Beginilah Perhitungan Kimia Dasar Yang Biasa di Sebut Stokiometri

Beginilah Perhitungan Kimia Dasar Yang Biasa di Sebut Stokiometri

A. Konsep Mol

Mol merupakan satuan jumlah dalam kimia
 

1. Hubungan Mol dengan Massa Zat
 

Untuk unsur

Untuk senyawa

Keterangan:
m = massa (gram)
n = mol
Ar = massa atom relatif
Untuk senyawa Mr = massa molekul relatif

Contoh soal
1. Tentukan massa dari 2 mol amoniak (Mr NH3 = 17)
Jawab:
m= n x Mr = 2 x 17 = 28 gram
2. Hitunglah jumlah mol dari besi dengan massa 28 gram ( Ar Fe = 56)
Jawab:
n = m / Ar = 28/56 = 0,5 mol

2. Hubungan Mol dengan partikel
Jumlah partikel dalam 1 mol (12 gram C-12) yang ditetapkan melalui eksperimen dan didapatkan
6,02 x 10 23. Selanjutnya bilangan 6,02 x 10 23 disebut sebagai tetapan Avogadro dengan lambang L

 

 


Keterangan:
n = mol
N = Jumlah partikel/atom/molekul
NA = konstanta Avogadro(6,02 x 1023)

Contoh soal :
1. Tentukan jumlah atom tembaga dalam 2 mol tembaga!
Jawab:
N = n x NA= 2 x 6,02 .10 23 = 12,04. 1023 atom
2. Hitunglah jumlah mol dalam 3,01 x 1025 molekul O2!
Jawab:

= 50 mol

 

3. Hubungan Mol dengan Volume
"Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah mol yang sama. Dari pernyataan ini ditentukan bahwa pada keadaan STP (0o C 1 atm) 1 mol setiap gas volumenya 22.4 liter volume ini disebut sebagai volume molar gas.

Keterangan
V STP (liter)= volume pada kondisi STP (0o C 1 atm)
n = mol

Pada suhu dan tekanan yang bukan standar (suhu ≠ 00 C , tekanan ≠ 1atm), maka volume dapat dihitung dengan persamaan gas ideal

 
Keterangan :
P = tekanan gas (atm)
V = volume gas
n = jumlah mol
R = tetapan gas 0,082 L atm/mol K
T = Suhu mutlak gas (Kelvin )
0 Kelvin = 273 0C

Contoh:
1. Berapa volume 8.5 gram amoniak (NH3) pada suhu 273o C dan tekanan 1 atm ?
(Ar: H = 1 ; N = 14)
Jawab:
mol amoniak = m/Mr = 8,5/ (Ar N +3 Ar H) = 8,5 / 14+ 3 = 8,5 /17 = 0,5 mol
Volume amoniak (STP) = 0.5 x 22.4 = 11.2 liter

2. Berapa liter volume 9 gram uap air (Mr =18) yang diukur pada keadaan 270 C dan tekanan 1 atmosfer?
Jawab:
Mol air = m/Mr = 9/18 = 0,5 mol
T = 27 + 273 = 300 Kalvin
PV = nRT

B. Perhitungan Kimia 1

A. Pendahuluan
 

Stoikiometri juga menyangkut perbandingan atom antar unsur-unsur dalam suatu rumus kimia, misalnya perbandingan atom H dan atom O dalam molekul H2O. Kata stoikiometri berasal dari bahasa Yunani yaitu stoicheon yang artinya unsur dan metron yang berarti mengukur. Seorang ahli Kimia Perancis, Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) adalah orang yang pertama kali meletakkan prinsip-prinsip dasar stoikiometri. Menurutnya stoikiometri adalah ilmu tentang pengukuran perbandingan kuantitatif atau pengukuran perbandingan antar unsur kimia yang satu dengan yang lain.
 

B.Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

  Pernahkah Anda memperhatikan sepotong besi yang dibiarkan di udara terbuka, dan pada suatu waktu kita akan menemukan, bahwa besi itu telah berubah menjadi karat besi. Jika kita timbang massa besi sebelum berkarat dengan karat besi yang dihasilkan, ternyata massa karat besi lebih besar. Benarkah demikian? Anda yang sering melihat kayu atau kertas terbakar, hasil yang diperoleh adalah sejumlah sisa pembakaran berupa abu. Jika Anda menimbang abu tersebut, maka massa abu akan lebih ringan dari massa kayu atau kertas sebelum dibakar. Benarkah demikian? Dari kejadian tersebut, kita mendapatkan gambaran bahwa seolah-olah dalam suatu reaksi kimia, ada perbedaan massa zat, sebelum dan sesudah reaksi.

"Massa zat-zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap".

Contoh:
hidrogen + oksigen ----> hidrogen oksida
(4g)............. (32g) ...............(36g)

C. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
 

Pada modul sebelumnya, Anda telah mempelajari rumus kimia senyawa. Dan Anda telah mengenal berbagai senyawa yang dibentuk oleh dua unsur atau lebih sebagai contoh, air (H2O). Air dibentuk oleh dua unsur yaitu unsur Hidrogen dan Oksigen. Seperti Anda ketahui bahwa materi mempunyai massa, termasuk hidrogen dan oksigen. Bagaimana kita mengetahui massa unsur hidrogen dan oksigen yang terda, seorang ahli kimia Perancis, yang bernama Joseph Louis Proust (1754-1826), mencoba menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.

Bahwa setiap 1 gram gas hidrogen bereaksi dengan 8 gram oksigen, menghasilkan 9 gram air. Hal ini membuktikan bahwa massa hidrogen dan massa oksigen yang terkandung dalam air memiliki perbandingan yang tetap yaitu 1 : 8, berapapun banyaknya air yang terbentuk. Dari percobaan yang dilakukannya, Proust mengemukakan teorinya yang terkenal dengan sebutan, Hukum Perbandingan Tetap, yang berbunyi:

"Perbandingan massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap"

Contoh:
Jika kita mereaksikan 4 gram hidrogen dengan 40 gram oksigen, berapa gram air yang terbentuk?
Jawab:
Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen = 1 : 8.
Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen yang dicampurkan = 4 : 40.
Karena perbandingan hidrogen dan oksigen = 1 : 8, maka 4 gram hidrogen yang diperlukan 4 x 8 gram oksigen yaitu 32 gram.
Untuk kasus ini oksigen yang dicampurkan tidak bereaksi semuanya, oksigen masih bersisa sebanyak ( 40 – 32 ) gram = 8 gram. Nah, sekarang kita akan menghitung berapa gram air yang terbentuk dari 4 gram hidrogen dan 32 gram oksigen? Tentu saja 36 gram.
Ditulis sebagai........................... H2 ..........+...... O2..==>............... H2O
Perbandingan Massa................. 1 gram .......: 8 gram:............. 9 gram
Jika awal reaksi .........................4 gram .........40 gram .......….. gram?
Yang bereaksi.............................. 4 gram......... 32 gram............ 36 gram

Oksigen bersisa = 8 gram.

D.Hukum Avogadro

 
Avogadro menjelaskan mengenai hipotesisnya bahwa :

 
Contoh : Reaksi antara gas hidrogen dan gas oksigen yang menghasilkan uap air
.....................2H2(g) + O2(g) ............................---> 2H2O(g)

2 bagian volume H2 : 1 bagian volume O2 : 2 bagian volume H2O
2x molekul H2......... : x bagian molekul O2 : x bagian molekul H2O

Perbandingan volume =perbandingan jumlah molekul
= H2 : O2 : H2O = 2 :1 : 2

E. Hukum Gay Lussac
Pada awalnya para ilmuwan menemukan bahwa, gas Hidrogen dapat bereaksi dengan gas Oksigen membentuk air. Perbandingan volume gas Hidrogen dan Oksigen dalam reaksi tersebut adalah tetap, yakni 2 : 1.
Kemudian di tahun 1808, ilmuwan Perancis, Joseph Louis Gay Lussac, berhasil melakukan percobaan tentang volume gas yang terlibat pada berbagai reaksi dengan menggunakan berbagai macam gas.
Berdasarkan percobaan Gay Lussac 2 volume gas Hidrogen bereaksi dengan 1 volume gas Oksigen membentuk 2 volume uap air. Pada reaksi pembentukan uap air, agar reaksi sempurna, untuk setiap 2 volume gas Hidrogen diperlukan 1 volume gas Oksigen, menghasilkan 2 volume uap air.

“ Semua gas yang direaksikan dengan hasil reaksi, diukur pada suhu dan rekanan yang sama atau (T.P) sama.”

Hukum perbandingan volume atau dikenal dengan Hukum Gay Lussac bahwa :

“ Pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat “

Jadi untuk: P1 = P2 dan T1 = T2 berlaku : V1 / V2 = n1 / n2= koefisien1/koefisien2
 

Contoh 1.
Hitunglah massa dari 10 liter gas nitrogen (N2) jika pada kondisi tersebut 1 liter gas hidrogen (H2) massanya 0.1 g.
Diketahui: Ar untuk H = 1 dan N = 14

Jawab:
V1/V2 = n1/n2
10/1 = (x/28) / (0.1/2)
x = 14 gram
Massa dari gas nitrogen (N2) adalah 14 gram
 

Contoh 2.
14 L gas etana dibakar sempurna dengan gas oksigen, sesuai reaksi:
2C2H6 + 7O2----> 4CO2 + 6H2O
Pada suhu dan tekanan yang sama,tentukan gas O2 yang diperlukan!
 

Jawab:
Perbandingan koefisien = perbandingan volume

2.Volume O2 =7 x 14
Volume O2 = 49 liter

F.Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)
 

Dalton menyelidiki perbandingan unsur-unsur tersebut pada setiap senyawa dan didapatkan suatu pola keteraturan. Pola tersebut dinyatakan sebagai hukum Perbandingan Berganda yang bunyinya:

"Bila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, dimana massa salah satu unsur tersebut tetap (sama), maka perbandingan massa unsur yang lain dalam senyawa-senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana”
 

Contoh:
Nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa-senyawa N2O, NO,
dan N2O4 dengan komposisi massa terlihat pada tabel berikut.
Perbandingan Nitrogen dan oksigen dalam senyawanya.

Senyawa..........massa N(g)..........massa O(g) ..........Perbandingan N:O
N2O.................28..........................16...........................7:4
NO...................14...........................16...........................7:8
N2O4...............28...........................64..........................7:16

Dari tabel tersebut, terlihat bahwa bila massa N dibuat tetap (sama), sebanyak 7 gram, maka perbandingan massa oksigen dalam:
N2O : NO : N2O4 = 4 : 8 : 16 atau
....................................1 : 2 : 4

C. Perhitungan Kimia 2 

a.Rumus Molekul dan Rumus Empiris

Rumus molekul menyatakan jenis dan jumlah atom tiap mole-kul.
Contoh : CH3COOH,C2H6,H2O
Rumus empiris menyatakan perbandingan jenis dan jumlah paling sederhana dari senyawa.
Contoh : CH2O,CH3,H2O, NaCl

Contoh soal:
1.Dalam 6 gram senyawa ,terdapat 2,4 gram karbon 0,4 gram hidrogen,dan sisanya oksigen.Tentukan
rumus empiris senyawa tersebut!(Ar H=1 C=12 O=16)
 

Jawab.
Massa oksigen = 6-(2,4+0,4)= 3,2 gram
C : H : O
Perbandingan massa 2,4 : 0,4 : 3,2
Perbandingan mol 2,4/ArC : 0,4/ArH : 3,2/ArO
................................2,4/12... : 0,4 /1.... : 3,2/16
.................................0,2........ : 0,4 ........ : 0,2
....................................1........ : 2 ............ : 1
Rumus empiris = CH2O
 

2. .Suatu senyawa mempunyai rumus empiris CH2O mempunyai Mr= 60.Tentukan rumus molekul senyawa tersebut! Ar C=12 H=1
O=16
 

Jawab.
Mr (CH2O)n = 60
(ArC + 2Ar H + Ar O)n =60
(12 + 2.1 + 16)n=60
30n=60
n=2
Rumus molekul =(CH2O)2= C2H4O2

b.Persen dan Kadar
 

Kadar
Misalnya senyawa XmYn

m = jumlah atom X
n = jumlah atom Y

Contoh :
1. Berapa persen masing-masing unsur Ca, C, dan O dalam senyawa CaCO3?
 

Jawab:
Mr CaCO3 = 1. Ar Ca + 1. Ar C + 3. ArO
= 100

2.Tentukan massa unsur C dalam 100 gram urea (CO(NH2)2) Mr=60
 

Jawab
Massa atom C dalam urea

c. Menentukan Rumus Kristal(hidrat)

 
Hidrat adalah zat padat yang mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari struktur kristalnya.
 

Contoh:
Sebanyak 10 gram hidrat besi (II) sulfat dipanaskan sehingga semua kristalnya menguap. Massa zat padat yang tersisa adalah 5,47 gram. Bagaimana rumus hidrat ini? (Ar H=1, O=16, S=32, Fe=56)
 

Jawab:
Misalnya jumlah air kristalnya x,jadi rumus hidrat itu adalah FeSO4.xH2O
Massa FeSO4.xH2O = 10 gram
Massa FeSO4 = 5,47 gram
Massa air = 10-5,47=4,53 gram

Jumlah mol FeSO4 =

Jumlah mol H2O

mol FeSO4 : mol H2O = 0,036 : 0,252= 1 : 7
Rumus hidrat adalah FeSO4.7 H2O

d.Pereaksi Pembatas

 
Jika dua zat direaksikan , ada beberapa kemungkinan yang terjadi:
1. Kedua zat tepat habis bereaksi
2. Salah satu pereaksi habis dan pereaksi yang lain bersisa.
Pada kemungkinan kedua, pereaksi yang habis disebut pereaksi pembatas (yang membatasi reaksi)
 

Contoh:
1.Sebanyak 10 gram tembaga direaksikan dengan 20 gram belerang dengan reaksi:
Cu(s) + S(s) CuS(s)
( Ar Cu =64, S = 32)
a. Manakah yang berlaku sebagai pereaksi pembatas?
b. Berapakah gram CuS terbentuk?
c. Manakah zat yang sisa dan berapakah massanya?
 

Jawab
Mol Cu = m/ArCu = 10/64 = 0,156 mol
Mol S = m/ArS = 20/32 = 0,625 mol
Reaksi :
......................Cu(s) +....... S(s) ------> CuS(s)
Mula-mula : 0,156 mol .. 0,625 mol
Bereaksi : 0,156 mol........ 0,156 mol ....0,156 mol
_________________________________-
Sisa : ....... ... - ................ 0, 469 mol... 0,156 mol
........................................(0,625-0.156)mol

a.Koefisien Cu dan S sama sehingga pereaksi pembatas adalah Cu karena jumlah molnya
lebih kecil.
b. Massa CuS yang terbentuk = m= n. Mr Cu= 0,156. (ArCu + ArS)= 0,156.( 64+ 32)= 15 gram
c. Zat yang sisa adalah S. Massa S yang tersisa= n. Ar = 0,469. 32= 15 gram

2. Sebanyak 108 gram aluminium dibakar dengan 160 gram oksigen membentuk Al2O3. Tentukan massa Al2O3 yang terbentuk dan massa senyawa yang tersisa!(Ar Al=27, O=16)
 

Jawab:
Mol Al = massa Al/Ar Al= 108/27=4 mol
Mol O2 = massa O2/Ar O2 = 160/32=5 mol

Reaksi setara .................... 4Al(s) + 3O2(g) -------> 2Al2O3(s)
( Perbandingan koefisien 4 .......... : 3...................... : 2)
Mula-mula ..................... 4 mol ......5 mol
Bereaksi........................... 4 mol ..........3 mol............ 2 mol
__________________________________________-
Sisa....................................... - .............5-3= 2 mol.....2 mol

Massa Al2O3 yang terbentuk = 2 mol x Mr Al2O3= 2. 102 = 204 gram

3. Diketahui suatu reaksi C2H2(g) + 5O2 -----> CO2 + H2O (belum setara)
Untuk membakar 5 mol gas C2H2, maka tentukan banyaknya mol oksigen yang dibutuhkan dan CO2 dan H2O yang dihasilkan!
 

Jawab:
Reaksi :............................ 2C2H2(g) + ........ ......5O2 (g) ------> 4CO2(g) + 2H2O(g) (setara)
Perbandingan koefisien :........ 2.......... .................5........................ 4.................. 2
Perbandingan mol : 5 mol 5/2 x5=12,5 mol ......4/2x5=10 mol 2/2 x 5 = 5 mol
Perbandingan koefisien = perbandingan mol
Jumlah mol O2 = 12,5 mol
Jumlah mol CO2 = 10 mol
Jumlah mol H2O = 5 mol