MODUL 2

Atom dan Molekul

Dalam Modul 1 telah diperkenalkan kepada beberapa konsep dasar yang penting dari

Ilmu kimia seperti Zat, Elemen dan Senyawa. Anda belajar sedikit mengenai rumus

kimia dan persamaan reaksi, juga mengenai pentingnya ukuran laboratorium, dimana

ilmuwan-ilmuwan dahulu belum mengenalnya. Kemajuan yang nyata dalam Ilmu

kimia dimulai ketika ilmuwan mulai menyelidiki jumlah zat kimia yang ikut dalam suatu

reaksi kimia secara kuantitatif.

Dalam Bab ini dan bab selanjutnya kita akan mengupas beberapa Hukum kimia

dasar dan dengan cara bagaimana kita dapat mempercayai adanya atom-atom.

Anda akan mempelajari bagaimana berpikir secara kimia mengenai jumlah zat yang

bergabung dalam reaksi kimia dan akan dipelajari bagaimana suatu rumus kimia

ditentukan. Kemampuan untuk membuat perfiltungan kimia akan diterangkan dalam

Bab ini, sedangkan bab berik-i.itnya adalah bagian yang penting sekali untuk mempelajari

kimia. Biasanya bila mahasiswa mendapat kesukaran pada pelajaran lanjut, disebabkan

karena mereka kurang memahami Bab-bab permulaan ini. Sebab itu bila Anda

mempelajari bahan-bahan yang tercakup di sini, pusatkan perhatian untuk mengerti

konsepnya. Bila sudah mengerti kita akan dapat memecahkan soal-soalnya. Tetapi bila

hanya belajar memecahkan coal tanpa mengerti apa yang kita lakukan, pada akhirnya kita

akan menemui kesukaran.

HUKUM KIMIA

Pada mulanya, hanya sedikit diketahui mengenai sifat-sifat dari zat dan re aksi

kimia, sehingga tak mengherankan bila timbul teori yang salah mengenai teori dari

zat (matter) misalnya : telah lama diketahui bahwa bila sepotong kayu dibaka, rabu yang

terbentuk beratnya berkurang dari berat kayu asal.Teorinya adalah karena ada

sesuatu yang disebut phlogiston akan menguap waktu pembakaran.

Teori phlogiston ini hidup terus untuk beberapa lama sampai seorang ahli kimia

Perancis yang bernama Antoine Lavoisier mendlemonstrasikan dengan suatu

percobaan dimana pengukuran berat dari zat kimia dibuuat secara teliti bahwa

pembakaran adalah suatu reaksi antara zat dengan oksigen. Dia juga

menunjukkan dengan cara pengukuran teliti yang membuktikan bahwa bila

pembakaran dilakukan dalam wadah yang tertutup pada waktu reaksi tak ada

perubahan massa. Penelitian dan percobaan vang dilakukan pada suasana yang

terkontrol menjadi dasar bagi hukum kekekalan massa yang berbunyi: Dalam

suatu reaksi, massa zat belum dan sesudah reaksi adalah sama. (Bila kita menyatakan

suatu zat diawetkan, ini berarti zat tersebut tak hilang atau bertambah). Hukum kekekalan

massa adalah Hukum kimia yang penting yang berhuhungan dengan reaksi kimia

dan digunakan sebagai penyebab mengapa diadakan kesetimbangan persamaaan

reaksi kimia.

Percobaab Lavoisier menyebabkan peneliti-peneliti lain melakukan pengukuran

kuantitatif secani teliti terhadap zat-zat kimia dan hasilnya didapat suatu hukum yang

penting yang disebut hukum perbandingan tetap (Disebut juga hukum komposisi

tetap). Hukum ini menyatakan bahwa dalam suatu zat kimia yang murni, perbandingan

massa unsur dalam tiap-tiap senyawa adalah tetap, misalnya: pada setiap sampel air

murni, dari manapun sumbernya, kita selalu mendapatkan. perbandingan elemen

Hidrogen dan Oksigen adalah 1gram H: 8 gram O Sehingga bila kita mengambil

sampel air dengan 2,00 g H, akan ada 16 gram 0, jadi perbandingannya tetap.

