·
Kimia Dasar
BAB I STOIKIOMETRII.1. Hukum-Hukum Dasar Ilmu KimiaD alam ilmu kimia,
stoikiometri (kadang disebut stoikiometri reaksi untuk membedakannya dari
stoikiometri komposisi) adalah ilmu yang mempelajari danmenghitung hubungan
kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia (persamaankimia). Kata
ini berasal dari bahasa Yunani stoikheion (elemen) dan metriā
(ukuran).Stoikiometri reaksi adalah penentuan perbandingan massa unsur-unsur
dalam senyawadalam pembentukan senyawanya. Pada perhitungan kimia secara
stoikiometri, biasanyadiperlukan hukum-hukum dasar ilmu kimia.Hukum kimia
adalah hukum alam yang relevan dengan bidang kimia. Konsep palingfundamental
dalam kimia adalah hukum konservasi massa, yang menyatakan bahwa tidakterjadi
perubahan kuantitas materi sewaktu reaksi kimia biasa. Fisika modern
menunjukkanbahwa sebenarnya yang terjadi adalah konservasi energi, dan bahwa
energi dan massasaling berhubungan suatu konsep yang menjadi penting dalam
kimia nuklir. Konservasienergi menuntun ke suatu konsep-konsep penting mengenai
kesetimbangan,termodinamika, dan kinetika.Hukum tambahan dalam kimia
mengembangkan hukum konservasi massa. Hukumperbandingan tetap dari Joseph
Proust menyatakan bahwa zat kimia murni tersusun dariunsur-unsur dengan formula
tertentu kita sekarang mengetahui bahwa susunan strukturalunsur-unsur ini juga
penting.Hukum perbandingan berganda dari John Dalton menyatakan bahwa zat-zat
kimia tersebutakan ada dalam proporsi yang berbentuk bilangan bulat kecil
(misalnya 1:2; O:H dalam air= H2O); walaupun dalam banyak sistem (terutama
biomakromolekul dan mineral) rasio inicenderung membutuhkan angka besar, dan
sering diberikan dalam bentuk pecahan.Senyawa seperti ini dikenal sebagai
senyawa non-stoikhiometrik.Hukum kimia modern lain menentukan hubungan antara
energi dan transformasi. a. Dalam kesetimbangan, molekul yang ditemukan dalam
campuran ditentukan oleh transformasi yang mungkin terjadi dalam skala waktu
kesetimbangan, dan memiliki suatu rasio yang ditentukan oleh energi intrinsik
molekul. Semakin kecil energi intrinsik, semakin banyak molekul. 1
·
Bab I. Stoikiometri
b. Mengubah satu struktur menjadi struktur lain membutuhkan asupan energi untuk
melampaui hambatan energi; hal ini dapat timbul karena energi intrinsik molekul
itu sendiri, atau dari sumber luar yang secara umum akan mempercepat perubahan.
Semakin besar hambatan energi, semakin lambat proses berlangsungnya
transformasi. c. Ada struktur antara atau transisi hipotetik, yang berhubungan
dengan struktur di puncak hambatan energi. Postulat Hammond-Leffer menyatakan
bahwa struktur ini menyerupai produk atau bahan asal yang memiliki energi
intrinsik yang terdekat dengan hambatan energi. Dengan menstabilkan struktur
antara hipotetik ini melalui interaksi kimiawi adalah salah satu cara untuk
mencapai katalisis. d. Semua proses kimia adalah terbalikkan (reversible)
(hukum keterbalikkan mikroskopis) walaupun beberapa proses memiliki bias
energi, mereka pada dasarnya takterbalikkan (irreversible).Hukum-hukum dasar
ilmu kimia adalah sebagai berikut:1. Hukum Boyle (1662)2. Hukum Lavoiser
disebut juga Hukum Kekekalan Massa (1783)3. Hukum Perbandingan Tetap (Proust –
1799)4. Hukum Gay Lussac (1802)5. Hukum Boyle – Gay Lussac (1802)6. Hukum
Dalton disebut juga Hukum Kelipatan Perbandingan (1803)7. Hukum Avogadro
(1811)8. Hukum Gas Ideal (1834)I.1.1. Hukum Boyle (1662)Robert Boyle (25
Januari 1627 - 30 Desember 1691) adalah ahli fisika Inggris, pengarang,Bapak
Ilmu Kimia, penemu hukum Boyle, penemu pompa hampa udara, penemu konsepatom,
