Rumus Kimia Menentukan Rumus Kimia Zat Rumus kimia zat dapat dibedakan menjadi rumus empiris dan rumus molekul. Rumus empiris dapat ditentukan dengan menghitung mol komponen penyusun zat dengan menggunakan massa molar. Sedangkan rumus molekul dapat ditentukan jika rumus empiris dan massa molekul relatif (Mr ) zat diketahui. Rumus empiris Untuk menentukan rumus empiris suatu senyawa yang hanya memiliki massa dari komponen penyusunnya digunakan rumus sebagai berikut.
massa unsur Mol unsur = massa molar
atau
x gram n= Ar ( g / mol )
Contoh : Suatu sampel senyawa mengandung 27 gram unsur aluminium dan 24 gram unsur oksigen. Tentukanlah rumus empirisnya jika diketahui : Ar Al = 27 dan O = 16. Jawab :
massa Al 27 g = = 1 mol Al massa molar Al 27 g / mol massa O 24 g Mol O = = = 1,5 mol O massa molar O 16 g / mol Mol Al =
Dengan menggunakan perbandingan mol Al : mol O maka mol Al : mol O 1 : 1,5 2 : 3 Jadi, rumus empiris sampel senyawa tersebut adalah Al2O3 . Contoh : Suatu senyawa hidrokarbon memiliki komposisi zat 80% unsur karbon dan 20% unsur hidrogen. Tentukan rumus empirisnya jika Ar C = 12 dan Ar H = 1. Jawab Rumus empiris ditentukan dari persentase komposisi senyawa yang dianggap memiliki massa 100 g. mol C : mol H
20 g 80 g 12 g / mol : 1 g / mol
1
20 mol : 20 mol 3 1 mol : 3 mol Rumus empiris senyawa hidrokarbon tersebut adalah CH3. Contoh soal : Menentukan Rumus Empiris Berdasarkan Persen Massa Unsur-unsur Penyusun Zat Vanila yang digunakan untuk memberi cita rasa makanan mempunyai komposisi: 63,2% C, 5,2% H, dan 31,6% O (Ar C = 12, H = 1, dan O = 16). Tentukan rumus empirisnya! Jawab : Untuk menentukan rumus empiris vanila, kita menghitung perbandingan mol C, H, dan O. Misalkan dalam 100 gram sampel vanila.
63,2 g massa C Mol C = massa molar C = 12 g / mol = 5,27 mol C
5,2 g massa H Mol H = massa molar H = 1 g / mol = 5,2 mol H 31,6 g massa O Mol O = massa molar O = 16 g / mol = 1,98 mol O Diperoleh perbandingan mol C : H : O = 5,27 : 5,2 : 1,98 = 2,66 : 2,66 : 1 = 8 : 8 : 3 Jadi, rumus empiris vanila adalah C8H8O3. Menentukan Rumus Molekul Zat Pada dasarnya rumus molekul merupakan kelipatan-kelipatan dari rumus empirisnya. Untuk menentukan rumus molekul maka:
(rumus empiris)n = rumus molekul dengan n = bilangan bulat Nilai n dapat ditentukan jika rumus empiris dan massa molekul relatif (Mr ) zat diketahui.
Mr rumus molekul = n × (Mr rumus empiris)
2
Contoh : Suatu senyawa dengan rumus empiris CH (Ar C = 12 dan H = 1) mempunyai Mr = 26. Tentukan rumus molekul senyawa tersebut! Jawab: Mr = n × (Ar C + Ar H) 26 = n × (12 + 1) 26 = n × 13 n = 2 Jadi, rumus molekul senyawa tersebut adalah (CH)2 = C2H2. Contoh : Suatu senyawa (Mr = 46 g/mol) mengandung massa senyawa (g) 52,14% C; 13,03% H; dan 34,75% O. Tentukan rumus molekul senyawa tersebut jika diketahui Ar H = 1, C = 12, dan O = 16. Jawab Rumus empiris ditentukan dari persentase komposisi senyawa yang dianggap memiliki massa 100 g. mol C : mol H : mol O
52,14 g 13,03 g 34,75 g 12 g / mol : 1 g / mol : 16 g / mol 4,34 : 13,03 : 2,17 2 : 6 : 1 Rumus empiris senyawa tersebut adalah C2H6O. Rumus molekul (C2H6O)n dengan n = bilangan bulat adalah : Mr senyawa = 46 = ((2 × Ar C) + (6 × Ar H) + (1 × Ar O))n = ((2 × 12) + (6 × 1) + (1 × 16))n = (24 + 6 +16)n = 46n n=1 Rumus molekul senyawanya adalah C2H6O. Contoh : Senyawa hidrokarbon (Mr = 56) mengandung 24 g unsur karbon dan 4 g unsur hidrogen. Tentukan rumus molekul senyawa jika Ar C = 12 dan H = 1. Jawab mol C : mol H
4g 24 g 12 g / mol : 1 g / mol 2 mol : 4 mol 1 : 2 Rumus empiris senyawa tersebut adalah CH2. 3
Rumus molekul (CH2)n dengan n = bilangan bulat adalah : Mr (CH2)n = 56 (Ar C + (2 × Ar H))n = 56 (12 + (2 × 1))n = 56 14n = 56 n=4 Rumus molekul senyawanya adalah C4H8. Arti Koefisien Reaksi Koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah partikel dari zat yang terlibat dalam reaksi. Oleh karena 1 mol setiap zat mengandung jumlah partikel yang sama, maka perbandingan jumlah partikel sama dengan perbandingan jumlah mol. Jadi, koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi. Untuk reaksi: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) Artinya : koefisien reaksinya menyatakan bahwa 1 molekul N2 bereaksi dengan 3 molekul H2 membentuk 2 molekul NH3 atau 1 mol N2 bereaksi dengan 3 mol H2 menghasilkan 2 mol NH3 (koefisien 1 tidak pernah ditulis) Dengan pengertian tersebut, maka banyaknya zat yang diperlukan atau dihasilkan dalam reaksi kimia dapat dihitung dengan menggunakan persamaan reaksi yang sudah disetarakan. Apabila jumlah mol salah satu zat yang bereaksi diketahui, maka jumlah mol zat yang lain dalam reaksi itu dapat ditentukan dengan menggunakan perbandingan koefisien reaksinya. Contoh : Aluminium larut dalam larutan asam sulfat menghasilkan larutan aluminium sulfat dan gas hidrogen. Persamaan reaksinya: 2 Al(s) + 3 H2SO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g) Berapa mol gas hidrogen dan mol larutan aluminium sulfat yang dihasilkan jika digunakan 0,5 mol aluminium? Jawab: Dari persamaan reaksi: 2 Al(s) + 3 H2SO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g) 0,5 mol ? ? diketahui perbandingan koefisien Al : H2SO4 : Al2(SO4)3 : H2 = 2 : 3 : 1 : 3
koefisien H 2 Jumlah mol H2 = koefisien Al x mol Al =
3 2 x 0,5 mol = 0,75 mol 4
Jumlah mol Al2(SO4)3 =
= Jadi, 2 Al(s) + 0,5 mol
koefisien Al 2 ( SO4 )3 x mol Al koefisien Al
1 2 x 0,5 mol = 0,25 mol
3 H2SO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g) 0,25 mol 0,75 mol
Pereaksi Pembatas Di dalam suatu reaksi kimia, perbandingan mol zat-zat pereaksi yang ditambahkan tidak selalu sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini menyebabkan ada zat pereaksi yang akan habis bereaksi lebih dahulu. Pereaksi demikian disebut pereaksi pembatas. Contoh : Satu mol larutan natrium hidroksida (NaOH) direaksikan dengan 1 mol larutan asam sulfat (H2SO4) sesuai reaksi: 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) Tentukan: a. pereaksi pembatas b. pereaksi yang sisa c. mol Na2SO4 dan mol H2O yang dihasilkan Jawab : a. Mol masing-masing zat dibagi koefisien, kemudian pilih hasil bagi yang kecil sebagai pereaksi pembatas.
1 mol mol NaOH mol NaOH = = 2 = 0,5 mol koefisien NaOH 1 mol mol H 2 SO4 mol H2SO4 = = koefisien H 2 SO4 1 = 1 mol • Karena hasil bagi NaOH < H2SO4, maka NaOH adalah pereaksi pembatas, sehingga NaOH akan habis bereaksi lebih dahulu. • 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) Mula-mula : 1 mol 1 mol 0 0 Bereaksi : (2 × 0,5) (1 × 0,5) 1 mol 0,5 mol ________________________________________________________ Sisa : 1–1 = 0 1–0,5 = 0,5 mol 0,5 mol 1 mol b. pereaksi yang sisa adalah H2SO4 c. mol Na2SO4 yang dihasilkan = 0,5 mol mol H2O yang dihasilkan = 1 mol 5
Contoh : Perhatikan persamaan reaksi berikut. N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(s) Jika 1 mol N2 direaksikan dengan 2 mol H2, tentukan: a. pereaksi pembatas, b. jumlah mol yang tersisa, c. jumlah mol NH3. Jawab : a. Berdasarkan koefisien reaksi maka:
1 mol mol N 2 mol N2 = = 1 = 1 mol koefisien N 2 2 mol mol H 2 mol H2 = koefisien H 2 = 3 = 0,67 mol Sehingga H2 merupakan pereaksi pembatasnya karena habis bereaksi. b. Karena pada N2 hanya 0,67 mol yang dipakai dalam reaksinya maka: jumlah mol N2 bersisa sebanyak 1 – 0,67 mol = 0,33 mol c. Jumlah mol NH3 : =
koefisien mol NH 3 x jumlah mol pereaksi pembatas koefisien pereaksi pembatas
2 = 3 x 2 mol = 1,33 mol. Hasil Teoritis, Hasil Nyata dan Persen Hasil Hasil teoritis suatu reaksi adalah jumlah hasil reaksi yang dihitung dari sejumlah pereaksi yang ada dari awal reaksi dilakukan. Hasil nyata adalah jumlah hasil yang secara nyata dihasilkan dalam sebuah reaksi kimia yang sebenarnya. Persen hasil merupakan perbandingan hasil nyata dengan hasil teoritis. Ada reaksi yang hasilnya hampir sama dengan hasil teoritis dan reaksi tersebut dikatakan bereaksi secara kuantitatif. Pada reaksi-reaksi senyawa organik, kebanyakan hasil reaksi (hasil nyata) lebih kecil dibandingkan hasil teoritis. Hal ini karena reaksi tidak berjalan sempurna, ada reaksi-reaksi saingan yang dapat mengurangi hasil reaksi atau dapat juga terjadi kehilangan zat selama penanganan.
6
Contoh Soal : Dari reaksi 1,00 mol CH4 dengan Cl2 berlebih, diperoleh 83,5 g CCl4. Berapakah hasil teoritis, hasil nyata dan persen hasil reaksi tersebut? (Mr CCl4 = 154 gram/mol) Jawab CH4 + 4 Cl2 → CCl4 + 4 HCl Hasil teoritis : Bila dilihat dari persamaan reaksi, dari 1 mol CH4 diharapkan dapat diperoleh 1 mol CCl4. Karena massa molar CCl4 = 154 gram/mol, maka massa CCl4 = 154 gram. Hasil nyata : Dari reaksi yang terjadi, hasil nyata = 83,5 gram. Persen hasil =
83,5 gram CCl 4 x 100 % = 54,2 % 154 gram CCl 4
7