Selanjutnya bila kita membuat air dari hidrogen dan oksigen, elemen -elemen

tersebut tersebut bergabung dalam perbandingan yang tepat sama, berapapun jumlah

zat yang tersedia. Bila 2,00 g hidrogen dicampur dengan 8 gram oksigen dan dibiarkan

untuk bereaksi, semua oksigen akan terpakai, tetapi hanya 1,00 g hidrogen yang

bereaksi, jadi masih ada hidrogen tersisa. Untuk air, tak mungkin akan terbentuk,

bila perbandingankedua elemen herubah. Untuk semua senyawa ada perbandingan

massa yang tetap dari elemen-elemennya.

TEORI ATOM DALTON DAN MASSA ATOM

Seperti telah kita ketahui, hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap

adalah berdasarkan percobaan pengukuran massa dan reaksi dari senyawa kimia.

Para ahli kimia dari akhir abad ke-18 masih meraba-raba bagaimana bentuknya zat

agar memefitihi hukum-hukum di atas dan pada tahun 1803 seoraing guru dan

ilmuwan Inggris yang bernama John Dalton mengemukakan teorinya yang disebut

teori atom Dalton yang telah mengubah arah Ilmu kimia.

Konsep dari suatu atom bukanlah hal yang benar. Ahli-ahli filsafat Yunani pada

tahun 500 SM telah mengemukakan kemungkinan bahwa zat terdiri dari partikel-

partikel kecil yang tak kelihatan. Tetapi prang Yunani kuno tak mempunyai data

untuk menjelaskannya, sehingga usulan mereka hanyalah berupa sedikit latihan

pemikiran. Tetapi teori Dalton sedikit berbeda, sebab teorinya telah menjelaskan

pengamatan hukum kekekalan massa dan perbandingan.

Teori atom Dalton dapat dikemukakan dalam postulat berikut ini:

1) Zat terdiri dari partikel-partikel kecil yang tak- kelihatan yang disebut atom.

2) Semua atom dari suatu elemen adalah sama, tetapi berbeda dari atom

elemen lainnya (Berarti semua atom dari suatu elemen mempunyai massa

yang sama, tetapi berbeda dari massa atom elemen lainnya).

3) Senyawa kimia dibentuk oleh atom-atom elemennya dalam suatu

perbandingan yang tetap.

Suatu reaksi kimia hanyalah berupa penggeseran atom dari suatu senyawa ke

yang lain. Sedangkan atom masing-masing masih tetap berfungsi dan tak

berubah .Tes dari teori ini adalah kemampuannya untuk menerangkan fakta.

Pertama, kita lihat hukum kekekalan massa. Bila suatu reaksi kimia hanya

mengambil atom-atom dari reaktan Ialu membagikannya pada hasil reaksi, maka

jumlah atom dari masing-masing elemen harus tetap sama (tentunya kita anggap

tak ado atom yang dapat keluar masuk tabung reaksi). Karena atom selama reaksi

tak mengalami perubahan massa,berarti jurnlah massa atom harus tetap sama.

Dengan perkataan lain, selama reaksi massanya harus tetap konstan dan memang

ini yang dikatakan oleh Ilukum Kekekalan Massa.

Hokum Perbandingan Tetap pun mudah diterangkan. Untuk melihat HE, kita

bayangkan dua elemen A dan B yang membentuk suatu senyawa dimana tiap molekul

dari zat tersebut terdiri dari sebuah atom A dan sebuah atom B (Ingat bahwa sebuah

molekul dapat dianggap sebagai suatu kumpulan atom yang terikat satu sama lain

cukup kuat sehingga berperan dan dikenal sebagai sebuah partikel). Misalkan atom

A dua kali lebih berat dari atom B, sehingga bila atom B mempunyai massa 1

unit, maka massa atom A adalah 2 unit. Berikut ini terlihat bagaimana massa dari A

dan B berubah sesuai dengan jumlah molekul.

