlah partikel dan volume gas, ia berpikir lebih jauh tentang hubungan jumlah partikel dan massa zat. Berdasarkan hasil perhitungan Avogadro, saat massa suatu molekul sama dengan massa molekul relatifnya selalu ditemukan bilangan sebesar 6,02 x 10²³ molekul. Oleh karena itu bilangan 6,02 x 10²³ dinyatakan sebagai tetapan Avogadro dan diberi lambang L atau N_A.

Konsep mol
Jika kita melakukan perhitungan, kita akan menemukan dalam 40g besi mengandung 4,31 x 10²³ atom besi, dalam 1g air H₂O terkandung 3.34 x 10²² molekul air. Angka-angka sebesar ini tentu sangat tidak efisien untuk dipakai dalam perhitungan di lab. Untuk menyederhanakan hal ini, para ilmuwan membentuk satuan jumlah zat yang menyatakan banyaknya partikel zat itu. Satuan ini dinamakan mol. Berdasarkan kesepakatan, partikel sebasar tetapan Avogadro atau 6,02 x 10²³ dinyatakan sebagai satu mol. Dengan kata lain, satu mol setiap zat mengandung 6,02 x 10²³ partikel baik itu atom, molekul, ataupun ion. Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut:

Volume molar gas STP
Menurut Avogadro: pada suhu dan tekanan yang sama, setiap gas yang volumenya sama mengadung jumlah molekul yang sama. Jika jumlah molekul gas itu sama dengan tetapan Avogadro atau 6,02 x 10²³ molekul maka dapat dikatakan jumlah gas tersebut adalah satu mol. Berdasarkan perhitungan yang mengacu pada hukum ini ditemukan bahwa pada keadaan STP (Standard Temperature and Pressure): suhu 0 ^oC dan tekanan 1 atm, volume satu mol gas adalah 22,4 L. Volume ini dikenal sebagai volume molar dilambangkan dengan V_m.

Volume molar gas non-STP
Untuk menentukan volume gas pada suhu dan tekanan tertentu yang tidak standar dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan gas ideal. Persamaan gas ideal ini adalah persamaan yang diturunkan berdasarkan percobaan dari Charles, Amonton, Boyle, dan Gay-Lussac.
Hukum Charles menyatakan: pada tekanan tetap, volume gas berbanding lurus dengan suhu multaknya.
Hukum Amonton menyatakan: pada volume tetap, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya.
Boyle dan Gay-Lussac menggabungkan kedua hukum ini dan menyatakan bahwa tekanan dan volume berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut.

Menurut Avogadro persamaan ini menjadi PV = RT untuk 1 mol gas. R adalah tetapan molar gas yang tidak bergantung terhadap tekanan, volume, dan suhu – hanya bergantung pada jumlah mol gas. Menurut eksperimen nilai R adalah 0,082 L atm mol^-1 K^-1. Berdasarkan uraian ini maka persamaan gas ideal yang lengkap adalah PV = nRT.

Dari bab sebelumnya, kita telah mempelajari bahwa persamaan reaksi menyatakan jumlah atom atau molekul yang terlibat dalam suatu reaksi. Banyaknya zat yang terlibat ini ditunjukkan melalui koefisien reaksinya.

Contohnya pada persamaan reaksi gas klorin dan hidrogen membentuk asam klorida.
Persamaan reaksi ini bermakna setiap n molekul Cl₂ akan bereaksi dengan n molekul H₂ untuk menghasilkan 2n molekul HCl. Jika nilai n = 6,02 x 10²³ atau tetapan Avogadro maka n molekul = 1 mol.
Kesimpulannya adalah koefisien reaksi pada persamaan kimia menunjukkan perbandingan jumlah mol zat-zat yang bereaksi dan zat hasil reaksi. Perbandingan reaksi koeifisien ini dinamakan rasio stoikiometri dan disingkat RS.

Contoh soalnya sebagai berikut: Pada pembakaran 0,25 mol gas butana dengan oksigen yang menghasilkan uap air dan karbon dioksida, berapa massa uap air yang dihasilkan?
Berdasarkan persamaan reaksi yang sudah setara, diketahui bahwa 10 mol H₂O akan dihasilkan setiap 2 mol butana. Maka jika ada 0,25 mol butana, mol H₂O yang dihasilkan adalah ¹⁰½₂ x 0,25 mol = 1,25 mol.
Maka untuk massa H₂O = massa H₂O x jumlah mol H₂O = 18 g/mol x 1,25 mol = 22,5 g.

Empat langkah dalam menyelesaikan stoikiometri reaksi:
    1. Tuliskan persamaan reaksi kimia yang disetarakan.
    2. Ubah besaran yang diketahui ke dalam satuan mol.
    3. Gunakan rasio stoikiometri untuk menghitung jumlah mol zat yang ditanyakan.
    4. Ubah satuan mol ini ke besaran yang ditanyakan.