BAB I STOIKHIOMETRI I - 1

BAB I STOIKHIOMETRI

1.1 PENDAHULUAN Setiap zat, unsur, senyawa dalam kimia mempunyai nama dan rumus uniknya sendiri. Cara tersingkat untuk memerikan suatu reaksi kimia adalah dengan menuliskan rumus untuk tiap zat yang terlibat dalam bentuk suatu persamaan kimia. Suatu persamaan kimia meringkas sejumlah besar informasi mengenai zat – zat yang terlibat dalam reaksi. Persamaan itu tidak sekedar pernyataan kualitatif yang menguraikan zat – zat yang terlibat, tetapi juga pernyataan kuantitatif, yang menjelaskan berapa banyak pereaksi dan hasil reaksi yang terlibat. Proses membuat suatu pehitungan didasarkan pada rumus – rumus dan persamaan – persamaan berimbang yang dirujuk sebagai Stoikhiometri.

1.2 STOIKHIOMETRI Stoikhiometri berasa dari bahasa Yunani yaitu ” Stoikion” yang berarti unsur dan ”Matrein” yang berarti mengukur. Dimana unsur disini mencakup partikel – partikel, atom – atom, ion, molekul atau elektron dalam unsur atau senyawa yang terlibat dalam suatu reaksi kimia.

Jadi stoikhiometri dimaksudkan suatu cara

perhitungan kimia untuk menghitung barat dan jumlah (kuantitatif) setiap komponen kimia dalam suatu reaksi kimia. Konsep stoikhiometri tersebut berdasarkan hukum – hukum pokok dalam ilmu kimia. 1.2.1 Persamaan Kimia Suatu pereaksi adalah zat apa saja yang mula – mula terdapat dan kemudian diubah selama suatu reaksi kimia. Suatu hasil reaksi adalah zat apa saja yang dihasilkan selama reaksi kimia. Suatu persamaan kimia (persamaan kimia berimbang) menunjukkan rumus pereaksi, kemudian anak panah, lalu rumus hasil reaksi, dengan banyaknya atom tiap unsur di kiri dan di kanan anak panah sama. Misalnya persamaan berimbang untuk reaksi antara hidrogen dan oksigen yang menghasilkan air ditulis sebagai : 2H2O + O2 → 2 H2O.

I-1

Rumus suatu zat menyatakan jenis dan banyaknya atom yang bersenyawa secara kimia dalam suatu satuan zat. Terdapat beberapa jenis rumus, diantaranya adalah rumus unsur, rumus senyawa, rumus molekul dan rumus empiris. Rumus unsur biasanya dituliskan cukup lambangnya saja. Misalnya Na, Fe, Ag, Sn, dan lain sebagainya. Terdapat tujuh unsur yang hampir selalu berupa molekul diatom yaitu : H2, N2, F2, O2, Cl2, Br2, I2. Dalam banyak hal rumus untuk suatu zat ialah rumus untuk untuk satu molekul dari zat itu. Misalnya, hidrogen peroksida (H2O2) dan lain – lain. Hal ini dapat disebut sebagai rumus senyawa. Suatu rumus molekul menyatakan banyaknya atom yang sebenarnya dalam suatu molekul atau satuan terkecil suatu senyawa. Suatu rumus empiris menyatakan angka banding bilangan bulat terkecil dari atom – atom dalam suatu senyawa. (Keenan,hal 44 – 46) Suatu persamaan reaksi baru dapat ditulis jika telah diketahui rumus zat – zat pereaksi dan rumus zat – zat hasil reaksi. Dalam menuliskan rumus zat sering diperlukan untuk menyatakan wujud dibeakang rumus yaitu (s) untuk fasa padat, (l) untuk fasa cair, dan (g) untuk fasa gas. Untuk menyatakan bahwa reaksi berlangsung dalam larutan air digunakan tanda (aq). Jika tidak diberikan fasa, menunjukkan bahwa reaksi berlangsung dalam larutan air. Tanda – tanda ini sesuai yang disarankan oleh IUPAC. Banyak cara dalam menggolongkan macam reaksi kimia. Kadang – kadang ada reaksi yang termasukdalam lebih dari satu kelompok atau sukar dikelompokkan. Salah satu cara mengelompokkan reaksi kimia adalah dalam : 1. Reaksi Sintetis, yaitu pembentukan senyawa dari unsur – unsurnya. Fe (s) + Cl2 (g) → FeCl2 (s) 2. Reaksi Metatesis, yaitu reaksi dimana terjadi pertukaran antara senyawa. Na2CO3 (aq) + CaCl2 (aq) → CaCO3 (s) + 2 NaCl (aq) 3. Reaksi Penetralan atau reaksi asam – basa HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O (l) 4. Reaksi Oksidasi – Reduksi K2SO3 (aq) + ½ O2 (g) → K2SO4 (aq)

I-2

Persamaan reaksi adalah suatu bahasa utama dalam ilmu kimia. Persamaan reaksi dapat mengungkapkan secara kualitatif apa yang terjadi, jika zat – zat bereaksi dan secara kuantitatif mengungkapkan banyaknya zat pereaksi dan hasil reaksi. (Unesa,4.2 – 4.3)

1.2.2 Menulis Persamaan Berimbang Menulis persamaan berimbang dilakukan dengan cara tiga tahap : 1. Tulis nama – nama pereaksi, kemudian suatu anak panah dan kemudian nama – nama hasil reaksi. 2. Tulis ulang pernyataan itu dengan menggunakan rumus untuk tiap zat. 3. Berimbangkan persamaan dengan memilih koefisien bilangan bulat yang sesuai untuk tiap rumus. (Keenan, hal 47) 1.2.3 Menulis Persamaan Berimbang untuk Beberapa Kelas Umum Reaksi Tiga kelas utama reaksi yang memberikan contoh banyak persamaan yang berguna. 1. Suatu reaksi gabungan langsung adalah suatu reaksi dari dua unsur yang menghasilkan suatu senyawa. Contoh, Al + Br2 → AlBr3 2. Suatu reaksi penukargantian sederhana adalah reaksi suatu unsur dengan suatu senyawa, yang menghasilkan unsur dan senyawa lain. Mg + FeCl3 → MgCl2 + Fe 3. Suatu reaksi penukargantian rangkap adalah reaksi dari dua senyawa yang menghasilkan

dua

senyawa

berlainan

dengan

saling

menukarkan

komponennya. Contoh, AgNO3 + CaCl2 → AgCl + Ca(NO3)2

1.2.4 Konsep Mol Untuk mengetahui jumlah zat yang dinyatakan dalam berbagai bentuk (partikel, electron, atom, ion, molekul dan lain – lain) telah ditetapkan suatu satuan yang disebut Mol. Konsep mol merupakan konsep yang sangat penting sebab pendekatan kuantitatif ini menjadikan hitungan – hitungan kimia lebih sederhana. Ada beberapa hal yang perlu diketahui sebelum menginjak ke konsep mol adalah Bobot atom (massa atom) dan Bobot molekul (massa molekul). Atom begitu kecil, maka massa sebutir atom sulit sekali untuk ditentukan. Tetapi massa atom dapat dibandingkan dengan massa atom lainnya. Misalkan bobot

I-3

sebuah atom Hidrogen 1,67.10-24 g, karbon 1,99.10-23 g, dan Oksigen 2,66 . 10-23 g. Penggunaan bobot atom yang begitu kecil ini sangat merepotkan, untuk itu penggunaan perbandingan atom yang satu dengan yang lain cukup enak dengan menggunakan satuan massa atom, sma (amu, atomic mass unit) dari pada gram. Dengan menggunakan satuan massa atom, bobot atom relatif hidrogen, karbon dan oksigen masing – masing adalah 1,0079 sma, 12,011 sma, 15,999 sma. Dimana satu satuan massa atom (1 sma) ≈ 1,661.10-24 atau 1 gram = 6,022 . 1023 sma. Massa molekul suatu senyawa adalah jumlah massa atom unsur – unsur penyusunnya. Hal itu juga berarti bahwa massa molekul adalah massa senyawa dalam gram yang setara dengan 1 mol. Massa molekul dapat diukur dengan berbagai cara. Bagi senyawa yang bukn elektrolit pengukuran dapat dilakukan dengan cara penurunan titik beku. Bagi senyawa yang berupa gas pengukuran dapat dilakukan dengan mengukur perbandingan massa gas itu terhadap massa gas lain yang telah diketahui massa molekulnya. Pengukuran massa kedua gas harus dilakukan pada keadaan yang sama, artinya massa itu diukur pada suhu yang sama dan pada tekanan yang sama pula. Konsep mol menyatakan bahwa satu mol zat adalah banyaknya zat itu yang mengandung N partikel, N dinamakan bilangan Avogadro. Besarnya bilangan Avogadro dapat ditentukan dengan berbagai cara. Dalam percobaannya, Perrin berhasil menentukan bilangan Avogadro N = 6,2.1023, menurut Rutherford N = 6,16.1023, sedang menurut Milikan N = 6,023.1023 . Angka terakhir inilah yang digunakan sekarang. Bobot satu mol suatu zat disebut bobot molar. Bobot molar dalam gram suatu zat secara numeris sama dengan bobot molekul dalam satuan massa atom. Sehingga dapat dinyatakan bahwa : 1 mol 

massa (gram) BA atau BM (sma)

Satu mol atom X mengandung N atom X Satu mol senyawa XY mengandung N molekul XY 1.2.5 Susunan Presentase dari Rumus Bobot unsur – unsur yang membentuk satu mol suatu senyawa mudah disimpulkan dari rumus senyawa dan bobot atom unsur – unsur. Kemudian susunan presentase bobot dihitung dari bobot unsur – unsur dan bobot 1 mol senyawa itu.

I-4

Persentase bobot dapat dirumuskan sebagai berikut :

% bobot suatu unsur 

BA atau BM unsur tersebut x 100 BM senyawanya

Jika suatu unsur diketahui bobot senyawaannya rumusan tersebut menjadi :

Bobot suatu unsur (gram)  bobot senyawaannya (gram) x

BA unsur tersebut BM senyawaannya

kemudian persen bobot unsur tersebut adalah :

% unsur 

bobot unsur tersebut (gram) x 100 bobotcontoh( gram)

1.3 RUMUS EMPIRIS DAN RUMUS MOLEKUL Rumus empiris juga dinamakan rumus perbandingan, yaitu perbandingan atom – atom yang menyusun molekul senyawaitu. Misalnya glukosa, setiap molekulnya tersusun dari atom – atom C, H dan O dengan perbandingan 1 : 2 : 1, sehingga rumus empirisnya CH2O. Dengan mengukur massa molekulnya maka rumus molekul dapat dihitung. Misalnya dengan mengukur penurunan titik beku larutannya maka massa molekul glukosa dapat ditentukan, yaitu sebesar 180. Rumus molekul glukosa dimisalkan (CH2O)n sehingga : ( 12 + (2 x1) + 16)n = 180 n = (180)/(30) = 6 Jadi rumus molekul glukosa adalah C6H12O6.

1.4 REAKSI STOIKHIOMETRI DAN REAKSI NON STOIKHIOMETRI Reaksi – reaksi kimia dapat dinyatakan dengan mudah dan sederhana dalam bentuk persamaan reaksi. Setiap reaksi kimia harus memenuhi hukum –hukum yanga ada dalam kimia antara lain hukum ketetapan massa yaitu ” massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama atau jumlah atom di kiri sama dengan jumlah atom di kanan tanda panah ”. Untuk menyetarakan jumlah atom tersebut, setiap persamaan reaksi harus dihitung koefisiennya. Koefisien reaksi menunjukkan perbandingan mol zat – zat dalam reaksi. a A + b B → c C + d D , dengan : -

a, b, c, d adalah koefisien reaksi

I-5

-

Koefisien reaksi adalah bilangan yang menyatakan perbandingan dari unsur – unsur yang saling bereaksi atau perbandingan bilangan zat dalam reaksi. Bilangan – bilangan biasanya dinyatakan dalam mol.

-

Perbandingan mol – mol zat dalam persamaan reaksi berbanding lurus dengan koefisiennya.

-

Jika bilangan salah satu zat diketahui, maka bilangan zat – zat lainnya dalam persamaan reaksi dapat ditentukan. Persamaan reaksi disini ada dua macam yaitu persamaan reaksi

stoikhiometri dan reaksi non stoikhiometri. Reaksi dikatakan stoikhiometri apabila jumlah dan jenis atom dalam persamaan reaksi selalu sama atau dapat dikatakan bahwa jumlah zat sebelum reaksi sama dengan hasil reaksinya. Reaksi dikatakan non stoikhiometri apabila jumlah zat sebelum reaksi sama dengan hasil reaksi dan menghasilkan sisa. Adapun cara menentukan reaksi tersebut stoikhiometri dan non stoikhiometri adalah sebagai beikut : a A + b B → c C + d D Reaksi stoikhiometri :  Jumlah zat sebelum reaksi = jumlah zat sesudah reaksi  Jika mol A = mol B dan a = b  Jika perbandingan mol A : mol B = perbandingan koefisiennya (a : b) Reaksi non Stoikhiometri :  Jumlah zat sebelum reaksi = Hasil reaksi + sisa  Jika mol A = mol B dan a ≠ b, maka zat yang habis bereaksi adalah zat dengan koefisien terbesar.  Jika mol A ≠ mol B dan a = b, maka zat yang habis bereaksi adalah zat dengan mol terkecil.  Jika mol A ≠ mol B dan a ≠ b, maka zat yang habis bereaksi ditentukan dengan jalan coba – coba.

1.5 STOIKHIOMETRI LARUTAN Derajat kepekatan larutan disebut sebagai konsentrasi dan dapat dinyatakan dengan berbagai cara. Larutan encer mempunyai konsentrasi rendah, sebaliknya larutan pekat mempunyai konsentrasi tinggi.

I-6

Konsentrasi molar adalah banyaknya mol zat dalam tiap liter larutan. Karena volum larutan tergantung pada suhu maka bila suhu mengalami perubahan, kemolaran larutan akan berubah pula. Massa dan jumlah mol zat tidak tergantung dari suhu, karena itu untuk memperoleh pernyataan konsentrasi yang tidak dipengaruhi oleh suhu dapat digunakan pernyataan berdasarkan massa dan jumlah mol. Menurut IUPAC astilah konsentrasi diartikan sebagai ”Jumlah zat per satuan volum ”. Konsentrasi dinyatakan dalan satuan mol.dm-3(mol.L-1) IUPAC pn menetapkan ”Konsentrasi Massa ” suatu zat terlarut yaitu ” Massa zat terlarut per satuan volum ”. Ada beberapa macam konsentrasi antara lain : 1. Persen Berat (%)