JumlahMolekul

Jumlah Atom A

Massa A Jumlah Atom B

Massa B PerbandinganMassa A/B

1 1 2 unit 1 1 2/1

2 2 4 unit 2 2 4/2 = 2/1

10 10 20 unit 10 10 20/10 = 2/1

500 500 1000 unit 500 500 1000/500 = 2/1

Perhatikan bahwa berapapun molekul yang ada masing-masing dengan perbandingan

atomnya yang sama yaitu 1, maka perbandingan massanya juga sama.

Massa atom

Kunci suksenya teori atom Dalton adalah pernyataan bahwa tiap elemen mempunyai

atom dengan massa atom yang khusus. Hal ini telah dijelaskan Hukum-hukum

kimia, sehingga ahli-ahli kimia segera mencari bagaimana cara untuk mengukur

massa atom. Tetapi bagaimana hal ini dapat dikerjakan? Atom terlalu kecil untuk

dilihat dan diukur secara sendiri-sendiri dalam timbangan di laboratoritun.

Pada pembicaraan di atas kita merneriksa suatu tu hipotesa dimana senyawa dibentuk

dari dua atom, sebuah atom A dan sebuah atom B. Kita lihat bahwa perbandingan

massa dari tiap sampel adalah 2:1, karena perbandingan dari massa atom-

atormnya harus selalu 2 : 1. Sebab itu dengan menentukan perbandingan massa

dari elemen-elemennya dalam sampel yang besar, kita dapat menentukan

perbandingan massa atom dari senyawa tersebut. Sekarang kita lihat pada elemen-

elemen dan senyawa yang sebenarnya.

Hidrogen dan Fluor membentuk senyawa yang disebui hidrogen fluorida Rumusnya

adalah HF, sehingga sebuah molekul HF mengandung sebuah atom Hidrogen dan

sebuah atom Fluor. Dalam sampel senyawa ini, selalu ditemukan bahwa massa fluor

adalah 19 x massa hidrogen. Karena atom-atomnya berada dalam jumlah yang sama

dapat disimpulkan bahwa tiap atom fluor harus 19 x lebih berat dari atom hidrogen.

Karena itu kita telah menemukan massa relatif dari atom-atom hidrogen dan fluor

Dalam dua contoh yang kita periksa ini, kita lihat bahwa dengan mengukur

perbandingan massa dari elemen-elemennya dapat ditentukan massa dari atom-

atomnya. Syaratnya adalah kita harus mengetahui rumus dari senyawanya. Hambatan

yang besar dalam penentuan massa dari atom-atom ialah perlunya diketahui rumus dari

senyawanya, tapi kemudian ditemukan cara untuk mendapatkan rumus tersebut, se-

hingga beberapa massa relatif dari atom-atoni elemen ditemukan. Tetapi ini hanyalah

massa relatif yang menyatakan berapa kali suatu atom lebih berat dari atom lainnya. Kami

ingin memberi harga dalam angka pada massa atom-atom ini dan ini baru dapat dilak-

itkan bila massa dari salah satu atom elemennya diketahui, sehingga massa dari

elemen-elemen lain dapat dihitung berdasarkan angka perbandingannya.

Karena atom terlalu kecil untuk dilihat dan ditimbang dalam satuan gram pada suatu

timbangan, suatu skala massa atom dibuat dimana massa diukur dalam satuan massa

atom (Simbol SI adalah u). Pemilihan untuk skala standar ini sangat sukar, karena

konsep Dalton tak seluruhnya benar, hampir semua elemen dalam alam berada dalam

campuran atom (disebut isotop) dengan massa sedikit berbeda, untungnya hal ini tak

mempengaruhi hasil akhir dari teori Dalton, karena elemen dalam tiap sampel cukup

besar untuk dapat dilihat sehingga massa rata-rata dari demikian banyak atom same,

sehingga elemen akan berperan sebagai atom tunggalnya yang mempunyai massa rata-

rata. Tetapi karena secara relatif jumlah yang besar dari berbagai isotop dari satu elemen

masih dapat berubah dalam waktu yang lama, diputuskan untuk memilih sebuah isotop

dari sebuah elemen untuk menentukan besarnya satuan massa atom Isotop tersebut

adalah salah satu dari karbon dan dinamakan. Karbon-12. la diberi tanda massa tepat

12 u, sehingga satuan massa atom didefenisikan sebagai 1/12 dari massa atom isotop

ini. Dengan memilih bahwa satuan massa atom ulcurannya sebesar di etas, massa atom

dari berbagai elemen harganya akan mendekati bilangan bulat.

Suatu daftar yang lengkap dari massa atom berada pada sampel dalam dari buku ini dan

diberikan juga simbul dari elemen-elemen pada susunan berkala. Angka dalam daftar ini

adalah harga rata-rata dari massa atom relatif, berarti is adalah massa rata-rata yang

dinyatakan dalam satuan massa atom dari campuran isotop-isotop yang ditemukan

Hukum Perbandingan Berganda

Hal lain vang menarik dari teori atom Dalton adalah ditemukannya Hukum

Campuran Kimia lain yang dinamakan: Hukum Perbandingan Berganda yang

dapat dinyatakan sebagai berikut: Misalkan kita mempun.vai dua sampel senyawa

yang dibentuk oleh dua elemen yang sama. Bila massa dari salah satu elemen dalam

kedua sampel itu sama, maka massa dari elemen yang lain berada dalam

perbandingan angka yang kecil dan bulat. Hukum ini yang terutama penting untuk

sejarah, lebih mudah dimengerti bila diberi contoh. Seperti diketahui karbon dapat

membentuk dua macam senyawa dengan oksigen yaitu karbon monoksida dan

karbondioksida. Dalam 2,33 g karboamonoksida, ditemukan 1,33 g oksigen yang

bergabung dengan 1,00 g karbon. Sedangkan dalam 3,66 g karbondioksida,

ditemukan 2,66 g oksigen yang bergabung dengan 1,00 g karbon. Perhatikan bahwa

massa karbon yang sama (1,00 gram) berada dalam perbandingan 2 : 1 (perbandingan

dengan angka yang kecil dan bulat.

2 ,66 gram : 1 ,33 gram = 2 : 1 1

Hal ini sejalan dengan teori atom yaitu bila sebuah molekul karbon monoksida (CO)

mengandung satu atom C dan satu atom 0 dan sebuah molekul karbondioksida

(CO2) mengandung 1 atom C dan 2 atom 0, berarti kita mempunyai molekul karbon

yang jumlahnya sama, kita mempunyai jumlah karbon atom dan massa yang sama.

KONSEP MOL

Teori atom dalton dan perkembangan dari daftar massa atom elemen elemen membuka

jalan untuk perhitungan stokiometri, tetapi sebelum ini diterima, kita harus membicarakan

terlebih dahulu konsep yang terpenting dalam stokiometri yaitu mol.

Dalam duma sekarang ini, pelajaran dari zat dan reaksi kinlia memerlukan kemampuan

untuk mencoba menentukan sifat dari hasil reaksi kimia. Kita harus dapat menemukan

rumus dan menentukan seberapa banyak berbagai zat kimia diperlukan bila kita akan

melakukan reaksi kimia. Dengan perkataan lain, kita harus dapat bekerja secara

kuantitatif dengan elemen, senyawa dan reaksi kimia. Stoikhiometri (berasal dari

bahasa Yunani Stoicheion = elemen dan metron = mengukur) adalah istilah yang

dipakai dalam menggambarkan bentuk kuantitatif dari reaksi clan senyawa kimia.

