Perhitungan Kimia

Perhitungan Kimia

         

          

            Seringkali  kita mengamati adanya keteraturan yang diperoleh dari hasil eksperimen. Keteraturan ini dapat diungkapkan dalam pernyataan singkat yang disebut hukum. Untuk menjelaskan dasar hukum, seorang ilmuwan menyusun teori. Teori merupakan penuntun dalam melakukan eksperimen baru yang menghasilkan fakta baru, hukum baru, dan akhirnya teori baru. Urutan ini terulang terus-menerus sehingga pengertian ilmu pengetahun semakin bertambah untuk perkembangan sains dan teknologi.

            Apakah yang mendasari teori dan dasar hukum dalam ilmu Kimia? Perhatikanlah air di sekitar Anda, suatu zat sederhana dalam kehidupan sehari-hari. Mengapa air memiliki rumus molekul H2O? Air terdiri atas unsur hidrogen dan oksigen dengan perbandingan tertentu. Berapakah jumlah molekul uap air yang terbentuk dari pembakaran gas metana oleh oksigen? Perhitungan jumlah pereaksi yang diperlukan dan jumlah produk yang dihasilkan memerlukan suatu perhitungan kimia yang tepat. Dalam bab ini, Anda akan mempelajari hukum-hukum dasar perhitungan kimia untuk lebih memahaminya.

A. Hukum-Hukum Dasar Kimia

     Ilmu Kimia senantiasa berkembang seiring penguasaan manusia terhadap teknologi. Melalui serangkaian eksperimen dan pengamatan, para ahli kimia mengemukakan teori-teori tentang perhitungan zat. Setelah melalui pengujian dan pembuktian, teori-teori ini akhirnya dijadikan hukum dasar kimia. Apa saja yang termasuk hukum dasar kimia? Siapa yang mengajukan teori tersebut? Untuk memahami hukum-hukum dasar kimia ikutilah uraian berikut.

1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier) 

     Dalam suatu reaksi kimia, materi bisa berubah menjadi materi yang lain. Materi yang berubah dalam suatu reaksi disebut pereaksi dan materi yang terbentuk disebut hasil reaksi. Apakah terjadi perubahan massa selama perubahan materi tersebut?

     Seorang ahli kimia Prancis bernama Anthony Laurent Lavoisier melakukan percobaan. Ia menimbang massa zat sebelum dan setelah reaksi pemanasan oksida raksa secara teliti, ternyata terjadi pengurangan massa oksida raksa. Menurut Lavoisier, ketika oksida raksa dipanaskan menghasilkan gas oksigen, massa dari oksida raksa berkurang. Lavoisier juga membuktikan kebalikannya, jika sebuah logam dipanaskan di udara, massanya akan bertambah sesuai dengan jumlah oksigen yang diambilnya dari udara. Kesimpulan Lavoisier ini dikenal dengan nama Hukum Kekekalan Massa.

      Pada setiap reaksi kimia, massa zat-zat yang bereaksi adalah sama dengan massa produk reaksi.

Hukum ini dapat juga diungkapkan sebagai berikut:

Materi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Dalam setiap reaksi kimia tidak dapat dideteksi perubahan massa.

Contoh :

Unsur hidrogen dan oksigen bereaksi membentuk air (H2O) dengan perbandingan 1 : 8. Jika diketahui massa hidrogen yang bereaksi 10 gram, hitunglah berapa massa air yang dihasilkan. Jawab massa H : massa O = 1 : 8 massa hidrogen yang bereaksi = 10 gram sehingga perbandingannya 10 gram : massa O = 1 : 8

massa O = 

8/1 × 10 gram = 80 gram Jadi, massa air yang dihasilkan = 10 gram + 80 gram = 90 gram.

2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust) 

Joseph Proust

   Penguraian senyawa air (H2O) pada sumber air seperti air hujan, air sumur, dan air sungai dapat dilakukan melalui proses elektrolisis. Bagaimanakah perbandingan dari massa dua unsur yang bersenyawa? Bagaimana pula perbandingan massa dari natrium dan klorin pada senyawa garam dapur? Dari hasil percobaannya, Proust menyimpulkan:

Pada setiap reaksi, massa zat yang bereaksi dengan sejumlah tertentu zat lain selalu tetap, dalam suatu senyawa murni selalu terdiri atas unsur-unsur sama yang tergabung dalam perbandingan tertentu.

Contoh: Air mengandung: hidrogen= 11,19% oksigen = 88,81% Berarti, jumlah oksigen yang tergabung dengan 1 gram hidrogen dalam air adalah 8 gram.

Contoh :

Tembaga oksida dibuat dengan tiga macam cara dan diperoleh hasil sebagai berikut. a. 6,360 g tembaga menghasilkan 7,959 g tembaga oksida b. 9,540 g tembaga menghasilkan 11,940 g tembaga oksida c. 8,480 g tembaga menghasilkan 10,614 g tembaga oksida Tunjukkan bahwa tiga macam cara tersebut sesuai dengan Hukum Perbandingan Tetap. Jawab Menurut hukum ini, perbandingan massa ketiga cuplikan itu harus tetap. Oleh karena itu, perlu kita hitung persentase tembaga dalam cuplikan tersebut. 

Dalam (a) 6,360/7,959 x 100 = 79,91%

Dalam (b) 9,540/11,940 x 100 = 79,90%

Dalam (c) 8,480/10,614 x 100 = 79,89%

Hasil perhitungan menunjukkan komposisi massa tembaga dalam ketiga cuplikan itu sama (79,9%). Jadi, tiga cara pembuatan tembaga oksida ini sesuai dengan Hukum Perbandingan Tetap.

3. Hukum Kelipatan Perbandingan (Hukum Dalton)

John Dalton

    Sebelumnya Anda telah mempelajari Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust) mengenai perbandingan dua unsur yang bersenyawa. Bagaimana dengan Hukum Kelipatan Perbandingan? Dari hasil percobaan, Dalton menyimpulkan:

Jika dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa maka perbandingan massa dari suatu unsur yang bersenyawa dengan sejumlah tertentu unsur lain merupakan bilangan yang sederhana dan bulat.

Contoh:
Merkuri (raksa) dan klor membentuk dua macam senyawa. Dalam satu senyawa 0,66 g merkuri bergabung dengan 0,118 g klor. Dalam senyawa yang lain 1,00 g merkuri bergabung dengan 0,355 g klor. Apakah data ini mendukun Hukum Kelipatan Perbandingan?

Jawab:
Jumlah klor yang bergabung dalam 1 g merkuri berbanding sebagai 0,176 : 0,355 atau 1 : 2. Dari  hasil tersebut terlihat bahwa perbandingan massa klor yang bergabung dengan merkuri merupakan  bilangan bulat yang sederhana. Dengan demikian, data tersebut mendukung Hukum Kelipatan  Perbandingan.

4. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac

Telah banyak ilmuwan sebelum Gay Lussac yang menemukan bahwa gas hidrogen  bereaksi dengan gas oksigen membentuk air. Di antaranya Henry Cavendish, William Nicholson, dan Anthony Carlise yang menemukan perbandingan volume hidrogen dan oksigen, tetapi belum menemukan perbandingan volume air yang dihasilkan dari reaksi antara

gas hidrogen dan oksigen.

Bagaimana hasil penemuan dari Gay Lussac? Apakah Hukum Perbandingan Volume itu

Untuk memahami apa Hukum Perbandingan Volume itu, pelajarilah penjelasan berikut.Joseph Louis-Gay Lussac, seorang ahli kimia Prancis pada 1808 mengamati volume gas gas yang terlibat dalam suatu reaksi. Pengamatan menunjukkan bahwa pada reaksi  pengukuran temperatur dan tekanan yang sama diperoleh hasil sebagai berikut.

• Satu bagian volume gas hidrogen bereaksi dengan satu bagian volume gas klorin  menghasilkan dua volume gas hidrogen klorida:

     H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g)

• Dua bagian volume gas hidrogen bereaksi dengan satu bagian volume gas oksigen menghasilkan 2 bagian volume air:

      2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)

Dari data tersebut, Gay Lussac menyimpulkan Hukum Perbandingan Volume.

Pada kondisi temperatur dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas pereaksi dengan gas-gas hasil reaksi merupakan bilangan yang bulat dan mudah.

Dapat juga dikatakan:

Pada kondisi temperatur dan tekanan yang sama, perbandingan  volume gas-gas sama dengan perbandingan koefisien dalam reaksi   yang sama.

Contoh :
Amonia dibuat dari reaksi gas hidrogen dengan gas nitrogen menurut persamaan:

3H2(g) + N2(g) → 2 NH3(g) 

Jika 6 liter hidrogen bereaksi dengan nitrogen untuk membentuk amonia, hitunglah volume N2 yang bereaksi serta volume NH3 yang terbentuk jika diukur pada kondisi  temperatur dan tekanan yang sama.
Jawab
Perbandingan koefisien H2 : N2 : NH3 = 3 : 1 : 2. Jadi, jika H2 = 6 L 
maka : 

N2 = 1/3 × 6L=2L

NH3 =2/3 ×6L=4L

Jadi, volume N2 yang bereaksi = 2 L dan volume NH3 yang terbentuk = 4 L.

Soal - Soal Uji Materi.

1. Jelaskan bagaimana pembuktian bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap.
2. Logam aluminium sebanyak 27 g dibakar di udara. Tentukan massa gas oksigen yang diperlukan jika hasil reaksi berupa senyawa aluminium oksida (Al2O3).
3. Kalsium, karbon, dan oksigen merupakan unsurunsur pembentuk senyawa CaCO3. Jika dalam CaCO3 mengandung massa kalsium 40%, massa karbon 12%, dan massa oksigen 48%. Tentukan massa setiap unsur dalam 3 g CaCO3.
4. Perhatikan persamaan reaksi berikut.
   2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)
   Hitung volume gas hidrogen dan gas oksigen yang diperlukan untuk membuat 60 liter air.
5. Perhatikan persamaan reaksi berikut.
   CH 4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
   Hitunglah volume gas oksigen yang dibutuhkan untuk membakar gas metana jika volume gas metana 10 liter dan berapa volume gas CO2 dan gas H2O yang terbentuk?

Sumber:
Rahayu,I. 2009. Praktis Belajar Kimia Untuk Kelas X SMA/MA. Jakarta. Bse
(Proses Update)