% zat terlarut 

berat zat terlarut x 100 berat zat terlarut  berat pelarut

2. Persen Volum (% Volum)

% zat terlarut 

volum zat terlarut x 100 jumlah volum larutan

3. Fraksi Mol (x)

Fraksi mol  X A 

jumlah mol A jumlah mol semua komponen

Fraksi mol zat terlarut  Fraksi mol pelarut 

jumlah mol zat terlarut jumlah mol zat terlarut  jumlah mol pelarut

jumlah mol pelarut jumlah mol zat terlarut  jumlah mol pelarut

Fraksi mol zat terlarut + jumlah mol pelarut = 1 4. Kemolaran (M) Kemolaran 

mol zat terlarut Liter larutan

Kemolaran 

gram zat terlarut Bm zat terlarut x Liter larutan

5. Keformalan (F) Keformalan 

Jumlah berat rumus zat terlarut Liter larutan

I-7

6. Kemolalan (m)

Kemolalan 

mol zat terlarut Kg pelarut

Kemolalan 

gram zat terlarut Bm zat terlarut x Kg pelarut

m

1000 WZ 1000 n Z x  Wp MZ WP

dengan : WZ = massa zat yang dilarutkan WP = massa pelarut yang digunakan MZ = massa molekul zat nZ = banyaknya mol zat itu 7. Kenormalan (N) Kenormalan 

Ekivalen zat terlarut Liter larutan

Kenormalan 

gram zat terlarut Berat ekivalen x Liter larutan

Kenormalan 

36,75  0,5 N 49 x 1,5

1.6 PENUTUP Dari materi yang telah anda dapat, ada beberapa permasalahan yang perlu anda kerjakan, untuk mengevaluasi sejauh mana anda mampu menyebutkan nama unsur – unsur, maupun senyawa dan mengidentifikasikannya dalam suatu rumusan kimia, menjelaskan rumus kimia tersebut dan satuannya serta dapat membedakan jenis – jenis reaksi kimia dan satuan – satuan konsentrasi suatu larutan. 1. Apa yang diartikan dengan diatom dan triatom bila diterapkan untuk molekul – molekul ? 2. Mengapa Oksigen dan Hidrogen dinyatakan dalam rumus O2 dan H2 ? 3. Sebutkan apa saja unsur – unsur diatom ? 4. Tulislah persamaan berimbang untuk reaksi berikut : a. Natrium bereaksi dengan khlor membentuk natrium khlorida.

I-8

b. Hidrogen bereaksi dengan oksigen membentuk air. c. Nitrogen bereaksi dengan hidrogen membentuk amonia. d. Hidrogen bereaksi dengan khlor membentuk hidrogen khlorida 5. Dengan mengambil satu untuk hidrogen, hitunglah angka banding bobot bilangan bulat untuk keempat atom berikut yang bobot sebenarnya adalah : H = 1,67.10-24 g, C = 1,99.10-23 g, O = 2,66.10-23 g, Au = 3,27.10-22 g. 6. Hitunglah bobot molekul untuk masing – masing molekul berikut : Br2, C12H22O11 (sukrosa), C3H8O3 (gliserin). 7. Hitunglah banyaknya mol dalam : 45,1 g amonium sulfat (NH4)2SO4 ; 11,8 g khlor (Cl2) ; 150 g neon, Ne. 8. Bila ditambahkan ke pasta gigi, stano fluorida SnF2, terbukti membantu mencegah pembusukan gigi. Hitung presentase bobot tiap unsur dalam stano Fluorida. 9. Analisis sejumlah kristal yang nampaknya murni dipulihkan dengan menguapkan suatu contoh air limbah, dimana menunjukkan kristal – kristal itu mengandung 63,96 % kadmium, Cd, 24,28 % oksigen, O dan 11,75 % fosforus, P. Hitung rumus empirisnya. 10. Berapa molaritas dari larutan yang dibuat dengan melarutkan 15 g HNO3 dalam air secukupnya untuk membuat 0,2 liter larutan ? (ITS, hal II.10)

I-9

DAFTAR PUSTAKA Vogel. Analisis Anorganik Kualitatif Makro Dan Semimikro. Edisi ke Lima. Longman Group Limited, London 1979. Keenan, Kleinfelter, Wood. Kimia Untuk Universitas. Edisi Keenam, Jilid I. Penerbit Erlangga, 1991. Suharno Pikir. Kimia Dasar.Fak. MIPA - Universitas Airlangga. Ratna E, Hendro J, Dkk. Kimia Dasar. Jurusan Kimia, Fak MIPA – Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1991. Hiskia Achmad. Pengantar Kimia Dasar.UNESA

I - 10