Perhitungan Stoikiometri dengan Rumus dan Persamaan Kimia

Abdul Wahid Surhim

2014

Kerangka Pembelajaran

• Persamaan Kimia• Pola Reaktivitas Kimia• Berat Atom dan Molekul• Mol• Rumus Empirik dari Analisis• Informasi Kuantitatif dari Persamaan yang

Disetarakan• Membatasi Reaktan

Persamaan Kimia• Persamaan kimia ditulis untuk mewakili reaksi

kimia• METANA

– Komponen utama gas bumi– Dibakar dengan oksigen menghasilkan karbon

dioksida dan air– Metana dan oksigen adalah reaktan– Karbon dioksida dan air adalah produk– Persamaan kimia yang menggambarkan reaksi

tersebut:

OHCOOCH 2224

Persamaan Kimia

• Pernyataan: “Metana dan oksigen berreaksi membentuk karbon dioksida dan air”– Ini adalah kualitatif, bukan kuantitatif

• Hukum kekekalan massa tidak boleh diabaikan• Perlu adanya keseimbangan persamaan reaksi

Penyeteraan Persamaan Reaksi

REAKTAN• C : 1• H : 4• O : 2

PRODUK• C : 1• H : 2 (kurang 2)• O : 3 (lebih)

OHCOOCH 2224

• Jika H produk dikali 2, maka O reaktan kurang 2, maka O reaktan dikali 2 juga

• Persamaannya menjadi:

OHCOOCH 2224 22

Persamaan Kimia

• Kemampuan menyetarakan persamaan reaksi adalah sangat penting

• Tipsnya:– Sesuaikan MOLEKUL lebih dahulu, UNSUR belakangan– Kali ini, persamaan yang setara menggunakan bilangan

bulat

Pola Reaktivitas Kimia

Reaksi

Pembentukan – Penguraian Pembakaran Oksidasi –

Reduksi

Dikarenakan banyak sekali reaksi yang berbeda-beda,maka perlu dikelompokkan kedalam kelompok kecil

Reaksi Pembentukan dan Penguraian

Reaksi Pembakaran

(l)(g)(g)g OHCOOCH 2 2 2)( 4 22

(l)(g)g OHOH 2 2)( 2 22

(g)(g)s OSOS 2 2)( 22

Berat Atom dan Molekul

• Skala massa atom memberikan massa tiap unsur relatif terhadap massa atom 12C

• AMU (atomic mass unit) atau SMA (satuan massa atom): 1 amu = 1.66054 x 10-24 g 1 g = 6.02214 x 1023 amu

• Skala amu membuat kita dapat menggunakan rumus kimia untuk menentukan komposisi persentasenya dengan massa dari sebuah molekul

CO2

• Terdiri atas satu atom karbon dan dua atom oksigen• Oksigen massanya 15.9949 amu

Atom SAtom AMU SAMU %O 2 15.9949 31.9898 72.7%C 1 12 12 27.3%

         Jumlah 43.9898 100.0%

Perkiraan Massa Atom

Massa Atom Rerata

• Banyak unsur berada di alam sebagai campuran isotop

• Massa atom unsur tersebut ditentukan menggunakan isotopnya

• Karena itu dibuat massa atom reratanya

Berat Rumus dan Berat Molekul

• BERAT RUMUS adalah jumlah berat atom dari tiap atom dalam rumus kimianya

• Jika rumus kimia dari sebuah senyawa adalah rumus molekulnya, maka berat rumus disebut juga BERAT MOLEKUL

Komposisi C12H22O11

• MW of C12H22O11: 342 g/mol

%5.51%100

g/mol 342

g/mol 1611O%

%4.6%100g/mol 342

g/mol 122H%

%1.42%100g/mol 342

g/mol 1212C%

MOL• Kalau di dunia dagang ada istilah LUSIN (dozen) yang berarti 12, maka

di kimia adalah istilah MOL yang berarti 6.022 x 1023 obyek (atom, molekul atau ion)

• Bilangan 6.022 x 1023 disebut BILANGAN AVOGADRO (ditemukan oleh seorang ilmuwan jerman bernama J. J. Loschmidt pada tahun 1865, tetapi karena yg pertama menyatakan perlunya satuan jumlah bagi atom dan molekul adalah Amedeo Avogadro, maka bilangan ini dinamakan bilangan AVOGADRO)

• Bayangkan kalau seluruh penduduk dunia ditugaskan untuk menghitung atom dalam 4,003 gram He!

• Menggunakan skala amu untuk satu mol molekul air:

mol

amu 10085.1

air molekul

amu 02.18air molekul 10022.6 2523 xx

mol

x

Konversi

• Dikonversi ke satuan yang umumnya dipakai (gram):

gg

x 02.18amu

1.66054x10amu x 10085.1

2425

Mol, Amu dan Gram

• Bukan suatu kebetulan bahwa amu dan gramnya sama– 1 molekul air memiliki 18.02 amu, dan 1 mol molekul air memiliki

18.02 gram– Massa 1 molekul CO2 adalah 44.01 amu, dan massa 1 mol molekul

CO2 adalah 44.01 gram

• Setengah massanya mengandung setengah banyaknya partikel

Rumus Empirik dari Analisis

• Zat kimia seperti air, karbon dioksida, hidrogen peroksida, dan sodium khlorida memiliki rumus yang menggambarkan jumlah relatif unsur-unsur yang menyusunnya

• Rumus air, H2O, mengindikasikan bahwa sebuah molekul air mengandung dua molekul hidrogen dan satu molekul oksigen

• Begitu pula CO2 yang terdiri atas satu atom karbon dan dua atom oksigen

• Keduanya disebut RUMUS MOLEKUL

Rumus Empirik dari Analisis

• Bagaimana dengan peroksida air, H2O2?

• Karena memiliki dua atom yang jumlahnya genap, maka bisa dibentuk kedalam RUMUS EMPIRIK: HO

• Jadi rumus empirik tidak menggambarkan jumlah atom yang dikandung oleh sebuah molekul

Rumus Empirik dari Analisis

• Air dan karbon dioksida memiliki rumus molekul dan rumus empirik yang sama

• Senyawa ion tidak berada sebagai molekul, karena itu tidak memiliki rumus molekul

• Senyawa ion selalu dinyatakan dalam rumus empirik

• Misalnya: NaCl, MgCl2, dll

Rumus Empirik

Tentukan rumus empirik campuran yang terdiri atas 81.32 persen karbon, 5.12 persen hidrogen, dan 13.56 persen

oksigen dalam massa!

Rumus Empirik

Solusi:• Asumsi total massa = 100 g

–C = 81.32 g –H = 5.12 g –O = 13.56 g–C:H:O = 81.32/12 : 5.12/1 : 13.56/16–C:H:O = 6.7767 : 5.12 : 0.8475 = 8:6:1

• Rumus empirik dari sebuah campuran: C8H6O

Prosedur Umum Menentukan Rumus Empirik

Mass % elements

Assume 100 g sample

Grams of each element

Use atomic weights

Moles of each element

Calculate mol ratio

Empirical formula

Given: Find:

RELASI MASSA DALAM REAKSI

• Menulis dan menyetarakan persamaan kimia1. Menulis “kerangka” persamaan: kiri reaktan (hydrazine

dan dan kanan produk: N2H4 + N2O4 N2 + H2O

2. Indikasikan keadaan fisik tiap molekul: gas (g), cairan (l), padatan (s) atau larutan (aq): N2H4(l) + N2O4(l) N2(g) + H2O(g)

3. Setarakan persamaannya: 2N2H4(l) + N2O4(l) 3N2(g) + 4H2O(g)

• Relasi massa dari persamaan

Informasi Kuantitatif dari Persamaan yang Disetarakan

• Berapa gram air yang dihasilkan dalam pembakaran 1.00 g glukosa?

6126

612661266126 OHC g 0.180

OHC mol 1OHC g 00.1OHC moles

6126

2

6126

612661262 OHC mol 1

OH mol 6

OHC g 0.180

OHC mol 1OHC g 00.1OH moles

OH g 600.0

OH mol 1

OH g 0.18

OHC mol 1

OH mol 6

OHC g 0.180

OHC mol 1OHC g 00.1OH grams

2

2

2

6126

2

6126

612661262

Latihan: Molekul N2, H2, dan NH3

• Boks A berisi 5 molekul nitrogen (N2) dan 15 molekul hydrogen (H2). Boks B berisi 10 molekul NH3

• Buat gambar ilustrasi Boks A dan Boks B (lingkaran terbuka untuk atom N dan kotak untuk atom H)

• Bandingkan boks A dan boks B:– Jumlah atom N dan atom H– Jumlah partikel diskret– Massa

• Jika boks A reaktan dan boks B produk, tulis persamaan reaksinya

• Reduksi koefisien reaksi di atas untuk mendapatkan koefisien reaksi berupa bilangan bulat yang kecil

Membatasi Reaktan

• Kadang kita menghitung produk sesuai dengan jumlah reaktan stoikiometri-nya

• Umumnya, satu reaktan akan dikonsumsi secara sempurna dan akan membatasi jumlah produk yang dihasilkan

• Jumlah produk yang dihasilkan jika reaktan yang membatasi dikonsumsikan secara sempurna disebut YIELD TEORITIS

• Ini jarang bisa dicapai

Reaksi Terbatasi

Sb I2Panas

Yield Aktual

Latihan

• Seorang mahasiswa menyiapkan asam fosfor, H3PO3, dengan mereaksikan fosfor triiodida padat dengan air.

PI3(s) + 3H2O(l) H3PO3(s) + 3HI(g)

• Mahasiswa tersebut memperoleh 0,250 liter H3PO3

(densitas 1,651 g/cm3). Prosedurnya adalah ada 45,0% berlebih air dan yieldnya 75,0%. Berapa berat fosfor triiodida? Berapa volume air (densitas 1,00 g/cm3) yang seharusnya digunakan?

Efisiensi Pembakaran di Boiler

• Dinitrogen pentaoksida dapat dihasilkan oleh reaksi antara nitrogen dan oksigen.

1. Tulislah persamaan yang disetarakan untuk reaksi tersebut

2. Tulislah persamaan yang disetarakan tersebut dalam bentuk gambar. Kotak untuk atom nitrogen, lingkaran untuk atom oksigen.

3. Jika ada enam molekul nitrogen dan enam molekul oksigen, tunjukkan menggunakan gambar sebelum dan setelah reaksi

4. Reaksi menggunakan 4,50 gram oksigen dan nitrogen berlebih, berapa gram dinitrogen pentaoksida diproduksi?

5. Reaksi lain menggunakan 3,87 gram oksigen dan 3,87 gram nitrogen:a) berapa gram dinitrogen pentaoksida diproduksi?

b) berapa gram sisa reaktannya?

c) Jika 3,87 gram dinitrogen pentaoksida diperoleh dari eksperimen, berapa yieldnya?

Persen Yield

• Seringnya yang terjadi, jumlah produk lebih kecil dari yang semestinya atau disebut YIELD AKTUAL

• Dari sini bisa dihitung Persen Yieldnya

100Teoritis Yield

Aktual Yield YieldPersen x