Teori atom Dalton dan perkembangan dari daftar Massa Atom elemen-elemen membuka

jalan untuk perhitungan Stoikhiometri, tetapi sebelum ini diterima, kita harus

membicarakan terlebih dahulu konsep yang terpenting dalam Stoikhiometri yaitu: Mol.

Seperti telah dipelajari, atom bereaksi untuk membentuk molekul dalam perbandingan

angka yang mudah dan bulat. Misalnya atom hidrogen dan oksigen, bergabung dalam

perbandingan 2:1 untuk membentuk air (H20), atom karbon dan oksiger, bergabung

dalam. perbandingan 1:1 membentuk karbonmonoksida (CO). Setelah mengetahui hal ini,

misalkan kita ingin mernbuat karbonmonoksida dari atom karbon dan atom oksigen

sedemikian rupa sehingga tak ada atom dari kedua elemen ini yang tersisa. Bila kita

hanya memerlukan satu molekul, kita dapat membayangkan akan menggabungkan

bersama-sama 1 atom C dan I atom O. Bila dua molekul yang dibutuhkan, diperlukan 2

atom C dan 2 atom 0 dan seterusnya untuk berbagai jumlah yang kita inginkan. Tetapi

kita tak dapat bekerja dengan atom-atom, karena mereka sangat kecil. Sebab itu dalam

keadaan sebenarnya di Laboratorium kita harus memperbesar ukuran dari sampel

sedemikian rupa, sehingga ia dapat dilihat dan dipergunakan, tetapi harus dibuat

dengan cara sedemikian rupa, agar dipertahankan perbandingan atom yang sesuai.

Salah satu jalan untuk memperbesar jumlah dalam reaksi kimia adalah bekerja

dengan lusinan atom, bukan dengan satuan atom.

1 atom C + I atom 0 1 molekul CO

1 lusin atom C + 1 lusin atom 0 1 lusin molekul CO

(12 atom C) (12 atom 0) (12 molekul CO)

Perhatikan bahwa perbandingan 1:1 lusinan atom tepat sama perbandingan 1:1 satuan

atonyaa sendiri. Jika kita mengambll 2 lusin atom karbon dan 2 lusin atom oksigen

(perbandingan 1:1 dari lusinan), dapat dipastikan akan jumlah atom yang sama dari

karbon dan oksigen (perbandingan 1:1 atom). Sehingga tidak menjadi masalah jumlah

lusinan dari tiap atom yang kita ambil asal jumlah lusinannya sama sehingga

perbandingan 1:1 secara lusin dan atom tetap dipertahankan.

Konsep ini sangat penting sekali, sehingga perlu ditinjau dalam kasus lain. Perhatikan

zat air (H20). Bila kita ambil atom-atomnya sendiri persamaannya adalah sebagai berikut:

2 atom H + 1 atom 1 molekul H20

Kemudian kita dapat tingkatkan ukuran reaksi dengan bekerja lusinan atom hidrogen

dan oksigen

2 lusin atom H + 1 lusin atom 0 1 lusin molekul H20 atau

4 lusin atom H + 2 lusin atom O 2 lusin molekul H20 atau

6 lusin atom H + 3 lusin atom 0 3 lusin molekul H20

Dalam setiap persamaan, tetap dipertahankan perbandingan 2 : 1 antara atom H dan 0

dengan mempertahankan perbandingan 2 : 1 lusinan atom-atom ini.

Sekarang menjadi jelas bahwa bila ada suatu cara untuk menghitung atom secara lusinan,

kita dapat mengambilnya berlusin-lusin dalam perbandingan yang tepat sesuai yang

diinginkan perbandingan atomnya dan dengan cara ini pasti akan didapat perbandingan

atom yang sesuai. Sayangnya selusin atom atau molekul masih terlalu kecil untuk diker-

jakan, sebab itu kita harus mengambil satuan yang lebih besar. "Lusinannya ahli

kimia" disebut mole (disingkat mol). Mol ini terdiri dah 6,022 x 10 23 partikel (akan

dibicarakan lagi nanti mmgenai asal usul angka lusin dan mol ini, yang disebut

bilangan Avogadro)

1 lusin = 12 objek

1 mol = 6,022 x 1023 partikel

Keterangan yang sama untuk lusinan dapat diterapkan juga pada mol. Mol hanyalah

suatu jumlah yang lebih besar.

1 mol atom C + 1 mol atom 0 1 mol molekul CO atau

1 mol C + 1 mol O 1 mol CO

(6,022 x 1023atom C) (6,022 x 1023 atom 0) (6,022 x 1023 molekul CO)

Terlihat bahwa bila kita mengambil 1 mol atom karbon dan 1 mol atom oksigen, kita akan

mempunyai jumlah atom karbon dan oksigen yang sama dan akan membentuk tepat 1

mol melekul CO, tak ada sisa apa-apa.

PENGUKURAN MOL ATOM ATOM

Dalam suatu reaksi kimia, atom-atom atau molekul akan bergabung dalam

perbandingan angka yang bulat dan kita juga telah melihat bahwa mol dari zat juga akan

bereaksi dengan perbandingan angka yang bulat. Berdasarkan ini maka mol dapat

disebut satuan kimia. Ukurannya cukup besar sehingga sebuah mol atom atau

molekul akan mewakili suatu jumlah yang dengan mudah dapat dikerjakan di

laboratorium. tetapi sayang tak ada alat yang dapat menolong kita untuk menghitung

langsung atom-atom dalam perkalian bilangan Avogadro. Oleh sebab itu kita harus

mempunyai cara untuk mengubah satuan kimia ini ke unit laboratorium—sesuatu yang

dapat diukur di laboratorium.

Telah dikatakan bahwa satu mol terdiri dari 6,022 x 1023 partikel (objek). Angka

yang aneh ini tidaklah dipilih secara sembarangan. melainkan merupakan jumlah

atom dalam suatu sampel dari tiap elemen yang mempunyai massa dalam gram yang

jumlah angkanya sama dengan massa atom elemen tersebut , misalnya massa atom

dari karbon adalah 12,011, maka 1 mol atom karbon mempunyai massa 12,011 g.

Demikian juga massa atom dari oksigen adalah 15,9994, jadi 1 mol atom oksigen

mempunyai massa 15,9994 g

1 mol C = 12,011 g C, 1 mol 0 = 15,9994 g 0

Maka keseimbanganlah yang menjadi alat kita untuk mengukur mol. Untuk mendapat satu

mol dari tiap elemen, yang kita perlukan adalah melihat massa atom dari elemen

tersebut. Angka yang didapat adalah jumlah dari gram elemen tersebut yang harus kita

ambil untuk mendapatkan 1 mol elemen tersebut.

PENGUKURAN MOL DARI SENYAWA: MASSA

MOLEKUL DAN MASSA RUMUS

Seperti pada elemen, secara tak langsung persamaan di atas juga dapat dipakai

untuk menghitung mol dari senyawa. Jalan yang termudah ada lah dengan

menambahkan semua massa atom yang ada dalam elemen. Bila zat terdiri dari

molekul-molekul (misalnya CO2 , H20 atau NH3), maka jumlah dari massa atom

disebut massa molekul atau-Berat molekul. Kedua istilah ini d ipakai berganti-ganti).

Sehingga massa molekul dari CO2 adalah:

C I x 12.0 u = 12.0 u

2 0 2x 16.0 u = 32.0 u

CO2 total = 44.0 u

Demikian juga massa molekul dari H20 = 18,0 u dan dari NH3 = 17 u. Berat dari

I mole zat didapat hanya dengan menuliskan massa molekulnya dengan satuan gram.

Jadi,

I mol CO2= 44,0 g

1 mol H20 = 18,0 g

I mol NH3 = 18,0 g

REFERENSI :

1. Chemistry, Reactions, Structure, and Properties., Clyde R.Dilliard & David

E.Goldberg

2. Kimia Universitas, Asas & Struktur,. James E. Brady