Sesi 17.indd

X
kimia
KONSEP MOL I
Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut.
1.
Memahami persamaan reaksi kimia dan komponen-komponennya.
2.
Memahami cara menyetarakan persamaan reaksi kimia.
3.
Dapat menghitung persentase massa unsur.
4.
Memahami pengertian mol.
5.
Dapat menentukan massa molar dan volume molar.
A. Persamaan Reaksi
Reaksi kimia dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, di antaranya adalah reaksi
pembakaran, reaksi pembentukan, reaksi penguraian, dan reaksi penetralan. Suatu
reaksi kimia pasti melibatkan zat-zat pereaksi (reaktan) dan zat-zat hasil reaksi (produk).
Pereaksi terletak di ruas kiri (diibaratkan sebagai bahan baku industri), sedangkan hasil
reaksi terletak di ruas kanan (diibaratkan sebagai produk industri). Proses yang terjadi
pada reaksi kimia adalah perubahan zat-zat pereaksi (reaktan) menjadi zat-zat hasil reaksi
(produk). Sementara itu, persamaan yang menunjukkan hubungan kuantitatif antara zatzat pereaksi dan zat-zat hasil reaksi disebut persamaan reaksi.
Dalam persamaan reaksi, dikenal istilah koefisien reaksi dan indeks. Koefisien
reaksi adalah angka yang terletak di sebelah kiri suatu unsur atau molekul, sedangkan
indeks adalah angka yang terletak di sebelah kanan bawah suatu unsur atau kelompok
unsur (gugus).
Kela
s
K-13
Contoh:
1.
N2 + 3H2 → 2NH3
Reaksi pembentukan amonia tersebut melibatkan:
zat- zat pereaksi (reaktan) : N2 dan H2
zat hasil reaksi (produk) : NH3
2.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Reaksi pembakaran CH4 tersebut melibatkan:
zat-zat pereaksi (reaktan) : CH4 dan O2
zat-zat hasil reaksi (produk) : CO2 dan H2O
B. Penyetaraan Persamaan Reaksi
1. Menyetarakan Persamaan Reaksi Sederhana
Persamaan reaksi dikatakan setara bila jumlah atom-atom zat pereaksi sama dengan
jumlah atom-atom zat hasil reaksi. Jika jumlah atom-atom zat pereaksi belum sama dengan
jumlah atom-atom zat hasil reaksi, maka perlu dilakukan penyetaraan persamaan reaksi.
Untuk persamaan reaksi sederhana, penyetaraan dapat dilakukan dengan mudah
jika koefisien senyawa yang memiliki rumus molekul rumit dianggap sama dengan 1.
Setelah koefisien senyawa yang memiliki rumus molekul rumit dianggap sama dengan 1,
kita tinggal menyamakan jumlah atom masing-masing unsur, baik di ruas kanan maupun
di ruas kiri.
Contoh:
1.
N2 + H2 → NH3
Pada persamaan reaksi tersebut, senyawa yang memiliki rumus molekul rumit
adalah NH3. Oleh karena itu, koefisien NH3 dianggap sama dengan 1. Selanjutnya,
kita samakan jumlah atom N dan H di ruas kiri dengan acuan jumlah atom N dan H di
ruas kanan.
3
1
N2 + H2 → 1NH3
(× 2)
2
2
Oleh karena koefisien reaksi harus berupa bilangan bulat terkecil, maka kita kalikan
persamaan reaksi tersebut dengan angka 2 sehingga diperoleh:
N2 + 3H2 → 2NH3
2.
C3H8 + O2 → CO2 + H2O
Pada persamaan reaksi tersebut, senyawa yang memiliki rumus molekul rumit adalah
C3H8. Oleh karena itu, koefisien C3H8 dianggap sama dengan 1.
1C3H8 + O2 → CO2 + H2O
2
Selanjutnya, kita samakan jumlah atom dari unsur-unsur lainnya sehingga diperoleh:
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
Catatan: koefisien yang bernilai 1 tidak perlu ditulis.
3.
BaCl2 + Al2(SO4)3 → AlCl3 + BaSO4
Pada persamaan reaksi tersebut, senyawa yang memiliki rumus molekul rumit adalah
Al2(SO4)3. Oleh karena itu, koefisien Al2(SO4)3 dianggap sama dengan 1.
BaCl2 + 1Al2(SO4)3 → AlCl3 + BaSO4
Selanjutnya, kita samakan jumlah atom dari unsur-unsur lainnya sehingga diperoleh:
3BaCl2 + Al2(SO4)3 → 2AlCl3 + 3BaSO4
4.
AlPO4 + Ca(NO3)2 → Al(NO3)3 + Ca3(PO4)2
Pada persamaan reaksi tersebut, senyawa yang memiliki rumus molekul rumit adalah
Ca3(PO4)2. Oleh karena itu, koefisien Ca3(PO4)2 dianggap sama dengan 1.
AlPO4 + Ca(NO3)2 → Al(NO3)3 + Ca3(PO4)2
Selanjutnya, kita samakan jumlah atom dari unsur-unsur lainnya sehingga diperoleh:
2AlPO4 + 3Ca(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + Ca3(PO4)2
2. Menyetarakan Persamaan Reaksi yang Rumit
Persamaan reaksi yang rumit dapat disetarakan dengan cara matematis, yaitu
menggunakan permisalan. Langkah-langkah menyetarakan persamaan reaksi yang rumit
adalah sebagai berikut.
1.
Menambahkan koefisien reaksi yang dinyatakan dengan peubah (misal a, b, c,
dan seterusnya).
2.
Menyamakan jumlah tiap atom di ruas kiri dan kanan.
3.
Menyelesaikan beberapa persamaan matematis yang diperoleh dari langkah sebelumnya.
Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh berikut.
Contoh Soal 1
Tentukan nilai a, b, c, d, dan e dari persamaan reaksi berikut ini.
aKOH + bCl2 → cKCl + dKClO3 + eH2O
Jawab:
Oleh karena jumlah atom di ruas kiri harus sama dengan jumlah atom di ruas kanan, maka:
Atom K : a = c + d ... (1)
Atom O : a = 3d + e ... (2)
3
Atom H : a = 2e ... (3)
Atom Cl : 2b = c + d ... (4)
Selanjutnya, misalkan salah satu koefisien huruf dengan bilangan 1. Misal a =1.
Dari persamaan (3):
a = 2e
⇔ 1 = 2e
1
⇔e=
2
Dari persamaan (1) dan (4):
a=c+d
(c + d = 2b)
⇔ a = 2b
⇔ 1 = 2b
1
⇔b=
2
Dari persamaan (2):
a = 3d + e
⇔ a – e = 3d
1
⇔ 1 – = 3d
2
1
⇔ 3d =
2
⇔d=
1
6
Dari persamaan (1):
a=c+d
1
6
1
⇔c=1–
6
5
⇔c=
6
1
5
1
1
Dengan demikian, diperoleh nilai a = 1, b = , c = , d = , dan e = .
6
6
2
2
⇔1=c+
Oleh karena koefisien reaksi merupakan bilangan bulat terkecil, maka kalikan koefisienkoefisien tersebut dengan angka 6, sehingga diperoleh:
a = 6, b = 3, c = 5, d = 1, dan e = 3
4
Berdasarkan koefisien-koefisien tersebut, persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai
berikut.
6KOH + 3Cl2 → 5KCl + KClO3 + 3H2O
C. Menghitung Persentase Massa Unsur
Setiap senyawa memiliki rumus kimia yang spesifik, misalnya air (H2O), amonia (NH3),
dan glukosa (C6H12O6). Selain menunjukkan jumlah dan jenis unsur penyusunnya,
rumus kimia juga menunjukkan perbandingan massa unsur-unsur penyusunnya. Untuk
menghitung persentase massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa, dapat digunakan
rumus berikut.
Persentase massa unsur =
jumlah atom unsur × Ar unsur
× 100%
Mr senyawa
Contoh Soal 2
Diketahui massa atom relatif (Ar) dari H = 1, C = 12, N = 14, dan O = 16.
Tentukan persentase massa unsur-unsur penyusun senyawa berikut ini.
1. Glukosa dengan rumus molekul C6H12O6.
2. Urea dengan rumus molekul CO(NH2)2.
Jawab:
1.
Glukosa dengan rumus molekul C6H12O6
Mula-mula, tentukan Mr C6H12O6.
Mr C6H12O6 = (6 × Ar C) + (12 × Ar H) + (6 × Ar O)
= (6 × 12) + (12 × 1) + (6 × 16)
= 180
Kemudian, tentukan persentase massa unsur-unsur penyusunnya.
Persentase massa unsur C dalam glukosa:
% massa C dalam glukosa=
6 × Ar C
× 100%
Mr C6H12 O6
6 × 12
× 100%
180
= 40%
=
5
Persentase massa unsur H dalam glukosa:
% massa H dalam glukosa =
=
12 × Ar H
× 100%
Mr C6H12 O6
12 × 1
× 100%
180
= 6,67%
Persentase massa unsur O dalam glukosa:
% massa O dalam glukosa = 100 % – % massa C – % massa H
= 100 % – 40 % – 6,67 %
= 53, 33 %
Jadi, persentase massa unsur C, H, dan O dalam glukosa berturut-turut adalah 40%,
6,67%, dan 53,33%.
2.
Urea dengan rumus molekul CO(NH2)2
Mula-mula, tentukan Mr CO(NH2)2
Mr CO(NH2)2= (1 × Ar C) + (1 × Ar O) + (2 × Ar N) + (4 × Ar H)
= (1 × 12) + (1 × 16) + (2 × 14) + (4 × 1)
= 60
Kemudian, tentukan persentase massa unsur-unsur penyusunnya.
Persentase massa C dalam urea:
% massa C dalam urea =
1× Ar C
× 100%
Mr CO(NH2 )2
1× 12
× 100%
60
= 20%
=
Persentase massa O dalam urea:
% massa O dalam urea=
1× Ar O
× 100%
Mr CO(NH2 )2
1× 16
× 100%
60
= 26,7%
=
6
Persentase massa N dalam urea:
% massa N dalam urea=
2 × Ar N
× 100%
Mr CO(NH2 )2
2 × 14
× 100%
60
= 46,7%
=
Persentase massa H dalam urea:
% massa H dalam urea = 100% – % massa C – % masaa O – % massa N
= 100% – 20% – 26,7% – 46,7 %
= 6,6 %
Jadi, persentase massa unsur C, O, N, dan H dalam urea berturut-turut adalah 20%,
26,7%, 46,7%, dan 6,6%.
Selain menentukan persentase massa unsur-unsur dalam suatu senyawa, kita juga
dapat menentukan massa unsur-unsur penyusun senyawa dengan rumus berikut.
Massa unsur =
jumlah atom unsur × Ar unsur
× massa senyawa
Mr senyawa
Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh soal berikut.
Contoh Soal 3
Terdapat 102 gram NH3 (amonia). Tentukan massa masing-masing unsur penyusunnya. (Ar
N = 14, H = 1)
Jawab:
Mula-mula, tentukan Mr NH3.
Mr NH3 = (1 × Ar N) + (3 × Ar H)
= (1 × 14 ) + (3 × 1 )
= 17
Selanjutnya, tentukan massa masing-masing unsur penyusunnya.
7
Massa unsur N dalam 102 gram NH3:
1× Ar N
Massa unsur N=
× massa NH3
Mr NH3
1× 14
× 102
17
= 84 g
=
Massa unsur H dalam 102 gram NH3:
Massa unsur H = massa NH3 – massa unsur N
= 102 – 84
= 18 g
Jadi, massa unsur N dan H dalam 102 g NH3 berturut-turut adalah 84 g dan 18 g.
D. Pengertian Mol
Dalam kehidupan sehari-hari, kita biasa menggunakan istilah lusin, kodi, dan gros untuk
menghitung jumlah benda. Ukuran 1 lusin sebanyak 12 buah, 1 kodi sebanyak 20 lembar,
dan 1 gros sebanyak 12 lusin atau 144 buah. Namun, apakah satuan-satuan benda tersebut
dapat digunakan untuk menghitung jumlah partikel-partikel kimia yang sangat kecil?
Tentu saja tidak. Untuk itu, digunakan satuan khusus dalam kimia, yaitu mol.
Satu mol adalah banyaknya partikel yang terkandung dalam suatu zat yang
jumlahnya sama dengan jumlah partikel dalam 12 gram atom C-12. Hasil penelitian
yang dilakukan seorang ilmuwan bernama Joseph Loschmidt. Penelitian tersebut juga
diperkuat oleh Avogadro menunjukkan bahwa dalam 12 gram atom C-12 terdapat
6,02 × 1023 butiran atom. Bilangan 6,02 × 1023 disebut dengan bilangan Avogadro atau
tetapan Avogadro yang diberi lambang L untuk menghormati Loschmidt.
1 mol = L partikel
= 6, 02 × 1023 partikel
E. Massa Molar
Massa molar adalah massa dari satu mol zat yang nilainya sama dengan massa atom relatif
(Ar) untuk atom atau massa molekul relatif (Mr) untuk senyawa. Berdasarkan defisinisi
tersebut, kita dapatkan beberapa rumus berikut.
8
Massa molar = Ar, untuk atom
Massa molar = Mr, untuk senyawa
Massa (gram) = mol × Ar, untuk atom
Massa (gram) = mol × Mr, untuk senyawa
mol =
massa (gram)
Mr atau Ar
Mr atau Ar =
massa (gram)
mol
Contoh Soal 4
Tentukan massa molar dari atom dan molekul berikut ini.
1.
Atom Na dengan Ar Na = 23
2.
Molekul CO(NH2)2 dengan Mr = 60
Jawab:
1.
Berdasarkan definisi massa molar, diperoleh:
Massa molar Na = Ar Na
= 23 g/mol
Jadi, massa molar dari atom Na adalah 23 g/mol.
2.
Berdasarkan definisi massa molar, diperoleh:
Massa molar CO(NH2)2= Mr CO(NH2)2
= 60 g/mol
Jadi, massa molar dari molekul CO(NH2)2 adalah 60 g/mol.
Contoh Soal 5
Tentukan massa dari 5 mol CaCO3 dengan Mr CaCO3 = 100.
Jawab:
Berdasarkan definisi massa molar, diperoleh:
Massa CaCO3 = mol × Mr CaCO3
= 5 × 100
= 500 g
Jadi, massa dari 5 mol CaCO3 adalah 500 g.
9
F. Volume Molar
Volume molar gas adalah volume 1 mol gas pada suhu dan tekanan tertentu. Pada
keadaan standar (suhu 0oC dan tekanan 1 atm), volume molar gas adalah 22,4 liter.
Berdasarkan definisi tersebut, kita dapatkan rumus berikut.
Volume (STP) = mol × 22,4 liter
Contoh Soal 6
Tentukan volume dari 0,5 mol CO2 pada keadaan STP.
Jawab:
Pada keadaan STP, volume gas dapat dihitung dengan cara berikut.
Volume (STP) = mol × 22,4 liter
Volume CO2 (STP) = 0,5 mol × 22,4 liter = 11,2 liter
Jadi, volume dari 0,5 mol CO2 pada keadaan STP adalah 11,2 liter.
Contoh Soal 7
Tentukan volume dari 8 gram gas O2 pada keadaan STP dengan Ar O = 16.
Jawab:
Tentukan dahulu Mr dan jumlah molnya.
Mr O2 = 2 × Ar O = 2 × 16 = 32
Mol O2=
massa (gram)
Mr O2
8
= 0,25 mol
32
Selanjutnya, tentukan volumenya.
Mol O2=
Volume O2 (STP) = mol × 22,4 liter = 0,25 × 22,4 liter = 5,6 liter
Jadi, volume dari 8 gram gas O2 pada keadaan STP adalah 5,6 liter.
10