WEEK 3, 4 & 5 Bag 3:STOIKIOMETRI
•Joko Sedyono •Benyamin
1
Diskripsi • Stoikiometri adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan kuantitatif/jumlah zat yang terlibat dalam reaksi kimia. • Kata ini berasal dari bahasa Yunani stoikheion (elemen) dan metron (ukuran) • Lingkup dari Stoikiometri adalah – Perbandingan jumlah unsur pembentuk senyawa – Perbandingan jumlah zat yang terlibat dalam suatu reaksi dalam jumlah yang kompleks
• Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) adalah orang yang pertama kali meletakkan prinsip-prinsip dasar stoikiometri 2
Stoikiometri Pembentukan Senyawa Hukum Perbandingan Tetap dalam Suatu senyawa • Dasar dari stoikiometri adalah teori atom dalton yaitu: – hukum perbandingan tetap dan – hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia.
• Rumus kimia suatu senyawa yang ditunjukkan dengan angka yang bulat, menunjukkan jumlah atom-atom yang menyusun senyawa tersebut (hukum perbandingan tetap). Sebagai contoh, karbonmonoksida (CO) mempunyai perbandingan antara atom C dan atom O sama dengan 1 : 1, yang berarti perbandingan atom untuk membuat 1 molekul CO 1 atom C dan 1 atom O.
1 atom C + 1 atom O → 1 molekul CO 3
Massa Atom • Massa atom terkait dengan jumlah sub atom yang dimiliki oleh atom. Pada persoalan reaksi kimia di laboratorium massa atom sangat diperlukan sebagai satuan jumlah dari zat yang terlibat dalam reaksi. • Atom adalah partikel yang sangat kecil sehingga massa satu atom tidak bisa ditimbang. Massa atom ditentukan dengan tetapan. • Berdasarkan perjanjian internasional tetapan yang digunakan adalah massa dari atom karbon isotop 12 (jumlah proton 6 dan neutron 6), dimana satu atom dari karbon-12 memiliki massa yang tepat 12 satuan massa atom (sma). Atau dengan kata lain 1 Satuan Massa Atom dapat didefinisikan sebagai suatu massa yang besarnya tepat sama dengan seperduabelas massa dari satu atom karbon-12 4
Massa satu atom karbon-12 = 12 sma atau 1 sma = massa satu atom karbon-12/12 Massa dari atom lainnya dicari dengan membandingkan dengan massa karbon-12. Massa Atom rata-rata Massa atom dari masing-masing unsur dalam tabel sistem periodik tertera dalam bagian bawah. Massa ini menunjukkan massa atom rata-rata yaitu massa yang memperhitungkan semua isotop yang ditemukan di alam. 6
C 12,01
Massa atom
C dialam ditemukan dengan bentuk Karbon-12 dengan massa 12 sma sejumlah 98,90 % dan karbon-13 dengan massa 13,00335 sma sejumlah 1,10 %.
5
Contoh Lain Tembaga di alam ditemukan di alam memiliki 2 macam isotop yang stabil yaitu 63 sejumlah 69,09 % dengan massa 62,93 sma 29 Cu 65 sejumlah 30,91 % dengan massa 64,9278 sma 29 Cu Hitung massa atom rata-rata dari tembaga? (62,93 sma x 0,6909) + (64,9278 sma x 0.3091) = 63,5475 sma
6
Konsep Mol • Konsep atom dalton menyatakan perbandingan jumlah atom pada senyawa adalah tetap, sedangkan atom pada kenyataannya berukuran kecil. Pada kenyataan di lapangan proses analisis kimia berlangsung pada sampel yang besar. Karena itu diperlukan suatu satuan khusus yang menyatakan jumlah atom yang sangat besar. • Pada sistem SI mol (mole) adalah banyaknya suatu zat yang mengandung entitas dasar (atom, molekul atau partikel lain) sebanyak jumlah atom yang terdapat dalam tepat 12 gram karbon-12. Jumlah sebenarnya 12 gram atom karbon-12 melalui percobaan ditemukan sejumlah 6,0221367 X 1023 buah. • Angka ini disebut bilangan avogadro dan pada umumnya angka ini dibulatkan 6,022 X 1023 sehingga dapat dikatakan 1 mol = 6,022 X 1023 7
`
8
• Karena mol adalah satuan jumlah dari atom atau molekul maka perbandingan mol zat yang bereaksi akan sama dengan jumlah atom zat yang bereaksi. • Misalkan senyawa CCl4 (karbon tetra clorida), molekulnya terbentuk dari 1 atom C (karbon) dan 4 atom Klour, secara skematis perbandingan atom dan molekulnya dapat dituliskan sebagai berikut: 1 mol C + 4 mol Cl
1 mol CCl4
atom
molekul
atom
9
Tugas a. Berapakah perbandingan mol dari karbon dan klour untuk membentuk zat C2Cl6(Heksa kloroetana). C:Cl = 2:6 b. Berapakah mol atom karbon yang diperlukan untuk bergabung dengan 4,87 mol Cl agar membentuk zat C2Cl6. (2/6)x4,87=1,623 c. Berapakah mol atom karbon yang yang terdapat dalam 2,65 mol C2Cl6. 2x2,65=5,3mol d. Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3) adalah jenis senyawa yang dipakai dalam membersihkan air di limbah pabrik. Jika tersedia sebanyak 4,5 mol molekul Al2(SO4)3, Hitunglah jumlah atom unsur-unsur penyusunnya. Al:2x4,5=9; S:3x4,5=13,5; O:12x4,5=54 10
Pengukuran Atom dalam Satuan Massa • Analisis kimia di lab atau di lapangan membutuhkan satuan selain satuan jumlah (mol). Dan satuan yang digunakan adalah satuan massa. • Seperti dalam konsep mol bahwa 1 mol karbon-12 mempunyai massa tepat 12 gram. Angka 12 ini sama dengan nomor massanya dan menunjukkan massa satu atomnya adalah 12sma. Dengan demikian massa atom untuk tiap satu mol unsur yang lain dapat juga diketahui dari nomor massanya. 11
Contoh Na memiliki massa atom relatif 22,99 sma, ini juga menunjukkan bahwa massa atom Na per-mol (massa molar) yakni adalah 22,99 g/mol. Dengan demikian dapat kita cari hubungan antara Mol (atom atau molekul), massa molar (g/mol) dan massa (g).
massa massa molar x mol mol massa / massa molar 12
PR1 1.
2.
a. Berapakah mol Si yang terdapat dalam 30,5 gram Si b. Jika terdapat 3, 75 mol Si berapakah massa Si Berapakah banyaknya mol Ca yang diperlukan untuk bereaksi dengan 2,5 mol Cl agar terbentuk senyawa CaCl2.
Latihan di kelas: Berapa gram Ca harus bereaksi dengan 41,5 gram Cl untuk menghasilkan CaCl2. Jika diketahui massa atom relatif (Ar): Si = 28,09 Ca =40,1 Cl = 35,5 . Massa Ca=23,459g
13
PENGUKURAN SENYAWA • Sama halnya dengan unsur, pengukuran senyawa juga dapat dinyatakan dalam satuan mol (satuan jumlah molekul) maupun satuan massa. • Pengukuran massa molar senyawa dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom unsur penyusunnya sesuai rumus molekulnya (Perbandingan angka dalam rumus molekul menunjukkan perbandingan mol unsurnya). Penjumlahan ini menghasilkan angka massa molar molekul. • Contoh senyawa CO2, massa molar molekul CO2 dapat dihitung dari; massaC = 1mol x 12,01g/mol = 12,01g massaO = 2mol x 16,00g/mol = 32,00g + 44,01g. Dengan demikian massa molar molekul CO2 adalah 44,01g/mol. 14
PR1 3. Senyawa natrium karbonat (Na2CO3) Jika massanya 132 gram berapa mol senyawa tersebut. Latihan di kelas: Jika terdapat 0,250 mol berapa massanya.
15
Menghitung Massa Unsur dalam Senyawa Untuk menghitung massa unsur dalam suatu senyawa dapat dilakukan dengan beberapa cara; – Yang pertama dengan mengetahui kontribusi unsur dalam senyawa tersebut. – Yang kedua dengan prosentase
16
Dengan kontribusi Massa unsur dalam suatu senyawa dapat dicari dari massa unsur Massa unsur riil xmassa senyawa massa molar molekul Misalkan diketahui massa senyawa H2O 100 gram, berapakah massa oksigen dan hidrogennya Langkah pertama adalah menghitung massa molar molekulnya. massaH = 2molx1,01g/mol = 2,02g massaO = 1molx16,00g/mol =16,00g + 18,02g Massa molar molekul 18,02g/mol. Dengan demikian massa atom H dan O yg riil di dlm H2O 100g dapat dicari Massa H = 2,02/18,02X100gr = 11,1 gram Massa O =16,00/18,02X100gr = 88,9 gram
17
Dengan komposisi (jumlah) persen • Komposisi persen adalah jumlah suatu unsur dalam senyawa dalam bentuk prosentase massa unsur komposisi% X 100% massa molar molekul
• Massa unsur riil = komposisi % unsur x massa senyawa
18
Misalkan senyawa H2O bermassa 100 gram, Berapakah komposisi persen dan massa oksigen dan hidrogennya Massa molekul H2O H =2x 1,01 = 2,02 O =1x16,00 = 16,00 + • 18,02~18 Sehingga Komposisi persen H = 2/18X100% = 11,1 % O =16/18X100% = 88,9 % Menghitung massa atom Massa H = 11,1%X100 gram Massa O = 88,9%X100 gram
= 11,1 gram = 88,9 gram 19
Contoh Persoalan •
Berapa komposisi persen dari masingmasing zat untuk zat CHCl3 • Hitung massa dari Fe dalam 15,0 gram Fe2O3 Na dalam 35 gram Na2CO3 Ar dari: C=12,01; H=1,01;Cl=35,45;Fe=55,85; O=16,0;Na=22,99
20
Stoikiometri dalam Reaksi Kimia • Reaksi kimia adalah suatu proses dimana zat diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru. • Proses berjalannya reaksi kimia dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan yang disebut dengan persamaan reaksi. • Suatu persamaan reaksi menggambarkan sebuah informasi mengenai zat-zat yang terlibat dalam reaksi baik secara kualitas maupun kuantitas zat.
21
Menulis Persamaan Reaksi • Persamaan reaksi menunjukkan 2 kelompok zat yaitu – reaktan (pereaksi) yaitu zat material awal dalam reaksi kimia – Produk yaitu substansi yang terbentuk sebagai hasil dari suatu reaksi kimia. • Penulisan reaksi kimia dilakukan dengan aturan disebelah kiri sebagai reaktan dan sebelah kanan sebagai produk diantaranya diberi simbol anak panah. Contoh 2H2 + O2 2H2O Reaktan
Produk 22
Menyetarakan Persamaan Reaksi •
•
Dalam kajian di stoikiometri persamaan reaksi harus dalam keadaan setara/setimbang, yakni jika jumlah atom antara unsur-unsur yang ada di sisi kiri dengan yang ada di sisi kanan adalah sama. Apabila reaksi belum setimbang maka perlu disetimbangkan dengan cara sebagai berikut; – Tulis persamaan reaksi, – Teliti kesetaraannya (jumlah atom-atom disebelah kiri dan kanan) masing-masing unsurnya. – Jika ada salah satu atom disisi kiri dan kanan yang tidak setimbang maka tempatkan koefisien (angka) di depan rumus molekulnya agar reaksinya setimbang. 23
Contoh Reaksi larutan natrium karbonat (Na2CO3) bereaksi dengan asam klorida (HCl) membentuk natrium klorida (NaCl), air (H2O) dan karbondioksida (CO2). Hal ini dapat ditulis dalam persamaan reaksi: Na2CO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 Untuk mengetahui apakah reaksi ini setimbang atau tidak maka diperiksa jumlah atom masing-masing unsurnya. Atom
Sebelah Kiri
Sebelah Kanan
Na
2
1
C
1
1
O
3
3
H
1
2
Cl
1
1 24
Dari sini persamaan reaksi belum setara sehingga perlu diseimbangkan dengan langkah sebagai berikut, Atom Na yang tidak sama jumlahnya harus disamakan dengan cara menambahkan koofisien 2 di depan NaCl sehingga persamaan berubah menjadi
Na2CO3 + HCl
2NaCl + H2O + CO2
Penambahan koofisien 2 pada NaCl menyebabkan jumlah Cl tidak seimbang sehingga perlu diseimbangkan dengan cara memberi koofisien 2 didepan HCl dan persamaan reaksi berubah menjadi
Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2 Jika persamaan reaksi diatas diperiksa maka akan di dapat hasil sebagai berikut;
Atom
Sebelah Kiri
Sebelah Kanan
Na
2
2
C
1
1
O
3
3
H
2
2
Cl
2
2
Persamaan Reaksi ini yang disebut reaksi yang setimbang
25
PR1 Seimbangkan persamaan reaksi berikut: 4. a. LaCl3 + Na2CO3 b. NH4Cl + Ba(OH)2
La2(CO3)3 + NaCl BaCl2 + NH3 + H2O
Latihan bebas a. C8H18 + O2 b. Mg + FeCl3
CO2 + H2O MgCl2 + Fe
a. ZnS + HCl b. HCl + Cr c. Al + Fe3O4
ZnCl2 + H2S CrCl2 + H2 Al2O3 + Fe 26
Perhitungan Zat yang Terlibat dalam Suatu Reaksi koefisien reaksi pada persamaan reaksi yang setara/setimbang menunjukkan jumlah perbandingan mol yang terlibat dalam reaksi, sehingga koofisien ini dapat digunakan untuk mengetahui jumlah zat yang terlibat dalam reaksi. Untuk itu dilakukan: Memeriksa koefisien dalam keadaan setimbang. Mengubah kuantitas ke dalam mol Membandingkan mol zat yang terlibat dalam reaksi berdasarkan koefisien reaksi. Mengubah mol ke dalam gram jika diperlukan. 27
Contoh Persoalan Berapakah jumlah molekul oksigen (O2) yang dibutuhkan untuk pembakaran 1,80 mol alkohol C2H5OH jika reaksi tersebut akan menghasilkan CO2 dan H2O Reaksi dapat ditulis C2H5OH + O2 CO2 + H2O Memeriksa kesetaraan reaksi Reaksi diatas belum seimbang dan perlu diseimbangkan dan di dapat C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O Perbandingan koefisien dari reaksi ini jg menunjukkan perb. mol C2H5OH : O2 : CO2 : H2O =1 :3 :2 :3 Jika C2H5OH = 1,80 mol Maka O2 = 3 x 1,80 = 5,4 mol O2 Apabila dalam persoalan diketahui satuan massa dalam bentuk gram harus diubah dahulu ke dalam bentuk mol. 28
Contoh Persoalan Asitelin (C2H2) yang digunakan dalam api pembakar dalam pengerjaan welding (pengelasan) dibuat dari reaksi antara kalsium karbida (CaC2) dengan air dengan reaksi; CaC2 + 2H2O
Ca(OH)2 + C2H2
a. Jika tersedia 200 gram CaC2 berapa C2H2 yang akan terbentuk. b. Berapa mol air yang dibutuhkan jika kita ingin menghasilkan 70 gram C2H2 dimana Ar (O=16; H=1,008; C=12,01; Ca=40,1) -Mol CaC2 =3,119mol, massa C2H2 =81,156g -Mol air yg dibutuhkan = 5,38mol.
29
Pereaksi Pembatas • Pada praktek pengerjaan reaksi kimia, jumlah zat yang direaksikan biasanya berlebih. Konsekuensinya beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksi. • Reaktan yang pertama kali habis digunakan pada reaksi disebut pereaksi pembatas, sedang reaktan yang sisa sering disebut sebagai pereaksi berlebih.
30
Sebagai gambaran dalam reaksi kimia lihat contoh sebagai berikut; Reaksi pembentukan H2O dapat terjadi dalam persamaan reaksi sebagai berikut; 2H2 + O2 2H2O Jika tersedia 5 mol H2 dan 7 mol O2 tentukan reaksi pembatasnya dan berapa H2O yang akan terbentuk Reaksi pembatas adalah reaksi yang akan habis tanpa sisa Jika kita periksa satu persatu misalkan jika H2 yang habis (5 mol) maka O2 yang diperlukan H 2 : O2 = 2 :1 jika H2 5 mol maka O2 yang dibutuhkan ½ x 5 = 2,5 mol O2 (mungkin) Tapi jika O2 yang habis (7 mol) maka H2 yang diperlukan 2/1 x 7 = 14 mol H2 (tidak mungkin, karena yg tersedia hanya 5mol). Maka yg habis terpakai adalah H2(karena 5 mol akan bereaksi dengan 2,5 mol O2) sehingga H2 disebut sebagai pereaksi pembatas. O2 yang digunakan hanya sebanyak 2,5 mol lainnya adalah sisa. Sedang H2O yang akan dihasilkan 2/2 x 5 = 5 mol H2O 31
Contoh Persoalan Reaksi pembuatan urea dari amonia berlangsung sebagai berikut; NH3 +CO2 (NH2)2CO +H2O Pada suatu proses 637,2 g NH3 bereaksi dengan 1142 g CO2. a. Reaktan mana yang merupakan pereaksi pembatas b. Hitung massa (NH2)2CO yang terbentuk 32
Persamaan reaksi seimbangnya; 2NH3 +CO2 (NH2)2CO +H2O Mol NH3 = 637,2g/massa molarNH3 =637,2/17,03 = 37, 42 mol NH3 Mol CO2 = 1142g/massa molarCO2= 1142/44,01 = 25, 95 mol CO2 Perbandingan mol NH3 : CO2 = 2:1 Jika 37, 42 mol NH3 habis, maka mol CO2 yang dibutuhkan CO2 ½ X 37, 42 = 17,71 mol CO2 sedangkan CO2 yang tersedia 25,95mol, maka CO2 bersisa (mungkin) sehingga NH3 yang merupakan reaksi pembatas Jika 25, 95 mol CO2 habis maka mol NH3 yang dibutuhkan 2 X 25,95 = 51,90 mol NH3 (tidak mungkin). Massa (NH2)2CO yang terbentuk mol (NH2)2CO x massa molar (NH2)2CO Mol (NH2)2CO yang terbentuk = ½ X 37, 42 = 17,71 mol (NH2)2CO Massa (NH2)2CO = mol (NH2)2CO X massa molar (NH2)2CO = 17,71 x 60, 06 33 = 1124 gram (NH2)2CO
