KIMIA DASAR 1STOIKIOMETRIOleh: Klara M I Lopez1401051041Pendidikan Fisika

HUKUM REAKSI KIMIAHukum Kekekalan Massa (Lavoisier, 1783) Pada setiap reaksi kimia, massa zat-zat yang bereaksi adalah sama dengan massa produk-reaksiContoh :Magnesium + Klor Magnesium Klorida1,0 g 2,9 g 3,9 g

Hukum Perbandingan Tetap (Proust, 1799) Pada setiap reaksi kimia, massa zat yang bereaksi dengan sejumlah tertentu zat lain, selalu tetap, atau suatu senyawa murni selalu terdiri atas unsur-unsur yang sama, yang tergabung dalam perbandingan tertentu.Contoh : Air mengandung : Hidrogen 11,19% Oksigen 88, 81%Jadi jumlah oksigen yang tergabung dengan 1 gram hidrogen dalam air adalah 8 gram.

Penyimpangan Hukum Susunan TetapIsotopTerdapatnya dua macam senyawa dengan dua macam perbandingan berat misalnya air (perbandingan berat oksigen-hidrogen 8:1) dan air berat (perbandingan berat oksigen-hidrogen 8:2), menunjukkan penyimpangan dari hukum susunan tetap.Senyawa non-stoikiometriKomposisi rata-rata Ti0 berkisar dari Ti0,70 ke Ti00,7. Senyawa semacam ini (Pb S1,14 dan UO2,12) yang menyimpang dari Hukum Susunan Tetap disebut senyawa Non-Daltonion, Berthollide atau Non-Stoikiometrik.

Contoh :8, 04 g tembaga oksida direduksi dengan hidrogen menghasilkan 6,42 g tembaga. Pada eksperimen kedua 9,48 g tembaga dilarutkan dalam asam nitrat pekat. Setelah larutan ini diuapkan sampai kering dan residu dipijar sampai konstan diperoleh 11,88 g tembaga oksida. Tunjukkan bahwa kedua data di atas mengikuti suatu hukum kimia.Jawab :Komposisi kedua oksida

Eksperimen 1 Eksperimen 2

Massa tembaga 6, 42 g 9, 48 g Massa oksigen 1, 62 g 2, 40 g

Perbandingan :Massa tembaga =6, 429, 48Massa oksigen1, 622, 40

=3, 963, 95

Hukum Kelipatan Perbandingan Bila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, maka perbandingan massa dari unsur yang satu, yang bersenyawa dengan jumlah tertentu unsur lain, merupakan bilangan yang mudah dan bulat

Contoh :Nitrogen dan oksigen dapat membentuk enam macam senyawa.

Senyawa % Nitrogen % Oksigen Massa nitrogenMassa oksigen IIIIIIIVVVI 63,746,736,930,525,922,6 36,353,363,1169,574,177,3 1 : 0,571 : 1,141 : 1,741 : 2,281 : 2,861 : 3,42

Perbandingan berat oksigen yang bereaksi dengan satu bagian nitrogen adalah :0,57 : 1,14 : 1,74 : 2,28 : 2,86 : 3,42 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6Perbandingan ini merupakan bilangan yang mudah dan bulat, jadi sesuai dengan Hukum Kelipatan Perbandingan.Hukum perbandingan Timbal-BalikJika dua unsur A dan B masing-masing bereaksi dengan unsur C yang massanya sama membentuk AC dan BC, maka perbandingan massa A dan massa B ketika membentuk AC dan BC atau kelipatan dari perbandingan ini.

Contoh :Dalam Metana 75 g C bereaksi dengan 25 g HDalam karbon monoksida 42,86 g C bereaksi dengan 57,14 g O.Dalam air 11,11 g bereaksi dengan 88,89 g OJawab :Dalam metana 75 g bereaksi dengan 25 g HDalam CO 42,86 g C bereaksi dengan 57,14 g OAtau 75 g C bereaksi dengan __75__ x 57,14 = 99,99 gram O 42,86Perbandingan hidrogen dan oksigen yang masing-masing bereaksi dengan 75 gram C25 : 99,99 atau 1 : 4

Hukum Perbandingan Setara Bila suatu unsur bergabung dengan unsur lain, maka perbandingan kedua unsur tersebut adalah sebagai perbandingan massa ekivalennya atau suatu kelipatan sederhana dari padanya.Contoh : HidrogenOksigenAir 1,0088,000Hidrogen Peroksida 0,504 ( x 1,008)8,000

Karbon OksigenKarbondioksida 3,0038,000Karbonmonoksida 6,005 (2 x 3,003)8,000

Hukum Penyatuan VolumePada kondisi temperatur dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas pereaksi dan gas-gas produk-reaksi merupakan bilangan yang mudah dan bulat.Hidrogen + Oksigen uap air 2 vol 1 vol 2 volHidrogen + Nitrogen ammonia 3 vol 1 vol 2 volPada suatu persamaan reaksi yang sudah setara2 C2H2 (g) + 5 O2 4 CO2 (g) + 2H2O (g)Dua volume C2H2 bereaksi dengan Lima volume O2 menghasilkan 4 volume CO2 dan dua volume H2O.

Hukum Avogadro Pada Temperatur dan tekanan yang sama, volume yang sama dari semua gas mengandung jumlah molekul yang sama.Contoh :Hidrogen + klor hidrogen kloridan molekul n molekul 2n molekuldibagi dengan n1 molekul + 1 molekul 2 molekulHidrogen klor hidrogen klorida

TEORI ATOM DALTON Ada tiga postulat penting :Materi terdiri dari partikel yang tak dapat dibagi-bagi lagi, yang tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan dan disebut atom.Atom suatu unsur tertentu adalah sama dalam semua hal dan berbeda dari atom unsur lain.Jika atom-atom bergabung membentuk senyawa, perbandingan atom-atom ini merupakan angka yang sederhana. Dengan teori ini berhasil menjelaskan :Hukum Kekekalan Massa (sesuai dengan postulat pertama)Hukum Perbandingan Konstan (sesuai dengan postulat yang kedua dan ketiga)

Teori atom Dalton dan pengetahuan massa kiniPostulat 1 : atom dapat dibagi-bagi lagiPenembakan dengan partikel sub atomPembelahan inti (fisi nuklir)Postulat 2 : Atom suatu unsur dapat berbeda massa (adanya isotop)Postulat 3 : Ada banyak senyawa yang perbandingan atomnya cukup rumit misalnya C6H7N3O11 dan C18H35O2Na

MASSA ATOM RELATIFMassa atom relatif = Massa suatu atom unsur_ Massa satu atom Hidrogen

Massa Atom relatif = Massa ekivalen x valensi

Massa Ekivalen = Massa atom relatif Valensi

Massa Atom relatif = ___Massa satu atom unsur___ Massa satu atom karbon-12

1. Penentuan Massa Atom relatifa. Hukum Dulong dan PetitUntuk unsur logam hasil kali massa atom relatif dan kalor jenis kira-kira 26,8 J mol-1K-1Massa atom relatif x kalor jenis ~ 26,8Jika diberi satuan Massa molar x kalor jenis 26,8 J mol-1K-1(gram) x ( joule ) J mol-1K-1 mol Derajat x gramJika kalor jenis dinyatakan dalam kalori g-1K-1, makaMassa atom relatif x kalor jenis ~ 6,4

b. Metoda CannizzaroGagasan cannizzaroMenganggap bahwa hidrogen dan oksigen terdiri atas molekul diatomik.Menetapkan skala massa molekul berdasarkan massa molekul hidrogen dua satuan dan massa molekul oksigen tiga puluh dua satuan.Berpendapat bahwa volume yang sama dari semua gas pada suhu dan tekanan yang sama mempunyai jumlah molekul yang sama, sedangkan kerapatan gas berbanding lurus dengan massa dari molekulnya.Perbandingan yang tetap dari kerapatan gas dan massa molekulnya dihitung berdasarkan skala hidrogen dan skala oksigen.

Dengan perbandingan ini Cannizzaro menghitung massa molekul dari sederetan senyawa berupa gas dari suatu unsur.Persen komposisi unsur-unsur dalam senyawa diperoleh dari analisis kimia.Dari persen komposisi dan massa dari molekul, cannizzaro menghitung massa dari atom dalam satu molekul setiap senyawa.Dengan menganggap bahwa massa unsur dalam satu molekul merupakan bilangan bulat dikalikan dengan massa satu atom, Cannizaro mengambil massa terkecil dari unsur dalam satu molekul senyawa berupa gas sebagai massa satu atom.

Contoh :Perhatikan unsur X. tentukan massa molekul relatif sejumlah senyawa yang mengandung unsur X. Massa molekul relatif dapat dihitung jika diketahui rapat uapnya dengan menggunakan hukum Avogadro.Mr = 2 x RHMassa terkecil dari unsur X yang terdapat dalam satu mol senyawa-senyawa itu adalah massa atom relatif, X.

Cara penentuan massa atom relatif dari karbonDari data dalam tabel dapat disimpulkan bahwa massa atom relatif karbon adalah 12.

Senyawa RH Mr% Massa karbon Massa karbon dalam satu massa molekul relatif Benzena 397892,3 92,3 x 78 = 72 100 Propana 224481,8 81,8 x 44 = 36 100 Etana 153080,0 80,0 x 30= 24 100 Metana 81675,0 75,0 x 16 = 12 100 Metanol 153040,0 40,0 x 30 = 12100

c. Metoda Spektrofotometri MassaMisalnya : Galium mempunyai isotop 69Ga dan 71Ga dengan kelimpahan berturut-turut 60% dan 40%Massa atom relatif gallium adalah jumlah massa 69Ga dan 71Ga yaitu,

69 x 60 + 71 x 40 = 41,4 + 28,4 100 100 = 69,8

MASSA MOLEKUL RELATIF, MASSA RUMUS RELATIF, MASSA MOLARMassa Molekul relatif = Massa suatu molekul senyawa Massa satu atom karbon-12

Massa molar relatif = Massa satu mol zat Massa satu mol karbon-12

Jumlah mol = massa massa molar

KONSEP MOLMol adalah jumlah zat suatu sistem yang mengandung sejumlah besaran elementer (atom, molekul dsb) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram tepat isotop karbon-12.Jumlah besaran elementer ini disebut tetapan Avogadro dengan lambang N. tetapan Avogadro yang disetujui.L = (6,022045 0,000031) x 1023 mol-1Massa satu atom karbon adalah12 g mol-1 = 12 = 1,9927 x 10-23 g L mol-1 6,0220 x 1023

Penerapan konsep mol pada gasPersamaan gas ideal adalah PV = n RT.Dengan R adalah tetapan gas untuk semua gas dan n adalah jumlah mol gas. Pada tekanan standar 1 atm (101 325 Pa) dan suhu 273 K (STP), satu mol gas mnempati volume 22,414 L. Secara sederhana digunakan 22,4 LPenerapan konsep mol pada larutanLarutan satu molar (M) adalah larutan yang mengandung satu mol zat terlarut dalam 1 L larutan.Kemolaran = mol/liter = mmol/ml

Kemolaran = konsentrasi dalam g per L Massa molar zat terlarut

Jumlah mol zat terlarut yang terdapat dalam sejumlah volume larutan dapat dinyatakan denganJumlah mol = kemolaran x volume (L = dm3)Contoh :Dalam 245 g H3PO4Hitung : jumlah mol H3PO4jumlah mol setiap unsurjumlah atom setiap unsur

Jawab :Mr = 3 + 31 + 64 = 98a. jumlah mol H3PO4 = 245 = 2,5 mol 98b. jumlah atom H = 2,5 x 3 = 7,5 mol jumlah atom P = 2,5 mol jumlah atom O = 2,5 x 4 = 10 molc. jumlah H = 7,5 x 6,02 x 1023 = 4,5 x 1024 atom jumlah P = 2,5 x 6,02 x 1023 = 1,5 x 1024 atom jumlah O = 10 x 6,02 x 1023 = 6,02 x 1024 atom

PERSEN KOMPOSISIPersen Komposisi (menurut massa) adalah presentase setiap unsur dalam senyawa.Presentase Unsur = Massa atom relatif x jumlah atom x 100 Massa rumus relatifContoh :Hitung % Na, S dan O dalam natrium sulfat (massa atom relatif : O = 16, Na = 23, S = 32)

Jawab :Rumus natrium sulfat : Na2SO4Dalam 1 mol Na2SO4 terdapat 46 g (2 mol) Na32 g (1 mol) S64 g (% mol) OMassa 1 mol Na2SO446 g + 32 g + 64 g = 142 g

% Na = 46x 100 = 32,4 % 142% S = 32 x 100 = 22,5 % 142% O = 64x 100 = 45,1 %142

RUMUS SENYAWA a. Rumus EmpirisCara menentukan rumus empiris suatu senyawa dapat dilakukan dalam tahap-tahap berikut :Tentukan massa setiap unsur dalam sejumlah massa tertentu senyawa atau persen massa setiap unsur. Dari data ini dapat diperoleh massa relatif unsur yang terdapat dalam senyawa.Membagi massa setiap unsur dengan massa atom relatif, sehingga memperoleh perbandingan mol setiap unsur atau perbandingan atom.

Mengubah perbandingan yang diperoleh pada dua menjadi bilangan sederhana dengan cara membagi dengan bilangan bulat terkecil. Jika perbandingan yang diperoleh adalah 1,5 : 1, kalikan dengan dua untuk memperoleh bilangan bulat (3 : 2).Jika perbandingan dalam bentuk 1,33 : 1 atau 1,66 : 1 kalikan dengan 3 untuk memperoleh bilangan bulat. (4 : 3) dan (5 : 3).b. Rumus MolekulRumus molekul memberikan jumlah mol (bukan saja perbandingan) setiap jenis atom dalam satu mol molekul senyawa.

Data yang diperlukan untuk menentukan rumus molekulrumus empiris, danmassa molekul relatif (kira-kira)Contoh : Suatu senyawa sebanyak 10,0 g mengandung 5,20 g seng 0,96 g karbon dan 3,84 g oksigen. Hitung rumus empiris?

Jawab :

Macam unsur Seng Karbon Oksigen Lambang ZnCOPerbandingan massa 5,200,963,84Massa atom relatif651216Perbandingan mol 5,20/650,96/123,84/16(atom) =0,0810,0810,243Rumus empiris ZnCO3

Rumus empiris suatu cairan adalah C2H4O. Tentukan rumus molekul jika massa molekul relatif = 88Jawab :Massa rumus empiris relatif(2 x 12) + (4 x 1) + 16 = 44Massa molekul relatif = 88 = 2 x massa rumus empiris relatif. Rumus molekul = 2 x massa rumus = (C2H4O)2Rumus molekul = C4H8O2

REAKSI KIMIAMacam Reaksi Kimia Reaksi sintetis yaitu pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya.Fe + Cl2 FeCl2Reaksi metatesis atau pertukaran antar senyawa.NaCl + AgNO3 AgCl(s) + NaNO3Reaksi penetralan atau reaksi asam basaHCl + NaOH NaCl + H2OReaksi redoksK2SO3 + O2 K2SO4

2. Penyetaraan Persamaan Reaksi Harus diketahui rumus zat pereaksi dan rumus produk-reaksiJumlah atom relatif setiap unsur dalam pereaksi sama dengan jumlah atom unsur dalam produk-reaksi.Koefisien rumus diubah menjadi bilangan bulat terkecil.3. Bilangan OksidasiBilangan oksidasi setiap atom dalam unsur bebas sama dengan nol (hidrogen dalam H2, belerang dalam S8, fosfor dalam P4).

Dalam senyawa, bilangan oksidasi fluor sama dengan -1.Bilangan oksidasi dalam ion sederhana sama dengan muatannya. Dalam senyawa bilangan oksidasi unsur golongan IA sama dengan +1, sedangkan unsur golongan IIA sama dengan +2.Bilangan oksidasi hidrogen dalam senyawa hidrogen sama dengan +1, kecuali dalam hibrida logam seperti NaH, CaH2, sama dengan -1.Bilangan oksigen dalam senyawa oksigen sama dengan -2, kecuali dalam peroksida sama dengan -1, dalam OF2 sama dengan +2 dan dalam superoksida sama dengan -.

Untuk senyawa netral, jumlah bilangan oksidasi dikalikan jumlah setiap atom sama dengan nol.Untuk suatu ion jumlah bilangan oksidasi dikalikan jumlah setiap atom sama dengan muatan ion.4. Penyetaraan Reaksi RedoksAda dua cara menyetarakan reaksi redoks yauti cara setengah reaksi dan cara perubahan bilangan oksidasi.

Cara Setengah ReaksiSetiap persamaan reaksi redoks merupakan penjumlahan dua setengah reaksi.Dalam persamaan reaksi redoks yang sudah setara, jumlah elektron yang dilepaskan pada oksidasinya sama banyak dengan jumlah elektronnya yang diterima pada reduksi.Ada tiga tahapMenuliskan kerangka setengah reaksiMengimbangkan setiap setengah reaksiMenjumlah kedua setengah reaksi

Contoh :Setarakan reaksi yang berlangsung dalam suasana asam.Tahap 1Menuliskan kedua kerangka setengah reaksi

Tahap 2Menyetarakan setiap reaksia. Mengimbangkan O dengan menambah H2O

Mengimbangkan H dengan menambah H+

Mengimbangkan muatan dengan menambah elektron

Tahap 3Menjumlahkan kedua setengah reaksi

Catatan :Jika reaksi berlangsung dalam suasana basa, pada tahap 2b sama seperti pada reaksi dalam suasana asam, kemudian ion H+ dihilangkan dengan menambah ion OH- yang sama banyak di kedua ruas.

Cara Perubahan Bilangan OksidasiTulis pereaksi dan hasil reaksiTandai unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi.Setarakan jumlah unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi di ruas kiri dan ruas kanan persamaan reaksi.Hitung jumlah berkurangnya dan bertambahnya bilangan oksidasi.Samakan jumlah berkurangnya dan bertambahnya bilangan oksidasi.

Samakan jumlah muatan di ruas kiri dan di ruas kanan dengan menambahkan H+ bila larutan bersifat asam atau OH- bila larutan bersifat basa.Tambahkan H2O untuk menyamakan jumlah atom H di ruas kiri dan di ruas kanan.Contoh :

Tahap 1

Tahap 2

+6 +4 +3+6Tahap 3

Tahap 4 +2

-6

Tahap 5

Tahap 6

Tahap 7

5. EkivalenEkivalen asam basaSatu ekivalen (ekiv) asam adalah sejumlah asam yang dapat menghasilkan satu mol H+. Satu ekivalen basa adalah sejumlah basa yang dapat menghasilkan satu mol OH- atau dapat menetralkan H+Contoh :Satu mol HCl menghasilkan 1 mol H+Satu ekiv HCl = 1 mol HCl = 36,5 gSatu mol H2SO4 menghasilkan 2 mol H+Satu ekiv H2SO4 = mol H2SO4 = x 98 g = 49 g

Satu mol NaOH menghasilkan 1 mol OH-Satu ekiv NaOH = 1 mol NaOH = 40 gSatu mol Ca(OH)2 menghasilkan 2 mol OH-Satu ekiv Ca(OH)2 = mol Ca(OH)2 = x 74,08 g = 37,04 g

Ekivalen RedoksSuatu ekivalen oksidator (zat pengoksidasi) adalah sejumlah zat tertentu yang dapat enerima satu mol elektron (6,02 x 1023 elektron). Satu ekivalen reduktor (zat pereduksi) adalah sejumlah zat tersebut yang dapat memberikan satu mol elektron.

Dalam reaksi redoksJumlah elektron yang diterima = jumlah elektron yang dilepaskan.Jumlah ekivalen oksidator = jumlah ekivalen reduktorMassa (berat) ekivalen oksidator = massa satumol oksidator di bagi dengan jumlah mol elektron yng diterima (massa satu mol oksidator dibagi dengan jumlah berkurangnya bilangan oksidasi)Massa (berat) ekivalen reduktor = massa satu mol reduktor di bagi dengan jumlah bertambahnya bilangan oksidasi)

Contoh :Jika unsur Fe dioksidasi menjadi FeO, hitung berat satu ekivalen Fe.Jawab : Bilangan oksidasi Fe berubah dari 0 menjadi +2. setiap mol Fe melepaskan 2 mol elektron, 1 mol Fe = 2 ekivalenBerat 1 mol Fe = 2 ekiv = 55,847 gBerat 1 ekiv Fe = (55,847) = 27,923 gHitung massa ekivalen V2O5 jika direduksi berturut-turut menjadi VO2, V2O3Jawab :Mr V2O5 = (2x51) + (5x16) = 182

V2O5 berubah menjadi VO21 mol V2O5 melepaskan 2 mol elektron (bilangan oksidasi +10 berubah menjadi +8)Massa ekivalen = 182 = 91 2V2O5 V2O31 mol V2O5 melepaskan 4 elektron(2V(V) 2 V (III)Massa ekivalen = 182 = 45,5 4

6. Penurunan Persamaan reaksiContoh :Jika suatu hidrokarbon X sebanyak 150 ml bereaksi dalam 750 ml oksigen, terdapat 75 ml oksigen yang tidak bereaksi, terbentuk 450 ml karbon dioksida 450 ml uap air. Turunkan persamaan reaksi dan rumus hidrokarbon X.Jawab :Oksigen yang bereaksi 750 ml 75 ml = 675 mlX + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)150 ml 675 ml 450 ml 450 mlDari data volume gas yang bereaksi dapat disimpulkanX + 4 O2 (g) 3 CO2 (g) + 3H2O (g)

Agar persamaan reaksi setara, maka rumus X adalah C3H6Jadi persamaan reaksi adalah

7. Pereaksi PembatasDalam suatu reaksi ada pereaksi yang habis bereaksi dan yang berlebihan. Pereaksi yang habis bereaksi disebut pereaksi pembatas.Contoh :Seng dan oksigen bereaksi membentuk seng oksida sesuai dengan persamaan reaksi

Hitung banyaknya ZnO, yang terbentuk jika 28,6 g Zn direaksikan dengan 7,44 g O2Jawab :Jumlah mol Zn = 28,6 = 0,438 mol Zn65,4Jumlah mol O2 = 7,44 = 0,232 mol O2 32Jika terdapat 0,438 mol Zn maka O2 yang diperlukan, x 0,48 mol O2 = 0,219 mol O2Banyaknya ZnO yang terbentuk 0,438 mol (2 x 0,219 mol) = 0,438 x 81,4 g = 35,6 ZnO

8. Persen HasilPersen Hasil = Massa produk nyata x 100 Massa produk menurut perhitunganContoh:Etilena, C2H4 sebanyak 3,86 g dibakar dengan 11,84 g O2 di udara. Jika CO2 yang terbentuk 6,96 g, hitung persen hasilJawab :Reaksi pembakaran : C2H4

Dari persamaan reaksi terlihat bahwa setiap satu mol C2H4 bereaksi dengan 3 mol O2

Jumlah mol C2H4 = 3,86 = 0,1378 mol 28Jumlah mol O2 = 11,84 = 0,370 32Sesuai dengan persamaan reaksi 0,1378 mol C2H4 akan bereaksi dengan 3 x 0,1378 = 0,4314 mol O2Oksigen yang tersedia hanya 0,370 mol, berarti oksigen adalah pereaksi pembatas.Gas CO2 yang dihasilkan x 0,370 mol = 0,2467 mol = 0,2467 x 44,0 g = 10,85 gProduk yang nyata 6,96 gPersen hasil = 6,96 x 100 = 64 % 10,85