KIMIA SMA KELAS X MATERI “HUKUM DASAR KIMIA DAN KONSEP MOL”

Hukum-Hukum Dasar Kimia
Dalam tulisan ini, kita akan mempelajari tentang beberapa hukum dasar yang berlaku dalam menyelesaiakan soal-soal perhitungan kimia. Selain itu, kita juga akan membahas penerapan konsep mol, stoikiometri, dan hukum dasar kimia dalam menentukan jumlah produk yang dihasilkan serta jumlah reaktan yang dibutuhkan dalam reaksi kimia.
Berikut adalah penjelasan masing-masing hukum dasar kimia :

1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
“massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat setelah reaksi”
Contoh :
S(s) + O2(g) → SO2(g)
1 mol S bereaksi dengan 1 mol O2 membentuk 1 mol SO2. 32 gram S bereaksi dengan 32 gram O2 membentuk 64 gram SO2. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang dihasilkan.
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)
1 mol H2 bereaksi dengan ½ mol O2 membentuk 1 mol H2O. 2 gram H2 bereaksi dengan 16 gram O2 membentuk 18 gram H2O. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang terbentuk.

2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
“perbandingan massa unsur-unsur pembentuk senyawa selalu tetap, sekali pun dibuat dengan cara yang berbeda”
Contoh :
S(s) + O2(g) → SO2(g)
Perbandingan massa S terhadap massa O2 untuk membentuk SO2 adalah 32 gram S berbanding 32 gram O2 atau 1 : 1. Hal ini berarti, setiap satu gram S tepat bereaksi dengan satu gram O2 membentuk 2 gram SO2. Jika disediakan 50 gram S, dibutuhkan 50 gram O2 untuk membentuk 100 gram SO2.
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)
Perbandingan massa H2 terhadap massa O2 untuk membentuk H2O adalah 2 gram H2 berbanding 16 gram gram O2 atau 1 : 8. Hal ini berarti, setiap satu gram H2 tepat bereaksi dengan 8 gram O2 membentuk 9 gram H2O. Jika disediakan 24 gram O2, dibutuhkan 3 gram H2 untuk membentuk 27 gram H2O.

3. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)
Hanya berlaku pada reaksi kimia yang melibatkan fasa gas
“pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas pereaksi dengan volume gas hasil reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana (sama dengan perbandingan koefisien reaksinya)”
Contoh :
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mL gas N2 tepat bereaksi dengan 3 mL gas H2 membentuk 2 mL gas NH3. Dengan demikian, untuk memperoleh 50 L gas NH3, dibutuhkan 25 L gas N2 dan 75 L gas H2.
CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g)
Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mL gas CO tepat bereaksi dengan 1 mL gas H2O membentuk 1 mL gas CO2 dan 1 mL gas H2. Dengan demikian, sebanyak 4 L gas CO membutuhkan 4 L gas H2O untuk membentuk 4 L gas CO2 dan 4 L gas H2.

4. Hukum Avogadro
Hanya berlaku pada reaksi kimia yang melibatkan fasa gas
“pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah mol yang sama”
Hukum Avogadro berkaitan erat dengan Hukum Gay Lussac
Contoh :
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Perbandingan mol sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mol gas N2 tepat bereaksi dengan 3 mol gas H2 membentuk 2 mol gas NH3. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 L gas N2 tepat bereaksi dengan 3 L gas H2 membentuk 2 L gas NH3. Dengan demikian, jika pada suhu dan tekanan tertentu, 1 mol gas setara dengan 1 L gas, maka 2 mol gas setara dengan 2 L gas. Dengan kata lain, perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas.

Berikut ini diberikan beberapa contoh soal serta penyelesaian perhitungan kimia yang menggunakan hukum-hukum dasar kimia :

1. Serbuk kalsium sejumlah 20 gram (Ar Ca = 40) direaksikan dengan 20 gram belerang (Ar S = 32) sesuai dengan persamaan reaksi Ca + S → CaS. Zat apakah yang tersisa setelah reaksi selesai?Berapa massa zat yang tersisa setelah reaksi selesai?

Penyelesaian :
Perbandingan mol Ca terhadap S adalah 1 : 1. Hal ini berarti, setiap 40 gram Ca tepat bereaksi dengan 32 gram S membentuk 72 gram CaS. Perbandingan massa Ca terhadap S adalah 40 : 32 = 5 : 4.
Jika 20 gram S tepat habis bereaksi, dibutuhkan (5/4) x 20 = 25 gram Ca, untuk membentuk 45 gram CaS. Sayangnya, jumlah Ca yang disediakan tidak mencukupi.
Oleh karena itu, 20 gram Ca akan tepat habis bereaksi. Massa S yang diperlukan sebesar (4/5) x 20 gram = 16 gram. Dengan demikian, zat yang tersisa adalah belerang (S). Massa belerang yang tersisa adalah 20-16=4 gram.

2. Gas A2 sebanyak 10 mL tepat habis bereaksi dengan 15 mL gas B2 membentuk 10 mL gas AxBy pada suhu dan tekanan yang sama. Berapakah nilai x dan y?

Penyelesaian :
Perbandingan volume gas A2 terhadap gas B2 dan gas AxBy adalah 10 mL : 15 mL : 10 mL = 2 : 3 : 2. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Dengan demikian, persamaan reaksi menjadi :
2 A2(g) + 3 B2(g) → 2 AxBy
Nilai x = 2 dan nilai y = 3.

3. Gas amonia dapat dibuat dengan mereaksikan 100 mL gas nitrogen dan 150 mL gas hidrogen dengan reaksi N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g). Hitunglah volume gas amonia yang dihasilkan pada akhir reaksi!

Penyelesaian :
Perbandingan volume gas N2 terhadap gas H2 dan NH3 sama dengan perbandingan koefisien reaksinya, yaitu 1 : 3 : 2.
Jika 100 ml gas N2 tepat habis bereaksi, dibutuhkan 300 mL gas H2. Sayangnya, jumlah gas H2 yang disediakan tidak mencukupi.
Dengan demikian, 150 mL H2 lah yang tepat habis bereaksi. Volume gas N2 yang dibutuhkan sebesar (1/3) x 150 mL = 50 mL. Setelah reaksi selesai, masih tersisa 50 mL gas N2. Volume gas NH3 yang dihasilkan adalah sebesar (2/3) x 150 mL = 100 mL.

4. Pada suhu dan tekanan tertentu, sebanyak 0,5 L gas hidrogen (Ar H = 1) memiliki massa sebesar 0,05 gram. Berapakah volume gas oksigen yang dapat dihasilkan jika sebanyak 12,25 gram padatan KClO3 dipanaskan? (Mr KClO3 = 122,5)

Penyelesaian :
mol H2 = gram / Mr = 0,05 / 2 = 0,025 mol
Persamaan reaksi pemanasan KClO3 adalah sebagai berikut :
KClO3(s) → KCl(s) + 3/2 O2(g)
mol KClO3 = gram / Mr = 12,25 / 122,5 = 0,1 mol
Dengan demikian, mol O2 = (3/2) x 0,1 mol = 0,15 mol
Pada suhu dan tekanan yang sama, Hukum Avogadro berlaku pada sistem gas. Perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Dengan demikian :
mol H2 : mol O2 = volume H2 : volume O­2
0,025 : 0,15 = 0,5 : volume O2
Volume O2 = ( 0,15 x 0,5) / 0,025 = 3 L

5. Suatu campuran gas terdiri atas 2 mol gas N2O3 dan 4 mol gas NO. Jika campuran gas ini terurai sempurna menjadi gas nitrogen dan gas oksigen, berapakah perbandingan volume gas nitrogen terhadap gas hidrogen dalam campuran tersebut?

Penyelesaian :
Persamaan reaksi penguraian masing-masing gas adalah sebagai berikut :
N2O3(g) → N2(g) + 3/2 O2(g)
NO(g) → ½ N2(g) + ½ O2(g)
Sebanyak 2 mol gas N2O3 akan terurai dan menghasilkan 2 mol gas N2 dan 3 mol gas O2. Sementara itu, sebanyak 4 mol gas NO akan terurai dan menghasilkan 2 mol gas N2 dan 2 mol gas O2.
Dengan demikian, mol total gas N2 yang terbentuk adalah 2 + 2 = 4 mol N2. Mol total gas O2 yang terbentuk adalah 3 + 2 = 5 mol O2. Perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Jadi, perbandingan volume gas nitrogen terhadap gas hidrogen dalam campuran tersebut adalah 4 : 5.
Konsep Mol
Saat kita membeli apel atau daging kita selalu mengatakan kepada penjual berapa kilogram yang ingin kita beli, demikian pula berapa liter saat kita ingin membeli minyak tanah. Jarak dinyatakan dalam satuan meter atau kilometer. Ilmu kimia menggunakan satuan mol untuk menyatakan satuan jumlah atau banyaknya materi

Hubungan Mol dengan Tetapan Avogadro
Kuantitas atom, molekul dan ion dalam suatu zat dinyatakan dalam satuan mol. Misalnya, untuk mendapatkan 18 gram air maka 2 gram gas hidrogen direaksikan dengan 16 gram gas oksigen.
2H2O + O2 → 2H2O
Dalam 18 gram air terdapat 6,023×1023 molekul air. Karena jumlah partikel ini sangat besar maka tidak praktis untuk memakai angka dalam jumlah yang besar. Sehingga iistilah mol diperkenalkan untuk menyatakan kuantitas ini. Satu mol adalah jumlah zat yang mangandung partikel (atom, molekul, ion) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram karbon dengan nomor massa 12 (karbon-12, C-12). Jumlah atom yang terdapat dalam 12 gram karbon-12 sebanyak 6,02×1023 atom C-12. tetapan ini disebut tetapan Avogadro.
Tetapan Avogadro (L) = 6,02×1023 partikel/mol
Lambang L menyatakan huruf pertama dari Loschmidt, seorang ilmuwan austria yang pada tahun 1865 dapat menentukan besarnya tetapan Avogadro dengan tepat. Sehingga,
1 mol emas = 6,02×1023 atom emas
1 mol air = 6,02×1023 atom air
1 mol gula = 6,02×1023 molekul gula
1 mol zat X = L buah partikel zat X
Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel
Telah diketahui bahwa 1mol zat X = l buah partikel zat X, maka
2 mol zat X = 2 x L partikel zat X
5 mol zat X = 5 x L partikel zat X
n mol zat X = n x L partikel zat X
Jumlah partikel = n x L
Contoh soal:
Berapa mol atom timbal dan oksigen yang dibutuhkan untuk membuat 5 mol timbal dioksida (PbO2).
Jawab :
1 mol timbal dioksida tersusun oleh 1 mol timbal dan 2 mol atom oksigen (atau 1 mol molekul oksigen, O2). Sehingga terdapat
Atom timbal = 1 x 5 mol = 5 mol
Atom oksigen = 2 x 5 mol = 10 mol (atau 5 mol molekul oksigen, O2)
Contoh soal
Berapa jumlah atom besi (Ar Fe = 56 g/mol) dalam besi seberat 0,001 gram.
Jawab:

Massa Molar
Telah diketahui bahwa satu mol adalah jumlah zat yang mengandung partikel (atom, molekul, ion) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram karbon dengan nomor massa 12 (karbon-12, C-12). Sehingga terlihat bahwa massa 1 mol C-12 adalah 12 gram. Massa 1 mol zat disebut massa molar. Massa molar sama dengan massa molekul relatif (Mr) atau massa atom relatif (Ar) suatu zat yang dinyatakan dalam gram.
Massa molar = Mr atau Ar suatu zat (gram)
Contoh:

Massa dan Jumlah Mol Atom/Moleku
Hubungan mol dan massa dengan massa molekul relatif (Mr) atau massa atom relatif (Ar) suatu zat dapat dicari dengan
Gram = mol x Mr atau Ar

Contoh soal:
Berapa mol besi seberat 20 gram jika diketahui Ar Fe = 56 g/mol
Jawab :
Besi tersusun oleh atom-atom besi, maka jumlah mol besi

Contoh soal :
Berapa gram propana C3H8 dalam 0,21 mol jika diketahui Ar C = 12 dan H = 1
Jawab:
Mr Propana = (3 x 12) + (8 x 1) = 33 g/mol, sehingga,
gram propana = mol x Mr = 0,21 mol x 33 g/mol = 9,23 gram
Volume Molar
Avogadro mendapatkan hasil dari percobaannya bahwa pada suhu 0°C (273 K) dan tekanan 1 atmosfir (76cmHg) didapatkan tepat 1 liter oksigen dengan massa 1,3286 gram. Maka,

Karena volume gas oksigen (O2) = 1 liter,

Pengukuran dengan kondisi 0°C (273 K) dan tekanan 1 atmosfir (76cmHg) disebut juga keadaan STP(Standard Temperature and Pressure). Pada keadaan STP, 1 mol gas oksigen sama dengan 22,3 liter.
Avogadro yang menyata-kan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apabila jumlah molekul sama maka jumlah molnya akan sma. Sehingga, pada suhu dan tekanan yang sama, apabila jumlah mol gas sama maka volumenyapun akan sama. Keadaan standar pada suhu dan tekanan yang sma (STP) maka volume 1 mol gas apasaja/sembarang berharga sama yaitu 22,3 liter. Volume 1 mol gas disebut sebagai volume molar gas (STP) yaitu 22,3 liter/mol.
Volume Gas Tidak Standar
Persamaan gas ideal
Persamaan gas ideal dinyatakan dengan:
PV=nRT
keterangan:
P; tekanan gas (atm)
V; volume gas (liter)
N; jumlah mol gas
R; tetapan gas ideal (0,082 liter atm/mol K) T; temperatur mutlak (Kelvin)
Gas Pada Suhu dan Tekanan Sama
Avogadro melalui percobaannya menyatakan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apabila jumlah molekulnya sama maka jumlah molnya sama. Jadi pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Maka,

Molaritas
Larutan merupakan campuran antara pelarut dan zat terlarut. Jumlah zat terlarut dalam larutan dinyatakan dalam konsentrasi. Salah satu cara untuk menyatakan konsentrasi dan umumnya digunakan adlah dengan molaritas (M). molaritas merupakan ukuran banyaknya mol zat terlarut dalam 1 liter larutan.

pengenceran dilakukan apabila larutan terlalu pekat. Pengenceran dilakukan dengan penambahan air. Pengenceran tidak merubah jumlah mol zat terlarut. Sehingga,
V1M1 = V2M2

keterangan:
V1 = volume sebelum pengenceran
M1 = molaritas sebelum pengenceran
V2 = volume sesudah pengenceran
M2 = molaritas sesudah pengenceran

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *