STOIKIOMETRI: Rumus Kimia, Rumus Empiris dan Rumus

Molekul, Persamaan reaksi, Hipotesis Avogadro

Rumus Kimia

                 Seperti yang telah disinggung rumus kimia merupakan salah satu ciri khas

senyawa kimia. Rumus kimia suatu senyawa menyatakan lambang dan jumlah atom unsur yang menyusun suatu senyawa tanpa menyebut senyawa tersebut termasuk senyawa ionik atau kovalen.

Rumus kimia sendiri terbagi menjadi Rumus empiris /REdan Rumus molekul/RM

                   Rumus molekul dan rumus empiris suatu senyawa hanya terjadi perbedaan

jumlah atom, sedangkan atom unsur penyusun senyawa tetap. Namun demikian beberapa

senyawa memiliki rumus molekul dan rumus empirisnya yang sama, misalnya H2O (air)

dan NH3 (amoniak).

                  Jumlah atom dalam suatu rumus kimia menyatakan jumlah mol dari unsur

terkait, jadi rumus kimia suatu senyawa merupakan perbandingan mol atom unsur

penyusun senyawa tersebut.

Dari perbandingan atom atau perbandingan mol ini dapat ditentukan perbandingan massa

dan % massa dari unsur-unsur yang menyusun senyawa tersebut.

                   Untuk memperjelas hal ini perhatikan contoh berikut! misalnya vitamin C yang

mengandung asam askorbat dengan rumus molekul C6H8O6, maka:

· Rumus molekul C6H8O6

· Perbandingan mol atom unsur = C : H : O = 6 : 8 : 6

· Perbandingan massa unsur = C : H : O = 6 x Ar. C : 8 x Ar.H : 6 x Ar.O

= (6 x 12) : (8 x 1) : (6 x 16) = 72 : 8 : 96

· Jumlah perbandingan = Mr = 72 + 8 + 96 = 176

· % massa masing-masing unsure adalah

Berikut adalah rumus untuk menghitung % massa unsur dalam senyawa

Contoh soal menentukan kadar unsur dalam senyawa

Berapa persen (%) C, O, N dan H yang terdapat

dalam urea, CO(NH2)2, jika diketahui

Ar.C = 12, Ar.O = 16, Ar.N = 14 dan Ar.H =1?

Jawab

Langkah penyelesaian

1. Tentukan mol masing unsur-unsur dalam senyawa

Atom C = 1 mol Atom O = 1 mol Atom N = 2 mol dan Atom H = 4 mol

2. Dari mol atom tentukan massa masing-masing unsur dalam senyawa dengan cara:

kalikan dengan atom relatif (Ar) masing-masing atom

Atom C = 1 mol x 12 g/mol = 12 g Atom O = 1 mol x 16 g/mol = 16 g

Atom N = 2 mol x 14 g/mol = 28 g Atom H = 4 mol x 1 g/mol = 4 g

3. Jumlahkan massa semua atom yang telah diperoleh untuk memperoleh massa molekul

(massa molekul relatif)

Atau dengan cara

H

4. Tentukan % massa masing-masing unsur dengan cara:

Massa masing-masing atom dibagi dengan massa semua atom dalam senyawa (massa

molekul relatif) kemudian dikali 100%.

Dengan cara ini diperoleh:

Jika terdapat 120 Kg urea maka massa N adalah sebesar = 46, 67% x 120 Kg = 56 Kg.

Rumus Empiris dan Rumus Molekul

Rumus Empiris

                Rumus empiris adalah rumus kimia yang menyatakan perbandingan terkecil

jumlah atom-atom pembentuk senyawa. Misalnya senyawa etena yang memiliki rumus

molekul C2H4, maka rumus empiris senyawa tersebut adalah CH2.

                 Dalam menentukan rumus empiris yang dicari terlebih dahulu adalah massa

atau persentase massa dalam senyawa, kemudian dibagi dengan massa atom relatif (Ar)

masing-masing unsur. artinya untuk menentukan rumus empiris yang perlu dicari adalah

perbandingan mol dari unsur-unsur dalam senyawa tersebut.

 

Contoh

Suatu senyawa mengandung 64,6 g natrium,

45,2 g belerang dan 90 g oksigen.

Jika diketahui Ar.N = 23, Ar.S = 32,

dan Ar.O = 16. Maka tentukan rumus empiris

senyawa tersebut?

Jawab

Jadi rumus empiris senyawa tersebut adalah Na2SO4.

Rumus Molekul

                 Rumus molekul adalah rumus kimia yang menyatakan jenis dan jumlah atom

yang menyusun suatu senyawa. Misalnya: C2H4 (etena), CO(NH2)2 (urea) dan asam asetat

atau asam cuka (CH3COOH). Rumus molekul dapat didefinisikan sebagai rumus kimia

yang menyatakan perbandingan jumlah dan jenis atom sesungguhnya dari suatu

senyawa.

               Dari rumus molekul asam cuka diketahui bahwa rumus molekul tersebut tidak

ditulis C2H4O2. Beberapa alasan rumus molekul asam cuka tidak ditulis demikian yaitu

1. Untuk membedakan dengan senyawa lain yang memiliki jumlah atom penyusun yang

sama misalnya metil format (HCOOCH3).

2. Rumus molekul menggambarkan struktur molekul. Artinya dari rumus molekul kita dapat

menunjukan atom-atom saling berikatan. Pada molekul asam cuka atom C yang pertama

mengikat 3 atom H dan 1 atom C berikutnya dan atom C berikunya mengikat 2 atom O

kemudian 1 atom O mengikat 1 atom H.

Contoh soal menentukan rumus molekul dari rumus empiris

               200 g senyawa organik mempunyai massa molekul relatif = 180, senyawa ini

terdiri dari 40% karbon, 6,6% hidrogen dan sisanya adalah oksigen.

Jika diketahui Ar.C = 12, Ar.H = 1, dan Ar.O = 16. Maka tentukan rumus molekul senyawa

ini?

Jawab

Jadi rumus empiris senyawa tersebut adalah CH2O

Dari rumus molekul yang telah diperoleh maka rumus molekul dapat ditentukan sbagai

berikut

( CH2O)n = (Ar C x n) + (2.Ar H x n) + (Ar.O) = Mr senyawa

12n + 2n + 16n = 180 berarti 30n = 180 maka n = 6

jadi rumus molekulnya adalah C6H12O6.

Menentukan Rumus Empiris dan Rumus Molekul Berdasarkan Ar dan Mr

             Tentukan rumus molekul yang dimiliki

senyawa dengan rumus empiris CH,

jika diketahui Mr senyawa tersebut adalah 78?

Jawab

Mr senyawa = (CH)n berarti 78 = (12 + 1)n atau 78 = 13n jadi n = 6

jadi rumus molekul yang dimiliki senyawa tersebut adalah (CH)n = C6H6.

 

Contoh Soal

               Massa molekul relatif suatu senyawa

organik yang memiliki rumus empiris CH2O

adalah 180, jika diketahui Ar.C= 12, Ar.H =1 Ar.

O = 16, tentukan rumus molekul senyawa tersebut?

Jawab

Mr senyawa = (CH2O)n

180 = (12 + 2+ 16)n

180 = 30n

n = 6

jadi rumus molekul yang miliki senyawa tersebut adalah (CH2O)n = C6H12O6

Persamaan Reaksi

              Seperti yang telah disinggung pada bab sebelumnya, bahwa perubahan kimia

yang terjadi pada materi disebut juga reaksi kimia. Reaksi kimia yang terjadi dapat

berlangsung secara eksoterm dan endoterm. Reaksi berlangsung secara eksoterm bila

reaksi yang terjadi disertai pembebasan sejumlah energi, sedangkan kebalikan dari reaksi

eksoterm disebut reaksi endoterm. Energi yang terlibat dapat berupa energi cahaya,

energi panas dan energi-energi yang lainnya.

                Pada reaksi kimia terdapat zat awal yang belum mengalami perubahan yang

disebut reaktan atau pereaksi dan zat yang telah mengalami perubahan yang disebut

produk atau zat hasil reaksi. Zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia dapat berupa unsur

dan senyawa. Rekasi yang dimaksud disini bukan reaksi fisi atau reaksi fusi, sehingga zat-

zat sebelum dan sesudah reaksi adalah zat-zat yang sama.

                Reaksi kimia yang terjadi biasanya tulis dalam bentuk persamaan reaksi. Persamaan reaksi merupakan pernyataan yang mengungkapkan atau menggambarkan

suatu proses kimia dengan menggunakan rumus kimia. Karena itu penulisan persamaan

reaksi harus dapat menyatakan fenomena kimia yang sebenarnya, dimana zat-zat yang

bereaksi dan zat-zat hasil reaksi harus tergambarkan dengan jelas. Agar lebih jelas

perhatikan reaksi yang terjadi antara gas hidrogen dan gas oksigen untuk membentuk air,

yang digambarkan sebagai berikut:

Keterangan:

· tanda panah menunjukan arah reaksi. Dibaca membentuk atau menghasilkan

atau bereaksi menjadi.

· Huruf kecil dalam tanda kurung yang setelah rumus kimia (yang ditulis miring)

menyatakan wujud zat. Wujud zat dinyatakan dengan singkatan yakni

§ s (solid) untuk zat berwujud padat

§ l (liquid) untuk zat berwujud cair

§ g untuk zat berwujud gas

§ aq (aqueous, baca: akues) untuk zat yang larut dalam air.

· Bilangan yang mendahului rumus kimia (2 pada H2, 1 pada O2 dan 2 pada H2O) disebut

koefisien reaksi. Koefisien reaksi untuk menyetarakan jumlah atom atau jumlah molekul

atau jumlah ion sebelum dan sesudah reaksi.

 

             Pada contoh di atas dapat diketahui bahwa jumlah atom sebelum dan sesudah

reaksi adalah sama, hal ini disebut persamaan setara. Berikut adalah penjumlahannya:

· Jumlah atom H di ruas kiri = jumlah atom H di ruas = 4

· Jumlah atom O di ruas kiri = jumlah atom O di ruas = 2

Untuk keperluan tertentu, persamaan reaksi dibubuhkan atribut lain. Berikut adalah

beberapa atribut yang biasa ditemukan pada persaaman reaksi:

· Warna zat

· Δ ada bawah atau atas anak panah= tanda proses pemanasan = tanda kesetimbangan

· ΔH = harga perubahan entalpi dan · E° = harga potensial elektrode

Tujuan dan Penyetaraan Persamaan Reaksi

             Tujuan dari penyetaran persamaan reaksi yaitu untuk memenuhi hukum

kekekalan massa atau hukum Lavoisier dan teori atom Dalton. Hukum kekealan massa

berbunyi “dalam sistem tertutup massa zat sebelum dan setelah reaksi adalah tetap” dan tori atom dalton menyatakan “dalam reaksi kimia tidak ada atom yang hilang atau tercipta tetapi hanya terjadi penataan ulang”. Artinya jumlah dan jenis atom dalam

reaksi kimia adalah tetap atau sama.

              Agar jumlah dan jenis atom yang terdapat pada reaktan dan produk tetap maka

pada persamaan reaksi masing-masing spesi yang terlibat dalam reaksi kimia diberi

koefisien yang sesuai. Seperti pada contoh pembentukan H2O koefisien reaksi

menyatakan jumlah atom, jumlah ion ataupun jumlah molekul, namun selain itu kofisien

reaksi juga menyatakan mol zat yang terlibat dalam reaksi kimia. Misalnya contoh

pembentukan air:

                 Koefisien yang dimiliki menyetakan 2 mol gas hidrogen bereaksi dengan 1 mol

gas oksigen membentuk 2 mol air atau 2 molekul gas hidogen bereaksi dengan 1 molekul

gas oksigen membentuk 2 molekul air.

 

Berikut adalah langkah-langkah menulis persamaan reaksi dan penyetaraannya

              Misalnya logam aluminium bereaksi dengan gas O2 membentuk aluminium

oksida. Tulislah persamaan reaksi dan penyetaraannya?

1) Menulis rumus kimia atau lambang unsur dari reaktan dan produk dengan wujud

masing-masing spesies.

2) Tetapkan koefisien salah satu spesi sama dengan 1 (biasanya spesi yang rumus

kimianya lebih kompleks).

Pada reaksi di atas spesi yang lebih kompleks adalah Al2O3 = 1

3) Setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang telah diberi koefisien 1.

Koefisien Al2O3 = 1 Maka Al diruas kanan = 2 dan Al diruas kiri = 1

Agar jumlah atom Al pada kedua ruas sama maka Al pada ruas kiri diberi kofisien 2. Mka

persamaan reaksinya menjadi:

Atom O

Koefisien Al2O3 = 1 Maka atom O diruas kanan = 3 berarti Jumlah atom O diruas kiri = 2

Agar jumlah atom O pada kedua ruas sama maka atom O pada ruas kiri diberi koefisien

3/2. Persamaan reaksinya menjadi:

Agar koefisien tidak dalam bentuk pecahan koefisien pada kedua ruas dikalikan dengan

satu bilangan sehingga memberikan suatu bilangan bulat. Agar diperoleh bilangan bulat

maka kedua ruas dikali 2, sehingga diperoleh persamaan reaksi yang setara dengan

koefisien dalam bentuk bilangan bulat:

4) Biasanya oksigen disetarakan paling terakhir jika masih terdapat unsur-unsur lain.

Contoh

Reaksi gas metana (CH4) dengan gas oksigen membentuk gas karbon dioksida dan uap

air. Tulislah persamaan reaksi dan setarakan persamaan reaksi tersebut?

Jawab

1. Menulis rumus kimia atau lambang unsur dari reaktan dan produk dengan wujud

masing-masing spesies.

2. Tetapkan koefisien salah satu spesi sama dengan 1 (biasanya spesi yang rumus

kimianya lebih kompleks). Sedangkan koefisien yang lainnya disetarakan huruf sebagai

kofisien sementara.

CH4 = 1, koefisien zat yang lain disetarakan dengan huruf, maka persamaan reaksinya

menjadi:

3. Setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang telah diberi koefisien 1.

Dari reaksi tersebut unsur yang beriktan langsung dengan zat telah diberi koefisien 1

adalah C dan H.

penyetaraan atom C

Atom C diruas kiri = 1 dan Atom C diruas kanan = b

Maka jumlah atom C diruas kanan = b = 1

Penyetaraan atom H

Jumlah atom H di ruas kiri = 4 dan Jumlah atom H di ruas kanan = 2c

Maka jumlah atom H di ruas kanan atau harga koefisien c = 2c = 4, c = 2

Dari penyetaraan ini maka persamaan reaksi menjadi

4. Setarakan atom O

Jumlah atom O di ruas kanan = 2 + 2 = 4 dan Jumlah atom O di ruas kiri = 2a

Maka jumlah atom O di ruas kiri atau harga koefisien a = 2a = 4, a = 2

Maka persamaan reaksinya menjadi:

Catatan: koefisien 1 biasanya tidak ditulis, penulisan du atas dan untuk penyetaraan

reaksi selanjutnya hanya untuk memberikan gambaran mengenai tahap-tahap

penyetaraan saja.

 

Contoh

              Reaksi besi(III) oksida dengan larutan asam sulfat membentuk besi(III) sulfat dan

air. Tulislah persamaan reaksi dan setarakan persamaan reaksi tersebut?

Jawab

1. Menulis rumus kimia atau lambang unsur dari reaktan dan produk dengan wujud

masing-masing spesies.

2. Tetapkan koefisien salah satu spesi sama dengan 1 (biasanya spesi yang rumus

kimianya lebih kompleks). Sedangkan koefisien yang lainnya disetarakan huruf sebagai

kofisien sementara.

Koefisien Fe2(SO4)3 = 1 dan koefisien yang lain menggunakan huruf. Persamaan reaksi

menjadi:

3. Setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang telah diberi koefisien 1.

Dari reaksi tersebut unsur yang beriktan langsung dengan zat telah diberi koefisien 1

adalah Fe, S dan O. Namun O disetarakan terakhir karena unsur O terdapat di lebih dari

dua zat.

Penyetaraan atom Fe

Jumlah atom Fe di ruas kiri = 2a dan Jumlah atom Fe di ruas kanan = 2

Maka jumlah atom Fe diruas kiri atau harga koefisien a = 2a = 2, a = 1

Penyetaraan atom S

Jumlah atom S di ruas kiri = b dan Jumlah atom S di ruas kanan = 3

Maka jumlah atom S di ruas kiri atau harga koefisien b = 3

Persamaan reaksinya menjadi:

4. Setarakan atom lainnya. Atom O disetarakan setelah semua atom setara.

Penyetaraan atom H

Jumlah atom H di ruas kiri = 6 Jumlah atom H di ruas kanan = 2c

Maka jumlah atom H di ruas kanan atau harga koefisien b = 2c = 6, c = 3

Persamaan reaksinya menjadi:

5. Setarakan atom O. Karena semua atom telah setara, maka oksigen seharusnya telah

setara juga. Untuk meyakinkan jumlah atom O pada kedua ruas telah setara, maka

dilakukan penjumlahan atom O pada kedua ruas.

Jumlah atom O di ruas kiri = 3 + 12 = 15

Jumlah atom O di ruas kanan = 12 + 3 = 15.

Dari penjumlahan ini, terbukti jumlah atom O pada ruas kiri dan ruas kanan telah setara.

Jadi persamaan reaksi setaranya adalah sebagai beriktu:

 

Contoh

               Reaksi antara tembaga dengan larutan asam nitrat encer menghasilkan

tembaga(II) sulfat, gas nitrogen oksida dan air. Tulislah persamaan reaksi dan setarakan

persamaan reaksi tersebut?

Jawab

1. Menulis rumus kimia atau lambang unsur dari reaktan dan produk dengan wujud

masing-masing spesies.

2.

 

2. Tetapkan koefisien salah satu spesi sama dengan 1 (biasanya spesi yang rumus

kimianya lebih kompleks). Sedangkan koefisien yang lainnya disetarakan huruf sebagai

kofisien sementara.

Koefisien Cu(NO3)2 = 1, dan koefisien yang lain menggunakan huruf. Persamaan reaksi

menjadi:

3. Setarakan unsur yang terkait langsung dengan zat yang telah diberi koefisien 1.

Pada reaksi di atas, hanya Cu yang dapat langsung disetarakan yaitu a = 1. Untuk unsur

yang lainnya walaupun terkait langsung dengan Cu(NO3)2 tetapi tidak dapat langsung

disetarakan karena terdapat di lebih dari dua zat yang belum mempunyai harga korfisien.

Maka untuk menyetarakannya ikuti persamaan-persamaan berikut:

· Menyetarakan atom N : b = 2 + c ……………………… (1)

· Menyetarakan atom H : b = 2d …………………………. (2)

· Menyetarakan atom O : 3b = 6 + c + d ……………… (3)

Dari persamaan-persamaan di atas nyatakan nilai c dan d dalam b, sebagai berikut:

· Dari persamaan (1), b = 2 + c berarti c = b – 2

· Dari persamaan (2), b = 2d berarti d = 0,5 b

Substitusikan nilai c cdan d ke dalam persamaan (3)

3b = 6 + c + d ===== 3b = 6 + b – 2 + 0,5 b maka 1,5b = 4 berarti b = 8/3

nilai b yang telah diperoleh di substitusikan ke persamaan (1) dan (2) untuk memperoleh

nilai c dan d. Maka nilai c dan d berturut-turut adalah     2/3 dan 3/4 maka

Maka persamaan reaksinya menjadi:

karena masih dalam bentuk pecahan maka dikalikan 3 sehingga diperoleh koefisien dalam

bentuk bilangan bulat.

Sifat persamaan reaksi

a. Jenis unsur unsur sebelum dan sesudah reaksi selalu sama

b. Jumlah masing-masing atom sebelum dan sesudah reaksi selalu sama

c. Perbandingan koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol. Khusus untuk yang

berwujud gas perbandingan koefisien menyatakan perbandingan volume pada suhu den

tekanannya sama.

Stoikiometri Reaksi

Hubungan mol dengan koefisien reaksi

              Seperti yang telah dijelaskan pada bagian-sebelumnya, koefisien zat dalam suatu

persamaan reaksi menyatakan jumlah mol zat itu. Oleh sebab itu jumlah mol zat atau

massa zat yang terlibat dalam suatu reaksi dapat ditentukan. Aspek kuantitatif zat-zat

yang terlibat dalam dalam reaksi inilah yang disebut stoikiometri reaksi. Stoikiometri

reaksi ini sangat diperlukan terutama dalam merencanaakan banyaknya zat yamg akan

dihasilkan dari suatu reaksi kimia dalam industri maupun dalam laboratorium.

                    Dengan mengeahui koefisien persamaan reaksi maka jumlah mol suatu zat dalam persamaan reaksi telah diketahui. Mol zat yang telah diketahui dapat

digunakan untuk menentukan massa zat yang diperlukan dalam suatu reaksi. Karena hal tersebut koefisien reaksi disebut sebagai dasar stoikiometri reaksi.

 

Contoh

Logam aluminium yang dilarutkan ke dalam asam sulfat menghasilkan aluminium sulfat

dan gas hidrogen, sesuai reaksi berikut:

Berapa mol mol gas hidrogen yang dihasilkan jika digunakan 0,5 mol aluminium yang

dilarutkan dalam asam sulfat?

Jawab

artinya dengan melarutkan 0,5 mol aluminium menghasilkan 0,75 mol gas hidrogen.

Dari mol gas hidrogen yang telah diketahui dapat ditentukan massa hidrogen yang

dihasilkan. Massa hidrogen dapat ditentukan dengan cara mengalikan mol hidrogen yang

diperoleh dengan Mr.H2.

 

Contoh

Perhatikan reaksi berikut:

Berapa volume gas hidrogen (STP) yang terbentuk jika digunakan 5,4 gram Al? (Ar Al =

27)

Jawab

a) Setarakan reaksi kimia yang terjadi jika persamaan reaksi belum setara. Pada

persamaan reaksi di atas telah setara sehingga tidak perlu disetarakan.

b) Menyatakan jumlah mol zat yang diketahui, yakni aluminium.

c) Menentukan jumlah mol zat yang ditanyakan yakni gas H2.

d) Menentukan volume gas H2 yang dihasilkan

V = n x Vm = 0,3 mol x 22,4 L mol‾1 = 6,72 L.

Hipotesis Avogadro dan Hubungan Volume dengan Koefisien Reaksi

                  Pada tahun 1811, Ameo Avogadro mengemukakan sebuah hipotesis yang

mengatakan: “pada tekanan (P) dan suhu (T) yang sama, gas-gas yang memiliki volume sama mengandung jumlah molekul (jumlah mol) yang sama pula”.

Artinya pada P dan T sama, perbandingan volume gas-gas yang terlibat dalam suatu

reaksi sama dengan perbandingan jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi tersebut.

Karena pada persamaan reaksi, koefisien menyatakan jumlah mol zat, maka volume gas

yang terlibat dalam suatu reaksi sama dengan koefisien zat itu.

Hubungan antara koefisien suatu zat dengan volume dapat dirumuskan sebagai berikut:

Contoh

            Pada suhu dan tekanan tertentu 0,5 mol gas oksigen volumenya adalah 2 liter.

Hitunglah volume dari 1,5 mol gas hidrogen pada suhu dan tekanan yang sama dengan

gas oksigen tersebut

Jawab

 

Contoh

              Tentukan berapa volume gas belerang trioksida (SO3) yang dihasilkan dan

berapa volume gas O2 yang dibutukan, jika direaksikan 1 liter gas belerang dioksida (SO2)

dengan gas oksigen?

Jawab

Persamaan reaksi

SO2(g) + O2(g)                       2SO3(g)

SO2 yang bereaksi = 1 liter