orang pertama di dunia yang membedakan unsur dari senyawa, asam dari alkali,orang
pertama di dunia yang menemukan pentingnya udara bagi pernafasan,
pembakaran,dan kehidupan, orang pertama di dunia yang menemukan bahwa suara tak
dapat merambatdi dalam tabung hampa. Boyle menekankan pentingnya eksperimen
yang cermat bagiperkembangan ilmu. Ia membuat eksperimen dengan luas tentang
proses pemanasanlogam. Ia menemukan gejala penguapan dan pembekuan.Masa
Belajar. Boyle lahir di Puri Limore di Propinsi Munster, Irlandia, pada tanggal
25Januari 1627. Karena lahir di Irlandia, ia sering di sebut ahli fisika dan
kimia Irlandia. Iatidak tamat SD dan tidak pernah kawin. Ia meninggal di London
pada tanggal 30Desember 1691 pada umur 64 tahun. Ia berasal dari keluarga besar
dan berpengaruh. Anakayahnya ada 15 orang dan ia anak yang ke 7. Ayahnya
mendapat gelar bangsawan, ialahEarl of Cork. Boyle anak yang sangat cerdas dan
sangat rajin sekali belajar. Segera setelahia dapat membaca ia lalu belajar
bahasa Latin dan Prancis.2
·
Kimia Dasar Pada
umur 8 tahun ia bersekolah di SD Eton, sebuah sekolah yang terkenal dan
sebagianmuridnya terdiri dari anak-anak orang kaya.Tapi rupanya boyle terlalu
pandai bilabersekolah dengan anak-anak seusianya. Ia bosan di sekolah tersebut.
Maka ia terpaksakeluar dan belajar sendiri di rumah dengan bimbingan seorang guru.
Kemudian iamengadakan perjalanan keliling Eropa, antara lain ke Prancis, Swiss,
dan Itali. Di Prancisia membaca karya-karya Descarter. Di Itali ia membaca
karya-karya Galileo. Waktu ituGalileo masih hidup meskipun sudah tua.Galileo
meninggal pada tahun 1642 ketika boyle berumur 15 tahun. Tapi
tulisan-tulisanGalileo membakar semangat Boyle hingga seluruh hidupnya ia
curahkan untukperkembangan ilmu dan agama. Ketika di Geneva, Swiss ia sangat
terkesan oleh kilat danhalilintar yang sangat hebat, hingga sejak itu ia kagum
akan besarnya kekuasaan Tuhan.Di Inggris ia tinggal bersama Katherine, kakak
perempuanya yang sekarang sudah menjadinyonya Ranelagh. Katherine
memperkenalkan Boyle kepada orang-orang penting, antaralain kepada Samuel
Hartlih, pembaru pendidikan dan pertanian Hartlib meyakinkan boylebahwa system
pendidikan pada waktu itu salah, lebih-lebih di universitas-universitas
diInggris masih membebek ajaran Aristoteles yang tidak selalu benar. Hartlib
mendorongBoyle supaya mencari kebenaran ilmiah lewat eksperimen, bukan hanya
dengan teori saja.Untunglah Boyle tidak pernah duduk di universitas. Dengan
demikian,ia terselamatkan darisistem pendidikan yang kurang menguntungkan.Pompa
Hampa Udara. Karena gangguan perang saudara, pada tahun 1654 Boyle pindah keOxford.
Disini ia mendirikan laboratorium sederhana Ia mulai mengadakan
eksperimendengan sungguh-sungguh. Pada tahun 1657 Boyle mendengar penemuan dan
eksperimenGuericke, ahli fisika Jerman. Guericke menemukan pompa hampa udara
pada tahun 1650.Guericke menemukan bahwa cahaya dapat menerobos tabung hampa
udara tapi bunyitidak. Boyle segera meminta bantuan Robert Hooke untuk membuat
pompa hampaudara.Boyle dan Hooke adalah orang yang menemukan pompa hampa udara
yang pertamadi Inggris. Boyle mengadakan eksperimen seperti Guericke. Ia juga
menemukan bahwabunyi tidak dapat menerobos tabung udara Tapi eksperimen Boyle
tidak berhenti hanyasampai disini.Hukum Boyle 1622. Boyle menemukan bahwa udara
dapat dimanfaatkan dan dapatberkembang bila dipanaskan. Akhirya ia menemukan
hukum yang kemudian terkenalsebagai hukum Boyle:” bila suhu tetap, volume gas
dalam ruangan tertutup berbandingterbalik dengan tekananya”Ahli kimia pertama.
Dalam sejarah ilmu kimia terdapat beberapa tahap, antara lain tahapalkemi,
tahap ilmu kimia. dan tahap ilmu kimia modern Boyle adalah bapak ilmu
kimia,sedangkan Lavoisier adalah bapak ilmu kimia modern. Mengapa Boyle disebut
bapak ilmukimia? Karena ia mengadakan eksperimen secara ilmiah. Karena ia
menemukan konsepatom. Karena ia dapat membedakan unsur senyawa dan campuran. Ia
dapat membedakan 3
·
Bab I. Stoikiometri asam,
basa dan alkali. Para ahli sebelumnya tidak dapat. Misalnya Aristoteles, ahli
filsafatYunani yang terbesar, mengira air, tanah, api, dan udara, adalah
unsur.Kira-kira pada tahun 400 SM, Demokritos, ahli filsafat Yunani,
mengutarakan bahwasemua benda terdiri dari atom. Tapi selama hampir 2000 tahun
pendapat itu dilupakanorang, karena para ahli lebih suka mengikuti ajaran
Aristoteles yang teryata keliru MenurutAristoteles semua benda terdiri dari
air, tanah, udara, dan api. Paracelcus, ahli fisika Swissberpendapat bahwa
semua benda terdiri dari merkuri, belerang dan garam. Van Helmont,ahli kimia
Belgia mengira bahwa semua benda terdiri dari udara dan air.Pada tahun 1661
Boyle menghidupkan kembali ajaran Demokritos. Ia mengungkapkandalam bukunya
yang berjudul The Sceptical Chymist (Ahli Kimia Yang Sangsi). Dalambukunya itu
Boyle menyerang ajaran Aristoteles dan Paracelsus. Ia mencela Aristotelesyang
memandang benda dari segi forma dan kualitas. Boyle menyatakan bahwa semuabenda
terdiri dari atom, Adanya zat yang beraneka ragam disebabkan karena jumlah
atom,kedudukan atom, gerak atom, dan susunan atom. Karena jasa Boyle, ilmu
fisika dan kimiadiluruskan ke jalur yang benar. P1.V1 = P2.V2 Contoh : 1 mol
gas CO2 dengan volume 10 liter dan tekanan 1,5 atm 1 mol gas H2 dengan volume
30 liter. Pada temperatur yang sama dengan gas CO2, berapa tekanannya? Jawab :
Diketahui : P1 = 1,5 atm V1 = 10 liter V2 = 30 liter Ditanya : P2? Jawab :
P1.V1 = P2.V2 1,5 x 10 = P2 x 30 P2 = 0,5 atmI.1.2. Hukum Lavoiser (1783)Hukum
kekekalan massa atau dikenal juga sebagai hukum Lomonosov-Lavoisier adalahsuatu
hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan
meskipunterjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut(dalam sistem
tertutup Massa zatsebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan).
Pernyataan yang umumdigunakan untuk menyatakan hukum kekekalan massa adalah
massa dapat berubah bentuktetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Untuk
suatu proses kimiawi di dalam suatusistem tertutup, massa dari reaktan harus
sama dengan massa produk.Hukum kekekalan massa diformulasikan oleh Antonie
Lavoisier pada tahun 1789. Olehkarena hasilnya ini, ia sering disebut sebagai
bapak kimia modern. Sebelumnya, Mikhail4
·
Kimia Dasar Lomonosov
(1748) juga telah mengajukan ide yang serupa dan telah membuktikannyadalam
eksperimen. Sebelumnya, kekekalan massa sulit dimengerti karena adanya
gayabuoyan atmosfer bumi. Setelah gaya ini dapat dimengerti, hukum kekekalan
massamenjadi kunci penting dalam merubah alkemi menjadi kimia modern. Ketika
ilmuwanmemahami bahwa senyawa tidak pernah hilang ketika diukur, mereka mulai
melakukanstudi kuantitatif transformasi senyawa. Studi ini membawa kepada ide
bahwa semua prosesdan transformasi kimia berlangsung dalam jumlah massa tiap
elemen tetap.Hukum kekekalan massa digunakan secara luas dalam bidang-bidang
seperti kimia, teknikkimia, mekanika, dan dinamika fluida. Berdasarkan ilmu
relativitas spesial, kekekalanmassa adalah pernyataan dari kekekalan energi.
Massa partikel yang tetap dalam suatusistem ekuivalen dengan energi momentum
pusatnya. Pada beberapa peristiwa radiasi,dikatakan bahwa terlihat adanya
perubahan massa menjadi energi. Hal ini terjadi ketikasuatu benda berubah
menjadi energi kinetik/energi potensial dan sebaliknya. Karena massadan energi
berhubungan, dalam suatu sistem yang mendapat/mengeluarkan energi, massadalam
jumlah yang sangat sedikit akan tercipta/hilang dari sistem. Namun demikian,
dalamhampir seluruh peristiwa yang melibatkan perubahan energi, hukum kekekalan
massadapat digunakan karena massa yang berubah sangatlah sedikit. “Massa zat
sebelum dan sesudah reaksi selalu sama.” Contoh: 39 gram Kalium direaksikan
dengan 36,5 gram HCl. Berapakah zat hasil reaksi? Bila BA K = 39; BA Cl = 35,5;
BA H = 1 Jawab: 2 K + 2 HCl 2 KCl + H2 mol Kalium = 39 / 39 = 1 molI.1.3. Hukum
Proust (1799)Dalam kimia, hukum perbandingan tetap atau hukum Proust (diambil
dari namakimiawan Perancis Joseph Proust) adalah hukum yang menyatakan bahwa
suatu senyawakimia terdiri dari unsur-unsur dengan perbandingan massa yang
selalu tepat sama. Dengankata lain, setiap sampel suatu senyawa memiliki
komposisi unsur-unsur yang tetap.Misalnya, air terdiri dari 8/9 massa oksigen
dan 1/9 massa hidrogen. Bersama dengan hukumperbandingan berganda (hukum
Dalton), hukum perbandingan tetap adalah hukum dasarstoikiometri. “Perbandingan
massa unsur-unsur dalam suatu persenyawaan kimia selalu tetap.”Perbandingan
tetap pertama kali dikemukakan oleh Joseph Proust, setelah
serangkaianeksperimen di tahun 1797 dan 1804. Hal ini telah sering diamati
sejak lama sebelum itu, 5
·
Bab I. Stoikiometri namun
Proust-lah yang mengumpulkan bukti-bukti dari hukum ini dan mengemukakannyaPada
saat Proust mengemukakan hukum ini, konsep yang jelas mengenai senyawa
kimiabelum ada (misalnya bahwa air adalah H2O dsb.). Hukum ini memberikan
kontribusi padakonsep mengenai bagaimana unsur-unsur membentuk senyawa. Pada
1803 John Daltonmengemukakan sebuah teori atom, yang berdasarkan pada hukum
perbandingan tetap danhukum perbandingan berganda, yang menjelaskan mengenai
atom dan bagaimana unsurmembentuk senyawa. Contoh : Berapakah Ca: O dalam
senyawa CaO? Jawab : Ca : O = BA Ca : BA O = 40 : 16 =5:2I.1.4. Hukum Gay
Lussac (1802)Setelah lebih dari satu abad penemuan Boyle ilmuwan mulai tertarik
pada hubungan antaravolume dan temperatur gas. Mungkin karena balon termal
menjadi topik pembicaraan dikota waktu itu. Kimiawan Perancis Jacques Alexandre
César Charles (1746-1823), seorangnavigator balon yang terkenal pada waktu itu,
mengenali bahwa, pada tekanan tetap,volume gas akan meningkat bila
temperaturnya dinaikkan. Hubungan ini disebut denganhukum Charles, walaupun
datanya sebenarnya tidak kuantitatif. Gay-Lussac lah yangkemudian memplotkan
volume gas terhadap temperatur dan mendapatkan garis lurus(Gambar 6.2). Karena
alasan ini hukum Charles sering dinamakan hukum Gay-Lussac.Baik hukum Charles
dan hukum Gay-Lussac kira-kira diikuti oleh semua gas selama tidakterjadi
pengembunan.Pembahasan menarik dapat dilakukan dengan hukum Charles.
Denganmengekstrapolasikan plot volume gas terhadap temperatur, volumes menjadi
nol padatemperatur tertentu. Menarik bahwa temperatur saat volumenya menjadi
nol sekitar -273°C(nilai tepatnya adalah -273.2 °C) untuk semua gas. Ini
mengindikasikan bahwa padatekanan tetap, dua garis lurus yang didapatkan dari
pengeplotan volume V1 dan V2 dua gas1 dan 2 terhadap temperatur akan
berpotongan di V = 0.Fisikawan Inggris Lord Kelvin (William Thomson (1824-1907))
mengusulkan padatemperatur ini temperatur molekul gas menjadi setara dengan
molekul tanpa gerakan dandengan demikian volumenya menjadi dapat diabaikan
dibandingkan dengan volumenyapada temperatur kamar, dan ia mengusulkan skala
temperatur baru, skala temperaturKelvin, yang didefinisikan dengan persamaan
berikut. 273,2 + °C = KKini temperatur Kelvin K disebut dengan temperatur
absolut, dan 0 oK disebut dengantitik nol absolut. Dengan menggunakan skala
temperatur absolut, hukum Charles dapatdiungkapkan dengan persamaan sederhana6
·
Kimia Dasar
V = bT (K)dengan b adalah konstanta yang tidak bergantung jenis gas.Menurut
Kelvin, temperatur adalah ukuran gerakan molekular. Dari sudut pandang ini,
nolabsolut khususnya menarik karena pada temperatur ini, gerakan molekular gas
akanberhenti. Nol absolut tidak pernah dicapai dengan percobaan. Temperatur
terendah yangpernah dicapai adalah sekitar 0,000001 K.Avogadro menyatakan bahwa
gas-gas bervolume sama, pada temperatur dan tekanan yangsama, akan mengandung
jumlah molekul yang sama (hukum Avogadro). Hal ini samadengan menyatakan bahwa
volume gas nyata apapun sangat kecil dibandingkan denganvolume yang
ditempatinya. Bila anggapan ini benar, volume gas sebanding dengan
jumlahmolekul gas dalam ruang tersebut. Jadi, massa relatif, yakni massa
molekul atau massaatom gas, dengan mudah didapat. “Dalam suatu reaksi kimia gas
yang diukur pada P dan T yang sama volumenya berbanding lurus dengan koefisien
reaksi atau mol, dan berbanding lurus sebagai bilangan bulat dan sederhana.”
Contoh : Berat 1 liter suatu gas = 2 gram, 10 liter NO pada P dan T yang sama
beratnya 7,5 gram. Berapa berat molekul tersebut? Jawab : V1 / V2 = n1 / n2 n1
= 2 / x V1 xn2 n1 = V2 1x0,25 2 /x = 10 20 X= = 80 0,25I.1.5. Hukum Boyle – Gay
Lussac (1802)"Bagi suatu kuantitas dari suatu gas ideal (yakni kuantitas
menurut beratnya) hasil kali darivolume dan tekanannya dibagi dengan temperatur
mutlaknya adalah konstan". Untuk n1 = n2, maka P1.V1 / T1 = P2.V2 / T2
Contoh : 1 mol gas N2 pada tekanan 2 atm pada volume 15 liter pada temperatur
27oC. Berapakah volume gas pada tekanan 3 atm dengan temperatur 30oC?
Penyelesaian : Diketahui : V1 = 15 liter T1 = (273 + 27) = 300oK 7
·
Bab I. Stoikiometri
P1 = 2 atm T2 = (273 + 30) = 303oK P2 = 3 atm Ditanya : V2 = ? Jawab : P1.V1 /
T1 = P2.V2 / T2 2 x 15 / 300 = 3.V2 / 303 V2 = 10,1 literI.1.6. Hukum Dalton
(1803)Berdasarkan teori atom Dalton, kita dapat mendefinisikan atom sebagai
unit terkecil darisuatu unsur yang dapat melakukan penggabungan kimia. Dalton
membayangkan suatuatom yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi. Tetapi,
serangkaian penyelidikan yangdimulai pada tahun 1850-an dan dilanjutkan pada
abad IXX (kesembilan belas) secara jelasmenunjukkan bahwa atom sesungguhnya
memiliki struktur internal: yaitu atom tersusunatas partikel-partikel yang
lebih kecil lagi, yang disebut partikel subatom. Penelitiantersebut mengarah
pada penemuan tiga partikel subatom-elektron, proton, dan neutron. “Jika dua
unsur dapat membentuk satu atau lebih senyawa, maka perbandingan massa dari
unsur yang satu yang bersenyawa dengan jumlah unsur lain yang tertentu massanya
akan merupakan bilangan mudah dan tetap.”Contoh: MnO : Mn2O7 (Mr Mn = 55, O =
16) Berat O = 8 gram 55 Mn = x8 = 6,19 gram (dalam MnO) 55 + 16 55 Mn = x8 =
5,05 gram (dalam MnO2) 55 + 32 2 x55 Mn = = 3,96 gram (dalam Mn2O7) (16 x7) +
(2 x55)I.1.7. Hukum Avogadro (1811)Adalah hukum gas yang diberi nama sesuai
dengan ilmuwan Italia Amedeo Avogadro,yang pada 1811 mengajukan hipotesis
bahwa: “Gas-gas yang memiliki volum yang sama, pada temperatur dan tekanan yang
sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula.”8
http://www.slideshare.net/Andirahim/kimia-dasar-final-bab-1ksi untuk menghasilkan senyawa reaksi lain.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar