Kimia Dasar 1 IPA Lengkap

KIMIA DASAR 1 UNTUK SARJANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

Muntholib

Diterbitkan Oleh:

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, penyusunan KIMIA DASAR 1 UNTUK PROGRAM S1 PENDIDIKAN

IPA ini dapat diselesaikan. Buku ini mengambil dua referensi utama, yaitu GENERAL

CHEMISTRY: THE ESSENTIAL CONCEPTS, SIXTH EDITION (Chang and Overby, 2011)

dan INTRODUCTION TO CHEMISTRY: A CONCEPTUAL APPROACH, SECOND

EDITION (Bauer, Birk and Marks, 2010). Buku ini terwujud berkat kerja sama banyak pihak.

Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang tulus kepada:

1. Ketua Program Studi S1 Pendidikan IPA FMIPA UM, Dra. Sri Rayahu, M.Ed., Ph.D.,

yang telah mendorong penulis untuk menyelesaikan karya ini.

2. Bapak Prayitno yang secara konsisten mendorong, memotivasi dan meminta penulis untuk

menyelesaikan pekerjaan ini dengan baik.

3. Saudari Yunilia, Amalia, Viruzi dan Oscar yang telah membantu penulis melakukan uji

coba keterlaksanaan praktikum ini melalui Matakuliah Praktikum Kimia Dasar 1 untuk

Mahasiswa S1 Pendidikan IPA FMIPA UM Semester 1 tahun kuliah 2012/2013.

4. Secara khusus penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Istri Tercinta, Nurul

Khumaidah, dan anak-anak tersayang, Mulki Auly Poetry, Malik Aljabar Muhammad dan

Malik Al-Mizan Muhammad atas kesempatan yang diberikan sehingga penulis bisa

menyelesaikan pekerjaan ini.

Kepada mereka berlaku janji Allah: Barang siapa berbuat baik atas dasar iman meskipun hanya

sebesar atom niscaya Allah tetap akan membalasnya dengan kebaikan kelak dihari yang tiada

lagi pertolongan kecuali hanya amal shalih.

Akhirnya semoga produk pengembangan ini bermanfaat dan dapat dilanjutkan untuk

bahan ajar yang lain dan dengan hasil yang lebih baik. Amiin.

Malang, 8 Desember 2012

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ..................................................................................................... 1

DAFTAR ISI .................................................................................................................... 1

BAB 1. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

BAB 2. ATOM, MOLEKUL, DAN ION ..................................................................... 29

2.1 TEORI ATOM .......................................................................................................... 29

2.2 STRUKTUR ATOM ................................................................................................. 31

Elektron ......................................................................................................................... 31

Radioaktivitas ............................................................................................................... 33

Proton dan Inti Atom ................................................................................................. 34

Neutron ......................................................................................................................... 36

2.3 Nomor Atom, Nomor Massa, dan Isotop ...................................................... 37

2.4 Tabel Periodik ....................................................................................................... 39

2.5 Molekul dan Ion ................................................................................................... 41

Molekul .......................................................................................................................... 41

Ion ................................................................................................................................... 41

2.6 Rumus Kimia ........................................................................................................ 42

BAB 3. STOIKIOMETRI .............................................................................................. 61

BAB 4. LARUTAN ....................................................................................................... 105

BAB 5. GAS .................................................................................................................. 165

K i m i a D a s a r 1 | 1

BAB 1.

PENDAHULUAN

DESKRIPSI

Ilmu Kimia: Kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang materi dan perubahan-

perubahannya. Unsur dan senyawa adalah zat yang ambil bagian dalam transformasi

kimia.

Sifat Fisika dan Kimia: Untuk mengkarakterisasi suatu zat, kita perlu mengetahui sifat

fisika dan kimianya. Sifat fisika dapat diamati tanpa mengubah jenis zat, sedangkan

sifat kimia hanya dapat diketahui apabila zat tersebut mengalami perubahan kimia.

Pengukuran dan Satuan: Kimia adalah ilmu kuantitatif yang membutuhkan

pengukuran. Ukuran kuantitas biasanya memiliki satuan yang terkait dengan kuantitas

tersebut, misalnya satuan massa, volume, kerapatan, dan satuan suhu. Satuan-satuan

yang digunakan dalam kimia didasarkan pada sistem internasional (SI).

Penanganan Angka: Notasi ilmiah digunakan untuk mengekspresikan bilangan besar

dan bilangan kecil. Setiap angka dalam pengukuran harus menunjukkan angka yang

berarti yang disebut angka penting.

Melakukan Hitungan Kimia: Cara sederhana dan efektif untuk melakukan

perhitungan kimia adalah analisis satuan. Dalam prosedur ini, persamaan diatur

sedemikian rupa sehingga semua satuan dapat dihilangkan / dicoret kecuali satuan

untuk jawaban akhir.

KOMPETENSI

Menentukan sifat materi dan perubahannya. Unsur dan senyawa merupakan zat yang

terlibat dalam perubahan kimia.

Mendeskripsikan perbedaan antara sifat fisika dan sifat kimia. Sifat fisika dapat

diamati tanpa adanya perubahan identitas suatu zat sedangkan sifat kimia hanya dapat

ditunjukkan melalui perubahan kimia.

Mengukur kuantitas yang biasanya digunakan dalam pengukuran kimia; massa,

volume, massa jenis, dan temperatur dan mengaplikasikan satuan yang berhungan

dengannya. Satuan yang digunakan dalam kimia didasarkan pada sistem satuan

internasional (SI).

Menangani notasi ilmiah yang digunakan untuk menyatakan besar dan kecilnya

bilangan dan pengukuran yang mengindikasikan angka bermakna yang dikenal dengan

angka penting.


Melakukan perhitungan sederhana dan efektif untuk hitungan kimia; mengatur

persamaan sedemikian rupa sehingga semua satuan dapat dihilangkan / dicoret kecuali

satuan untuk jawaban akhir.

TUJUAN

Mengetahui sifat materi dan perubahannya.

Memahami perbedaan antara sifat fisika dan sifat kimia.

Mengukur kuantitas yang biasanya digunakan dalam pengukuran kimia; massa,

volume, massa jenis, dan temperatur dan mengaplikasikan satuan yang berhungan

dengannya.

Menangani notasi ilmiah yang digunakan untuk menyatakan besar dan kecilnya jumlah

dan pengukuran yang mengindikasikan angka penting, gambaran yang signifikan.

Melakukan perhitungan yang sederhana dan efektif to menunjukkan perhitungan kimia

1.1 Ilmu Kimia

Apakah ini merupakan pelajaran kimia pertama atau bukan, yang pasti Saudara telah

memiliki pengetahuan tentang kimia dan pengetahuan tentang apa yang dilakukan oleh

ahli kimia. Bisa jadi, Saudara berpikir bahwa kimia dipraktekkan di laboratorium oleh

orang yang mengenakan jas putih yang mempelajari hal-hal yang terjadi dalam tabung

reaksi. Sampai titik tertentu, deskripsi ini baik-baik saja. Kimia terkait erat dengan

eksperimental dan banyak pengetahuan kimia yang berasal dari penelitian laboratorium.

Namun demikian, di samping percobaan di laboratorium, saat ini ahli kimia

menggunakan komputer untuk mempelajari struktur mikroskopik dan sifat kimia zat

atau memanfaatkan peralatan elektronik canggih untuk menganalisis polutan dari emisi

kendaraan atau zat beracun dalam tanah. Banyak aspek dalam biologi dan kedokteran

yang saat ini sedang dieksplorasi pada tingkat atom dan molekul. Kimiawan

berpartisipasi dalam pengembangan obat baru dan dalam penelitian pertanian. Terlebih

lagi, mereka mencari solusi terhadap masalah pencemaran lingkungan dengan cara

mengganti sumber energi. Kebanyakan industri, apapun produk mereka, memiliki dasar

kimia. Misalnya, kimiawan mengembangkan polimer (molekul yang sangat besar) yang

digunakan oleh produsen untuk membuat berbagai macam barang kebutuhan, termasuk

pakaian, peralatan memasak, organ buatan, dan mainan. Karena penggunaannya

beragam, kimia sering disebut sebagai "central science."

Bagaimana Mempelajari Kimia

Dibandingkan dengan mata pelajaran yang lain, kimia umumnya dianggap lebih sulit,

setidaknya pada tingkat dasar. Persepsi ini memiliki beberapa alasan. Kimia memiliki

kosakata yang sangat khusus. Bahkan untuk belajar pertama, belajar kimia seperti


STOIKIOMETRI 3

belajar bahasa baru. Selain itu, konsep-konsep juga abstrak. Walaupun demikian,

dengan ketekunan Saudara bisa menyelesaikan perkuliahan ini dengan sukses dan

bahkan mungkin dengan menyenangkan. Berikut ini beberapa saran yang dapat Saudara

gunakan untuk membentuk kebiasaan belajar yang baik dan menguasai materi:

• Menghadiri perkuliahan secara teratur dan membuat catatan dengan baik.

• Jika memungkinkan, buatlah review(tinjauan) terhadap topik-topik yang Saudara

pelajari dan dibahas di kelas setiap hari secara terus-menerus. Gunakan buku review

ini untuk melengkapi catatan kuliah Saudara.

• Berpikirlah secara kritis. Tanyakan kepada diri Saudara apakah Saudara benar-benar

memahami makna istilah atau penggunaan persamaan yang Saudara pelajari. Cara

yang baik untuk menguji pemahaman Saudara adalah dengan cara menjelaskan

konsep tersebut kepada teman sekelas Saudara atau orang lain.

• Jangan ragu untuk minta tolong kepada dosen atau asisten dosen Saudara.

Saudara akan menemukan bahwa kimia tidak sekedar angka, rumus, dan teori-teori

abstrak, tetapi jauh lebih bermakna dari itu semua. Kimia adalah disiplin ilmu yang

logis dan penuh dengan ide-ide yang menarik dan aplikatif.

1.2 Metode Ilmiah

Semua ilmu, termasuk ilmu-ilmu sosial, menggunakan suatu pendekatan sistematis

dalam penelitiannya yang disebut metode ilmiah. Sebagai contoh, seorang psikolog

yang ingin tahu tentang pengaruh kebisingan terhadap kemampuan orang untuk belajar

kimia dan ahli kimia yang tertarik dalam mengukur panas yang dilepaskan ketika gas

hidrogen terbakar di udara mengikuti prosedur yang kira-kira sama dalam

melaksanakan penyelidikan mereka. Langkah pertama adalah mendefinisikan masalah.

Langkah selanjutnya termasuk melakukan percobaan, membuat pengamatan yang

cermat, dan merekam informasi, atau data, tentang sistem, yaitu bagian dari alam

semesta yang sedang diselidiki. (Dalam contoh ini, sistem adalah sekelompok orang

yang akan dipelajari psikolog dan campuran hidrogen dan udara.) Data yang diperoleh

dalam studi penelitian dapat berupa data kualitatif, yang terdiri dari pengamatan

umum tentang sistem, dan data kuantitatif, mencakup angka yang diperoleh dari

pengukuran berbagai sistem. Ahli kimia umumnya menggunakan simbol-simbol standar

dan persamaan dalam pencatatan pengukuran dan pengamatan mereka. Representasi

dalam hal ini tidak hanya menyederhanakan dalam proses menyimpan catatan, tetapi

juga menyediakan dasar umum untuk komunikasi dengan ahli kimia lainnya.

Ketika percobaan telah selesai dan data telah dicatat, langkah berikutnya dalam metode

ilmiah adalah interpretasi, yang berarti bahwa ilmuwan mencoba untuk menjelaskan

fenomena yang diamati. Berdasarkan data yang dikumpulkan, peneliti merumuskan

hipotesis, atau penjelasan tentatif (belum pasti) untuk satu set pengamatan. Percobaan

lebih lanjut direncanakan untuk menguji validitas hipotesis dengan cara sebanyak

mungkin, dan proses dimulai lagi.


Setelah sejumlah data telah dikumpulkan, sering diinginkan untuk meringkas informasi

dengan lebih singkat, sebagai hukum. Dalam ilmu pengetahuan, hukum adalah

pernyataan verbal atau pernyataan matematis dari hubungan antara fenomena yang

selalu sama di bawah kondisi yang sama. Misalnya, hukum kedua Sir Isaac Newton

tentang gerak, yang mungkin Anda ingat dari SMA, mengatakan bahwa gaya sama

dengan massa dikali percepatan suatu benda (F = ma). Hukum ini berarti bahwa

peningkatan massa atau dalam percepatan suatu benda selalu meningkatkan gaya benda

secara proporsional, dan penurunan massa atau percepatan selalu menurunkan gaya.

Hipotesis yang dapat dipertahankan dengan banyak pengujian eksperimental dan

banyak validitas dapat berkembang menjadi teori. Teori adalah Kesatuan prinsip yang

menjelaskan tubuh fakta dan/atau hukum-hukum yang didasarkan pada mereka. Teori

juga, secara terus menerus diuji. Jika suatu teori dibantah oleh eksperimen, maka harus

dibuang atau diubah sehingga menjadi konsisten dengan pengamatan eksperimental.

Membuktikan atau tidak membuktikan teori dapat berlangsung tahunan, bahkan

berabad-abad, sebagian karena teknologi yang diperlukan tidak tersedia. Teori atom

adalah contonhnya. Butuh waktu lebih dari 2000 tahun untuk keluar dari prinsip dasar

kimia yang diusulkan oleh Democritus, seorang filsuf Yunani kuno.

Kemajuan ilmiah jarang terjadi, jika pernah, dibuat dengan cara kaku, langkah-demi-

langkah. Beberapa kali hukum mengawali teori, kadang-kadang sebaliknya. Dua

ilmuwan dapat mulai bekerja pada sebuah proyek dengan tujuan yang sama persis,

tetapi dapat menggunakan pendekatan yang berbeda. Mereka akan dibuat dalam arah

yang sangat berbeda. Para ilmuwan, setelah semua, manusia, dan cara mereka berpikir

dan bekerja sangat dipengaruhi oleh latar belakang, pelatihan, dan kepribadian mereka.

Perkembangan ilmu pengetahuan sudah tidak teratur dan kadang-kadang tidak masuk

akal. Penemuan besar biasanya hasil dari kontribusi kumulatif dan pengalaman dari

banyak pekerja, meskipun kredit untuk merumuskan teori atau hukum biasanya

diberikan hanya pada satu individu. Ada, tentu saja, unsur keberuntungan yang terlibat

dalam penemuan ilmiah, tetapi telah dikatakan bahwa "Kesempatan menganugerahi

pikiran yang siap”. Pernyataan tersebut memberitahu bahwa dibutuhkan orang yang

waspada dan terlatih untuk mengenali makna dari penemuan yang tak disengaja dan

mengambil keuntungan penuh dari itu. Lebih sering dari itu, masyarakat hanya belajar

dari terobosan ilmiah yang spektakuler. Untuk setiap kisah sukses, namun, ada ratusan

kasus di mana para ilmuwan bertahun-tahun bekerja pada proyek-proyek yang pada

akhirnya mengarah ke jalan buntu. Prestasi positif hanya datang setelah salah berbelok

dan banyak pada langkah lambat yang mereka tidak pernah mulai. Namun, bahkan jalan

buntu berkontribusi terhadap beberapa hal bagi perkembangan pengetahuan tentang

alam semesta fisik secara kontinyu. Ini adalah bentuk cinta dari pencarian yang

menjaga banyak ilmuwan di laboratorium.

1.3 Klasifikasi Materi


STOIKIOMETRI 5

Materi adalah segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa, dan kimia

adalah ilmu dari materi dan perubahan materi yang terjadi. Semua materi, setidaknya

secara prinsip, dapat berada dalam tiga wujud: padat, cair, dan gas. Padatan adalah

benda yang kaku dengan bentuk yang terbatas. Cairan sedikit rigid dibandingkan

padatan, dapat mengalir dan mengasumsikan wadahnya. Seperti cairan, gas juga

mengalir, tetapi tidak seperti cairan, gas dapat berkembang tak terbatas.

Tiga wujud materi dapat berubah tanpa mengubah komposisi zat. Setelah pemanasan,

padatan (misalnya, es) akan mencair membentuk cairan (air). (Temperatur di mana

transisi ini terjadi disebut titik lebur.) Pemanasan lebih lanjut akan mengubah cairan

menjadi gas. (Konversi ini terjadi pada titik didih cairan.) Di sisi lain, pendinginan gas

akan menyebabkan gas mengembun menjadi cairan. Bila cairan didinginkan lebih

lanjut, maka akan membeku menjadi bentuk padat. Gambar 1.1 menunjukkan tiga

wujud air. Perhatikan bahwa air memiliki sifat yang unik di antara zat lain pada

umumnya bahwa molekul dalam keadaan cair lebih mampat dibandingkan dalam

keadaan padat.

Gambar 1.1 Tiga wujud materi untuk air: padatan es, air, uap air.


Zat dan Campuran

Zat adalah materi yang memiliki komposisi tertentu atau konstan dan sifat yang

berbeda. Contohnya adalah air, perak, etanol, garam meja (natrium klorida), dan

karbondioksida. Zat berbeda satu sama lain dalam komposisinya dan dapat

diidentifikasi kenampakan, bau, rasa, dan sifat lainnya. Saat ini, lebih dari 20 juta zat

telah diketahui, dan daftar ini akan berkembang pesat.

Campuran adalah kombinasi dari dua atau lebih zat di mana zat mempertahankan

identitas mereka yang berbeda. Beberapa contohnya adalah udara, minuman ringan,

susu, dan semen. Campuran tidak memiliki komposisi konstan. Oleh karena itu, sampel

udara yang dikumpulkan di kota-kota yang berbeda mungkin akan memiliki komposisi

yang berbeda karena perbedaan ketinggian, polusi, dan sebagainya.

Campuran dapat berupa campuran homogen atau heterogen. Ketika sesendok gula larut

dalam air, komposisi campuran, setelah pengadukan yang cukup, adalah sama di

seluruh larutan. Larutan ini merupakan campuran homogen. Jika pasir dicampur

dengan serbuk besi, namun, butiran pasir dan serbuk besi tetap terlihat dan terpisah

(Gambar 1.2). Jenis campuran ini, di mana komposisi yang tidak seragam, disebut

campuran heterogen. Penambahan minyak ke dalam air menciptakan campuran

heterogen yang lain karena cairan tidak memiliki komposisi yang konstan.

Gambar 1.2 (a) Campuran mengandung serbuk besi dan pasir, (b) Sebuah magnet

memisahkan serbuk besi dari campuran. Teknik yang sama digunakan pada skala yang

lebih besar untuk memisahkan besi dan baja dari benda bukan magnetik seperti

aluminium, kaca, dan plastik.

Setiap campuran, baik homogen atau heterogen, dapat dibuat dan kemudian dipisahkan

dengan cara fisika menjadi komponen murni tanpa mengubah identitas komponen.

Dengan demikian, gula dapat diperoleh kembali dari air dengan memanaskan larutan

dan menguapkannya hingga kering. Kondensasi uap air akan memberikan kembali


STOIKIOMETRI 7

komponen air. Untuk memisahkan campuran besi-pasir, kita dapat menggunakan

magnet untuk menghilangkan serbuk besi dari pasir, karena pasir tidak tertarik magnet

(lihat Gambar 1.2b). Setelah pemisahan, komponen dari campuran akan memiliki

komposisi yang sama dan sifat mereka seperti semula.

Unsur dan Senyawa

Suatu zat dapat berupa unsur atau senyawa. Unsur adalah suatu zat yang tidak dapat

dipisahkan menjadi zat yang lebih sederhana dengan cara kimia. Saat ini, 117 unsur

telah diidentifikasi secara positif. (Lihat daftar di dalam sampul depan buku ini.)

Ahli kimia menggunakan simbol abjad untuk mewakili nama-nama unsur. Huruf

pertama dari simbol untuk sebuah unsur selalu berupa huruf kapital, tetapi huruf kedua

tidak pernah huruf kapital. Misalnya, Co adalah simbol untuk unsur kobalt, sedangkan

CO adalah rumus untuk karbon monoksida, yang terdiri dari unsur-unsur karbon dan

oksigen. Tabel 1.1 menunjukkan beberapa unsur yang lebih umum. Simbol untuk

beberapa unsur berasal dari nama Latin mereka, misalnya, Au dari aurum (emas), Fe

dari ferrum (besi), dan Na dari natrium (sodium), meskipun sebagian besar dari mereka

adalah bentuk singkatan dari nama bahasa Inggris mereka.

Table 1.1 Beberapa Unsur dan Simbolnya

Nama Simbol Nama Simbol Nama Symbol

Aluminum Al Fluorine/Florin F Oxygen/Oksigem O

Arsenic/Arsen As Gold/Emas Au Phosphorus/Fosfor P

Barium/Barium Ba Hydrogen/Hidrogen H Platinum/Platina Pt

Bromine/Bromin Br Iodine/Iodin I Potassium/Kalium K

Calcium/Kalsium Ca Iron/Besi Fe Silicon/Silikon Si

Carbon/Karbon C Lead/Timbal Pb Silver/Perak Ag

Chlorine/Klorin Cl Magnesium Mg Sodium/Natrium Na

Chromium

/Kromium Cr Mercury/Raksa Hg Sulfur/belerang S

Cobalt/Kobalt Co Nickel/Nikel Ni Tin/Timah Sn

Copper/Tembaga Cu Nitrogen/Nitrogen N Zinc/Seng Zn

Gambar 1.3 menunjukkan unsur yang paling melimpah di kerak bumi dan dalam tubuh

manusia. Seperti yang Saudara lihat, hanya lima unsur (oksigen, silikon, aluminium,

besi, dan kalsium) terdiri dari lebih 90 persen dari kerak bumi. Dari kelima unsur

tersebut, hanya oksigen yang paling melimpah dalam sistem kehidupan.

Sebagian besar unsur dapat berinteraksi dengan satu atau lebih unsur-unsur lain untuk

membentuk senyawa. Kami mendefinisikan senyawa sebagai zat yang terdiri dari dua

atau lebih unsur kimia yang bergabung dalam proporsi tertentu. Gas hidrogen,

misalnya, terbakar dalam gas oksigen membentuk air, suatu senyawa yang sifatnya jelas


berbeda dari materi awal. Air terdiri dari dua bagian hidrogen dan satu bagian oksigen.

Komposisi ini tidak berubah, terlepas dari apakah air berasal dari keran di Amerika

Serikat, Sungai Yangtze di Cina, atau topi es di Mars. Tidak seperti campuran, senyawa

dapat dipisahkan hanya dengan cara kimia menjadi komponen murni mereka.

Gambar 1.3 (a) Kelimpahan unsur di alam dalam persen massa. Sebagai contoh,

kelimpahan oksigen adalah 45,5 persen. Ini berarti bahwa dalam sampel 100 g kerak

bumi, rata-rata terdapat 45,5 g unsur oksigen. (b) Kelimpahan unsur dalam tubuh

manusia dalam persen massa.

Hubungan antara unsur, senyawa, dan kategori lainnya dari materi dirangkum dalam

Gambar 1.5.

Gambar 1.4 Klasifikasi materi.


STOIKIOMETRI 9

1.4 Sifat Fisik dan Sifat Kimia Materi

Zat diidentifikasi dari sifat dan komposisi mereka. Warna, titik leleh, titik didih, dan

kerapatan adalah sifat fisika. Sifat fisika dapat diukur dan diamati tanpa mengubah

komposisi atau identitas suatu zat. Sebagai contoh, kita dapat mengukur titik leleh es

dengan memanaskan balok es dan mencatat temperatur di mana es tersebut berubah

menjadi air. Air berbeda dari es hanya dalam penampilan dan tidak dalam komposisi,

jadi ini adalah perubahan fisika, kita dapat membekukan air untuk mendapatkan

kembali es asli. Oleh karena itu, titik leleh zat adalah sifat fisik. Demikian pula, ketika

kita mengatakan bahwa gas helium lebih ringan dari udara, kita mengacu pada sifat

fisika.

Di sisi lain, pernyataan "gas hidrogen terbakar dalam gas oksigen untuk membentuk

air" menggambarkan sifat kimia hidrogen karena untuk mengamati sifat ini kita harus

melakukan perubahan kimia, dalam hal ini pembakaran. Setelah perubahan, zat asli,

gas hidrogen dan gas oksigen, akan lenyap dan secara kimia berbeda dengan air yang

akan mengambil tempat mereka. Kita tidak dapat memperoleh kembali hidrogen dan

oksigen dari air dengan perubahan fisika seperti mendidih atau membeku.

Setiap kali kita merebus telur, kita melakukan perubahan kimia. Ketika temperatur

sekitar 100°C, kuning telur dan putih telur mengalami reaksi yang mengubah tidak

hanya penampilan fisik mereka tetapi susunan kimiawi mereka juga. Ketika dimakan,

telur diubah lagi, oleh zat dalam tubuh yang disebut enzim. Tindakan pencernaan adalah

contoh lain dari perubahan kimia. Apa yang terjadi selama proses tersebut tergantung

pada sifat kimia dari enzim tertentu dan dari makanan yang terlibat.

Semua sifat terukur dari materi jatuh ke dalam dua kategori: sifat ekstensif dan sifat

intensif. Nilai terukur dari sifat ektensif tergantung pada seberapa banyak materi yang

sedang dipertimbangkan. Massa, panjang, dan volume merupakan sifat ektensif. Lebih

banyak materi berarti lebih banyak massa. Nilai dari sifat ektensif yang sama dapat

ditambahkan bersama-sama. Sebagai contoh, dua sen tembaga memiliki massa

gabungan yang merupakan jumlah dari massa setiap sen, dan total volume ditempati

oleh air dalam dua gelas adalah jumlah volume air dalam masing-masing gelas.

Nilai terukur dari sifat intensif tidak tergantung pada jumlah materi yang

dipertimbangkan. Temperatur merupakan sifat intensif. Misalkan kita memiliki dua

gelas air pada temperatur yang sama. Jika kita menggabungkan mereka untuk membuat

kuantitas tunggal air dalam gelas besar, temperatur air dengan jumlah yang lebih besar

akan sama seperti itu dalam dua gelas terpisah. Tidak seperti massa dan volume,

temperatur dan sifat intensif lainnya seperti titik leleh, titik didih, dan kerapatan tidak

aditif.

K i m i a D a s a r 1 | 10

1.5 Pengukuran

Studi kimia sangat bergantung pada pengukuran. Misalnya, ahli kimia menggunakan

pengukuran untuk membandingkan sifat-sifat zat yang berbeda dan untuk menilai

perubahan yang dihasilkan dari percobaan. Sejumlah perangkat umum memungkinkan

kita untuk membuat pengukuran sederhana sifat zat: Penggaris mengukur panjang;

buret, pipet, gelas ukur, dan labu ukur mengukur volume (Gambar 1.5); neraca

mengukur massa; termometer mengukur temperatur. Instrumen ini memberikan

pengukuran sifat makroskopis, yang dapat ditentukan secara langsung. Sifat

mikroskopis, pada skala atom atau molekul, harus ditentukan oleh metode tidak

langsung.

Gambar 1.5 Beberapa alat ukur yang umum ditemukan di laboratorium kimia. Alat ini

tidak dgambarkan ke skala relatif terhadap satu sama lain. Kita akan membahas

penggunaan alat ukur di Bab 4.

Sebuah kuantitas yang diukur biasanya ditulis sebagai jumlah dengan satuan yang

sesuai. Untuk mengatakan bahwa jarak antara New York dan San Francisco dengan

mobil sepanjang rute tertentu adalah 5166 yang tidak berarti. Kita harus menentukan

bahwa jaraknya adalah 5166 kilometer. Dalam sains, satuan sangat penting untuk

menyatakan pengukuran dengan benar.

K i m i a D a s a r 1 | 11

STOIKIOMETRI 11

Satuan Sistem Internasional (SI)

Selama bertahun-tahun para ilmuwan mencatat pengukuran dalam satuan metrik, yang

terkait secara desimal, yaitu dengan membagi 10. Akan tetapi, pada tahun 1960 General

Conference of Weights and Measures (Konferensi Umum Berat dan Ukuran), otoritas

internasional untuk satuan, mengusulkan sebuah sistem metrik revisi disebut Satuan

Sistem Internasional (disingkat SI, dari Satuan Sistem International Perancis). Tabel

1.2 menunjukkan tujuh satuan SI dasar. Semua satuan SI dari pengukuran dapat

diturunkan dari satuan-satuan dasar ini. Seperti satuan metrik, satuan SI diubah dalam

bentuk desimal oleh serangkaian prefiks, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.3.

Kami menggunakan kedua unit metrik dan SI dalam buku ini.

Table 1.2 Satuan SI Dasar

Kuantitas Dasar Satuan Simbol

Panjang meter m

Massa kilogram kg

Waktu second s

Kuat Arus Listrik ampere A

Temperatur kelvin K

Jumlah Zat mol mol

Intensitas Cahaya candela cd

Table 1.3 Awalan yang Digunakan dengan Satuan SI

Awalan Simbol Arti Contoh

tera- T 1.000.000.000.000, or 1012 1 terameter (Tm) = 1 × 1012 m

giga- G 1.000.000.000, or 109 1 gigameter (Gm) = 1 × 109 m

mega- M 1.000.000, or 106 1 megameter (Mm) = 1 × 106 m

kilo- k 1.000, or 103 1 kilometer (km) = 1 × 103 m

desi- d 1/10, or 10-1 1 desimeter (dm) = 0,1 m

senti- c 1/100, or 10-2 1 sentimeter (cm) = 0,01 m

mili- m 1/1.000, or 10-3 1 milimeter (mm) = 0,001 m

mikro- m 1/1.000.000, or 10-6 1 mikrometer (m) = 1 × 10-6 m

nano- n 1/1.000.000.000, or 10-9 1 nanometer (nm) = 1 × 10-9 m

piko- p 1/1.000.000.000.000, or 10-12 1 pikometer (pm) = 1 × 10-12 m

Perhatikan bahwa awalan metrik sederhana menyatakan jumlah: 1 mm = 1 × 10-3 m

Pengukuran yang akan sering kita gunakan dalam penelitian kimia, yaitu, waktu, massa,

volume, kerapatan, dan temperatur.

Massa dan Berat

K i m i a D a s a r 1 | 12

Massa adalah ukuran kuantitas materi suatu objek. Istilah "massa" dan "berat" sering

digunakan secara bergantian, meskipun, tegasnya, mereka mengacu pada kuantitas yang

berbeda. Dalam istilah ilmiah, berat adalah gaya gravitasi yang diberikan pada suatu

objek. Sebuah apel yang jatuh dari pohon ditarik ke bawah oleh gravitasi bumi. Massa

apel adalah konstan dan tidak tergantung pada lokasi, namun beratnya tidak. Misalnya,

di permukaan bulan, berat apel hanya akan seperenam dengan yang di bumi, karena

massa bulan lebih kecil. Inilah sebabnya mengapa astronot mampu melompat agak

bebas di permukaan bulan meskipun dengan pakaian besar dan peralatan mereka. Massa

suatu benda dapat ditentukan dengan mudah dengan neraca, dan proses ini, anehnya,

disebut berat.

Satuan SI dasar massa adalah kilogram (kg), namun dalam kimia gram lebih kecil (g)

lebih mudah digunakan:

1 kg = 1000 g = 1 × 103 g

Volume

Volume adalah panjang (m) potongan kubus, sehingga satuan SI turunannya adalah

meter kubik (m3). Akan tetapi, umumnya ahli kimia bekerja dengan volume yang lebih

kecil, seperti sentimeter kubik (cm3) dan desimeter kubik (dm3):

1 cm3 = (1×10-2 m)3 = 1×10-6 m3

1 dm3 = (1×10-1 m)3 = 1×10-3 m3

Hal biasa lainnya, satuan volume non-SI adalah liter (L). Liter adalah volume yang

ditempati oleh satu desimeter kubik. Ahli kimia umumnya menggunakan L dan mL

untuk volume cairan. Satu liter sama dengan 1000 mililiter (mL) atau 1000 cc:

1L = 1000 mL

= 1000 cm3

= 1 dm3

dan satu millimeter sama dengan satu centimeter kubik:

1 mL = 1 cm3

Gambar 1.6 membandingkan ukuran relatif dari dua volume.

K i m i a D a s a r 1 | 13

STOIKIOMETRI 13

Gambar 1.6 Perbandingan dua volume, 1 mL and 1000 mL.

Kerapatan (Massa Jenis)

Kerapatan adalah massa benda dibagi dengan volumenya:

𝑲𝒆𝒓𝒂𝒑𝒂𝒕𝒂𝒏 (𝒅) = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 (𝒎)

𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 (𝒗);

di mana d, m, dan V menunjukkan kerapatan, massa, dan volume masing-masing.

Table 1.4 Kerapatan Beberapa Zat pada

Temperatur 25°C Zat Kerapatan

(g/cm3) Udara* 0,001

Etanol 0,79

Air 1,00

Raksa 13,6

Garam Meja 2,2

Besi 7,9

Emas 19,3

Osmium 22,6

Perhatikan bahwa kerapatan merupakan sifat intensif yang tidak tergantung pada jumlah

persen massa. Alasannya adalah bahwa V meningkat sebagaimana m, sehingga rasio

dari dua kuantitas selalu tetap sama untuk bahan tertentu.

Satuan SI turunan untuk kerapatan adalah kilogram per meter kubik (kg/m3). Satuan ini

secara kaku digunakan untuk kebanyakan aplikasi kimia. Oleh karena itu, gram per

sentimeter kubik (g/cm3) dan ekivalennya, gram per mililiter (g/mL), yang lebih sering

digunakan untuk kerapatan padatan dan cairan. Tabel 1.4 daftar kerapatan beberapa zat.

K i m i a D a s a r 1 | 14

Skala Temperatur

Ada tiga skala temperatur yang saat ini digunakan. Satuan mereka adalah °F (derajat

Fahrenheit), °C (derajat Celcius), dan K (Kelvin). Skala Fahrenheit merupakan skala

yang paling umum digunakan di Amerika Serikat di luar laboratorium, batas titik beku

dan titik didih air secara tepat berturut-turut, 32°F dan 212°F. Skala Celcius membagi

rentang antara titik beku (0°C) dan titik didih (100°C) air menjadi 100 derajat. Seperti

Tabel 1.2 menunjukkan, kelvin adalah satuan SI dasar untuk temperatur, yang

merupakan skala temperatur absolut. Absolut berarti bahwa nol pada skala Kelvin,

dilambangkan dengan 0 K, adalah stemperatur terendah yang bisa dicapai secara

teoritis. Di sisi lain, 0°F dan 0°C didasarkan pada perilaku dari zat sembarang yang

dipilih. Gambar 1.7 membandingkan tiga skala temperatur tersebut.

Gambar 1.7 Perbandingan dari tiga skala temperatur: Skala Celsius, Fahrenheit, dan absolut (Kelvin).

Perhatikan bahwa ada 100 divisi, atau 100 derajat, antara titik beku dan titik didih air pada skala Celcius,

dan ada 180 divisi, atau 180 derajat, antara dua batas yang sama temperatur pada skala Fahrenheit. Skala

Celsius sebelumnya disebut skala “Centigrade”. Perhatikan bahwa skala Kelvin tidak memiliki tanda

derajat. Juga, temperaturnya dinyatakan dalam kelvin pernah bisa menjadi negatif.

Ukuran derajat pada skala Fahrenheit hanya 100/180 atau 5/9 dari derajat pada skala

Celsius. Untuk mengubah derajat Fahrenheit ke derajat Celsius, kita menulis:

𝑥 𝐶𝑜 = ( 𝐹𝑜 − 32 𝐹𝑜 )𝑋 5 𝐶𝑜

9 𝐹𝑜

Apa persamaan yang digunakan untuk mengubah derajat Celsius ke derajat Fahrenheit?

Baik skala Celcius dan skala Kelvin memiliki satuan yang sama besarnya, yaitu, satu

derajat Celcius adalah setara dengan satu Kelvin. Penelitian eksperimental telah

menunjukkan bahwa nol mutlak pada skala Kelvin setara dengan 273,15°C pada skala

Celcius. Dengan demikian, kita dapat menggunakan persamaan berikut untuk

mengkonversi derajat Celcius ke Kelvin:

K i m i a D a s a r 1 | 15

STOIKIOMETRI 15

𝑥 𝐾 = ( 𝐶𝑜 + 273,15 𝐶𝑜 )𝑋 1 𝐾

1 𝐶𝑜

1.6 Penanganan Angka

Kita sudah meninjau beberapa satuan yang digunakan dalam kimia, sekarang kita

berbelok ke teknik untuk penanganan angka yang terlibat dengan pengukuran, yaitu

notasi ilmiah dan angka penting.

Notasi Ilmiah

Ahli kimia sering berurusan dengan angka yang secara ekstrim besar atau kecil.

Misalnya, dalam 1 g unsur hidrogen kira-kira ada

602.200.000.000.000.000.000.000

atom hidrogen, setiap atom hidrogen memiliki massa hanya

0,00000000000000000000000166 g

Angka ini sulit untuk ditangaini, dan mudah terjadi kesalahan ketika menggunakannya

dalam perhitungan aritmatika. Dengan mempertimbangkan perkalian berikut:

0,0000000056 × 0,00000000048 = 0,000000000000000002688

Itu akan mudah untuk menghilangkan satu angka nol dan menambah lebih dari satu nol

setelah tanda desimal. Oleh sebab itu, ketika bekerja dengan angka yang sangat besar

dan kecil, kita menggunakan sebuah sistem yang disebut notasi ilmiah. Bagaimanapun

juga ukuran besarnya, untuk semua angka dapat dinyatakan dalam bentuk:

N ×10n

Dimana N adalah angka antara 1 dan 10 dan n, eksponen, adalah bilangan bulat positif

atau negatif (semua angka). Beberapa angka dinyatakan dengan cara ini dikatakan

ditulis dalam notasi ilmiah.

Seandainya kita diberi angka tertentu dan diminta untuk menyatakannya dalam notasi

ilmiah. Secara umum, tugas ini meminta kita untuk menemukan n. Kita menghitung

angka dari tempat tanda desimal sehingga harus dipindahkan supaya angka N (antara 1

dan 10). Jika tanda desimal harus dipindahkan ke kiri, maka n adalah bilangan bulat

positif; jika harus dipindahkan ke kanan, n adalah bilangan bulat negatif. Contoh

berikut mengilustrasikan penggunaan dari notasi ilmiah:

(1) Menyatakan 568,762 dalam notasi ilmiah:

568,762 = 5,68762 × 102

Perhatikan bahwa tanda desimal dipindahkan ke kiri dua tempat dan n = 2.

(2) Menyatakan 0,00000772 dalam notasi ilmiah:

0,00000772 = 7,72 × 10-6

Tanda desimal di sini dipindahkan ke kanan enam tempat dan n = -6.

K i m i a D a s a r 1 | 16

Ingat dua poin penting. Pertama, n=0 digunakan untuk bilangan yang tidak dinyatakan

dalam notasi ilmiah. Misalnya, 74,6 × 100 (n =0) ekivalen dengan 74,6. Kedua,

penggunaan biasanya adalah tidak termasuk superskrip ketika n=1. Dengan demikian,

notasi ilmiah untuk 74,6 is 7,46 ×10 bukan 7,46 × 101. Selanjutnya, kita

mempertimbangkan bagaimana notasi ilmiah ditangani dalam operasi aritmatika.

Penjumlahan dan Pengurangan

Untuk menjumlah atau mengurangi, kita pertama-tama menuliskan setiap kuantitas-

katakan N1 dan N2 dengan eksponen sama n. Kemudian kita menggabungkan N1 dan

N2; sisa eksponen adalah sama. Perhatikan contoh berikut:

Perkalian dan Pembagian

Untuk mengalikan bilangan yang diekspresikan dalam notasi ilmiah, kita mengalikan

N1 dan N2 seperti biasa, tetapi menambahkan eksponen secara bersamaan. Untuk

membagi dengan menggunakan notasi ilmiah, kita membagi N1 dan N2 seperti biasa

dan mengurangkan eksponennya. Contoh berikut menunjukkan bagaimana operasi ini

dijalankan:

Angka Penting

Kecuali ketika semua bilangan yang terlibat adalah bilangan bulat (sebagai contoh,

dalam perhitungan jumlah siswa dalam sebuah kelas), perolehan nilai yang tepat dari

kuantitas penyelidikan sering tidak mungkin. Untuk alasannya, itu penting untuk

K i m i a D a s a r 1 | 17

STOIKIOMETRI 17

mengindikasikan batas kesalahan dalam pengukuran melalui pengindikasian angka

secara jelas dari angka penting, yang merupakan angka berarti dalam sebuah kuantitas

ukuran atau perhitungan.

Ketika angka penting digunakan, digit terakhir dimengerti menjadi tidak pasti. Sebagai

contoh, kita mungkin mengukur volume dari jumlah cairan yang diberikan

menggunakan gelas ukur dengan skala yang memberikan ketidakpastian 1 mL dalam

pengukurannya. Jika volume yang ditemukan 6 mL, maka volume sebenarnya adalah

antara 5 mL hingga 7 mL. Kita menyatakan volume cairan sebagai (6 ± 1) mL. Dalam

kasus ini, hanya ada satu angka penting (angka 6) yang tidak pasti plus atau minus 1

mL. Untuk keakuratan yang lebih besar, kita bida menggunakan gelas ukur yang lebih

baik, sehingga volume yang kita ukur sekarang ketidakpastiannya hanya 0,1 mL. Jika

sekarang volume cairan yang ditemukan 6,0 mL kita boleh mengekspresikan

kuantitasnya (6,0 ± 0,1) mL, dan nilai sebenarnya berada antara 5,9 mL dan 6,1 mL.

Kita dapat lebih jauh meningkatkan pengukuran alat dan memperoleh lebih angka

penting, tetapi di setiap kasus, angka terakhir selalu tidak pasti; jumlah dari

ketidakpastian tergantung pada alat ukur tertentu yang kita gunakan.

Gambar 1.8 menunjukkan timbangan modern. Timbangan seperti ini tersedia di banyak

laboratorium kimia dasar; mereka dengan mudah mengukur massa benda untuk empat

tempat desimal. Sehingga, massa yang diukur biasanya akan memiliki empat angka

penting (sebagai contoh, 0,8642 g) atau lebih (sebagai contoh, 3,9745 g). Menjaga jalur

dari jumlah angka penting dalam pengukuran seperti memastikan massa bahwa

perhitungan melibatkan data yang akan merefleksikan ketepatan pengukuran.

Gambar1.8 A single-pan balance.

Petunjuk penggunaan angka penting

Kita harus selalu hati-hati dalam pekerjaan ilmiah untuk menuliskan angka yang sesuai

dengan angka penting. Umumnya, secara wajar mudah untuk menentukan seberapa

banyak angka penting yang dimilki dengan aturan berikut:

K i m i a D a s a r 1 | 18

1. Beberapa angka yang tidak sama dengan nol adalah angka penting. Dengan

demikian, 845 cm memiliki tiga angka penting, 1.234 kg memiliki empat angka

penting, dan seterusnya.

2. Angka nol antara angka bukan nol adalah angka penting. Dengan demikian, 606 cm

berisi tiga angka penting, 40.501 kg berisi lima angka penting, dan seterusnya.

3. Angka nol yang berada di kiri angka bukan nol bukan angka penting. Tujuan angka

tersebut adalah untuk mengindikasikan penempatan tanda desimal. Sebagai contoh,

0,08 L berisi satu angka penting, 0,0000349 g berisi tiga angka penting, dan

seterusnya.

4. Jika sebuah angka lebih dari 1, makan semua angka nol yang dituliskan di kanan

tanda desimal dihitung sebagai angka penting. Dengan demikian, 2,0 mg memiliki

dua angka penting, 40,062 mL memiliki lima angka penting, dan 3,040 dm memiliki

empat angka penting. Jika angka tersebut kurang dari 1, makan hanya angka nol

yang berada dia akhir bilangan dan angka nol antara angka bukan nol yang

merupakan angka penting. 0,090 kg memiliki dua angka penting, 0,3005 L memiliki

empat angka penting, 0,00420 menit memiliki tiga angka penting, dan seterusnya.

5. Untuk angka yang tidak mengandung tanda desimal, angka nol yang mengikutinya

(yaitu, angka nol setelaj angka bukan nol terakhir) mungkin atau tidak mungkin

adalah angka penting. Dengan demikian, 400 cm mungkin memiliki satu angka

penting. Kita tidak dapat tahu yang man yang benar tanpa informasi lebih. Dengan

menggunakan notasi ilmiah, akan tetapi, kita menghindari kembiguan ini. Dalam

kasus tertentu, kita dapat mengekspresikan angka 400 sebagai 4 × 102 untuk satu

angka penting, 4,0 × 102 untuk dua angka penting atau 4,00 × 102 untuk tiga angka

penting.

Aturan kedua yang merinci bagaimana menangani angka penting dalam perhitungan.

1. Dalam penjumlahan dan pengurangan, jawaban tidak dapat memiliki angka lebih di

sebelah kanan tanda desimal dibandingkan salah satu diantaranya merupakan

bilangan asli. Perhatikan contoh berikut:

89,332

+ 1,1…………… satu angka setelah tanda desimal

90,432 ……… dibulatkan menjadi 90,4

2,097

-0,12 ………… dua angka setelah tanda desimal

1,977 ……… dibulatkan menjadi 1,98

Langkah pembulatan angka sebagai berikut: Untuk membulatkan angka pada tanda

tertentu kita dapat menurunkan secara sederhana angka yang mengikuti jika lebih

kecil dari 5. Dengan demikian, 8,724 dibulatkan menjadi 8,72 jika kita hanya ingin

K i m i a D a s a r 1 | 19

STOIKIOMETRI 19

dua angkan setelah tanda desimal. Jika angka berikutnya dari pembulatan angka

sama dengan atau lebih besar dari 5, kira menambahkan 1 untuk angka sebelumnya.

Dengan demikian, 8,727 dibulatkan menjadi 8,73 dan 0,425 dibulatkan menjadi 0,43.

2. Dalam perkalian dan pembagian, jumlah dari angka penting di hasil akhir atau hasil

bagi ditentukan dengan bilangan asli yang memilki angka terkecil dari angka

penting. Contoh berikut mengilustrasikan aturan tersebut:

2,8 × 4,5039 = 12,61092 ………… dibulatkan menjadi 13

6,85

112,04= 0,0611388789………… dibulatkan menjadi 0,0611

3. Perlu diketahui bahwa angka yang tepat didapatkan dari definisi (misalnya 1 kaki =

12 inci, dimana 12 merupakan angka pasti) atau dengan menghitung jumlah benda

dapat dianggap memiliki angka tak hingga dari angka penting.

Langkah pembulatan angka sebelumnya mengaplikasikan perhitungan satu langkah.

Dalam perhitungan berantai, perhitungan melibatkan lebih dari satu langkah, kita dapat

memperoleh jawaban yang berbeda tergantung pada seberapa kita membulatkan angka.

Perhatikan perhitungan dua langkah berikut:

Langkah pertama: A × B = C

Langkah kedua : C × D = E

Andaikan bahwa A = 3,66, B = 8,45, dan D = 2.11. tergantung pada dimana kita

membulatkan C ke tiga (metode 1) atau empat (metode 2) angka penting, kita

memperoleh jumlah yang berbeda untuk E:

Metode 1 Metode 2

3,66 × 8,45 = 30,9 3,66 × 8,45 = 30,93

30,9 × 2,11 = 65,2 30,93 × 2,11 = 65,3

Akan tetapi, jika kita sudah menghasilkan perhitungan 3,66 × 8,45 × 2,11 pada

kalkulator tanpa membulatkan angka untuk jawaban sementara, kita akan memperoleh

jawaban 65,3 sebagai jawaban untuk E. Meskipun, menyimpan digit angka tambahan

sebelumnya dari angka penting untuk langkah sementara membantu menghilangkan

kesalahan dari pembulatan, langkah ini tidak perlu untuk kebanyakan perhitungan karena

perbedaan antara jawaban biasanya sangat kecil. Sehingga, untuk kebanyakan contoh

dan soal di akhir bab dimana jawaban sementara dilaporkan, semua jawaban, sementara

dan akhir, akan dibulatkan.

Keakuratan dan Ketepatan

Dalam diskusi pengukuran dan angka penting sangat berguna untuk membedakan

antara keakuratan dan ketepatan. Keakuratan memberitahu kita seberapa dekat

pengukuran terhadap nilai yang benar dari kuantitas yang diukur. Untuk seorang

ilmuwan ada sebuah perbedaan antara keakuratan dan ketepatan. Ketepatan mengacu

K i m i a D a s a r 1 | 20

pada seberapa dekatnya dua atau lebih pengukuran dari kuantitas yang sama cocok

satu sama lain. (Gambar 1.9)

Gambar 1.9 Distribusi anak panah pada papan anak panah menunjukkan perbedaan

antara tepat dan akurat. (a) keakuratan baik dan ketepatan baik, (b) keakuratan buruk

dan katepatan baik, (c) keakuratan buruk dan ketepatan buruk. Titik biru menunjukkan

posisi dari anak panah.

Perbedaan antara keakuratan dan ketepatan adalah sesuatu yang tidak menonjol tetapi

penting. Seandainya, sebagai contoh, tiga siswa diminta untuk menentukan massa dari

sepotong kawat tembaga. Hasil dari dua penimbangan berturut-turut oleh masing-

masing siswa adalah:

Siswa A Siswa B Siswa C

1,964 g 1,972 g 2,000 g

1,978 g 1,968 g 2,002 g

Nilai Rata-rata 1,971 g 1,970 g 2,001 g

Massa yang benar dari kawat adalah 2,000 g. Sehingga, hasil siswa B lebih tepat

dibandingkan hasil siswa A (1,972 g dan 1,968 g sedikit berbeda dari 1,970 g

dibandingkan 1,964 g dan 1,978 g dari 1,971 g), tetapi hasil keduanya sangat tidak

akurat. Hasil siswa C tidak hanya paling tepat, tetapi juga paling akurat, karena nilai

rata-ratanya mendekati nilai yang benar. Pengukuran dengan keakuratan yang tinggi

biasanya juga tepat. Di sisi lain, pengukuran dengan ketepatan yang tinggi belum tentu

akurat. Sebagai contoh, kalibrasi meterstick secara ceroboh atau kesalahan

penimbangan mungkin memberikan pembacaan ketepatan yang salah.

1.7 Bagaimana Memecahkan Masalah

Saudara sudah dikenalkan pada notasi ilmiah, angka penting, dan dimensi analisis, yang

akan membantu Saudara dalam memecahkan masalah numerik. Kimia melibatkan

penelitian eksperimental dan banyak masalah kuantitatif di alam. Kunci sukses dalam

memecahkan masalah adalah latihan. Sebagai pelari marathon tidak dapat hanya

mempersiapkan perlombaan secara sederhana dengan membaca buku saat berlari dan

pemain biola tidak dapat memberikan konser yang sukses hanya melalui hafalan

komposisi musik, kamu tidak dapat meyakini pemahaman kimia Saudara tanpa

memecahkan masalah. Langkah berikut akan membantu untuk meningkatkan

kemampuan Saudara dalam pemecahan masalah numerik:

K i m i a D a s a r 1 | 21

STOIKIOMETRI 21

1. Baca pertanyaan dengan seksama. Pahami informasi yang diberikan dan apa yang

ditanyakan untuk dipecahkan. Seringkali sangat membantu untuk membuat

sketsa/bagan yang akan membatu Saudara untuk memvisualisasikan keadaan.

2. Temukan persamaan yang mungkin yang memiliki hubungan dengan informasi yang

diberikan dan kuantitas yang tidak diketahui. Terkadang, dalam memecahkan

masalah akan melibatkan lebih dari satu langkah, dan Saudara mungkin diharapkan

untuk mencari kuantitas dalam tabel yang tidak disediakan dalam soal. Dimensi

analisis sering dibutuhkan untuk konversi.

3. Cek jawaban Saudara untuk kebenaran tanda, satuan, dan angka penting.

4. Bagian yang sangat penting dari memecahkan soal adalah memutuskan apakah

jawaban tersebut beralasan (masuk akal). Itu secara relatif mudah untuk menemukan

tanda yang salah atau satuan yang tidak benar. Tetapi jika jumlah (katakan 8)

ditempatkan di tempat yang tidak benar dalam penyebut sebagai gantinya pembilang,

jawabannya akan terlalu kecil meskipun tanda dan satuan dari kuantitas perhitungan

benar.

5. Salah satu jalan untuk mengecek jawaban dengan cepat adalah membuat perkiraan

“ball-park”. Idenya di sini adalah untuk membulatkan angka sedemikian rupa

sehingga kita menyederhanakan perhitungan. Pendekatan ini kadang-kadang disebut

“back-of-the-envelope calculation” karena dapat dilakukan dengan mudah tanpa

menggunakan kalkulator. Jawaban yang Saudara dapat tidak akan tepat, tetapi akan

mendekati yang benar.

Ringkasan

1. Metode ilmiah merupakan sebuah pendekatan sistematis untuk penelitian yang

dimulai dengan pengumpulan informasi melalui pengamatan dan pengukuran. Dalam

proses ini, hipotesis, hukum, dan teori diciptakan dan diuji.

2. Ahli kimia mempelajari materi dan zat dari mana itu disusun. Semua zat, pada

prinsipnya, dapat berada dalam tiga wujud: padat, cair, dan gas. Perubahan antara tiga

wujud tersebut diakibatkan oleh perubahan temperatur.

3. Zat yang paling sederhana dalam kimia adalah unsur. Senyawa dibentuk oleh

kombinasi atom-atom dari unsur yang berbeda. Zat mempunyai keduanya, sifat fisika

yang dapat diamati tanpa adanya perubahan identitas zat tersebut, dan sifat kimia

yang ketika ditunjukkan, mengubah identitas zat tersebut.

4. Satuan SI digunakan untuk menyatakan kuantitas fisik dalam sains, termasuk kimia,

jumlah yang dinyatakan dalam notasi ilmiah memiliki bentuk N × 10 n , dimana N

adalah antara 1 dan 10 dan n adalah bilangan bulat positif atau negatif. Notasi ilmiah

membantu kita untuk menangani kuantitas yang sangat besar dan sangat kecil.

Sebagian besar pengukuran kuantitas tidak teliti untuk beberapa jangkauan. Jumlah

angka penting mengindikasikan ketelitian dari pengukuran.

5. Dalam metode analisis dimensi pemecahan masalah satuan dikalikan bersama-sama,

dibagi satu sama lain, atau dibatalkan seperti jumlah aljabar. Mendapatkan satuan

yang benar untuk jawaban akhir yang memastikan bahwa perhitungan telah dilakukan

dengan benar.

K i m i a D a s a r 1 | 22

Pertanyaan dan Soal

Definisi Dasar

Pertanyaan mengulang

1.1 Definisikan istilah berikut: (a) materi, (b) massa, (c) berat, (d) zat, (e) campuran.

1.2 Manakah dari pernyataan ini yang secara ilmiah benar?

“Massa dari siswa adalah 56 kg.”

“Berat dari siswa adalah 56 kg.”

1.3 Berikan sebuah contoh dari campuran homogen dan sebuah contoh dari campuran

heterogen.

1.4 Apa perbedaan antara sifat fisika dan sifat kimia?

1.5 Berikan sebuah contoh dari sifat insensif dan sebuah contoh dari sifat ekstensif.

1.6 Definisikan istilah berikut: (a) unsur, (b) senyawa.

Soal

1.7 Pernyataan ini mendeskripsikan sifat fisika atau sifat kimia?

(a) Gas oksigen membantu pembakaran.

(b) Pupuk membantu meningkatkan hasil pertanian.

(c) Air mendidih di bawah 100C di pegunungan.

(d) Uranium merupakan unsur radioaktif.

1.8 Deskripsi ini merupakan perubahan fisika atau perubahan kimia?

(a) Gas helium dalam balon cenderung bocor setelah beberapa jam.

(b) Lampu senter lambat laun akan redup dan akhirnya mati.

(c) Jus jeruk beku dikembalikan ke bentuksemula dengan menambahkan air ke

dalamnya.

(d) Pertumbuhan tanaman tergantung energi matahari dalam proses yang disebut

fotosintesis.

(e) Satu sendok garam larut dalam semangkuk sup.

1.9 Manakah dari sifat ini yang intensif dan manakah yang ekstensif?

(a) panjang, (b) volume, (c) temperatur, (d) massa.

1.10 Manakah dari sifat ini yang intensif dan manakah yang ekstensif?

(a) luas, (b) warna, (c) densitas.

1.11 Klasifikasikan masing-masing zat ini sebagai unsur atau senyawa:

(a) hidrogen, (b) air, (c) emas, (d) gula.

1.12 Klasifikasikan masing-masing zat ini sebagai unsur atau senyawa:

(a) natrium klorida (garam dapur), (b) helium, (c) alckhol, (d) platina.

Satuan

Pertanyaan Mengulang

1.13 Berikan satuan SI untuk ekspresi ini:

(a) panjang, (b) luas, (c) volume, (d) massa, (e) waktu, (f) gaya, (g) energi, (h)

temperatur.

K i m i a D a s a r 1 | 23

STOIKIOMETRI 23

1.14 Tuliskan bilangan untuk awalan ini:

(a) mega-, (b) kilo-, (c) desi-, (d) centi-, (e) mili-, (f) mikro-, (g) nano-, (h) piko-.

1.15 Definisikan kerapatan. Satuan apa yang secara normal digunakan oleh ahli kimia

untuk kerapatan? Kerapatan termasuk sifat insensif atau ekstensif?

1.16 Tuliskan persamaan untuk mengubah derajat Celsius ke derajat Fahrenheit dan

derajat fahrenheit ke derajat Celsius.

Soal

1.17 Sebuah bola timah memiliki massa 1,203 × 104 g, dan volumenya 1,053 × 103 cm3

. Hitung kerapatannya.

1.18 Air raksa adalah logam yang dalam temperatur kamar berupa cairan.

Kerapatannya 13,6 g/mL. Berapa gram air raksa yang akan menempati volume

95,8 mL?

1.19 (a) secara normal, tubuh manusia dapat bertahan pada temperatur 105°F hanya

untuk jangka waktu pendek tanpa bahaya permanen pada otak dan organ vital

lainnya. Berapa temperatur tersebut dalam derajat Celsius?

(b) Etilen glikol adalah cairan senyawa organik yang digunakan sebagai anti beku

dalam radiator mobil. Itu membeku pada 211,5°C. Hitung temperatur pembekuan

tersebut dalam derajat Fahrenheit.

(c) Temperatur pada permukaan matahari kira-kira 6300°C. Berapa temperatur

tersebut dalam derajat Fahrenheit?

(d) Temperatur dari kertas yang dibakar adalah 451°F. Berapa temperatur tersebut

dalam derajat Celsius?

1.20 (a) Ubah temperatur berikut ke Kelvin: (i) 113°C, titik leleh belerang, (ii) 37°C,

temperatur normal tubuh, (iii) 357°C, titik didih air raksa.

(b) Ubah temperatur berikut ke derajat Celsius: (i) 77 K, titik didih cairan

nitrogen, (ii) 4.2 K, titik didih cairan helium, (iii) 601 K, titik leleh timah.

Notasi Ilmiah

Soal

1.21 Ekspresikan bilangan ini dalam notasi ilmiah:

(a) 0,000000027, (b) 356, (c) 0,096.

1.22 Ekspresikan bilangan ini dalam notasi ilmiah:

(a) 0,749, (b) 802,6, (c) 0,000000621.

1.23 Ubah ini ke bukan notasi ilmiah: (a) 1,523 × 104, (b) 7,78 × 10-8.

1.24 Ubah ini ke bukan notasi ilmiah: (a) 3,256 × 10-5, (b) 6.03 × 106.

1.25 Ekspresikan jawaban ini dalam notasi ilmiah:

(a) 145,75 + (2,3 × 10-1)

(b) 79,500 : (2,5 × 102)

(c) (7,0 × 10-3) - (8,0 × 10-4)

(d) (1,0 × 104) × (9.9 × 106)

1.26 Ekspresikan jawaban ini dalam notasi ilmiah:

(a) 0,0095 + (8,5 × 10-3)

K i m i a D a s a r 1 | 24

(b) 653 : (5,75 × 10-8)

(c) 850,000 - (9,0 × 105)

(d) (3,6 × 10-4) × (3,6 × 106)

Angka Penting

Soal

1.27 Berapa jumlah angka penting dalam masing-masing pengukuran kuantitas

berikut? (a) 4867 mil, (b) 56 mL, (c) 60.104 ton, (d) 2900 g.

1.28 Berapa jumlah angka penting dalam masing-masing pengukuran kuantitas

berikut? (a) 40,2 g/cm3, (b) 0,0000003 cm, (c) 70 menit, (d) 4,6 ×1019 atom.

1.29 Langsungkan operasi ini, anggaplah adalah perhitungan dari hasil percobaan, dan

ekspresikan masing-masing jawaban dalam satuan yang benar dan dengan jumlah

angkaa penting yang benar:

(a) 5,6792 m + 0,6 m + 4,33 m

(b) 3,70 g - 2,9133 g

(c) 4,51 cm × 3,6666 cm

(d) (3 × 104 g + 6,827 g)/(0,043 cm3 - 0,021 cm3)

1.30 Langsungkan operasi ini, anggaplah adalah perhitungan dari hasil percobaan, dan

ekspresikan masing-masing jawaban dalam satuan yang benar dan dengan jumlah

angkaa penting yang benar:

(a) 7,310 km : 5,70 km

(b) (3,26 × 10-3 mg) - (7,88 × 10-5 mg)

(c) (4,02 × 106 dm) + (7,74 × 107 dm)

(d) (7,8 m - 0.34 m)/(1,15 s + 0,82 s)

Analisis Dimensi

Soal

1.31 Lakukan konversi: (a) 22,6 m ke dm, (b) 25,4 mg ke kg.

1.32 Lakukan konversi: (a) 242 lb ke mg, (b) 68,3 cm3 ke m3.

1.33 Harga emas pada hari tertentu di tahun 2009 adalah $932 per troy ounce. Berapa

harga 1,00 g emas hari itu? (1 troy ounce = 531,03 g.)

1.34 Tiga siswa (A, B, dan C) diminta untuk menentukan volume sampel metanol.

Masing-masing siswa mengukur volume tiga kali dengan gelas ukur. Hasil dalam

mililiter adalah: A (47,2; 48,2; 47,6); B (46,9; 47,1; 47,2); C (47,8; 47,8; 47,9).

volume metanol sebenarnya adalah 47,0 mL. Siswa mana yang paling akurat?

Siswa mana yang paling tepat?

1.35 Tiga siswa (X, Y, and Z) diberi tugas menentukan massa sampel besi. Masing-

masing siswa membuat tiga penentuan dengan menggunakan timbangan. Hasil

dalam gram adalah: X (61,5; 61,6; 61,4); Y (62,8; 62,2; 62,7); Z (61,9; 62,2;

62,1). Massa besi sebenarnya adalah 62,0 g. Siswa mana yang paling tidak tepat?

Siswa mana yang paling akurat?

1.36 Pejoging lambat berlari satu mil dalam 13 menit. Hitung kecepatannya dalam: (a)

inci/s, (b) m/menit, (c) km/jam. (1 mil = 51.609 m; 1 in = 2,54 cm.)

K i m i a D a s a r 1 | 25

STOIKIOMETRI 25

1.37 Lakukan konversi ini:

(a) 6,0 ft orang memiliki berat 168 lb. Ekspresikan tinggi orang ini dalam meter

dan beratnya dalam kilogram. (1 lb = 453,6 g; 1 m = 3,28 ft).

(b) Batas kecepatan saat ini di beberapa negara bagian di Amerika Serikat adalah

55 mil per jam. Berapa batas kecepatan dalam kilometer per jam?

(c) Kecepatan cahaya adalah 3,0 ×1010 cm/s. Berapa mil melakukan perjalanan

cahaya dalam 1 jam?

(d) Timbal adalah zat beracun. Timbal "normal" memimpin isi dalam darah

manusia sekitar 0,40 bagian per juta (yaitu, 0,40 g timbal per juta gram darah).

Sebuah nilai dari 0,80 bagian per juta (ppm) dianggap berbahaya. Berapa gram

timbal yang terkandung dalam 6,0 × 103 g darah (jumlah rata-rata pada orang

dewasa) jika kandungan timbalnya adalah 0,62 ppm?

1.38 Lakukan konversi ini:

(a) Tahun cahaya untuk mil (satu tahun cahaya adalah ukuran astronomi dari jarak

yang ditempuh oleh cahaya dalam satu tahun, atau 365 hari),

(b) 32,4 yd ke sentimeter,

(c) 3 × 1010 cm/s ke ft/s,

(d) 47,4F ke derajat Celsius,

(e) -273,15C (temperatur terendah) ke derajat Fahrenheit,

(f) 71,2 cm3 ke m3,

(g) 7,2 m3 ke liter.

1.39 Aluminium adalah logam yang ringan (kerapatan = 2,70 g/cm3) digunakan dalam

konstruksi pesawat terbang, jalur transmisi daya tinggi, dan foil. Berapa

kerapatannya dalam kg/m3?

1.40 Kerapatan gas amoniak di bawah kondisi tertentu adalah 0,625 g/L. Hitung

kerapatannya dalam g/cm3.

Soal Tambahan

1.41 Manakah dari deskripsi yang termasuk sifat fisika dan yang termasuk sifat kimia?

(a) Besi cenderung untuk berkarat.

(b) Hujan da daerah industri cenderung bersifat asam.

(c) Molekul Hemoglobin berwarna merah.

(d) Ketika segelas air dibiarkan di bawah terik matahai, air berangsur-angsur

menghilang.

(e) Karbondioksida di udara diubah ke molekul yang lebih kompleks oleh

tanaman selama fotosintesis.

1.42 Pada tahun 2004, kira-kira 87,0 miliyar pon asam sulfat diproduksi di Amerika

Serikat. Ubah kuantitas ini ke ton.

1.43 Seandainya skala temperatur baru diciptakan yang titk leleh etanol (-117.3°C) dan

titik didih etanol (78.3°C) diambil sebagai 0°S dan 100°S, berturut-turut, dimana

S adalah simbol untuk skala temperatur baru. Turunkan hubungan persamaan

pembacaan pada skala ini untuk pembacaan skala Celsius. Apa yang akan

termometer baca pada 25°C?

K i m i a D a s a r 1 | 26

1.44 Dalam penentuan kerapatan batang logam berbentuk persegi, seorang siswa

membuat pengukuran berikut: panjang 8,53 cm; lebar, 2,4 cm; tinggi, 1,0 cm;

massa, 52,7064 g. Hitung kerapatan logam untuk jumlah angka penting yang

benar.

1.45 Hitung massa dari masing-masing: (a) bola emas dengan jari-jari 10,0 cm [volume

bola dengan jari-jari r adalah V= (4/3 r3; kerapatan emas = 19,3 g/cm3), (b)

kubus platinum dengan panjang tepi 0,040 mm (kerapatan platina = 21,4 g/cm3),

(c) 50,0 mL etanol (kerapatan etanol = 0,798 g/mL).

1.46 Tabung gelas silinder sepanjang 12,7 cm dipenuhi dengan air raksa. Massa air

raksa yang dibutuhkan untuk memenuhi tabung ditemukan sebesar 105,5 g.

Hitung diameter dalam tabung. (kerapatan air raksa = 13,6 g/mL.)

1.47 Prosedur ini dilakukan untuk menentukan volume dari labu. Labu ditimbang

dalam keadaan kering kemudian diisi penuh dengan air. Jika massa labu kosong

dan labu penuh adalah 56,12 g dan 87,39 g, berturut-turut, dan kerapatan air

0,9976 g/cm3, hitung volume labu dalam sentimeter kubik (cm3).

1.48 Perak (Ag) seberat 194,3 g ditempatkan ke dalam gelas ukur yang berisi 242,0 mL

air. Volume air sekarang terbaca 260,5 mL. Dari data ini, hitung kerapatan perak.

1.49 Percobaan yang dideskripsikan pada masalah 1.48 bersifat kasar tetapi mudah

digunakan untuk menentukan kerapatan beberapa padatan. Deskripsikan

percobaan yang mirip untuk mengukur kerapatan es. Secara spesifik, apa saja

keperluan untuk cairan yang digunakan dalam percobaanmu?

1.50 Kecepatan bunyi di udara pada temperatur ruang kira-kira 343 m/s. Hitung

kecepatan dalam mil per jan (mph).

1.51 Termometer medisinal biasanya digunakan di rumah dapat membaca hingga

±0.1°F, sedangkan di kantor dokter mungkin keakuratannya hingga ±0.1°C. dalam

derajat Celsius, ekspresikan temperatur badan dari 38,9°C .

1.52 Sebuah termometer memberikan pembacaan 24,2°C ± 0,1°C. hitung temperatur

dalam derajat Fahrenheit. Apa itu ketidakpastian?

1.53 Vanili (digunakan untuk memberi cita rasa es krim vanila dan makanan lainnya)

adalah zat yang beraroma mendeteksi dalam jumlah terkecil. Ambang batas

adalah 2,0 × 10-11 g per liter udara. Jika harga saat ini dari 50 g vanili adalah $112,

tentukan harga untuk mensuplai cukup vanili sehingga bau dapat terdeteksi di

bangsal pesawat terbang dari volume 5,0 × 107 ft3.

1.54 Orang dewasa yang beristirahat membutuhkan kira-kira 240 mL oksigen

murni/menit dan bernafas kira-kira 12 kali per menit. Jika penghirupan udara

berisi 20 persen volume oksigen dan penghembusan udara 16 persen, berapa

volume udara tiap bernafas?

1.55 Volume air laut total adalah 1,5 × 1021 L. Asumsikan air laut mengandung 3,1

persen massa natrium klorida dan kerapatannya 1,03 g/mL. Hitung massa total

natrium klorida dalam kilogram dan dalam ton. (1 ton = 2000 lb; lb = 453,6 g.)

1.56 Magnesium (Mg) adalah logam berharga yang digunakan dalam aloi, baterai, dan

sintesis kimia. itu sebagian besar didapat dari air laut, yang mengandung kira-kira

1,3 g Mg untuk setiap kg air laut. Hitung volume air laut (dalam liter) yang

K i m i a D a s a r 1 | 27

STOIKIOMETRI 27

diperlukan untuk mengekstrak 8,0 × 104 ton Mg, yang produksi kasar tiap tahun di

Amerika Serikat. (Kerapatan air laut = 1,03 g/mL.)

1.57 Seorang siswa diberi krusibel dan diminta untuk membuktikan apakah itu terbuat

dari platina murni. Pertama, dia menimbang krusibel di udara kemudian

menimbangnya digantung dalam air (kerapatan = 0.9986 g/cm3). Pembacaannya

berturut-turut adalah 860,2 g dan 820,2 g. Kerapatan platina adalah 21,45 g/cm3,

seharusnya apa kesimpulannya berdasarkan pengukuran ini? (Petunjuk: sebuah

benda yang digandul dalam sebuah cairan mengapung dengan massa cairan

berkurang dari bendanya. Abaikan kekuatan mengapung udara)

1.58 Pada temperatur berapa pembacaan numerik pada termometer Celsius sama

dengan termometer Fahrenheit?

1.59 Luas permukaan dan kedalaman rata-rata Laut Pasifik berturut-turut adalah 1,8 ×

108 km2 and 3,9 × 103 m. Hitung volume air dalam laut dalam liter.

1.60 Persen kesalahan sering diekspresikan sebagai nilai absolut dari perbedaan antara

nilai sebenarnya dan nilai percobaan, dibagi nilai sebenarnya:

persen kesalahan =Nilai sebenarnya − Nilai pada percobaan

Nilai sebenarnya × 100%

dimana garis vertikal mengindikasikan nilai absolut. Hitung persen kesalahan

untuk pengukuran ini: (a) kerapatan alkohol (etanol)yang ditemukan sebesar 0,802

g/mL. (nilai sebenarnya: 0,798 g/mL.) (b) massa emas dalam anting yang

dianalisis 0,837 g (nilai sebenarnya: 0,864 g.).

1.61 Osmium (Os) adalah dikenal sebagai unsur paling padat (kerapatan = 22,57

g/cm3). Hitung massa dalam pon dan kilogram dari bola Os 15 cm dalam diameter

(kira-kira seukuran buah anggur). Lihat soal 1.45 untuk volume bola.

1.62 1,0 mL volume air laut mengandung kira-kira 4,0 × 10-12 emas. Volume total air

laut adalah 1,5×1021 L. Hitung jumlah total emas dalam gram yang terdapat dalam

air laut dan harganya dalam dolar, asumsikan bahwa harga emas adalah $930 per

ons. Dengan banyak emas di sana, mengapa belum ada seorangpun yang kaya

dengan menambang emas dari lautan?

1.63 Lapisan tipis kulit bumi, disebut kerak, mengandung hanya 0,50 persen dari massa

total bumi namun merupakan sumber hampir semua unsur (atmosfer menyediakan

unsur seperti oksigen, nitrogen, dan beberapa gas lainnya). Silikon (Si) adalah

unsur kedua yang kelimpahannya terbanyak di kerak bumi (27,2 persen massa).

Hitung massa silikon dalam kilogram di kerak bumi. (Massa bumi 5,9 × 1021 ton.

1 ton = 200 lb; 1 lb = 453,6 g.)

1.64 Diameter atom tembaga (Cu) kira-kira 1,3 × 10-10 m. Berapa kali kamu dapat

membagi sama rata sepotong 10 cm kawat tembaga hingga tereduksi menjadi dua

bagian atom tembaga? (asumsikan ada alat yang cocok untuk prosedur ini dan

bahwa atom tembaga berbaris dalam satu garis lurus. Saling bersentuhan satu

sama lain.) bulatkan jawabanmu ke bilangan bulat.

K i m i a D a s a r 1 | 28

1.65 Satu galon bensin yang terbakar dalam mobil memghasilkan rata-rata 9,5 kg

karbondioksida, yang merupakan gas rumah kaca, yaitu, menaikkan panas

atmosfer bumi. Hitung produksi tahunan dari karbondioksida dalam kiligram jika

ada 40 juta mobil di Amerika Serikat, dan masing-masing mobil meliputi jarak

500 mil pada rata-rata konsumsi 20 mil per galon.

1.66 Selembar aluminum (Al) foil memilki luas total 1,000 ft 2 dan massa 3,636 g.

Berapa ketebalan foil in millimeter? (kerapatan Al = 2,699 g/cm3.)

1.67 Klorin digunakan untuk disinfektan kolam renang. Konsentrasi yang diterima

untuk tujuan ini adalah 1 ppm klorin atau 1 g klorin per juta g air. Hitung volume

larutan klorin (dalam mL) yang seharusnya pemilik tambahkan untuk kolam

renangnya jika larutan mengandung 6,0 persen klorin per massa dan ada 2 × 104

galon air dalam kolam. (1 galon = 3,79 L; kerapatan cairan = 1,0 g/mL)

1.68 Floridasi adalah proses penambahan senyawa florin pada air minum untuk

membantu mengatasi karies gigi. Konsentrasi 1 ppm florin cukup untuk tujuan. (1

ppm berarti 1 g florin per 1 juta g air). Senyawa tersebut secara normal dipilih

untuk floridasi adalah natrium florida, yang juga ditambahkan ke beberapa pasta

gigi. Hitung kuantitas natrium florida dalam kilogram yang dibutuhkan per tahun

untuk kota dari 50.000 orang jika konsumsi air tiap hari per orang 150 galon.

Berapa persen natrium florida yang dibuang jika tiap oranghanya menggunakan

6,0 L air per hari untuk minum dan memasak? (natrium florida mengandung 45,0

persen florin per massa. 1 galon = 3,79 L; 1 tahun = 365 hari; kerapatan air = 1,0

g/mL).

1.69 Dalam konservasi air, ahli kimia menyebarkan film tipis dari material inert

tertentu di atas permukaan air untuk menurunkan kecepatan evaporasi air dalam

reservoir. Teknik ini dirintis oleh Benjamin Franklin tiga abad yang lalu. Franklin

menemukan bahwa 0,10 mL minyak dapat terpancar di atas permukaan air kira-

kira 40 m2 di area. Asumsikan bahwa minyak membentuk layer tunggal, yaitu,

sebuah lapisan yang hanya setebal satu molekul, perkirakan panjang masing-

masing minyak molekul dalam nanometer (1 nm = 1 × 10-9 m)

1.70 Feromon adalah senyawa yang disekresikan oleh spesies serangga betina untuk

menarik. Biasanya 1,0 × 10-8 g feromon cukup untuk mencapai semua target

jantan dalam radius 0,50 mil. Hitung kerapatan feromon (dalam g/L) dalam ruang

silinder udara yang memilki radius 0,50 mil dan tinggi 40 kaki.

K i m i a D a s a r 1 | 29

BAB 2.

ATOM, MOLEKUL, DAN ION

Deskripsi

Perkembangan Teori Atom: Penelitian tentang partikel penyusun materi telah dimulai

sejak zaman kuno. Teori modern tentang atom dikemukakan oleh John Dalton yang

menyatakan bahwa unsur tersusun atas partikel yang sangat kecil yang disebut atom.

Atom-atom yang menyusun suatu unsur adalah identik satu dengan yang lain. Unsur

yang berbeda berbeda pula jenis atom penyusunnya.

Struktur Atom : Sebuah atom terdiri dari tiga partikel dasar : proton, elektron, dan

neutron. Proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak ber-

muatan. Proton dan neutron yang terletak di daerah yang kecil pada pusat atom yang di-

sebut inti, dan elektron tersebar pada jarak tertentu di sekitar inti.

Identifikasi Atom : Nomor atom menunjukkan jumlah proton dalam inti. Atom dari

unsur berbeda memiliki nomor atom yang berbeda. Isotop adalah atom dari unsur seje-

nis yang memiliki jumlah neutron berbeda. Nomor massa merupakan jumlah dari

proton dan neutron dalam sebuah atom.

Tabel Periodik : Unsur dapat dikelompokkan berdasarkan sifat fikika dan kimianya

dalam sebuah bagan khusus yang disebut tabel periodik. Tabel periodik memungkinkan

kita untuk mengklasifikasikan unsur-unsur (seperti logam, metaloid, dan nonlogam) dan

saling mengaitkan sifat-sifatnya secara sistematis.

Dari Atom Hingga Ion dan Molekul : Atom-atom dari sebagian besar unsur saling

berinteraksi untuk membentuk senyawa. Senyawa dapat diklasifikasikan menjadi

molekul dan senyawa ionik, yang terbentuk dari ion positif (kation) dan ion negatif

(anion). Rumus kimia menunjukkan jenis dan jumlah atom dalam suatu molekul atau

senyawa.

Tatanama Senyawa : Penamaan dari berbagai macam senyawa anorganik diatur

berdasarkan seperangkat aturan sederhana.

Senyawa Organik : Jenis senyawa organik yang paling sederhana adalah hidrokarbon.

2.1 TEORI ATOM

Pada abad ke-5 SM, seorang filsuf Yunani bernama Democritus menyatakan

sebuah keyakinan bahwa semua materi terdiri dari partikel yang sangat kecil dan tidak

dapat dibagi lagi. Demokritus menyebutnya sebagai atomos (tidak dapat dipotong-

K i m i a D a s a r 1 | 30

potong atau tidak dapat dibagi lagi). Meskipun pernyataan Democritus tersebut tidak

diterima oleh banyak orang di zaman (terutama Plato dan Aristoteles), pendapat

tersebut tetap bertahan. Hasil eksperimen pada penyelidikan ilmiah awal menunjukkan

bukti yang mendukung pendapat tentang ‘atomisme’ dan secara bertahap

mengembangkan definisi yang semakin modern tentang unsur dan senyawa. Pada tahun

1808, seorang ilmuwan dan guru berkebangsaan Inggris, John Dalton, merumuskan

definisi yang tepat dari penyusun materi yang tidak dapat dibagi lagi yang kita sebut

atom.

Hasil kerja Dalton menandai dimulainya era modern kimia. Hipotesis Dalton

tentang sifat materi berdasarkan teori atom Dalton dapat diringkas sebagai berikut.

1. Unsur tersusun atas partikel yang sangat kecil, yang disebut atom.

2. Atom-atom penyusun suatu unsur merupakan atom identik dengan ukuran, massa,

dan sifat kimia yang sama. Atom-atom penyusun unsur tertentu berbeda dari atom-

atom penyusun unsur lainnya.

3. Senyawa terdiri dari atom-atom yang berasal lebih dari satu unsur. Dalam setiap

senyawa, perbandingan jumlah atom dari dua unsur pembentuk senyawa merupakan

bilangan bulat atau pecahan sederhana.

4. Reaksi kimia hanya melibatkan pemisahan, kombinasi, atau penataan ulang atom-

atom, tetapi tidak melibatkan pembentukan atau pemecahan atom.

Atom-atom unsur X Atom-atom unsur Y Senyawa dari unsur X dan Y

Gambar 2.1 Gambaran Skematik Hipotesis Dalton no. 2 dan 3. Menurut teori atom Dalton, atom-

atom dari unsur yang sama adalah identik, namun atom-atom suatu unsur berbeda dari unsur yang lain.

Senyawa terbentuk dari atom-atom unsur X dan Y. Pada contoh, perbandingan atom unsur X:Y = 2:1.

Konsep atom Dalton jauh lebih rinci dan spesifik dibandingkan Democritus.

Dalam hipotesis kedua dinyatakan bahwa atom dari suatu unsur berbeda dari atom

unsur-unsur yang lain. Dalton tidak menggambarkan lebih mendalam tentang struktur

atau komposisi atom, beliau tidak sampai berpikir seperti apa sebenarnya atom itu.

Tetapi dia menyadari bahwa perbedaan sifat yang ditunjukkan oleh unsur-unsur seperti

hydrogen dan oksigen dapat dijelas dapat dijelaskan dengan mengasumsikan bahwa

atom hidrogen yang tidak sama dengan atom oksigen.

Hipotesis ketiga menyatakan bahwa dalam pembentukan suatu senyawa, tidak

hanya dibutuhkan atom dari jenis unsur yang tepat dari elemen, namun jumlah atom-

atom tersebut juga harus spesifik. Pernyataan ini merupakan kelanjutan dari hukum

perbandingan tetap yang dicetuskan oleh Joseph Proust, seorang ahli kimia Perancis,

K i m i a D a s a r 1 | 31

pada tahun 1799. Hukum Perbandingan Tetap Proust menyatakan bahwa dari beberapa

sampel senyawa tertentu selalu mengandung unsur-unsur penyusunnya engan

perbandingan massa yang sama. Dengan demikian, jika kita menganalisis beberapa

sampel gas karbon dioksida dari sumber yang berbeda, maka kita akan menemukan

perbandingan massa yang konstan antara karbon dan oksigen. Hal ini cukup beralasan

karena jika perbandingan massa unsur-unsur yang berbeda dalam suatu senyawa adalah

tetap, maka perbandingan atom unsur-unsur ddalam senyawa juga harus tetap (konstan).

Hipotesis ketiga Dalton juga mendukung hukum lain yang penting yaitu Hukum

Perbandingan Berganda. Menurut hukum ini, dua unsur dapat membentuk dua senyawa

atau lebih , jika massa salah satu unsur dalam kedua senyawa adalah sama, maka

perbandingan massa unsur yang lain dalam kedua senyawa tersebut akan berbanding

sebagai bilangan bulat sederhana. Teori Dalton menjelaskan hukum perbandingan

berganda dengan cukup sederhana : senyawa dapat dibedakan menurut jumlah atom

yang saling berikatan. Sebagai contoh, karbon membentuk dua senyawa yang stabil

dengan oksigen, yaitu karbon monoksida dan karbon dioksida. Teknik pengukuran

modern menunjukkan bahwa satu atom karbon berikatan dengan satu atom oksigen

dalam karbon monoksida dan satu atom karbon akan berikatan dengan dua atom

oksigen untuk membentuk karbon dioksida. Dengan demikian, perbandingan oksigen

dalam karbon monoksida oksigen karbon dioksida adalah 1:2 dengan massa karbon

yang sama. Hasil ini sesuai dengan hukum perbandingan berganda karena massa unsur

dalam suatu senyawa sebanding dengan jumlah atom unsurnya.

Gambar 2.2 Ilustrasi Hukum Perbandingan Berganda. Perbandingan oksigen dalam karbon

monoksida dan karbon dioksida adalah 1:2

Hipotesis keempat Dalton merupakan cara lain untuk menyatakan Hukum

Kekekalan Massa, yaitu materi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Karena

materi tersusun atas atom-atom yang tidak dapat berubah selama terjadi reaksi kimia,

maka massa juga akal kekal. Pemikiran Dalton yang cemerlang tentang sifat-sifat

materi merupakan stimulus utama yang mendorong pesatnya perkembangan ilmu kimia

di abad kesembilan belas.

2.2 STRUKTUR ATOM

Menurut teori atom Dalton, atom didefinisikan sebagai unit dasar suatu unsur

yang dapat berkombinasi secara kimiawi. Dalton membayangkan atom sebagai sesuatu

yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi-bagi. Namun, serangkaian penyelidikan yang

dimulai pada tahun 1850-an dan berkembang hingga abad kedua puluh jelas

menunjukkan bahwa atom pada dasarnya memiliki struktur internal yang terdiri dari

partikel-partikel yang lebih kecil dan disebut partikel subatomik. Penelitian-penelitian

yang akan dijelaskan selanjutnya mengarah pada penemuan tiga partikel subatomik,

yaitu elektron, proton, dan neutron.

Elektron

K i m i a D a s a r 1 | 32

Pada tahun 1890-an, banyak ilmuwan tertarik untuk mempelajari radiasi, suatu

jenis emisi dan transmisi energi melalui ruang dalam bentuk gelombang. Informasi

yang diperoleh dari penelitian ini memberikan kontribusi yang besar terhadap pe-

ngetahuan tentang struktur atom. Salah satu perangkat penyelidikan yang digunakan

adalah tabung sinar katoda, yang merupakan awal mula dari tabung televisi (Gambar

2.3). Tabung sinar katoda berupa sebuah tabung kaca yang sebagian besar udara

didalamnya telah dikosongkan. Ketika dua pelat logam terhubung dengan sumber listrik

tegangan tinggi, pelat bermuatan negatif, yang disebut katoda, akan memancarkan sinar

tak terlihat. Sinar katoda akan tertarik ke pelat bermuatan positif, yang disebut anoda.

Sinar tersebut akan melewati lubang hingga mencapai ujung tabung. Ketika sinar

mengenai permukaan yang dilapisi oleh lapisan khusus, sinar akan menghasilkan

fluoresensi atau cahaya terang yang kuat.

Gambar 2.3 Tabung sinar katoda dengan medan listrik yang tegak lurus terhadap arah sinar katoda dan

sebuah medan magnet eksternal. Simbol N dan S menunjukkan kutub utara dan selatan magnet. Sinar

katoda akan mengenai ujung tabung (A) akibat pengaruh medan magnet, di C akibat pengaruh medan

listrik, dan di B ketika tidak ada pengaruh medan magent atau listrik dari luar atau jika efek medan

magnet dan listrik tidak saling mempengaruhi satu sama lain.

Pada beberapa percobaan, dua pelat bermuatan listrik dan sebuah magnet

ditambahkan pada bagian luar dari tabung sinar katoda (lihat Gambar 2.3). Jika medan

magnet menyala dan medan listrik dimatikan, sinar katoda akan mengenai titik A.

Sedangkan jika hanya medan listrik saja yang aktif, sinar akan menumbuk titik C.

Ketika medan magnet dan medan listrik dimatikan atau keduanya memiliki kekuatan

yang seimbang, maka keduanya akan saling meniadakan pengaruh satu sama lain dan

sinar akan mengenai titik B. Menurut teori elektromagnetik, suatu benda bermuatan

yang bergerak akan berperilaku seperti magnet dan dapat berinteraksi dengan medan

listrik dan medan magnet yang dilaluinya. Karena sinar katoda tertarik oleh pelat ber-

muatan positif dan tertolak oleh pelat bermuatan negatif, maka sinar katoda pasti terdiri

atas partikel-partikel bermuatan negatif. Seperti yang diketahui, partikel-partikel

bermuatan negatif disebut sebagai elektron. Gambar 2.4 menunjukkan efek sebuah

magnet batang terhadap sinar katoda.

K i m i a D a s a r 1 | 33

Gambar 2.4 (a) Sinar katoda yang dihasilkan dalam tabung tak bermuatan akan mengalir dari katoda

(kiri) menuju anoda (kanan). Pada dasarnya sinar tersebut tidak tampak, namun adanya fluoresensi dari

lapisan seng sulfida pada permukaan kaca menyebabkan sinar berwarna hijau. (b) Sinar katoda akan

mengarah ke bawah jika magnet didekatkan. (c) Jika kutub magnet dibalik maka sinar akan

membengkok ke arah yang berlawanan.

Seorang fisikawan Inggris, JJ Thomson, menggunakan tabung sinar katoda dan

ilmunya tentang teori elektromagnetik untuk menentukan perbandingan antara muatan

listrik dengan massa elektron tunggal yang menunjukkan angka -1.76 x 108 C/g, dimana

C adalah Coulomb, satuan muatan listrik. Selanjutnya, serangkaian percobaan dilakukan

oleh R.A. Millikan, seorang fisikawan Amerika, antara tahun 1908‒1917. R.A Milikan

menemukan muatan elektron sebesar -1,6022 x 1019 C. Dari data tersebut, ia

memperhitungkan massa elektron sebagai berikut :

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛 = 𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛

𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛⁄

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛 = −1,6022 × 10−19𝐶

−1,76 × 108 𝐶 𝑔⁄

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛 = 9,10 × 10−28𝑔

Nilai tersebut menunjukkan massa electron yang sangat kecil.

Radioaktivitas

Pada tahun 1895, fisikawan Jerman, Wilhelm Röntgen, menyadari bahwa sinar

katoda menyebabkan kaca dan logam memancarkan sinar yang sangat tidak biasa.

Radiasi ini berenergi tinggi sehingga dapat menembus materi, menutup pelat fotografi

dengan lapisan gelap, dan menyebabkan berbagai jenis zat berpendar. Karena sinar

tersebut tidak dapat dibelokkan oleh magnet, maka sinar tersebut tidak mengandung

partikel bermuatan seperti sinar katoda. Röntgen menyebutnya sinar X.

Tidak lama setelah penemuan Röntgen, Antoine Becquerel, seorang profesor

fisika di Paris, mulai mempelajari sifat berpendarnya materi. Secara kebetulan, ia

menemukan bahwa jika suatu pelat fotografi dengan lapisan tebal dibiarkan terkena

senyawa uranium tertentu akan menyebabkan pelat menjadi gelap, bahkan tanpa adanya

pengaruh sinar katoda. Seperti sinar X, sinar dari senyawa uranium tersebut berenergi

dan tidak dapat dibelokkan oleh magnet. Namun, sinar tersebut berbeda dengan sinar X

karena dihasilkan secara spontan. Salah satu siswa Becquerel, Marie Curie,

(a) (b) (c)

K i m i a D a s a r 1 | 34

memberikan nama radioaktivitas untuk menggambarkan emisi secara spontan oleh

partikel dan/atau radiasi. Akibatnya, setiap unsur yang memancarkan radiasi secara

spontan disebut unsur radioaktif.

Gambar 2.5 Tiga jenis sinar hasil emisi unsur radioaktif. Sinar β terdiri dari partikel bermuatan negativ

(elektron) sehingga tertarik oleh pelat bermuatan positif. Hal yang sama juga berlaku untuk sinar α yang

bermuatan positif sehingga ia tertarik ke pelat bermuatan negativ. Karena sinar ɤ tidak bermuatan maka ia

tidak terpengaruh oleh medan listrik eksternal.

Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa pada proses penembakan atau

pemecahan zat radioaktif seperti uranium akan menghasilkan tiga jenis sinar. Dua

diantaranya dapat dibelokkan oleh pelat logam yang bermuatan berlawanan (Gambar

2.5). Sinar alpha (α) terdiri dari partikel-partikel bermuatan positif, yang disebut

partikel α, oleh karena itu dibelokkan oleh pelat bermuatan positif. Sinar beta (β) atau

partikel β, adalah elektron dan dibelokkan oleh pelat bermuatan negatif. Jenis sinar

ketiga adalah radiasi radioaktif, terdiri dari sinar berenergi tinggi yang disebut sinar

gamma (ɤ). Seperti sinar X, sinar ɤ tidak bermuatan dan tidak terpengaruh oleh medan

listrik atau medan magnet eksternal.

Proton dan Inti Atom

Pada awal 1900-an, dua spesifikasi tentang atom menjadi jelas : (1) atom

mengandung elektron dan (2) atom tidak bermuatan (netral). Untuk menjaga

kenetralannya, atom harus memiliki jumlah muatan positif dan negatif yang sama.

Berdasarkan hal tersebut, Thomson berpendapat bahwa atom dapat dianggap sebagai

bola bermuatan positif dengan electron tersebar di permukaan bola tersebut (Gambar

2.6). Model atom Thomson yang disebut pula model "roti kismis" merupakan teori

atom yang diterima hingga beberapa tahun.

Pada tahun 1910, seorang fisikawan Selandia Baru, Ernest Rutherford, yang

sebelumnya belajar bersama Thomson di Universitas Cambridge, memutuskan untuk

menggunakan suatu partikel untuk meneliti lebih lanjut tentang struktur atom. Bersama

dengan rekannya, Hans Geiger dan seorang sarjana bernama Ernest Marsden,

K i m i a D a s a r 1 | 35

Rutherford melakukan serangkaian percobaan menggunakan lempeng emas dan logam

lain yang sangat tipis sebagai target partikel α yang berasal dari sumber zat radioaktif

(Gambar 2.7). Mereka mengamati bahwa sebagian besar partikel menembus lempengan

(diteruskan) dan hanya sedikit yang dibelokkan. Mereka juga menyadari bahwa partikel

α dibelokkan pada sudut yang besar. Padahal seharusnya partikel α justru dipantulkan

dari arah ia datang. Temuan ini benar-benar mengejutkan, karena dalam model

Thomson muatan positif tersebar di dalam atom sehingga partikel sinar α yang

ditembakkan diharapkan dapat melewati atom dengan sedikit pembauran. Ketika

Rutherford menceritakan penemuannya ini, ia mengatakan "Ini sama luar biasanya

dengan jika Anda menembak lempeng setebal 15inci pada selembar kertas tisu dan

lempeng tersebut terlempar kembali dan memukul Anda."

Gambar 2.7 (a) Desain percobaan Rutherford tentang hamburan partikel α oleh lempengan emas.

Sebagian besar partikel α dapat melewati lempeng emas dengan sedikit atau tanpa terhambur.

Sedangkan sebagian kecil dipantulkan dengan sudut yang sangat besar. (b) Gambaran dari partikel α

yang diteruskan dan diapntulkan oleh inti atom.

Berdasarkan hasil percobaan tentang hamburan sinar partikel α, Rutherford

menyusun model baru tentang struktur atom, dimana sebagian besar atom berupa ruang

kosong. Struktur ini akan memungkinkan sebagian besar partikel α melewati lempeng

emas dengan sedikit partikel α yang dibelokkan. Rutherford juga berpendapat bahwa

muatan positif atom terpusat pada inti atom. Hal inilah yang menyebabkan partikel α

yang mendekati nukleus akan terkena gaya tolak yang besar dengan sudut hamburan

yang besar pula. Selain itu, partikel α yang bergerak menuju inti akan mengalami

tolakan yang besar sehingga partikel akan bergerak ke arah yang berlawanan.

Partikel bermuatan positif dalam inti atom disebut proton. Dalam percobaan

terpisah ditemukan bahwa muatan tiap proton sama dengan elektron dan massa proton

adalah 1,67262 x 10-24g, atau sekitar 1840 kali lebih berat dibandingkan massa elektron.

Pada tahap penyelidikan, para ilmuwan menerima pendapat Rutherford tentang

atom. Massa inti atom merupakan sebagian besar dari massa atom secara keseluruhan,

namun inti hanya menempati sekitar 1/1013 dari volume atom. Dalam Satuan

International (SI), atom (dan molekul) dinyatakan dalam satuan pikometer (pm),

dimana 1pm = 1 x 10-12m.

K i m i a D a s a r 1 | 36

Gambar 2.6 Model atom Thomson biasanya dimisalkan seperti model roti kismis,

makanan penutup tradisional Inggris. Elektron berada pada bola yang bermuatan

positif.

Jari-jari atom berukuran sekitar 100pm, sedangkan jari-jari inti atom hanya

sekitar 5 X 10-3pm. Anda dapat mengumpamakan ukuran relatif atom dan intinya

dengan membayangkan bahwa jika atom sebuah stadion olahraga, maka volume intinya

akan sebanding dengan sebuah kelereng kecil. Meskipun proton terletak hanya terbatas

pada inti atom, elektron dipahami sebagai partikel yang tersebar dengan jarak tertentu

dari inti.

Jika ukuran atom dianggap sebagai stadion olahraga, maka inti atom hanya berukuran

sebesar kelereng

Neutron

Model atom Rutherford meninggalkan satu masalah besar yang belum

terpecahkan. Seperti yang telah diketahui, hidrogen, atom paling sederhana, hanya

memiliki satu proton dan atom helium memiliki dua proton. Oleh karena itu,

perbandingan massa atom helium dengan atom hidrogen seharusnya adalah 2:1.

(Karena massa elektron jauh lebih ringan dari proton, maka kontribusi electron terhadap

massa atom dapat diabaikan.) Namun dalam kenyataannya, perbandingan massanya

adalah 4:1.

Rutherford dan peneliti-peneliti lain mengatakan bahwa seharusnya ada partikel

subatomik lain dalam inti atom. Hal ini dibuktikan oleh seorang fisikawan Inggris

bernama James Chadwick pada tahun 1932. Ketika Chadwick dibombardir lembaran

(a) (b) (a)

K i m i a D a s a r 1 | 37

tipis berilium dengan partikel α, radiasi berenergi sangat tinggi yang mirip dengan sinar

ɤ dipancarkan oleh logam. Percobaan selanjutnya menunjukkan bahwa sinar tersebut

sebenarnya terdiri dari partikel-partikel tidak bermuatan (netral) dengan massa yang

sedikit lebih besar daripada proton. Chadwick menyebut partikel ini sebagai neutron.

Berdasarkan hasil penemuan ini, masalah perbandingan massa telah terpecahkan.

Dalam inti helium terdapat dua proton dan dua neutron, tetapi dalam inti hidrogen

hanya ada satu proton tanpa neutron, oleh karena itu perbandingan massanya adalah

4:1.

Ada beberapa partikel subatomik lain, tapi elektron, proton, dan neutron adalah

tiga komponen dasar atom yang penting dalam ilmu kimia. Tabel 2.1 menunjukkan

massa dan muatan ketiga partikel dasar tersebut.

Table 2.1 Massa dan Muatan Partikel Subatomik

Partikel Subatomik Massa (g)

Muatan

Coulomb Satuan

Muatan

Elektron * 9,10938 x 10-28 ‒ 1,6022 x 10-19 ‒ 1

Proton 1,67262 x 10-24 + 1,6022 x 10-19 + 1

Neutron 1,67493 x 10-24 0 0

* Penelitian yang lebih teliti memberikan nilai yang lebih akurat terhadap massa elektron

dibandingkan Millikan.

2.3 Nomor Atom, Nomor Massa, dan Isotop

Semua atom dapat diidentifikasi berdasarkan jumlah proton dan neutron yang

dikandungnya. Jumlah proton dalam inti setiap atom suatu unsur disebut nomor atom

(Z). Dalam atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron, sehingga nomor

atom juga dapat menunjukkan jumlah elektron dalam atom. Identitas kimia atom dapat

ditentukan hanya berdasarkan nomor atom. Sebagai contoh, nitrogen memiliki nomor

atom 7, berarti setiap atom nitrogen netral memiliki 7 proton dan elektron 7. Dengan

kata lain, setiap atom yang memiliki 7 proton dalam intinya pasti atom nitrogen.

Nomor massa (A) adalah jumlah total antara neutron dan proton yang terdapat

dalam inti atom suatu unsur. Selain bentuk paling umum dari atom hidrogen yang

hanya memiliki satu proton dan tidak memiliki neutron, semua inti atom mengandung

proton dan neutron. Secara umum, nomor massa dinyatakan sebagai :

𝒏𝒐𝒎𝒐𝒓 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 = 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒑𝒓𝒐𝒕𝒐𝒏 + 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒏𝒆𝒖𝒕𝒓𝒐𝒏

𝒏𝒐𝒎𝒐𝒓 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 = 𝒏𝒐𝒎𝒐𝒓 𝒂𝒕𝒐𝒎+ 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒏𝒆𝒖𝒕𝒓𝒐𝒏

Jumlah neutron dalam sebuah atom merupakan selisih antara nomor massa dan

nomor atom, A ‒ Z. Sebagai contoh, jika nomor massa suatu jenis atom boron adalah 12

dan nomor atomnya adalah 5 (menunjukkan jumlah proton dalam inti), maka jumlah

neutronnya adalah 12 ‒ 5 = 7. Perhatikan bahwa ketiga kuantitas (nomor atom, jumlah

K i m i a D a s a r 1 | 38

neutron, dan nomor massa) harus merupakan bilangan bulat positif.

Dalam kebanyakan kasus, tidak semua atom dari unsur tertentu memiliki massa

yang sama. Atom yang memiliki nomor atom sama tetapi nomor massa yang berbeda

disebut isotop. Misalnya, hydrogen memiliki tiga isotop. Isotop yang pertama dikenal

sebagai hidrogen, memiliki satu proton namun tidak memiliki neutron. Isotop kedua

adalah deuterium yang memiliki satu proton dan satu neutron, dan yang ketiga adalah

tritium yang memiliki satu proton dan dua neutron. Berikut adalah cara untuk

menuliskan nomor atom dan nomor massa dari suatu atom unsur X :

Dengan demikian, untuk isotop hydrogen dapat ditulis :

Contoh lainnya, perhatikan dua isotop uranium dengan nomor massa 235 dan

238 berikut.

Isotop pertama digunakan dalam reaktor nuklir dan bom atom, sedangkan isotop kedua

kurang memiliki sifat yang diperlukan untuk diaplikasikan seperti isotop pertama.

Dengan pengecualian atom hidrogen, isotop dari unsur-unsur dapat diidentifikasi dari

nomor massanya. Dengan demikian, kedua isotop tersebut disebut uranium-235

(diucapkan "uranium dua tigapuluh lima") dan uranium-238 (diucapkan "uranium dua

tiga puluh delapan").

Sifat-sifat kimia suatu unsur terutama lebih ditentukan oleh proton dan elektron

yang terkandung dalam atom tersebut, neutron tidak berperan dalam perubahan kimia

pada kondisi normal. Oleh karena itu, isotop dari unsur yang sama memiliki sifat kimia

yang mirip, membentuk jenis senyawa yang sama dan memiliki reaktivitas yang serupa.

Contoh 2.1

Hitunglah jumlah proton, neutron, dan electron dari masing-masing spesies berikut.

a. 𝐴𝑢79195

b. 𝐴𝑢79197

c. 𝐹18

nomor massa

nomor atom 𝑋𝑍𝐴

𝐻11

hidrogen

𝐻12

deuterium

𝐻13

tritium

𝑈92235 𝑈92

238

K i m i a D a s a r 1 | 39

d. Karbon-13

Penyelesaian

a. Nomor atom Au (emas adalah 79, jadi terdapat 79 proton. Nomor massanya 195,

jadi jumlah neutronnya adalah 195 ‒ 79 = 116. Jumlah elektron sama dengan proton,

yaitu 79.

b. Jumlah proton sama dengan no.(a) yaitu 79. Nomor massanya adalah 197, jadi

jumlah neutronnya adalah 197 ‒ 79 = 118. Jumlah elektronnya juga sama seperti

no.(a), 79. Spesies pada no.(a) dan (b) merupakan isotop emas dengan sifat kimia

yang mirip.

c. Nomor atom F (fluorin) adalah 9, jadi ada 9 proton. Nomor massanya adalah 18,

jadi jumlah neutronnya adalah 18 ‒ 9 = 9. Jumlah elektron sama dengan jumlah

proton, yaitu 9.

d. Karbon-13 dapat dinyatakan sebagai 13C. nomor atom karbon adalah 6, jadi ada 13‒

6=7 neutron. Jumlah elektronnya adalah 6.

REVIEW OF CONCEPTS

(a) Berapakah nomor atom dari unsur yang memiliki 12 neutron dengan nomor massa

24?

(b) Berapakah nomor massa atom silikon dengan 16 neutron di dalam intinya?

(c) Berapa jumlah proton, neutron, dan electron pada isotop tembaga 63Cu?

2.4 Tabel Periodik

Lebih dari setengah unsur yang dikenal saat ini ditemukan antara tahun 1800 dan

1900. Selama periode ini, para ahli kimia mencatat ada beberapa unsur yang memiliki

banyak kemiripan satu sama lain. Pengenalan tentang keteraturan sifat fisika dan kimia

materi secara periodik dan kebutuhan untuk mengatur sejumlah besar informasi yang

tersedia tentang struktur dan sifat-sifat unsur penyusun materi mendorong

berkembangnya tabel periodik ‒ sebuah tabel dimana unsur-unsur dengan sifat fisika

dan kimia yang mirip dikelompokkan bersama-sama. Gambar 2.9 menunjukkan tabel

periodik modern, dimana unsur-unsur disusun berdasarkan nomor atom (ditulis pada

bagian atas lambing unsur) dalam baris horizontal yang disebut periode dan dalam

kolom vertikal yang disebut golongan, sesuai dengan kemiripan sifat kimianya.

Perhatikan bahwa baru-baru ini unsur 112, 114, 116, dan 118 telah disintesis, meskipun

mereka belum diberi nama.

K i m i a D a s a r 1 | 40

Gambar 2.9 Tabel periodik modern. Unsur-unsur disusun sesuai dengan nomor atom yang tertulis di atas

lambang unsur. Kecuali hidrogen (H), semua unsur nonlogam terletak pada tabel sebelah kanan. Dua

baris logam pada bagian utama tabel dipisahkan dengan tujuan agar tabel tidak terlalu lebar. Sebenarnya,

cerium (Ce) harus mengikuti lantanum (La), dan thorium (Th) terletak tepat setelah aktinium (Ac).

Penulisan golongan dari 1-18 telah direkomendasikan oleh International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC), tetapi belum digunakan secara luas. Dalam teks ini digunakan notasi standar

Amerika Serikat untuk nomor golongan (1A ‒ 8A dan 1B ‒ 8B). Unsur-112 hingga unsur-116 dan unsur-

118 belum diberi nama, sedangkan unsur-117 belum disintesis.

Unsur-unsur dapat dibagi dalam tiga kategori ‒ logam, nonlogam, dan semilogam

(metaloid). Logam merupakan konduktor panas dan listrik yang baik, sedangkan unsur

nonlogam biasanya merupakan konduktor panas dan listrik yang buruk. Unsur-unsur

metaloid memiliki sifat antara unsur logam dan nonlogam. Gambar 2.9 menunjukkan

bahwa sebagian besar unsur yang telah diketahui berupa logam, hanya tujuh belas unsur

nonlogam, dan delapan unsur metaloid. Dari kiri ke kanan dalam tiap periode, sifat fisik

dan kimia unsur berubah secara bertahap dari logam hingga non logam. Tabel periodik

merupakan alat yang praktis untuk menunjukkan hubungan sifat dari unsur-unsur secara

sistematik dan membantu memprediksi tentang perilaku kimia unsur tertentu.

Dalam tabel periodik, unsur-unsur sering dinyatakan secara kolektif dalam

golongannya (misalnya golongan 1A, 2A, dan sebagainya). Namun, beberapa golongan

unsur memiliki nama khusus. Misalnya unsur-unsur golongan 1A (Li, Na, K, Rb, Cs,

dan Fr) disebut golongan logam alkali, dan unsur-unsur golongan 2A (Be, Mg, Ca, Sr,

Ba, dan Ra) disebut logam alkali tanah. Unsur-unsur dalam golongan 7A (F, Cl, Br, I,

dan At) dikenal sebagai halogen, dan unsur-unsur golongan 8A (He, Ne, Ar, Kr, Xe,

dan Rn) disebut gas mulia. Nama-nama golongan yang lain akan diperkenalkan

kemudian.

K i m i a D a s a r 1 | 41

REVIEW OF CONCEPTS

Dalam tabel periodik, apakah sifat-sifat kimia mengalami perubahan yang signifikan

dalam satu periode (dari kiri ke kanan) atau dalam satu golongan (dari atas ke bawah) ?

2.5 Molekul dan Ion

Dari semua unsur dalam tabel periodik, hanya enam unsur gas mulia (golongan

8A) yang ada di alam sebagai atom tunggal, yaitu He, Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn. Oleh

karena itu mereka disebut gas monoatomik (atom tunggal). Sebagian besar materi

tersusun atas molekul atau ion-ion yang terbentuk dari atom-atom.

Molekul

Molekul merupakan gabungan antara dua atom atau lebih dengan susunan

tertentu melalui ikatan kimia. Molekul dapat tersusun atas atom-atom dari unsur yang

sama atau atom-atom dari dua atau lebih unsur yang bergabung dengan perbandingan

tetap sesuai dengan Hukum Perbandingan Berganda yang sudah dibahas pada bagian

2.1. Dengan demikian, sebuah molekul belum tentu merupakan suatu senyawa, yang

menurut definisinya terdiri dua unsur atau lebih. Gas hidrogen misalnya, merupakan

unsur murni, tetapi terdiri dari molekul yang tersusun atas masing-masing dua atom H.

Disisi lain, air merupakan contoh senyawa molekuler yang mengandung atom hidrogen

dan oksigen dengan perbandingan dua atom H dan satu atom O. Seperti halnya atom,

molekul tidak memiliki muatan listrik (bersifat netral).

Molekul hidrogen dilambangkan sebagai H2 dan disebut molekul diatomik

karena hanya berisi dua atom. Unsur-unsur lain yang keberadaannya di alam sebagai

molekul diatomik adalah nitrogen (N2) dan oksigen (O2), serta unsur-unsur dalam

golongan VIIA ‒ fluorin (F2), klorin (Cl2), bromin (Br2), dan iodin (I2). Selain itu,

sebuah molekul diatomik juga dapat mengandung atom-atom dari unsur yang berbeda.

Contohnya hidrogen klorida (HCl) dan karbon monoksida (CO).

Namun pada kenyataannya, sebagian besar molekul mengandung lebih dari dua

atom. Molekul-moleku tersebut dapat tersusun atas atom-atom dari unsur yang sama,

misalnya seperti ozon (O3), yang terdiri dari tiga atom oksigen, atau atom-atom

penyusunnya merupakan kombinasi dari dua atau lebih unsur yang berbeda. Molekul

yang mengandung lebih dari dua atom disebut molekul poliatomik, seperti ozon, air

(H2O) dan amonia (NH3).

Ion

Ion adalah atom atau sekelompok atom yang memiliki muatan total positif atau

negatif. Jumlah proton bermuatan positif dalam inti atom tetap sama selama terjadi

perubahan kimia (disebut juga reaksi kimia), tetapi elektron bermuatan yang bermuatan

negatif mungkin dilepas atau diterima oleh atom atau kelompok atom tersebut.

Hilangnya satu atau lebih elektron dari atom netral akan menghasilkan kation, yaitu

ion dengan muatan positif. Misalnya, sebuah atom natrium (Na) dapat dengan mudah

kehilangan satu elektronnya dan membentuk kation natrium dan dilambangkan dengan

Na+

K i m i a D a s a r 1 | 42

Di sisi lain, anion adalah ion yang bermuatan negatif akibat adanya penambahan jumlah

elektron. Sebuah atom klorin (Cl) misalnya, akan menangkap elektron untuk

membentuk ion klorida, Cl‒

Natrium klorida (NaCl) atau garam meja disebut senyawa ionik karena terbentuk dari

kation dan anion.

Gambar 2.10 Ion monoatomik yang umum ditemukan diatur sesuai dengan

posisinya dalam tabel periodik. Perhatikan bahwa ion Hg22+ terdiri dari dua atom.

Sebuah atom dapat melepas atau menangkap lebih dari satu elektron. Beberapa contoh

ion yang terbentuk akibat melepas atau menangkap lebih dari satu elektron adalah

Mg2+, Fe3+, S2‒, dan N3‒. Ion Na+ dan Cl‒ disebut ion monoatomik karena hanya

mengandung satu atom. Gambar 2.10 menunjukkan sejumlah ion monoatomik beserta

muatannya. Dengan beberapa pengecualian, logam cenderung membentuk kation

sedangkan nonlogam cenderung membentuk anion.

Selain itu, dua atau lebih atom dapat bergabung untuk membentuk suatu ion

yang memiliki muatan total positif atau negatif. Ion poliatomik seperti OH‒ (ion

hidroksida), CN‒ (ion sianida), dan NH4+ (ion amonium) adalah ion yang mengandung

lebih dari satu atom.

2.6 Rumus Kimia

Ahli kimia menggunakan rumus kimia untuk mengekspresikan komposisi

atom Na

11 proton 11 proton

ion Na+

10 elektron 11 elektron

atom Cl

17 proton 17 proton

ion Cl‒

18 elektron 17 elektron

K i m i a D a s a r 1 | 43

molekul dan senyawa ionik dalam istilah simbol kimia. Komposisi yang dimaksud tidak

hanya kehadiran unsur tetapi juga rasio atom yang dikombinasikan. Sebagian besar di

sini mengacu pada dua tipe rumus: rumus molekul dan rumus empiris.

Rumus Molekul

Rumus molekul menunjukkan jumlah yang pasti dari atom dari masing-masing

unsure dalam unit terkecil suatu zat. Dalam diskusi kita tentang molekul, masing-

masing contoh diberikan dengan rumus formulanya dalam tanda kurung. Dengan

demikian, H2 adalah rumus molekul untuk hidrogen, O2 untuk oksigen, O3 untuk ozon,

dan H2O untuk air. Angka yang berada di bawah menunjukkan jumlah atom dari unsur

yang hadir. Tidak ada indeks untuk O dalam H2O karena hanya ada satu atom oksigen

dalam satu molekul air, sehingga angka "satu" dihilangkan dari rumus. Perhatikan

bahwa oksigen (O2) dan ozon (O3) merupakan alotrop oksigen. Alotrop adalah salah

satu dari dua atau lebih bentuk yang berbeda dari suatu unsur. Dua bentuk alotrop dari

unsur karbon adalah berlian dan grafit yang secara dramatis berbeda tidak hanya

sifatnya tetapi juga dalam biaya relatifnya.

Model Molekul

Molekul terlalu kecil bagi kita untuk mengamatinya secara langsung. Sebuah

cara yang efektif untuk memvisualisasikan mereka adalah dengan menggunakan model

molekul. Dua jenis model molekul standar yang digunakan: model bola pasak dan

model ruang termampatkan (Gambar 2.11). Dalam model bola pasak, atom-atom

berupa bola kayu atau plastik dengan lubang di dalamnya. Batang atau pegas digunakan

untuk mewakili ikatan kimia. Sudut antara atom-atom membentuk perkiraan sudut

ikatan dalam molekul yang sebenarnya. Dengan pengecualian dari atom H, semua bola

memiliki ukuran yang sama dan setiap jenis atom diwakili oleh warna tertentu.

Dalam model ruang termampatkan, atom diwakili oleh potongan bola dieratkan

bersama dengan pengancing pasak, sehingga ikatan tidak terlihat. Bola proporsional

dengan ukuran atom. Langkah pertama untuk membangun sebuah model molekul

adalah menulis rumus struktur, yang menunjukkan bagaimana atom terikat satu sama

lain dalam suatu molekul. Misalnya, diketahui bahwa masing-masing dari dua atom H

yang terikat pada atom O dalam molekul air. Sehingga, rumus struktur air adalah H-O-

H. Sebuah garis yang menghubungkan dua simbol atom merupakan ikatan kimia.

K i m i a D a s a r 1 | 44

Gambar 2.11 Rumus molekul dan rumus struktur serta model molekul empat molekul yang umum

Model bola pasak menunjukkan susunan tiga dimensi dari atom dengan jelas,

dan mereka cukup mudah untuk dibangun. Namun, bola tidak proporsional dengan

ukuran atom. Selanjutnya, batang sangat membesar-besarkan ruang antara atom-atom

dalam molekul. Model ruang termampatkan lebih akurat karena mereka menunjukkan

variasi dalam ukuran atom. Kelemahannya adalah bahwa mereka memakan waktu

untuk menempatkan bersama-sama dan tidak menunjukkan tiga-dimensi posisi atom

denganb sangat baik. Kita akan menggunakan kedua model secara ekstensif dalam teks

ini.

Rumus Empiris

Rumus molekul hidrogen peroksida, zat yang digunakan sebagai antiseptik dan

sebagai agen pemutih untuk tekstil dan rambut, adalah H2O2. Rumus ini menunjukkan

bahwa setiap molekul hidrogen peroksida terdiri dari dua atom hidrogen dan dua atom

oksigen. Rasio atom hidrogen dan oksigen dalam molekul ini adalah 2:2 atau 1:1.

Rumus empiris hidrogen peroksida adalah HO. Jadi, rumus empiris memberitahu kita

unsur mana yang hadir dan jumlah keseluruhan rasio paling sederhana dari atom

mereka, tetapi belum tentu jumlah sebenarnya dari atom dalam molekul yang diberikan.

Sebagai contoh lain, perhatikan senyawa hidrazin (N2H4), yang digunakan sebagai

bahan bakar roket. Rumus empiris hidrazin adalah NH2. Meskipun rasio nitrogen untuk

hidrogen adalah 1:2 dalam kedua rumus molekul (N2H4) dan rumus empiris (NH2),

hanya rumus molekul yang menyatakan berapa sebenarnya atom N (dua) dan atom H

(empat) hadir dalam molekul hidrazin.

Rumus empiris adalah rumus kimia paling sederhana, mereka ditulis dengan

pengurangan subskrip dalam rumus molekul ke nomor terkecil yang mungkin dari

jumlah keseluruhan. Rumus molekul adalah rumus sebenarnya dari molekul. Jika kita

tahu rumus molekul, kita juga tahu rumus empirisnya, tetapi sebaliknya tidak benar.

K i m i a D a s a r 1 | 45

Mengapa, kemudian, ahli kimia repot-repot dengan rumus empiris? Seperti yang akan

kita lihat dalam Bab 3, ketika ahli kimia menganalisis senyawa yang tidak diketahui,

langkah pertama biasanya adalah penentuan rumus empiris senyawa. Dengan informasi

tambahan, adalah mungkin untuk menyimpulkan rumus molekul.

Bagi banyak molekul, rumus molekul dan rumus empiris adalah satu dan sama.

Beberapa contoh adalah air (H2O), amonia (NH3), karbon dioksida (CO2), dan metana

(CH4).

Contoh 2.2

Penyelesaian Mengacu pada label (lihat juga kembali kertas terakhir). Ada empat atom

H, satu atom C, dan satu atom O. Oleh karena itu, rumus molekulnya adalah CH4O.

Namun, cara standar penulisan rumus molekul untuk metanol adalah CH3OH karena

menunjukkan bagaimana atom bergabung dalam molekul.

Latihan Tuliskan rumus molekul dari kloroform, yang digunakan sebagai pelarut dan

agen pembersih. Model pasak kloroform ditunjukkan dalam margin pada p. 43.

Contoh 2.3

digunakan dalam obor las, (b) glukosa (C6H12O6), substansi yang dikenal sebagai gula

darah, dan (c) nitrogen oksida (N2O), gas yang digunakan sebagai gas anestesi ("gas

tertawa") dan sebagai propelan aerosol untuk krim kocok.

Strategi ingat kembali untuk menulis rumus empiris, subskrip dalam rumus molekul

harus dikonversi ke nomor terkecil dari seluruh kemungkinan.

Penyelesaian

(a) Ada dua atom karbon dan dua atom hidrogen dalam asetilena. Membagi subskrip

dengan 2, kita memperoleh rumus empiris CH.

(b) Dalam glukosa terdapat 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen.

Membagi subskrip dengan 6, kita memperoleh rumus empiris CH2O. Perhatikan

bahwa jika kita telah membagi subskrip dengan 3, kita akan memperoleh rumus

C2H4O2. Meskipun rasio atom karbon terhadap hidrogen terhadap oksigen dalam

C2H4O2 adalah sama seperti yang dalam C6H12O6 (1:2:1), C2H4O2 bukanlah rumus

sederhana karena subskripnya yang tidak berada dalam rasio terkecil dari

keseluruhan jumlah.

(c) Karena subskrip di N2O sudah nomor terkecil dari seluruh kemungkinan, rumus

empiris untuk nitrogen oksida adalah sama dengan rumus molekulnya.

Latihan Tuliskan rumus empiris untuk kafein (C8H10N4O2), stimulan yang ditemukan

dalam teh dan kopi.

Rumus Senyawa Ionik

Rumus senyawa ionik biasanya sama dengan rumus empiris karena senyawa ion tidak

K i m i a D a s a r 1 | 46

terdiri dari unit molekul diskrit. Misalnya, sampel padatan natrium klorida (NaCl)

terdiri dari jumlah yang sama ion Na1 dan Cl2 yang diatur dalam jaringan tiga dimensi

(Gambar 2.12). Dalam senyawa, ada rasio 1:1 dari kation ke anion sehingga senyawa

tersebut bermuatan netral. Seperti yang dapat Anda lihat pada Gambar 2.12, tidak ada

ion Na1 di NaCl dikaitkan dengan hanya satu Cl2 ion tertentu. Bahkan, masing-masing

ion Na1 adalah sama-sama diikat oleh enam ion Cl2 di sekitarnya dan sebaliknya.

Dengan demikian, NaCl adalah rumus empiris untuk natrium klorida. Dalam senyawa

ionik lain, struktur yang sebenarnya mungkin berbeda, namun susunan kation dan

anionnya sama sehingga senyawa semua elektrik netral. Perhatikan bahwa muatan pada

kation dan anion tidak ditampilkan dalam formula dari senyawa ionik.

Gambar 2.12 (a) Struktur NaCl padat (b) Sebenarnya, kation saling berinteraksi dengan anion. Pada

kedua gambar tersebut, gambar (a) dan (b), bulatan yang berukuran lebih kecil mewakili ion Na+

sedangkan yang berukuran lebih besar menunjukkan ion Cl‒ (c) Kristal NaCl

Agar senyawa ionik menjadi netral, jumlah muatan pada kation dan anion di masing-

masing rumus harus nol. Jika muatan kation dan anion secara numerik berbeda, kami

menerapkan aturan berikut untuk membuat formula elektrik netral: Subskrip dari kation

secara numerik sama dengan muatan pada anion, dan subscript dari anion secara

numerik sama dengan muatan pada kation. Jika muatan secara numerik adalah sama,

maka tidak ada subskrip yang diperlukan. Aturan ini sesuai dengan fakta bahwa karena

rumus senyawa ionik kebanyakan adalah rumus empiris, subskrip selalu harus

dikurangi dengan rasio terkecil. Mari kita perhatikan beberapa contoh.

Kalium Bromida. Kation kalium K1 dan anion bromin Br2 bergabung untuk

membentuk senyawa ion kalium bromida. Jumlah muatan adalah 11 1 (21) 5 0,

sehingga tidak ada subskrip yang diperlukan. Rumusnya adalah KBr.

Seng Iodida. Kation seng Zn2+ dan anion Iodida I1- bergabung untuk membentuk

seng iodida. Jumlah muatan satu ion Zn2+ dan satu ion I1- adalah +2 + (-1) = +1.

Untuk membuat muatan bertambahn hingga nol kita kalikan muatan -1 dari anion

dengan 2 dan menambahkan "2" subskrip ke simbol iodin. Oleh karena itu, rumus

untuk seng iodida adalah ZnI2.

Aluminum Oksida. Kationnya adalah Al3+ dan anion oksigen adalah O2-. Diagram

berikut membantu kita menentukan subskrip untuk senyawa yang dibentuk kation

dan anion:

K i m i a D a s a r 1 | 47

Jumlah muatannya adalah 2 (+3) + 3 (-2) = 0. Jadi, rumus untuk aluminium oksida

adalah Al2O3.

2.7 Penamaan Senyawa

Selain menggunakan rumus untuk menunjukkan komposisi molekul dan

senyawa, ahli kimia telah mengembangkan sistem untuk penamaan zat berdasarkan

komposisinya. Pertama, kita membaginya ke dalam tiga kategori: senyawa ionik,

senyawa molekuler, dan asam dan basa. Kemudian kita menerapkan aturan tertentu

untuk memperoleh nama ilmiah untuk suatu zat tertentu.

Senyawa Ionik

Pada Subbab 2.5 kita belajar bahwa senyawa ionik terdiri dari kation (ion positif) dan

anion (ion negatif). Dengan pengecualian penting dari ion amonium, NH4+, semua

kation yang menarik berasal dari atom logam. Nama kation logam diambil dari nama

unsur-unsur. Misalnya,

Unsur Nama Kation

Na natrium Na1 ion natrium (atau kation natrium)

K kalium K1 ion kalium (atau kation kalium)

Mg magnesium Mg21 ion magnesium (atau kation magnesium)

Al aluminium Al31 ion aluminium (atau kation aluminium)

Kebanyakan senyawa ionik merupakan senyawa biner, atau senyawa yang

hanya terbentuk dari dua unsur. Untuk senyawa biner ionik, unsur yang pertama kali

disebut adalah kation logam, diikuti oleh anion non logam. Dengan demikian, NaCl

adalah natrium klorida. Anion diberi nama dengan mengambil bagian pertama dari

nama unsur (klorin), dan menambahkan "-ida." Kalium bromida(KBr), seng iodida

(ZnI2), dan aluminium oksida (Al2O3) juga senyawa biner. Tabel 2.2 menunjukkan

tatanama"-ida" dari beberapa anion monoatomik umum menurut posisi mereka dalam

tabel periodik.

Tabel 2.2 Tata nama "-ida" Beberapa Anion monoatomik yang umum

Menurut Posisinya dalam Tabel Periodik

Golongan 4A Golongan 5A Golongan 6A Golongan 7A

C Karbida (C4–)* N Nitrida (N3–) O Oksida (O2–) F Fluorida (F–)

Si Silisida (Si4–) P Fosfida (P3–) S Sulfida (S2–) Cl Klorida (Cl–)

Se Selenida (Se2–) Br Bromida (Br–)

Te Telluride (Te22) I Iodide (I2)

K i m i a D a s a r 1 | 48

*Kata "karbida" juga digunakan untuk anion

Tabel 2.3 Nama dan Rumus dari Beberapa Kation dan

Anion Anorganik Umum

Merkuri (I) ada sebagai pasangan seperti yang ditunjukkan

Akhiran"-ida" juga digunakan untuk kelompok tertentu yang mengandung anion

unsur-unsur yang berbeda, seperti hidroksida (OH–) dan sianida (CN–). Dengan

demikian, senyawa LiOH dan KCN diberi nama litium hidroksida dan kalium sianida.

Senyawa ini dan beberapa zat ionik lain disebut senyawa terner, berarti senyawa yang

terdiri dari tiga unsur. Tabel 2.3 berisi daftar nama-nama dari sejumlah kation dan anion

umum berdasarkan abjad.

Logam tertentu, khususnya logam transisi, dapat membentuk lebih dari satu

jenis kation. Contohnya adalah besi. Besi dapat membentuk dua kation: Fe2+ dan Fe3+.

Prosedur yang diterima untuk menunjukkan kation yang berbeda dari unsur yang sama

adalah dengan menggunakan angka Romawi. Angka romawi I digunakan untuk satu

muatan positif, II untuk dua muatan positif, dan sebagainya. Ini disebut sistem Stock.

Dalam sistem ini, ion Fe3+ dan Fe2+ disebut besi (II) dan besi (III), dan senyawa FeCl2

(mengandung ion Fe2+) dan FeCl3 (mengandung ion Fe3+) disebut besi-dua klorida dan

besi-tiga klorida. Sebagai contoh lain, atom mangan (Mn) dapat mengasumsikan

beberapa muatan positif yang berbeda:

Mn2+: MnO mangan(II) oksida

Mn3+: Mn2O3 mangan(III) oksida

Kation Anion

aluminium (Al3+) bromida (Br–)

amonium (NH4+) karbonat (CO32– )

barium (Ba2+) klorat (ClO2 3–)

kadmium (Cd2+) klorida (Cl–)

kalsium (Ca2+) kromat (CrO4 2– )

cesium (Cs+) sianida (CN–)

kromium(III) (Cr3+) dikromat (Cr2O72– )

tembaga(II) atau kobalto (Co2+) dihidrogen fosfat (H2PO2– )

tembaga(I) atau kupro (Cu+) fluorida (F–)

tembaga(II) atau kupri (Cu2+) hidrida (H–)

hidrogen (H+) hidrogen karbonat atau bikarbonat (HCO2 – )

besi(II) or ferro (Fe2+) hidrogen fosfat (HPO42– )

besi(III) or ferri (Fe3+) hidrogen sulfat or bisulfat (HSO2–)

timbal(II) atau plumbo (Pb2+) hidroksida (OH–)

litium (Li+) iodida (I–)

magnesium (Mg2+) nitrat (NO2 –)

mangan(II) or mangano (Mn2+) nitrida (N3–)

raksa(I) atau merkuro (Hg22+)* nitrit (NO2 –)

raksa(II) atau merkuri (Hg2+) oxide (O2–)

kalium (K+) permanganat (MnO2–)

rubidium (Rb+) peroksida (O2 2– )

perak (Ag+) fosfat (PO43– )

natrium (Na+) sulfat (SO4 2– )

stronsium (Sr2+) sulfida (S2–)

timah(II) atau stano (Sn2+) sulfit (SO32–)

seng (Zn2+) tiosianat(SCN–)

K i m i a D a s a r 1 | 49

Mn4+ : MnO2 mangan(IV) oksida

Nama-nama senyawa tersebut "mangan-dua oksida," "mangan-tiga oksida," dan

"mangan-empat oksida."

Senyawa Molekuler

Tidak seperti senyawa ionik, senyawa molekuler mengandung unit molekul diskrit.

Senyawa ini biasanya terdiri dari unsur-unsur non logam. Kebanyakan senyawa

molekuler adalah senyawa biner. Penamaan senyawa molekuler biner mirip dengan

penamaan senyawa ionik biner. Nama unsur pertama disebutkan terlebih dahulu, diikuti

nama unsur kedua dengan menambahkan akhiran "-ida". Beberapa contohnya adalah

HCl Hidrogen klorida SiC Silikon karbida

HBr Hidrogen bromida

Sangat umum bagi sepasang unsur untuk membentuk senyawa yang berbeda.

Dalam kasus ini, kebingungan dalam penamaan senyawa dihindari dengan

menggunakan prefiks Yunani untuk menunjukkan jumlah atom dari setiap unsur yang

ada (Tabel 2.4). Pikirkan contoh berikut:

CO Karbon

monoksida

SO3 Belerang trioksida

CO2 Karbon dioksida NO2 Nitrogen dioksida

SO2 Belerang

dioksida

N2O4 Dinitrogen tetroksida

Pedoman ini sangat membantu ketika kalian menamai senyawa dengan prefiks:

• Awalan "mono-" dapat dihilangkan untuk unsur pertama. Misalnya, PCl3 bernama

fosfor triklorida, bukan monofosfor triklorida. Dengan demikian, tidak adanya awalan

untuk unsur pertama biasanya berarti bahwa hanya satu atom unsur yang ada dalam

molekul.

• Untuk oksida, akhiran "a" di awalan kadang-kadang diabaikan. Misalnya, N2O4 dapat

disebut dinitrogen tetroksida daripada dinitrogen tetraoksida.

Pengecualian penggunaan prefiks Yunani adalah terhadap senyawa molekuler yang

mengandung hidrogen. Secara tradisional, kebanyakan senyawa ini disebut dengan

nama umumnya secara tidak sistematis atau dengan nama-nama yang tidak

menunjukkan jumlah atom H yang ada yang secara spesifik:

B2H6 Diborana PH3 Fosfina

CH4 Metana H2O Air

SiH4 Silana H2S Hidrogen sulfida

NH3 Amonia

Perhatikan bahwa bahkan urutan penulisan unsur-unsur dalam rumus tidak teratur.

Contoh-contoh ini menunjukkan bahwa H ditulis pertama di air dan hidrogen sulfida,

sedangkan H ditulis terakhir dalam senyawa lainnya.

K i m i a D a s a r 1 | 50

Rumus untuk senyawa molekuler biasanya ditulis langsung. Dengan demikian, nama

arsenik trifluorida berarti bahwa ada satu atom As dan tiga atom F dalam masing-

masing molekul dan rumus molekulnya AsF3. Perhatikan bahwa urutan unsur dalam

rumus adalah sama seperti yang ada di namanya.

Tabel 2.4 Prefiks Yunani yang Digunakan dalam Penamaan

Senyawa Molekuler

Prefiks Arti

mono- 1

di- 2

tri- 3

tetra- 4

penta- 5

heksa- 6

hepta- 7

okta- 8

nona- 9

deka- 10

Gambar 2.13 merangkum langkah-langkah untuk penamaan senyawa ionik dan

molekuler.

Asam dan Basa

Penamaan Asam

Asam dapat digambarkan sebagai zat yang menghasilkan ion hidrogen (H+) bila

dilarutkan ke dalam air. (H+) adalah setara dengan satu proton, dan sering disebut

sebagai proton. Rumus untuk asam mengandung satu atom hidrogen atau lebih serta

gugus anionik. Anion yang namanya diakhiri dengan “-ida" telah dihubungkan dengan

asam berawalan" hidro-"dan berakhiran "-at", seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.5.

Dalam beberapa kasus, dua nama yang berbeda diberikan untuk rumus kimia yang

sama. Misalnya, HCl dikenal baik sebagai hidrogen klorida dan asam klorida. Nama

yang digunakan untuk senyawa ini tergantung pada kondisi fisiknya. Dalam keadaan

cair gas atau murni, HCl adalah senyawa molekul yang disebut hidrogen klorida. Ketika

dilarutkan dalam air, molekul pecah menjadi ion H+ dan Cl–, dalam kondisi ini,

substansi ini disebut asam klorida.

Tabel 2.5 Beberapa Asam Sederhana

Anion Asam yang Sesuai

F– (fluorida) HF (asam hidrofluorida)

Cl– (klorida) HCl (asam hidroklorida)

Br– (bromida) HBr (asam hidrobromida)

I– (iodida) HI (asam hidroiodida)

CN– (sianida) HCN (asam hidrosianida)

S2– (sulfida) H2S (asam hidrosulfida)

Asam okso adalah asam yang mengandung hidrogen, oksigen, dan unsur lain

(unsur pusat). Rumus dari asam okso biasanya ditulis dengan H pertama, diikuti oleh

K i m i a D a s a r 1 | 51

unsur pusat dan kemudian O. Kami menggunakan lima asam umum berikut sebagai

referensi kami dalam penamaan asam okso:

H2CO3 asam karbonat H3PO4 asam fosfat

HClO3 asam klorat H2SO4 asam sulfat

HNO3 asam nitrat

Seringkali dua atau lebih asam okso memiliki atom pusat yang sama tetapi memiliki

nomor yang berbeda pada atom O. Dimulai dengan asam okso referensi kami, yang

namanya semua berakhir dengan "-at," kita menggunakan aturan berikut untuk nama

senyawa ini.

1. Penambahan satu atom O pada asam "-at": asam ini disebut asam "per. . . -at ".

Dengan demikian, penambahan satu atom O pada HClO3 mengubah asam klorat

menjadi asam perklorat, HClO4.

2. Penghapusan satu atom O dari asam "-at": asam ini disebut asam "-it". Dengan

demikian, asam nitrat, HNO3, menjadi asam nitrit, HNO2.

3. Penghapusan dua atom O dari asam "-at": asam ini disebut asam "hipo. . . -it ". Jadi,

ketika HBrO3 diubah menjadi HBrO, asam ini disebut asam hipobromit.

Aturan untuk penamaan anion dari asam okso, disebut oksoanion:

1. Ketika semua ion H dikeluarkan dari asam "-at", nama anion ini berakhir dengan "-

at". Sebagai contoh, anion CO32– yang berasal dari H2CO3 disebut karbonat.

2. Ketika semua ion H dikeluarkan dari asam "-it", nama anion itu berakhiran dengan

"-it." Dengan demikian, anion ClO22– yang berasal dari HClO2 disebut klorit.

3. Nama-nama anion di mana satu atau lebih (tetapi tidak semua) ion hidrogen telah

dihapus harus mengindikasikan jumlah ion H yang ada. Sebagai contoh, perhatikan

anion yang berasal dari asam fosfat:

H3PO4 Asam fosfat HPO42– Hidrogen fosfat

H2PO4– Dihidrogen fosfat PO4

3– Fosfat

Perhatikan bahwa kita biasanya menghilangkan awalan "mono-" ketika hanya ada satu

H di anion. Tabel 2.6 memberikan nama-nama asam okso dan oksoanion yang

mengandung klorin, dan Gambar 2.14 merangkum tatanama untuk asam okso dan

oksoanion.

Table 2.6 Nama asam Okso dan Oksoanion yang Mengandung Klorin

Asam Anion

HClO4 (asam perklorat) ClO4

– (perklorat)

HClO3 (asam klorat) ClO3

– (klorat)

HClO2 (asam klorit) ClO2

– (klorit)

HClO (asam hipoklorit) ClO– (hipoklorit)

K i m i a D a s a r 1 | 52

Gambar 2.14

Penamaan Asam Okso dan Oksoanion

Penamaan Basa

Basa dapat digambarkan sebagai zat yang menghasilkan ion hidroksida (OH–) ketika

dilarutkan dalam air. Beberapa contoh adalah

NaOH Natrium hidroksida Ba(OH)2 Barium hidroksida

KOH Kalium hidroksida

Amonia (NH3), merupakan suatu senyawa molekuler dalam fase gas atau cair

murni, juga diklasifikasikan sebagai basa umum. Sepintas hal ini mungkin tampaknya

menjadi pengecualian untuk definisi basa. Perhatikan bahwa basa dapat melepaskan ion

hidroksida dalam air, tetapi amonia tidak mengandung ion hidroksida dalam strukturnya

untuk menjadikannya sebagai basa. Akan tetapi, pada kenyataannya, ketika amonia

larut dalam air, NH3 bereaksi sebagian dengan air untuk menghasilkan ion NH4+ dan

OH–. Dengan demikian, amonia dapat diklasifikasikan sebagai basa.

Hidrat

Hidrat merupakan senyawa yang memiliki jumlah molekul air spesifik yang menempel

pada senyawanya. Misalnya, dalam keadaan normal, setiap unit tembaga(II) sulfat

memiliki lima molekul air yang terikat dengannya. Nama sistematis untuk senyawa ini

adalah tembaga(II) sulfat pentahidrat, dan rumusnya ditulis sebagai CuSO4.5H2O.

Molekul-molekul air dapat dihilangkan dengan pemanasan. Ketika ini terjadi, senyawa

yang dihasilkan adalah CuSO4, yang kadang-kadang disebut tembaga sulfat(II)

anhidrat, "anhidrat" berarti bahwa senyawa tersebut tidak lagi memiliki molekul air

yang terikat. Beberapa hidrat lain

BaCl2.2H2O barium klorida dihidrat

LiCl.H2O lithium klorida monohidrat

Asam Okso Oksoanion

Penghilangan

Semua ion H+

asam per--at

asam per--at

asam “-it”

asam hipo--it

per--at

-at

-it

hipo--it

+[O]

–[O]

–[O]

K i m i a D a s a r 1 | 53

MgSO4.7H2O magnesium sulfat heptahidrat

Review dan Soal-soal

Struktur Atom

Review

2.1 Tentukan istilah-istilah: (a) α partikel, (b) β partikel, (c) γ ray, (d) X ray.

2.2 Sebutkan jenis-jenis radiasi yang dikenal yang diemisikan oleh unsur-unsur

radioaktif.

2.3 Bandingkan sifat-sifat: α partikel, sinar katoda, proton, neutron, dan elektron. Apa

yang dimaksud dengan "partikel dasar"?

2.4 Jelaskan kontribusi dari para ilmuwan ini untuk pengetahuan kita tentang struktur

atom: JJ Thomson, RA Millikan, Ernest Rutherford, James Chadwick.

2.5 Sebuah sampel unsur radioaktif kehilangan massa secara bertahap. Jelaskan apa

yang terjadi pada sampel.

2.6 Jelaskan secara eksperimental bahwa inti menempati sebagian kecil dari volume

atom.

Soal-soal

2.7 Diameter sebuah atom helium netral adalah sekitar 1× 102 pm. Misalkan kita bisa

berbaris di sisi atom helium secara berdampingan dengan kontak dengan satu sama

lain. Kira-kira berapa banyak atom yang dibutuhkan untuk membuat jarak dari

ujung ke ujung 1 cm?

2.8 Secara kasar, jari-jari atom adalah 10.000 kali lebih besar dari intinya. Jika atom

diperbesar sehingga jari-jari intinya menjadi 10 cm, berapa jari-jari atom dalam

mil? (1 mil 5 1.609 m.)

K i m i a D a s a r 1 | 54

Nomor atom, Nomor Massa, dan Isotop

Review

2.9 Tentukan istilah-istilah: (a) nomor atom, (b) nomor massa. Mengapa

pengetahuan tentang nomor atom memungkinkan kita untuk menyimpulkan jumlah

elektron yang ada dalam atom?

2.10 Mengapa semua atom suatu unsur memiliki nomor atom yang sama, meskipun

mereka mungkin memiliki nomor massa yang berbeda? Disebut apakah atom

dari unsur yang sama dengan nomor massa yang berbeda? Jelaskan arti dari

setiap istilah dalam simbol AZX.

Soal-soal

2.11 Berapa nomor massa atom besi yang memiliki 28 neutron?

2.12 Hitung jumlah neutron dari 239Pu.

2.13 Untuk masing-masing spesies, tentukan jumlah proton dan jumlah neutron

dalam inti:

𝐻𝑒23 , 𝐻𝑒2

4 , 𝑀𝑔1224 , 𝑀𝑔12

25 , 𝑇𝑖2248 , 𝐵𝑟35

79 , 𝑃𝑡78195

2.14 Tunjukkam jumlah proton, neutron, dan elektron pada masing-masing spesies:

𝑁715 , 𝑆16

33 , 𝐶𝑢2963 , 𝑆𝑟38

84 , 𝐵𝑎56130 , 𝑊74

186 , 𝐻𝑔80202

2.15 Tulislah simbol yang tepat untuk masing-masing isotop: (a) Z=11, A=23;

(b) Z= 28, A= 64.

2.16 Tulislah simbol yang tepat untuk masing-masing isotop: (a) Z= 74, A= 186,

(b) Z= 80, A= 201.

Tabel Periodik

Review

2.17 Apakah yang dimaksud dengan tabel periodik, dan apa yang maknanya dalam

kajian kimia? Apakah yang dimaksud golongan dan periode dalam tabel periodik?

2.18 Berikan dua perbedaan antara logam dan bukan logam.

2.19 Tuliskan nama dan simbol untuk empat unsur dalam masing-masing kategori:

(a) nonlogam, (b) logam, (c) metaloid.

2.20 Tanpa melihat tabel periodik, beri nama masing-masing golongan yang berhuruf

dalam tabel berikut. Berikan dua contoh dari masing-masing golongan.

A B C D

Soal-soal

K i m i a D a s a r 1 | 55

2.21 Unsur yang namanya diakhiri dengan "-ium" biasanya logam, natrium adalah

salah satu contoh. Identifikasi unsur nonlogam yang namanya juga berakhir dengan

"ium-."

2.22 Jelaskan perubahan sifat (dari logam ke nonlogam atau dari nonlogam ke

logam) dalam (a) golongan pada tabel periodik dan (b) periode pada tabel

periodik.

2.23 Lihat buku pegangan terkait data kimia dan fisik (tanya dosen Anda di mana

Anda dapat menemukan salinan buku pegangan) untuk menemukan (a) dua

logam yang kurang padat dari air, (b) dua logam yang lebih padat dari raksa, (c)

unsur logam terpadat yang dikenal, (d) unsur nonlogam terpadat yang dikenal.

2.24 Kelompokkan unsur-unsur secara berpasangan yang menurut Anda

menunjukkan sifat kimia yang mirip: K, F, P, Na, Cl, dan N.

Molekul dan Ion

Review

2.25 Apa perbedaan antara atom dan molekul?

2.26 Apakah alotrop itu? Berikan contoh. Bagaimana alotrop berbeda dari isotop?

2.27 Jelaskan dua model molekul yang umum digunakan.

2.28 Berikan contoh dari masing-masing: (a) kation mononatomik, (b) anion

monoatomik, (c) kation poliatomic, (d) anion poliatomik.

Soal-soal

2.29 Manakah dari diagram berikut menunjukkan molekul diatomik, molekul

poliatomik, molekul yang bukan merupakan senyawa, molekul yang merupakan

senyawa, atau bentuk unsur suatu zat?

(a) (b) (c)

2.31 Identifikasi zat berikut sebagai unsur atau senyawa: NH3, N2, S8, NO, CO, CO2,

H2, SO2.

2.32 Berikan dua contoh dari masing-masing berikut ini: (a) molekul diatomik yang

mengandung atom dari unsur yang sama, (b) molekul diatomik yang

mengandung atom dari unsur yang berbeda, (c) molekul poliatomik yang mengandung

atom dari unsur yang sama, (d ) molekul poliatomik yang mengandung atom-atom

unsur yang berbeda.

2.33 Berikan jumlah proton dan elektron pada setiap ion berikut: Na+, Ca2+, Al3+,

Fe2+, I–, F–, S2–, O2–, N3–.

K i m i a D a s a r 1 | 56

2.34 Berikan jumlah proton dan elektron di setiap ion umum berikut: K+, Mg2+, Fe3+,

Br–, Mn2+, C4–, Cu2+.

Rumus Kimia Ulasan Pertanyaan

2.35 Apakah menunjukkan rumus kimia? Apa rasio atom dalam rumus molekul

berikut? (a) NO, (b) NCl3, (c) N2O4, (d) P4O6

2.36 Tentukan rumus molekul dan rumus empiris. Apa persamaan dan perbedaan

antara rumus empiris dan rumus molekul senyawa?

2.37 Berikan contoh kasus di mana dua molekul memiliki rumus molekul yang

berbeda tetapi rumus empiris yang sama.

2.38 Apakah arti P4? Bagaimana P4 berbeda dari 4P?

2.39 Apa yang dimaksud senyawa ionik? Bagaimana kenetralan listrik dapat terjadi

dalam senyawa ionik?

2.40 Jelaskan mengapa rumus kimia senyawa ionik biasanya sama dengan rumus

empirisnya.

Soal-soal

2.41 Apa rumus empiris dari senyawa berikut? (a) C2N2, (b) C6H6, (c) C9H20, (d)

P4O10, (e) B2H6

2.42 Apa rumus empiris dari senyawa berikut? (a) Al2Br6, (b) Na2S2O4, (c) N2O5, (d)

K2Cr2O7

2.43 Tuliskan rumus molekul dari glisin, asam amino yang ada dalam protein. Kode

warna: hitam (karbon), biru (nitrogen), merah (oksigen), dan abu-abu

(hidrogen).

2.45 Manakah dari senyawa berikut kemungkinan akan ionik? Mana yang mungkin

menjadi molekul? SiCl4, LiF, BaCl2, B2H6, KCl, C2H4

2.46 Manakah dari senyawa berikut kemungkinan akan ionik? Mana yang mungkin

menjadi molekul? CH4, NaBr, BaF2, CCl4, ICl, CsCl, NF3

Penamaan Senyawa

Soal-soal

K i m i a D a s a r 1 | 57

2.47 Nama senyawa ini: (a) Na2CrO4, (b) K2HPO4, (c) HBr (gas), (d) HBr (dalam

air), (e) Li2CO3, (f) K2Cr2O7, (g) NH4NO2, (h) PF3, (i) PF5, (j) P4O6, (k) CdI2,

(l) SrSO4, (m) Al(OH)3, (n) Na2CO3.10H2O.

2.48 Nama senyawa ini: (a) KClO, (b) Ag2CO3, (c) FeCl2, (d) KMnO4, (e) CsClO3,

(f) HIO, (g) FeO, (h) Fe2O3, (i) TiCl4, (j) NaH, (k) Li3N, (l) Na2O, (m) Na2O2, (n)

FeCl3.6H2O.

2.49 Tuliskan rumus untuk senyawa ini: (a) rubidium nitrit, (b) kalium sulfida, (c)

asam perbromat, (d) magnesium fosfat, (e) kalsium hidrogen fosfat, (f) boron

triklorida, (g) iodium heptafluorida, (h) amonium sulfat, (i) perak perklorat, (j)

besi(III) kromat, (k) kalsium sulfat dihidrat.

2.50 Tuliskan rumus untuk senyawa ini: (a) tembaga(I) sianida, (b) stronsium klorit,

(c) asam perklorat, (d) asam hidroiodida, (e) dinatrium amonium fosfat,

(f) timbal(II) karbonat, (g) timah(II) fluorida, (h) tetrafosforus dekasulfida,

(i) raksa(II) oksida, (j) raksa(I) iodida, (k) kobalt II) klorida heksahidrat.

Soal-soal Tambahan

2.51 Salah satu isotop unsur logam memiliki nomor massa 65 dan memiliki 35

neutron di dalam inti. Kation berasal dari isotop memiliki 28 elektron. Tuliskan

simbol untuk kation ini.

2.52 Manakah dari salah satu pasangan dua spesies yang saling menyerupai sama

lain yang memiliki sifat kimia paling dekat? (a) 𝐻11 dan 𝐻1

1 +, (b) 𝑁714 dan 𝑁7

14 3–,

(c) 𝐶612 dan 𝐶6

13 .

2.53 Tabel ini menunjukkankan jumlah elektron, proton, dan neutron dalam atom

atau ion dari sejumlah unsur. (a) Manakah dari spesies yang netral? (b) Yang

bermuatan negatif? (c) Yang bermuatan positif? (d) Apa simbol konvensional

untuk semua spesies?

Atom atau ion

unsur A B C D E F G

Jumlah elektron 5 10 18 28 36 5 9

Jumlah proton 5 7 19 30 35 5 9

Jumlah neutron 5 7 20 36 46 6 10

2.54 Apa yang salah atau ambigu dari deskripsi ini? (a) 1 g hidrogen, (b) empat

molekul NaCl.

2.55 Berikut ini adalah sulfida fosfor yang dikenal: P4S3, P4S7, dan P4S10. Apakah

senyawa ini mematuhi hukum proporsi ganda?

2.56 Manakah yang termasuk unsur, manakah yang termasuk molekul tetapi bukan

senyawa, manakah yang merupakan senyawa tetapi bukan molekul, dan

manakah yang keduanya termasuk senyawa dan molekul?(a) SO2, (b) S8, (c) Cs,

(d) N2O5, (e) O, (f) O2, (g) O3, (h) CH4, (i) KBr, (j) S, (k) P4, (l) LiF.

2.57 Tentukan rumus molekul dan empiris senyawa ditampilkan di sini. (Bola hitam

adalah karbon dan bola abu-abu adalah hidrogen).

K i m i a D a s a r 1 | 58

2.58 Beberapa senyawa lebih dikenal dengan nama umum mereka daripada dengan

nama sistematis kimia mereka. Cari keterangan melalui sebuah buku pegangan,

kamus, atau dosen Anda untuk rumus kimia zat: (a) es kering, (b) garam meja,

(c) gas tertawa, (d) marmer (kapur, batu kapur), (e ) kapur, (f) kapur, (g) baking

soda, (h) susu magnesium.

2.59 Isi kekosongan dalam tabel ini:

Simbol 𝐹𝑒2654 2+

Proton 5 79 86

Neutron 6 16 117 136

Elektron 5 18 79

23 0

2.60 (a) Manakah unsur yang paling mungkin untuk membentuk senyawa ionik? (b)

Manakah unsur logam yang paling cenderung untuk membentuk kation dengan

muatan yang berbeda?

2.61 Banyak senyawa ionik yang tersusun dari aluminium (logam golongan 3A ) atau

logam dari golongan 1A atau golongan 2A dan nonlogam–, oksigen, nitrogen,

atau halogen (golongan7A). Tuliskan semua rumus kimia dan nama dari

semua senyawa biner yang dapat dihasilkan dari kombinasi tersebut.

2.62 Simbol manakah yang memberikan informasi tentang atom: 23Na atau 11Na?

Jelaskan.

2.63 Tuliskan rumus kimia dan nama asam yang mengandung unsur-unsur golongan

7A. Lakukan hal yang sama untuk unsur golongan 3A, 4A, 5A, dan 6A.

2.64 Sebagian besar isotop unsur-unsur ringan seperti oksigen dan fosfor mengandung

jumlah proton dan neutron yang relatif sama di dalam inti, hasil terbaru

menunjukkan bahwa kelompok baru yang disebut isotop neutron-kaya isotop

dapat disiapkan. Neutron-kaya isotop ini mendorong batas stabilitas nuklir dengan

jumlah neutron yang besar mendekati "garis neutron drip." Netron kaya isotop ini

mungkin memainkan peran penting dalam reaksi nuklir bintang. Tentukan jumlah

neutron dalam neutron-kaya isotop berikut: (a) 40Mg, (b) 44Si, (c) 48Ca, (d) 43Al.

2.65 Manakah pasangan dari kelompok unsur-unsur berikut yang Anda harapkan untuk

menunjukkan sifat kimia yang mirip: K, F, P, Na, Cl, dan N.

2.66 Daftar unsur-unsur yang ada sebagai gas di dalam suhu ruang . (Petunjuk: Semua

unsur kecuali unsur dapat ada di golongan 5A, 6A, 7A, dan 8A.)

2.67 Logam golongan 1B , Cu, Ag, dan Au, disebut logam koin. Apa sifat kimia

membuat mereka cocok untuk dibuat menjadi koin dan perhiasan?

(a) (b) (c) (d)

K i m i a D a s a r 1 | 59

2.68 Unsur-unsur di golongan 8A dari tabel periodik disebut gas mulia. Dapatkah

Anda menebak arti "mulia" dalam konteks ini?

2.69 Rumus untuk kalsium oksida adalah CaO. Apa rumus untuk magnesium oksida

dan cesium oksida?

2.70 Mineral barium secara umum adalah barit, atau barium sulfat (BaSO4). Kelompok

unsur-unsur dalam sistem periodik yang sama memiliki sifat kimia yang mirip,

oleh karena itu kita mungkin berharap untuk menemukan beberapa radium

sulfat (RaSO4) dicampur dengan barit karena radium adalah anggota terakhir

golongan 2A. Namun, satu-satunya sumber senyawa radium di alam ada dalam

mineral uranium. Kenapa?

2.71 Fluor bereaksi dengan hidrogen (H) dan dengan deuterium (D) untuk membentuk

hidrogen fluorida (HF) dan deuterium fluorida (DF) [deuterium ( 𝐻12 ) merupakan

isotop hidrogen]. Apakah fluor dengan jumlah tertentu akan bereaksi dengan dua

isotop hidrogen yang memiliki massa berbeda? Apakah ini melanggar hukum

proporsi pasti? Jelaskan.

2.72 Memprediksi rumus dan nama senyawa biner yang terbentuk dari unsur-unsur: (a)

Na dan H, (b) B dan O, (c) Na dan S, (d) Al dan F, (e) F dan O, (f) Sr dan Cl.

2.73 Isi kekosongan dalam tabel berikut.

Kation Anion Rumus Nama

Magnesium bicarbonate

SrCl2

Fe3+ NO2 –

Mangan(II) chlorate

SnBr4

Co2+ PO32–

Hg22+ I–

Cu2CO3

Litium nitrida

Al3+ S2–

2.74 Identifikasi masing-masing unsur berikut: (a) anion halogen yang mengandung

36 elektron, (b) gas mulia radioaktif dengan 86 proton, (c) anion unsur golongan

6A yang mengandung 36 elektron, (d) suatu kation logam alkali yang berisi 36

elektron, (e) kation golongan 4A yang mengandung 80 elektron.

2.75 Tuliskan rumus molekul untuk dan nama dari senyawa berikut.

Soal-soal Khusus

K i m i a D a s a r 1 | 60

2.76 Massa dan energi adalah aspek alternatif dari satu kesatuan yang disebut massa-

energi. Hubungan antara kedua besaran fisika adalah persamaan terkenal

Einstein, E = mc2, di mana E adalah energi, m adalah massa, dan c adalah

kecepatan cahaya. Dalam sebuah percobaan pembakaran, ditemukan bahwa

12,096 g molekul hidrogen dikombinasikan dengan 96,000 g molekul oksigen

untuk membentuk air dan melepaskan 1,715 3×103 kJ panas. Hitung perubahan

massa yang sesuai dalam proses ini dan berikan komentar apakah hukum

kekekalan massa berlaku untuk proses kimia biasa. (Petunjuk: Persamaan

Einstein dapat digunakan untuk menghitung perubahan massa sebagai akibat dari

perubahan energi. 1 J = 1 kg m2/s2 dan c= 3.00× 108 m/s.)

2.77 (a) Jelaskan eksperimen Rutherford dan bagaimana hal itu menyebabkan struktur

atom. Bagaimana ia dapat memperkirakan jumlah proton di dalam inti sel dari

hamburan sebuah partikel? (b) Pertimbangkan atom 23Na. Mengingat bahwa

radius dan massa inti adalah 3,04×10–15 m dan 3,82×10–23, masing-masing,

hitung kepadatan inti nukleus dalam g/cm3. Jari-jari atom 23Na adalah 186 pm.

Hitung kepadatan ruang yang terisi oleh elektron dalam atom natrium. Apakah

hasil Anda mendukung model atom Rutherford? [Volume bola adalah (4/3) Пr3,

di mana r adalah jari-jari.]

2.78 Etana dan asetilena adalah dua gas hidrokarbon. Analisis kimia menunjukkan

bahwa dalam satu sampel dari etana, 2,65 g karbon dikombinasikan dengan 0,665

g hidrogen, dan dalam satu sampel asetilena, 4,56 g karbon dikombinasikan

dengan 0,383 g hidrogen. (a) Apakah ini hasil yang konsisten dengan hukum

proporsi ganda? (b) Tilis rumus molekul untuk senyawa ini.

2.79 Gambarkan dua rumus struktural yang berbeda berdasarkan rumus molekul

C2H6O. Apakah nyata apabila Anda dapat memiliki lebih dari satu senyawa

dengan rumus molekul sama yang konsisten dengan teori atom Dalton?

2.80 Ion monoatomik memiliki muatan +2. Inti dari atom induk memiliki nomor

massa 55. Jika jumlah neutron dalam inti adalah 1,2 kali dari jumlah proton, apa

nama dan simbol unsur tersebut?

2.81 Nama asam berikut adalah:

K i m i a D a s a r 1 | 61

BAB 3.

STOIKIOMETRI

Deskripsi:

Massa Atom dan Massa Molar Massa atom yang sangat kecil ditentukan berdasarkan

perbandingannya dengan massa isotop karbon-12. Sebuah atom isotop karbon-12

memiliki massa tepat 12 unit massa atom (amu). Sedangkan untuk kepentingan

pengukuran dengan satuan gram, para ahli kimia menggunakan istilah massa molar.

Massa molar karbon-12 adalah tepat 12g dan terdiri dari sejumlah atom sebanyak

bilangan Avogadro (6,022 x 1023). Massa molar unsur lainnya juga dapat dinyatakan

dalam gram dan mengandung jumlah atom yang sama. Massa molar molekul adalah

jumlah massa molar dari atom-atom penyusunnya.

Persen Komposisi Senyawa Komposisi dari suatu senyawa biasanya dinyatakan dalam

bentuk persen komposisi, yaitu persen massa dari masing-masing unsur yang

terkandung dalam senyawa. Jika diketahui rumus kimianya, maka persen komposisi

unsur dalam senyawa tersebut dapat dihitung. Percobaan untuk menentukan persen

komposisi dan massa molar senyawa juga memungkinkan untuk menentukan rumus

kimia suatu senyawa.

Penulisan Persamaan Reaksi Kimia Cara yang paling efektif untuk menunjukkan

hasil reaksi adalah dengan menuliskan persamaan reaksinya menggunakan rumus-

rumus kimia. Persamaan reaksi menjelaskan perubahan yang sesungguhnya terjadi, zat

mula-mula yang berubah menjadi zat baru. Dalam persamaan reaksi, jumlah dan jenis

atom reaktan, zat mula-mula yang mengalami reaksi, sebanding dengan jumlah dan

jenis atom produk, zat baru yang terbentuk sebagai hasil reaksi.

Hubungan Massa dalam Reaksi Kimia Persamaan reaksi memungkinkan kita untuk

memprediksi banyaknya produk reaksi yang terbentuk, yang disebut hasil, serta

mengetahui banyaknya reaktan yang bereaksi atau berubah menjadi hasil reaksi.

Informasi ini sangat penting dalam reaksi kimia, baik pada skala laboratorium maupun

skala industri. Namun pada kenyataannya, hasil reaksi yang sesungguhnya hampir

selalu lebih kecil dari pada yang diperkirakan berdasarkan perhitungan dari persamaan

reaksinya. Hal ini disebabkan oleh berbagai kerumitan yang terjadi selama

berlangsungnya proses reaksi.

3.1 Massa Atom

Dalam bab ini, kita akan menghubungkan pengetahuan sebelumnya tentang

struktur dan rumus-rumus kimia untuk mempelajari massa atom dan molekul. Kedua

pengetahuan ini merupakan dasar penjelasan tentang komposisi senyawa dan

perubahannya.

K i m i a D a s a r 1 | 62

Massa atom tergantung pada jumlah elektron, proton, dan neutron yang

dikandungnya. Pengetahuan tentang massa atom sangat penting untuk bekerja di

laboratorium. Tetapi atom merupakan partikel yang sangat kecil, bahkan setitik terkecil

debu yang dapat dilihat dengan mata telanjang mengandung sebanyak 1 x 1016 atom!

Massa atom tunggal tidak dapat ditimbang secara jelas dan tepat, namun ada

kemungkinan untuk menentukan massa relatif satu atom terhadap massa atom lain yang

telah dapat diteliti. Langkah pertama adalah menentukan massa satu atom unsur tertentu

sehingga dapat digunakan sebagai standar.

Menurut perjanjian internasional, massa atom (disebut pula sebagai berat atom)

adalah massa atom dalam satuan massa atom (amu). Satu satuan massa atom (1 amu)

didefinisikan sebagai massa yang persis sama dengan satu per dua belas massa satu

atom karbon-12 (C-12). Karbon-12 adalah isotop karbon yang memiliki enam proton

dan enam neutron. Penetapan massa atom C-12 senilai 12 amu sebagai standar berguna

untuk mengukur massa atom unsur-unsur yang lain. Misalnya, hasil percobaan

menunjukkan bahwa massa rata-rata sebuah atom hidrogen hanya 8,400 persen dari

massa atom C-12. Dengan demikian, jika massa satu atom C-12 tepat 12amu, maka

massa atom hidrogen sebesar 0,084 x 12,00amu atau 1,008 Amu. Perhitungan serupa

menunjukkan bahwa massa atom oksigen adalah 16,00amu dan besi 55,85amu. Jadi,

meskipun kita tidak tahu persis berapa rata-rata massa atom-atom besi, kita tahu bahwa

massanya adalah sekitar 56 kali lebih besar dibanding massa atom hidrogen.

Massa Rata-rata Atom

Ketika Anda mencari massa atom karbon dalam sebuah tabel, Anda akan

menemukan bahwa nilainya tidak 12,00 amu tapi 12,01 amu. Alasan perbedaan ini

adalah bahwa sebagian besar unsur secara alami memiliki lebih dari satu isotop

(termasuk karbon). Hal ini menunjukkan bahwa massa atom suatu unsur yang kita ukur

merupakan massa rata-rata dari campuran isotop-isotopnya di alam. Sebagai contoh,

kelimpahan C-12 dan C-13 di alam secara berturut-turut adalah 98,90% dan 1,10%.

Massa atom C-13 adalah 13,00335 amu. Dengan demikian, massa rata-rata atom karbon

dapat dihitung sebagai berikut:

massa rata-rata atom karbon = (0,9890)(12,00000 amu) + (1,0110)(12,00335 amu)

= 12,01 amu

Perhatikan bahwa dalam perhitungan yang melibatkan persentase, kita perlu

mengkonversi ke bentuk pecahan. Misalnya, 98,90% menjadi 98,90/100 atau 0,9890.

Karena keberadaan C-12 di alam jauh lebih banyak dibanding C-13, maka massa rata-

rata atom karbon lebih dekat ke 12 amu dari pada 13 amu.

6

C 12 , 01

Nomor

Atom

Nomor Massa

K i m i a D a s a r 1 | 63

Penting untuk dipahami bahwa ketika kita mengatakan bahwa massa atom

karbon adalah 12,01 amu, kita mengacu pada nilai rata-rata. Jika atom karbon dapat

diperiksa secara individual, kita akan menemukan massa salah satu atom sebesar

12,00000 amu dan ada pula yang memiliki massa 13,00335 amu, tetapi tidak pernah ada

atom yang memiliki massa 12,01 amu.

CONTOH 3.1

Tembaga, sejenis logam yang dikenal sejak zaman kuno,

merupakan salah satu bahan pembuatan kabel listrik dan

uang. Massa atom dari dua isotop stabilnya, 𝐶𝑢2963 (69,09%)

dan 𝐶𝑢2965 (30,91%), secara berturut-turut adalah 62,93 amu

dan 64,9278 amu. Hitung massa atom rata-rata tembaga.

Penyelesaian

Pertama, persen dikonversi dalam bentuk pecahan : 69,09%

menjadi 69,09/100 atau 0,6909 dan 30,91% menjadi

30,91/100 atau 0,3091. Dari data tersebut diketahui

kontribusi massa masing-masing isotop terhadap massa

atom rata-rata, kemudian tambahkan tiap kontribusi untuk

memperoleh massa atom rata-ratanya.

(0,6909) (62,93 amu) + (0,3091) (64,9278 amu) = 63.55

amu

Latihan

Massa atom dari dua isotop stabil dari boron, 𝐵510 (19,78%)

dan 𝐵511 (80,22%), masing-masing adalah 10,0129 amu dan

11,0093 amu. Hitung massa rata-rata atom boron.

Massa atom dari berbagai unsur telah dapat ditentukan secara akurat hingga lima

atau enam angka signifikan. Namun, untuk tujuan pembelajaran biasanya massa atom

hanya menggunakan hingga empat angka signifikan. Untuk mempermudah, kita akan

menghilangkan penggunaan kata "rata-rata" dalam pembahasan massa atom unsur.

REVIEW

Massa atom helium (He), seperti yang tertulis pada tabel periodik adalah 4,003

amu. Mengingat bahwa ada dua isotop stabil He, 𝐻𝑒23 dan 𝐻𝑒2

4 , berapakah

kemungkinan ditemukan atom helium dengan massa 4,003 jika dipilih secara acak ?

3.2 Bilangan Avogadro dan Massa Molar Unsur

Satuan massa atom merupakan skala relatif untuk massa unsur. Tetapi karena

atom memiliki massa yang sangat kecil, tidak ada neraca yang dapat digunakan untuk

menimbang hingga satuan massa atom tersebut. Dalam kondisi sebenarnya, kita hanya

K i m i a D a s a r 1 | 64

berhubungan dengan sampel makroskopik yang mengandung sejumlah besar atom.

Oleh karena itu, akan lebih mudah jika kita memiliki satuan khusus untuk

menggambarkan jumlah atom yang sangat besar. Ide untuk menunjukkan jumlah

tertentu partikel dalam sebuah objek bukan merupakan hal baru. Misalnya, sepasang (2

item), lusinan (12 item), dan gross (144 item), semua satuan tersebut terdiri dari zat

yang sama. Para ahli kimia mengukur jumah atom dan molekul dalam mol.

Dalam sistem Satuan Internasional (SI), mol adalah jumlah zat yang

mengandung sejumlah elemen dasar penyusun zat tersebut (atom, molekul, atau

partikel lain), seperti adanya sejumlah atom dalam 12 g (0,012 kg) isotop karbon-12.

Jumlah atom sebenarnya dalam 12 g isotop C-12 ditentukan secara eksperimen. Jumlah

atom yang ditemukan disebut dengan Bilangan Avogadro (NA), untuk menghormati

ilmuwan Itali, Amedeo Avogadro. Nilai bilangan Avogadro tersebut adalah :

NA = 6,0221415 x 1023

Umumnya, bilangan Avogadro dibulatkan menjadi 6,022 x 1023. Dengan demikian,

seperti halnya satu lusin jeruk yang mengandung 12 jeruk, 1 mol atom hidrogen

mengandung 6,022 x 1023 atom H. Gambar 3.1 menunjukkan sampel yang mengandung

beberapa unsur berbeda yang jumlahnya masing-masing 1 mol.

Gambar 3.1 Satu mol unsur dalam tiap gambar di atas. Karbon (serbuk hitam), belerang (serbuk kuning),

besi (berupa paku), tembaga (kawat), dan raksa (logam cair mengkilap).

Besarnya bilangan Avogadro sangat sulit untuk dibayangkan. Sebagai contoh,

jika kita menyebarkan 6,022 x 1023 jeruk di seluruh permukaan bumi akan

menghasilkan lapisan setebal 9 mil! Karena atom (dan molekul) sangat kecil, kita

memerlukan sebuah angka yang cukup besar namun terjangkau untuk dapat dipelajari.

Kita telah mengetahui bahwa satu mol karbon-12 atom memiliki massa tepat 12

g dan mengandung 6,022 x 1023 atom. Massa karbon-12 ini disebut massa molar yang

K i m i a D a s a r 1 | 65

didefinisikan sebagai massa (dalam gram atau kilogram) dari satu mol unit (seperti

atom atau molekul) suatu zat. Perhatikan bahwa angka massa molar karbon-12 (dalam

gram) sama dengan massa atom dalam satuan amu. Dengan demikian, massa atom

natrium (Na) adalah 22,99 amu dan massa molarnya adalah 22,99 g; massa atom fosfor

adalah 30,97 amu dan massa molarnya adalah 30,97 g, dan sebagainya. Jika kita

mengetahui massa atom suatu unsur, maka kita juga tahu massa molarnya.

Dengan mengetahui massa molar dan bilangan Avogadro, kita dapat menghitung

massa atom tunggal dalam gram. Sebagai contoh, kita telah mengetahui massa molar

karbon-12 adalah 12,00 g dan mengandung 6,022 x 1023 atom karbon-12 dalam satu

mol zat. Oleh karena itu, massa satu atom karbon-12 dapat dihitung sebagai berikut.

12,00 𝑔 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 − 12

6,022 × 1023𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 − 12= 1,993 × 10−23𝑔

Hasil diatas dapat digunakan untuk menentukan hubungan antara satuan massa

atom (amu) dan gram. Karena massa setiap atom karbon-12 adalah tepat 12 amu, maka

angka satuan massa atom yang setara dengan satu gram adalah

𝑎𝑚𝑢

𝑔𝑟𝑎𝑚=

12 𝑎𝑚𝑢

1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 − 12×1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 − 12

1,993 × 10−23𝑔= 6,022 × 1023 𝑎𝑚𝑢 𝑔⁄

Sehingga,

1 𝑔 = 6,022 × 1023𝑎𝑚𝑢

dan

1 𝑎𝑚𝑢 = 1,661 × 10−24𝑔

Contoh ini menunjukkan bahwa bilangan Avogadro dapat digunakan untuk

mengkonversi satuan massa atom (amu) dalam gram dan sebaliknya.

Gambar 3.2 Hubungan antara massa suatu unsur (dalam gram) dan jumlah mol unsur tersebut, serta

antara jumlah mol suatu unsur dan jumlah atom unsur tersebut. M adalah massa molar unsur (gram/mol)

dan NA adalah bilangan Avogadro.

Konsep bilangan Avogadro dan massa molar memungkinkan kita untuk

mengkonversi massa dan mol atom serta antara mol dan jumlah atom (Gambar 3.2).

Dalam perhitungan kita akan menggunakan faktor konversi berikut.

1 𝑚𝑜𝑙 𝑋

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑋 dan

1 𝑚𝑜𝑙 𝑋

6,022 × 1023 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑋

Massa Unsur

(m)

Jumlah Mol

Unsur (n)

Jumlah Atom Unsur

(N)

m/M

nM

nNA

n/NA

K i m i a D a s a r 1 | 66

dimana X melambangkan unsur. Dengan menggunakan faktor konversi yang tepat kita

dapat mengkonversi satu kuantitas menjadi kuantitas yang lain, seperti pada contoh 3.2

sampai 3.4.

CONTOH 3.2

Seng (Zn) merupakan logam keperakan yang digunakan dalam pembuatan kuningan

(dengan tembaga) dan melapisi besi untuk mencegah korosi. Berapa gram Zn yang ada

dalam 45,9 g Zn?

Penyelesaian

Faktor konversi diperlukan untuk mengkonversi gram menjadi mol adalah massa molar.

Dalam tabel periodik dapat diketahui bahwa massa molar Zn adalah 65,39 g. Hal ini

dapat dinyatakan sebagai

1 mol Zn = 65,39 g Zn

Dari persamaan ini, kita dapat menulis dua faktor konversi

1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛

65,39 𝑔 𝑍𝑛 dan

65,39 𝑔 𝑍𝑛

1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛

Faktor konversi di sebelah kiri adalah yang benar. Massa dalam gram dapat dihilangkan

sehingga meninggalkan satuan mol. Jumlah mol Zn adalah

45,9 𝑔 𝑍𝑛 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛

65,39 𝑔 𝑍𝑛= 0,702 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛

Dengan demikian, terdapat 0,702 mol Zn dalam 45,9 g Zn

Perhatikan !

Karena massa Zn (45,9 g) kurang dari massa molar Zn (65,39 g), maka diharapkan

hasilnya akan kurang dari 1 mol.

Latihan

Hitunglah berapa gram timbal (Pb) dalam 12,4 mol timbal !

CONTOH 3.3

Belerang (S) merupakan unsur nonlogam yang terdapat dalam batubara. Ketika

batubara dibakar, sulfur berubah menjadi sulfur dioksida dan akhirnya menjadi asam

sulfat, yang menimbulkan fenomena hujan asam. Berapa banyak atom S dalam 25,1 g

belerang ?

Penyelesaian

Kita memerlukan dua faktor konversi : (1) dari gram ke mol, dan (2) dari mol ke jumlah

partikel (atom). Langkah pertama mirip dengan contoh 3.2. Karena 1 mol S = 32.07 g S,

maka faktor konversinya adalah

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆

32,07 𝑔 𝑆

K i m i a D a s a r 1 | 67

Bilangan Avogadro adalah kunci untuk langkah kedua. Kita tahu bahwa

1 𝑚𝑜𝑙 = 6,022 × 1023𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙 (𝑎𝑡𝑜𝑚)

dan dengan faktor konversi

6,022 × 1023 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑆

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆 dan

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆

6,022 × 1023 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑆

Faktor konversi di sebelah kiri adalah yang kita butuhkan karena memiliki jumlah atom

S sebagai pembilang. Penyelesaian pertama dimulai dengan menghitung jumlah mol

yang terkandung dalam 25,1 g S dan kemudian menghitung jumlah atom S dari

sejumlah mol S.

Kita dapat menggabungkan beberapa faktor konversi tersebut dalam satu langkah

sebagai berikut :

25,1 𝑔 𝑆 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑆

32,07 𝑔 𝑆×6,022 × 1023 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑆

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆= 4,71 × 1023 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑆

Dengan demikian, terdapat 4,71 x 1023 atom belerang dalam 25,1 g belerang.

Latihan

Hitung jumlah atom dalam 0,551 g kalium (K) !

CONTOH 3.4

Perak (Ag) adalah logam mulia yang digunakan terutama untuk perhiasan. Berapakah

massa (dalam gram) dari satu atom Ag ?

Penyelesaian

Karena 1 mol atom Ag mengandung 6,022 x 1023 atom Ag dan memiliki massa 107,9 g

maka kita dapat menghitung massa satu atom Ag sebagai berikut.

1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐴𝑔 × 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔

6,022 × 1023𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐴𝑔 ×

107,9 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔 = 1,792 × 10−22 𝑔

Perhatikan !

Karena 6,022 x 1023 atom Ag memiliki massa 107,9 maka massa satu atom Ag haruslah

memiliki massa yang jauh lebih kecil.

Latihan

Berapakah massa (dalam gram) dari satu atom iod (I) ?

REVIEW

Dengan hanya mengacu pada tabel periodik dan gambar 3.2, tentukan manakah yang

memiliki jumlah atom terbanyak : (a) 2 g He; (b) 110 g Fe; dan (c) 250 g Hg.

3.3 Massa Molekul

Jika kita mengetahui massa atom-atom penyusun suatu molekul maka kita dapat

menghitung massa molekulnya. Massa molekul (biasa disebut juga dengan berat

gram S mol S jumlah atom S

K i m i a D a s a r 1 | 68

molekul) adalah jumlah dari massa atom (dalam amu) dalam molekul tersebut.

Misalnya, massa molekul H2O dinyatakan sebagai berikut.

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝐻2𝑂 = 2(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐻) + 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑂

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝐻2𝑂 = 2(1,008 𝑎𝑚𝑢) + 16,00 𝑎𝑚𝑢

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝐻2𝑂 = 18,02 𝑎𝑚𝑢

Secara umum, kita perlu mengalikan massa atom tiap unsur dengan jumlah atom dari

unsur yang terdapat dalam molekul kemudian dijumlah dengan seluruh unsurnya.

CONTOH 3.5

Hitung massa molekul (dalam amu) dari senyawa-senyawa berikut : (a) sulfur dioksida

(SO2) dan (b) kafein (C8H10N4O2).

Penyelesaian

Untuk menghitung massa molekul, kita harus menjumlahkan semua massa atom dalam

molekul. Untuk masing-masing unsur, kita kalikan massa atom unsur dengan jumlah

atom unsur tersebut dalam molekul. Massa atom dapat ditemukan dalam tabel periodik.

(a) Ada dua atom O dan satu atom S dalam SO2, sehingga massa molekul SO2 adalah :

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝑆𝑂2 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑆 + 2(𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑂)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝑆𝑂2 = 32,07 𝑎𝑚𝑢 + 2(16,00 𝑎𝑚𝑢)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝑆𝑂2 = 64,07 𝑎𝑚𝑢

(b) Terdapat delapan atom C, sepuluh atom H, empat atom N, dan dua atom O dalam

kafein sehingga massa molekul C8H10N4O2 adalah

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝑘𝑎𝑓𝑒𝑖𝑛

= 8(12,01 𝑎𝑚𝑢) + 10(1.008 𝑎𝑚𝑢) + 4(14,01 𝑎𝑚𝑢)

+ 2(16,00 𝑎𝑚𝑢)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 𝑘𝑎𝑓𝑒𝑖𝑛 = 194,20 𝑎𝑚𝑢

Latihan

Berapakah massa molekul metanol (CH4O) ?

Dari massa molekulnya kita dapat menentukan massa molar dari molekul atau

senyawa. Massa molar senyawa (dalam gram) memiliki nilai yang sama dengan massa

molekulnya (dalam amu). Misalnya, massa molekul air 18,02 amu, maka massa

molarnya adalah 18,02 g. Perhatikan bahwa 1 mol air memiliki massa 18,02 g dan

mengandung 6,022 x 1023 molekul H2O, seperti halnya 1 mol unsur karbon yang

mengandung 6,022 x 1023 atom karbon.

Seperti pada contoh 3.6 dan 3.7, konsep massa molar memungkinkan kita untuk

menghitung jumlah mol dan jumlah atom dalam sejumlah tertentu senyawa.

CONTOH 3.6

K i m i a D a s a r 1 | 69

Metana (CH4) adalah komponen utama dari gas alam. Berapa banyak mol CH4 yang

terdapat dalam 4,83 g CH4 ?

Penyelesaian

Faktor konversi yang diperlukan untuk mengkonversi gram dan mol adalah massa

molar. Pertama kita perlu menghitung massa molar CH4, seperti prosedur dalam contoh

3.5

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐶𝐻4 = 12,01 𝑔 + 4(1.008 𝑔)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐶𝐻4 = 162,04 𝑔

Karena 1 mol CH4 = 16,04 gram CH4 maka factor konversi yang diperlukan harus

memiliki gram sebagai penyebut sehingga satuan gram dapat ditiadakan dan

menyisakan mol sebagai pembilang :

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻416,04 𝑔 𝐶𝐻4

Kemudian dapat ditulis :

4,83 𝑔 𝐶𝐻4 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻416,04 𝑔 𝐶𝐻4

= 0,301 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4

Dengan demikian, terdapat 0,301 mol CH4 dalam 4,83 g CH4.

Latihan

Hitung jumlah mol kloroform (CHCl3) dalam 198 g kloroform !

CONTOH 3.7

Berapa banyak atom hidrogen yang terdapat dalam 43,8 g urea, (NH2)2CO, yang

digunakan sebagai pupuk, dalam pakan ternak, dan dalam pembuatan polimer? Massa

molar urea adalah 60,06 g.

Urea

K i m i a D a s a r 1 | 70

Penyelesaian

Untuk menghitung jumlah atom H, pertama kita harus mengkonversi gram urea untuk

memperoleh mol urea dengan menggunakan massa molar urea. Langkah ini mirip

dengan Contoh 3.2. Rumus molekul urea menunjukkan ada empat mol atom H dalam

satu mol molekul urea sehingga perbandingan molnya adalah 4:1. Setelah diketahui

jumlah mol atom H maka dapat dihitung jumlah atom H dengan menggunakan bilangan

Avogadro. Oleh karena itu diperlukan dua faktor konversi : massa molar dan bilangan

Avogadro. Kita dapat menggabungkan konversi-konversi tersebut dalam satu langkah.

43,8𝑔 (𝑁𝐻2)2𝐶𝑂 ×1 𝑚𝑜𝑙 (𝑁𝐻2)2𝐶𝑂

60,06 𝑔 (𝑁𝐻2)2𝐶𝑂 ×

4 𝑚𝑜𝑙 𝐻

1 𝑚𝑜𝑙 (𝑁𝐻2)2𝐶𝑂

×6,022 × 1023𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐻

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻= 1,76 × 1024 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐻

Latihan

Berapa banyak atom H dalam 72,5 g isopropanol (alkohol yang digunakan sebagai

penggosok), C3H8O ?

Selanjutnya, perhatikan bahwa untuk senyawa ionik seperti NaCl dan MgO yang

tidak mengandung unit molekul diskrit, digunakan istilah massa rumus sebagai

gantinya. Satuan rumus NaCl terdiri dari satu ion Na+ dan satu ion Cl‒. Dengan

demikian, massa rumus NaCl adalah massa dari satu satuan rumusnya, yaitu :

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑟𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 22,99 𝑎𝑚𝑢 + 35,45 𝑎𝑚𝑢

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑟𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 58,44 𝑎𝑚𝑢

Maka massa molar NaCl adalah 58,44 g.

REVIEW

Tentukan massa molekul dan massa molar asam sitrat, H3C6H5O7 !

3.4 Spektrometer Massa

Metode langsung yang paling akurat untuk menentukan massa atom dan massa

molekul adalah metode spektrometri massa, seperti yang ditunjukkan pada gambar

Gambar 3.3. Dalam spektrometer massa, sampel gas dibombardir oleh aliran electron

berenergi tinggi. Tabrakan antara elektron dan atom (atau molekul) gas menghasilkan

ion positif akibat terlepasnya sebuah elektron dari setiap atom atau molekul. Ion-ion

positif ini (dengan massa m dan muatan e) dipercepat oleh dua lempengan yang

bermuatan berlawanan saat ion-ion tersebut melewati lempengan tersebut. Ion-ion yang

dilepaskan tersebut dipantulkan oleh medan magnet melingkar. Panjang lintasan

tergantung pada perbandingan muatan listrik dan massa (yaitu, e/m). Ion-ion yang

memiliki perbandingan e/m lebih kecil memiliki jari-jari lintasan lebih besar daripada

gram

Urea

mol

Urea

mol H jumlah atom H

K i m i a D a s a r 1 | 71

yang memiliki perbandingan e/m lebih besar, sehingga ion dengan muatan yang sama

tetapi massa yang berbeda dapat dipisahkan satu sama lain. Massa dari masing-masing

ion (dan juga atom atau molekul induk) ditentukan sejauh mana pantulan terjadi.

Akhirnya ion-ion tersebut sampai pada detektor, yang mencatat arus listrik dari masing-

masing jenis ion. Jumlah arus listrik yang dihasilkan saat ini berbanding lurus dengan

jumlah ion, sehingga memungkinkan kita untuk menentukan kelimpahan relatif isotop-

isotopnya.

Gambar 3.3 Skema salah satu jenis spektrometer massa

Spektrometer massa pertama yang dikembangkan pada tahun 1920 oleh

fisikawan Inggris, F. W. Aston, terlalu sederhana untuk standar saat ini. Namun

demikian, hal ini memberikan bukti terbantahkan tentang adanya isotop, yaitu isotop

neon-20 (massa atom 19,9924 amu dengan kelimpahan 90,92%) dan neon-22 (massa

atom 21,9914 amu dengan kelimpahan 8,82%). Ketika spektrometer massa yang lebih

canggih dan sensitif tercipta, para ilmuwan terkejut akibat ditemukannya isotop neon

ketiga yang stabil dengan massa atom 20,9940 amu dan kelimpahannya 0,257%

(Gambar 3.4). Contoh ini menggambarkan bagaimana pentingnya akurasi dalam

eksperimen kuantitatif seperti kimia. Percobaan-percobaan terdahulu gagal untuk

mendeteksi neon-21 yang kelimpahannya hanya 0,257%. Dengan kata lain, hanya 26

dari 10.000 atom Ne adalah neon-21. Massa molekul dapat ditentukan dengan cara yang

sama oleh spektrometer massa.

sampel

gas

berkas elektron

filamen

lempeng

pemercepat

berkas ion magnet

layar deteksi

K i m i a D a s a r 1 | 72

Gambar 3.4 Spektrum massa dari ketiga isotop neon

3.5 Persen Komposisi Senyawa

Sebagaimana telah kita lihat, rumus senyawa memberitahu kita tentang jumlah

atom masing-masing unsur dalam satu satuan senyawa. Namun, misalnya kita perlu

untuk menguji kemurnian suatu senyawa untuk digunakan dalam percobaan

laboratorium. Dari rumus senyawanya kita dapat menghitung berapa persen kontribusi

tiap unsur terhadap massa total senyawanya.Kemudian, dengan membandingkan

hasilnya dengan persen komposisi yang diperoleh secara eksperimen terhadap sampel

yang kita miliki, kita dapat menentukan kemurnian sampel.

Persen komposisi adalah persentase massa tiap unsur dalam suatu senyawa.

Persen komposisi diperoleh dengan membagi massa tiap unsur dalam 1 mol senyawa

dengan massa molar senyawa dan dikalikan dengan 100%. Secara matematis, persen

komposisi unsur dalam suatu senyawa dinyatakan sebagai

𝑝𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑠𝑖 𝑢𝑛𝑠𝑢𝑟 =𝑛 × 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑠𝑢𝑟

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑛𝑦𝑎𝑤𝑎× 100%

dimana n adalah jumlah mol unsur dalam 1 mol senyawa. Misalnya, dalam 1 mol

hidrogen peroksida (H2O2) terdapat 2 mol atom H dan 2 mol atom O. Massa molar

H2O2, H dan O berturut-turut adalah 34,02g, 1,008g, dan 16,00g. Oleh karena itu,

persen komposisi H2O2 dapat dihitung sebagai berikut :

%𝐻 =2 × 1,008 𝑔

34,02 𝑔× 100% = 5,926%

%𝑂 =2 × 16,00 𝑔

34,02 𝑔× 100% = 94,06%

K i m i a D a s a r 1 | 73

Jumlah kedua persentase tersebut adalah 5,926% + 94,06% = 99,99%. Perbedaan

kecil dari 100% terjadi karena pembulatan massa molar dari unsur-unsurnya. Jika kita

menggunakan HO sebagai rumus empiris untuk perhitungan, kita akan memperoleh

persentase yang sama. Hal ini terjadi karena rumus molekul dan rumus empiris akan

menunjukkan persen komposisi massa senyawa yang sama.

CONTOH 3.8

Asam fosfat (H3PO4) berupa cairan tidak berwarna dan berasa manis yang digunakan

dalam deterjen, pupuk, pasta gigi, dan minuman bersoda untuk perasa yang tajam.

Hitung persen komposisi massa H, P, dan O dalam senyawa ini !

Penyelesaian

Massa molar H3PO4 adalah 97,99 g. Persen massa dari masing-masing unsur dalam

H3PO4 dapat dihitung sebagai berikut :

%𝐻 =3(1,008 𝑔)𝐻

97,99 𝑔 𝐻3𝑃𝑂4× 100% = 3,086%

%𝑃 =30,97 𝑔 𝑃

97,99 𝑔 𝐻3𝑃𝑂4× 100% = 31,61%

%𝑂 =4(16,00 𝑔)𝑂

97,99 𝑔 𝐻3𝑃𝑂4× 100% = 65,31%

Latihan

Hitung persen komposisi massa dari masing-masing unsur dalam asam sulfat (H2SO4) !

Prosedur yang digunakan dalam contoh 3.8 dapat dibalik jika diperlukan.

Berdasarkan persen komposisi massa suatu senyawa yang diberikan, kita dapat

menentukan rumus empiris suatu senyawa (gambar 3.5). Karena kita berhubungan

dengan persentase dan jumlah seluruh persentasenya adalah 100%, maka akan lebih

mudah jika diasumsikan massa senyawa sebanyak 100 gram, seperti contoh 3.9.

CONTOH 3.9

Asam askorbat (vitamin C) dapat menyembuhkan penyakit kudis. Senyawa ini terdiri

dari 40,92% atom karbon (C); 4,58% hidrogen (H), dan 54,50% oksigen (O). Tentukan

rumus empiris formulanya !

Penyelesaian

Jika kita memiliki 100 g asam askorbat, maka persentase masing-masing unsur dapat

dikonversi langsung menjadi gram. Dalam contoh ini, terdapat 40,92 g C; 4,58 g H; dan

54,50 g O. Karena indeks dalam rumus molekul mewakili perbandingan mol, kita perlu

mengkonversi setiap gram unsur menjadi mol. Faktor konversi yang dibutuhkan adalah

massa molar tiap-tiap unsur. Jika n merupakan jumlah mol masing-masing unsur maka

K i m i a D a s a r 1 | 74

𝑛𝐶 = 40,92 𝑔 𝐶 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶

12,01 𝑔 𝐶= 3,407 𝑚𝑜𝑙 𝐶

𝑛𝐻 = 4,58 𝑔 𝐻 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻

1,008 𝑔 𝐻= 4,54 𝑚𝑜𝑙 𝐻

𝑛𝑂 = 54,50 𝑔 𝑂 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑂

16,00 𝑔 𝑂= 3,406 𝑚𝑜𝑙 𝑂

Dengan demikian, kita temukan rumus C3,407H4,54O3,406 yang menunjukkan identitas dan

perbandingan mol atom yang ada. Namun, karena rumus kimia ditulis dengan bilangan

bulat maka untuk mengkonversi ke bilangan bulat dilakukan dengan membagi semua

indeks dengan indeks terkecil (3,406).

𝐶 ∶ 𝐻 ∶ 𝑂 = 3,407

3,406∶ 4,54

3,406∶ 3,406

3,406= 1 ∶ 1,33 ∶ 1

Hasilnya adalah CH1,33O sebagai rumus kimia asam askorbat. Selanjutnya kita harus

mengubah indeks 1,33 menjadi bilangan bulat melalui prosedur trial and error.

1,33 × 1 = 1,33

1,33 × 2 = 2,66

1,33 × 3 = 3,99 ≈ 4

Karena nilai 1,33 menunjukkan bilangan bulat (4), maka kita kalikan semua indeks

dengan 3 dan mendapatkan C3H4O3 sebagai rumus empiris untuk asam askorbat.

Latihan

Tentukan rumus empiris suatu senyawa yang memiliki persen komposisi massa sebagai

berikut : K = 24,75%; Mn = 34,77%; O = 40,51%.

Para ahli kimia seringkali ingin mengetahui massa sebenarnya dari suatu unsur

dalam suatu senyawa dengan massa tertentu. Sebagai contoh, dalam industri

pertambangan, informasi ini menunjukkan para ilmuwan tentang kualitas bijih. Karena

persen komposisi massa unsur dalam senyawa dapat dihitung dengan mudah, maka

masalah seperti ini dapat diselesaikan dengan cara yang sederhana.

CONTOH 3.10

Kalkopirit (CuFeS2) adalah mineral utama dari tembaga. Hitunglah berapa kilogram Cu

dalam 5,93 x 103 kg kalkopirit !

Penyelesaian

Massa molar Cu dan CuFeS2 masing-masing adalah 63,55 g dan 183,5 g. Oleh karena

itu persen massa Cu adalah

%𝐶𝑢 =𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐶𝑢

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2× 100%

%𝐶𝑢 =63,55 𝑔

183,5 𝑔× 100% = 34,63%

K i m i a D a s a r 1 | 75

Untuk menghitung massa Cu dalam 5,93 x 103 kg CuFeS2, kita perlu mengkonversi

bentuk persen menjadi pecahan (yaitu 34,63% menjadi 34,63/100 atau 0,3463) dan

ditulis

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑢 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 = 0,3463 × (5,93 × 103𝑘𝑔) = 2,05 × 103𝑘𝑔

Kita juga dapat memecahkan soal dengan membaca rumus sebagai perbandingan

mol kalkopirit terhadap mol tembaga dengan menggunakan konversi berikut :

Latihan

Hitung berapa gram Al dalam 371 g Al2O3 !

REVIEW

Tanpa melakukan perhitungan yang rinci, perkirakan apakah persen komposisi massa

Hg lebih besar atau lebih kecil dari persen komposisi massa O dalam raksa(II) nitrat,

Hg(NO3)2 !

3.6 Penentuan Rumus Empiris melalui Percobaan

Fakta bahwa kita dapat menentukan rumus empiris senyawa jika diketahui

komposisi persennya memungkinkan kita untuk mengidentifikasi senyawa tersebut

melalui percobaan dengan prosedur sebagai berikut. Pertama, hasil analisis kimia

memberikan informasi tentang jumlah gram tiap unsur yang terdapat dalam sejumlah

tertentu senyawa. Kemudian, kita mengubah gram tersebut menjadi jumlah mol masing-

masing unsur. Pada akhirnya, dengan menggunakan metode yang diberikan dalam

contoh 3.9, kita menemukan rumus empiris senyawa.

Sebagai contoh yang lebih spesifik, perhatikan senyawa etanol berikut. Ketika

etanol dibakar dalam suatu alat seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6 akan

dihasilkan karbon dioksida (CO2) dan air (H2O). Karena tidak ada karbon atau hidrogen

yang terdapat dalam gas yang dimasukkan, kita dapat menyimpulkan bahwa karbon (C)

dan hidrogen (H), mungkin pula oksigen (O), terdapat dalam senyawa etanol. Molekul

oksigen memang telah ditambahkan dalam proses pembakaran, tetapi beberapa oksigen

mungkin juga mungkin berasal dari sampel etanol aslinya.

gram

kalkopirit

mol

kalkopirit

mol Cu gram Cu

O2

panas

etanol

H2O

penyerap

CO2

penyerap

O2 yang tidak

terserap

K i m i a D a s a r 1 | 76

Gambar 3.6 Peralatan untuk menentukan rumus empiris etanol. Penyerap adalah zat yang masing-

masing dapat menahan air dan karbon dioksida.

Massa CO2 dan H2O yang dihasilkan dapat ditentukan dengan mengukur

penambahan massa masing-masing penyerap CO2 dan H2O. Misalkan dalam satu

percobaan pembakaran 11,5 g etanol dihasilkan 22,0 g CO2 dan 13,5 g H2O. Kita bisa

menghitung massa karbon dan hidrogen dalam 11,5 g sampel asli etanol sebagai

berikut.

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶 = 22,0 𝑔 𝐶𝑂2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂244,01 𝑔 𝐶𝑂2

×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2×12,01 𝑔 𝐶

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶= 6,00𝑔 𝐶

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐻 = 13,5 𝑔 𝐻2𝑂 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂

18,02 𝑔 𝐻2𝑂×2 𝑚𝑜𝑙 𝐻

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂×1,008 𝑔 𝐻

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻= 1,51𝑔 𝐻

Dengan demikian, dalam 11,5 g etanol mengandung 6,00 g C dan 1,51 g H. Sisanya

adalah massa oksigen, yang bias dihitung sebagai berikut.

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑂 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 − (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶 + 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐻)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑂 = 11,5 𝑔 − (6,00 𝑔 + 1,51 𝑔)

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑂 = 4,0 𝑔

Jumlah mol dari setiap unsur yang terdapat dalam 11,5 g etanol adalah

𝑚𝑜𝑙 𝐶 = 6,00 𝑔 𝐶 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶

12,01 𝑔 𝐶= 0,50 𝑚𝑜𝑙 𝐶

𝑚𝑜𝑙 𝐻 = 1,51 𝑔 𝐻 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻

1,008 𝑔 𝐻= 1,50 𝑚𝑜𝑙 𝐻

𝑚𝑜𝑙 𝑂 = 4,00 𝑔 𝐶 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑂

16,00 𝑔 𝑂= 0,25 𝑚𝑜𝑙 𝑂

Oleh karena itu, rumus molekul etanol adalah C0,50H1,5O0,25 (dilakukan

pembulatan jumlah mol hingga dua angka penting). Karena jumlah atom harus berupa

bilangan bulat, maka masing-masing indeks dibagi dengan indeks terkecil yaitu 0,25

dan diperoleh rumus empiris etanol adalah C2H6O.

Sekarang kita dapat memahami dengan lebih baik arti kata “empiris” yang

secara harfiah berarti “hanya berdasarkan pengamatan dan pengukuran”. Rumus

empiris etanol ditentukan dari analisis senyawa tersebut berdasarkan unsur-unsur

penyusunnya. Konsep tentang bagaimana atom-atom saling berikatan satu sama lain

dalam satu senyawa tidak diperlukan lagi.

Penentuan Rumus Molekul

Rumus dihitung dari data persen komposisi massa selalu berupa rumus empiris

karena indeks dalam rumus selalu direduksi menjadi bilangan bulat terkecil. Untuk

menghitung rumus sebenarnya atau rumus molekulnya, kita harus mengetahui massa

molar perkiraan dari senyawa tersebut. Karena massa molar senyawa harus merupakan

K i m i a D a s a r 1 | 77

kelipatan bulat dari massa molar rumus empirisnya, maka kita dapat menggunakan

massa molar tersebut untuk menemukan rumus molekul, seperti yang ditunjukkan pada

Contoh 3.11.

CONTOH 3.11

Suatu sampel senyawa mengandung 1,52 g nitrogen (N) dan 3,47 g oksigen (O). Massa

molar dari senyawa ini adalah antara 90 g dan 95 g. Tentukan rumus molekul dan massa

molar yang tepat dari senyawa ini.

Penyelesaian

Kita telah mengetahui massa N dan O dalam gram. Gunakan massa molar sebagai

faktor konversi untuk mengubah gram ke mol untuk setiap unsur. Misalkan n

merupakan jumlah mol masing-masing unsur, maka dapat ditulis

𝑛𝑁 = 1,52 𝑔 𝑁 × 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁

14,01 𝑔 𝑁= 0,108 𝑚𝑜𝑙 𝑁

𝑛𝑂 = 3,47 𝑔 𝑂 × 1 𝑚𝑜𝑙 𝑂

16,00 𝑔 𝑂= 0,217 𝑚𝑜𝑙 𝑂

Dengan demikian, diperoleh rumus N0,108O0,217 yang menunjukkan jenis dan

perbandingan atom yang ada. Karena rumus kimia ditulis dengan bilangan bulat, maka

dilakukan konversi ke bilangan bulat dengan membagi seluruh indeks dengan indeks

yang paling kecil (0,108). Setelah pembulatan, kita peroleh NO2 sebagai rumus

empirisnya.

Rumus molekul senyawa mungkin sama dengan rumus empirisnya atau berupa

kelipatan bilangan bulat dari rumus empirisnya (misalnya dua, tiga, empat, atau lebih

kali rumus empiris). Dengan membandingkan perbandingan massa molar molekul

dengan massa molar rumus empiris akan menunjukkan hubungan bulat antara rumus

empiris dan molekul. Massa molar rumus empiris NO2 adalah

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑟𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑒𝑚𝑝𝑖𝑟𝑖𝑠 = 14,01 𝑔 + 2(16,00 𝑔) = 46,01 𝑔

Selanjutnya, kita tentukan perbandingan antara massa molar molekul dengan massa

molar empirisnya.

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑚𝑝𝑖𝑟𝑖𝑠=

90 𝑔

46,01 𝑔≅ 2

Maka massa molarnya adalah dua kali massa molar empiris. Hal ini berarti ada dua unit

NO2 di setiap molekul senyawa dengan rumus molekul (NO2)2 atau N2O4. Massa molar

sebenarnya dari senyawa ini adalah dua kali massa molar empirisnya, yaitu 2(46,01 g) =

92,02 g; yaitu antara 90 g dan 95 g.

Latihan

Sampel dari senyawa yang mengandung boron (B) dan hidrogen (H) mengandung 6,444

g B dan 1,803 g H. Massa molar senyawa tersebut sekitar 30 g. Apa rumus molekulnya?

K i m i a D a s a r 1 | 78

3.7 Reaksi Kimia dan Persamaan Kimia

Setelah membahas massa atom dan molekul, kita beralih pada apa yang terjadi

terhadap atom dan molekul selama berlangsungnya reaksi kimia, sebuah proses dimana

suatu zat (atau senyawa) berubah menjadi satu atau lebih zat baru. Agar reaksi kimia

dapat dikomunikasikan satu sama lain, ahli kimia telah menemukan cara standar untuk

menggambarkan terjadinya reaksi kimia melalui persamaan kimia. Sebuah persamaan

kimia menggunakan simbol kimia untuk menunjukkan apa yang terjadi selama reaksi

kimia. Dalam bagian ini kita akan belajar bagaimana menulis persamaan kimia dan

menyeimbangkannya.

Menulis Persamaan Kimia

Perhatikan apa yang terjadi ketika gas hidrogen (H2) terbakar di udara (yang

mengandung gas oksigen, O2) untuk membentuk air (H2O). Reaksi ini dapat dinyatakan

dalam persamaan kimia

𝐻2 + 𝑂2 → 𝐻2𝑂

dimana tanda "+" berarti "bereaksi dengan" dan tanda “” berarti menghasilkan. Jadi

penulisan lambing diatas dibaca : "Molekul hidrogen bereaksi dengan molekul oksigen

untuk menghasilkan air." Reaksi diasumsikan untuk melanjutkan dari kiri ke kanan

sesuai dengan arah tanda panah.

Namun, persamaan diatas masih belum lengkap karena jumlah atom oksigen sisi

kiri (dua) dua kali lebih banyak daripada sisi kanan tanda panah (satu). Untuk

menyesuaikan dengan hukum kekekalan massa, maka jumlah tiap jenis atom di kedua

sisi tanda panah harus sama, dapat dikatakan pula bahwa jumlah atom setelah reaksi

berakhir sama seperti sebelum reaksi dimulai. Persamaan diatas dapat diseimbangkan

dengan menempatkan koefisien yang sesuai. Dalam contoh ini koefisien 2 diberikan di

depan H2 dan H2O.

2𝐻2 + 𝑂2 → 2𝐻2𝑂

+

dua molekul hidrogen + satu molekul oksigen dua molekul air

2H2 + O2 2H2O

Gambar 3.7 Tiga cara untuk menggambarkan proses pembakaran hydrogen. Sesuai

dengan hukum kekekalan massa, jumlah tiap jenis atom harus sama pada

kedua sisi persamaan.

Persamaan kimia yang seimbang ini menunjukkan bahwa "dua molekul hidrogen

bergabung atau bereaksi dengan satu molekul oksigen untuk membentuk dua molekul

air" (Gambar 3.7). Karena perbandingan jumlah molekul setara dengan perbandingan

K i m i a D a s a r 1 | 79

jumlah mol, maka persamaan tersebut juga dapat dibaca sebagai "2 mol molekul

hidrogen bereaksi dengan 1 mol molekul oksigen untuk menghasilkan 2 mol molekul

air." Kita juga telah mengetahui massa satu mol masing-masing zat, sehingga kita juga

bisa menafsirkan persamaan tersebut sebagai "4,04 g H2 bereaksi dengan 32,00 g O2

untuk menghasilkan 36,04 g H2O." Ketiga cara membaca persamaan reaksi kimia

dirangkum dalam Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Penafsiran Persamaan Kimia

2H2 + O2 2H2O

dua molekul + satu molekul dua molekul

2 mol + 1 mol 2 mol

2(2,02 g) = 4,04 g + 32 g 2(18,02 g) = 36,04 g

36,04 g reaktan 36,04 g produk

Pada persamaan reaksi sebelumnya, H2 dan O2 disebut sebagai reaktan, yaitu

bahan awal dalam reaksi kimia. Sedangkan air (H2O) adalah produk, yaitu bahan yang

terbentuk sebagai hasil dari reaksi kimia. Jadi, sebuah persamaan kimia hanya

deskripsi singkat tentang terjadinya reaksi kimia. Dalam persamaan kimia, reaktan

ditulis di sebelah kiri tanda panah dan produk di sebelah kanan tanda panah :

𝒓𝒆𝒂𝒌𝒕𝒂𝒏 → 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒌

Sebagai informasi tambahan, para ahli kimia sering menunjukkan wujud fisik

dari reaktan dan produk dengan menggunakan huruf g, l, dan s yang masing-masing

digunakan untuk menunjukkan wujud gas, cair, dan padat. Misalnya

2CO2(g) + O2(g) 2CO2(g)

2HgO(s) 2Hg(l) + O2(g)

Untuk menunjukkan apa yang terjadi ketika natrium klorida (NaCl) ditambahkan

ke dalam air, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠)𝐻2𝑂→ 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑞)

dimana (aq, aqueous) menunjukkan lingkungan berair (dalam contoh ini lingkungan

air). Penulisan H2O diatas tanda panah melambangkan proses fisik pelarutan zat dalam

air, meskipun seringkali diabaikan agar lebih sederhana.

Menyetarakan Persamaan Kimia

Misalkan kita ingin menulis sebuah persamaan untuk menggambarkan reaksi

kimia yang baru saja kita dilakukan di laboratorium, bagaimana seharusnya kita

melakukannya? Karena kita telah mengetahui identitas dari reaktan, maka kita bisa

menulis rumus kimianya sedangkan identitas produk lebih sulit untuk ditentukan. Untuk

reaksi yang sederhana, seringkali memungkinkan untuk menebak produk(-produk)nya.

Untuk reaksi yang lebih rumit dengan melibatkan tiga atau lebih produk, kimiawan

K i m i a D a s a r 1 | 80

mungkin perlu untuk melakukan analisis lebih lanjut untuk membuktikan keberadaan

senyawa tertentu.

Setelah diidentifikasi semua jenis reaktan dan produk, serta telah ditulis rumus

kimia yang benar untuk masing-masing senyawa, kita kumpulkan sesuai kelompoknya

dan diurutkan secara manual, reaktan diletakkan di sebelah kiri dipisahkan oleh sebuah

tanda panah, sedangkan produk berada di sebelah kanan tanda panah. Persamaan yang

ditulis ini kemungkinan belum seimbang, dimana jumlah setiap jenis atom pada salah

satu sisi dari tanda panah berbeda dari sisi yang lain. Secara umum, kita dapat

menyeimbangkan persamaan kimia dengan langkah-langkah berikut :

1. Identifikasi semua reaktan dan produk serta menuliskan rumus kimia yang benar

masing-masing di sisi kiri dan sisi kanan persamaan kimia.

2. Mulailah menyeimbangkan persamaan dengan mencoba koefisien yang berbeda

untuk menyetarakan jumlah atom setiap unsur pada kedua sisi persamaan. Kita dapat

mengubah koefisien (nomor yang ditulis sebelum rumus kimia senyawa) tetapi tidak

bias mengubah indeks (nomor dalam rumus senyawa) karena mengubah indeks akan

mengubah jenis zat. Misalnya, 2NO2 berarti "dua molekul nitrogen dioksida" tetapi

jika kita melipatgandakan indeksnya kita akan memiliki senyawa N2O4, yaitu rumus

kimia dari dinitrogen tetraoksida, suatu senyawa yang sama sekali berbeda dengan

NO2.

3. Pertama-tama, carilah unsur yang hanya muncul sekali pada setiap sisi persamaan

dengan jumlah yang sama atom di setiap sisi. Rumus yang mengandung unsur-unsur

tersebut harus memiliki koefisien yang sama. Oleh karena itu, kita tidak perlu

menyesuaikan koefisien unsur-unsur tersebut. Selanjutnya, carila unsure yang hanya

muncul sekali pada setiap sisi persamaan, tetapi dalam jumlah atom yang berbeda.

Setarakan jumlah unsur tersebut. Terakhir, setarakan unsur-unsur yang muncul

dalam dua atau lebih rumus kimia pada sisi persamaan yang sama.

4. Periksa persamaan reaksi yang telah disetarakan untuk memastikan bahwa jumlah

dari setiap jenis atom di kedua sisi persamaan yang dipisahkan oleh tanda panah

adalah sama.

Perhatikan contoh yang lebih spesifik berikut ini. Di laboratorium, sejumlah

kecil gas oksigen dapat dibuat dengan memanaskan kalium klorat (KClO3). Produk

reaksi ini berupa gas oksigen (O2) dan kalium klorida (KCl). Dari informasi ini, kita

menulis

KClO3 KCl + O2

(Untuk mempermudah, kita mengabaikan wujud fisik dari reaktan dan produk) Ketiga

unsur-unsur dalam persamaan (K, Cl, dan O) hanya muncul sekali pada setiap sisi per-

samaan, tapi hanya atom K dan Cl yang memiliki jumlah yang sama di kedua sisi

persamaan. Dengan demikian, KClO3 dan KCl harus memiliki koefisien yang sama.

Langkah selanjutnya adalah menyetarakan jumlah atom O pada kedua sisi persamaan.

Karena ada tiga atom O di sebelah kiri dan dua atom O di sebelah kanan persamaan,

kita dapat menyetarakannya dengan menempatkan koefisien 2 di depan rumus KClO3

dan 3 di depan rumus O2.

K i m i a D a s a r 1 | 81

2KClO3 KCl + 3O2

Akhirnya, jumlah atom K dan Cl disetarakan dengan menempatkan koefisien 2 di depan

rumus senyawa KCl :

2KClO3 2KCl + 3O2

Untuk pengecekan terakhir, kita dapat menyusun lembar kesetaraan untuk reaktan dan

produk yang menunjukkan jumlah atom dari setiap unsur yang ditulis dalam tanda

kurung :

Reaktan Produk

K (2) K (2)

Cl (2) Cl (2)

O (6) O (6)

Perhatikan bahwa persamaan ini juga setara jika koefisien yang ditambahkan

merupakan kelipatan 2 (untuk KClO3), kelipatan 2 (untuk KCl), dan kelipatan 3 (untuk

O2), misalnya

4KClO3 + 4KCl 6O2

Namun dalam prakteknya lebih umum digunakan angka bulat paling sederhana sebagai

koefisien untuk menyetarakan suatu persamaan kimia.

Perhatikan reaksi pembakaran dari salah satu komponen gas alam yaitu etana

(C2H6) dengan oksigen atau udara, yang menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan air.

Persamaan reaksi tidak setaranya adalah

C2H6 + O2 CO2 + H2O

Dapat dilihal bahwa jumlah atom tidak sama pada kedua sisi persamaan untuk setiap

unsur (C, H, dan O). Selain itu, C dan H hanya muncul sekali pada setiap sisi

persamaan, sedangkan O muncul dalam dua senyawa berbeda di sisi kanan (CO2 dan

H2O). Untuk menyeimbangkan jumlah atom C, kita tempatkan koefisien 2 di depan

CO2

C2H6 + O2 2CO2 + H2O

Untuk menyeimbangkan atom H, kita tempatkan koefisien 3 di depan H2O

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O

Sampai pada tahap ini, atom C dan H telah setara, tetapi atom O belum setara karena

ada tujuh atom O di sisi kanan dan hanya dua atom O di sisi kiri persamaan.

Ketidaksetaraan atom O dapat diatasi dengan menuliskan koefisien 7/2 di depan O2

pada sisi kiri persamaan

C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O

Secara logika, penggunaan 7/2 sebagai koefisien menyatakan bahwa ada tujuh atom

oksigen pada sisi kanan dari persamaan, tetapi hanya sepasang atom oksigen (O2) di

sebelah kiri. Untuk menyeimbangkannya, muncul pertanyaan berapa pasang atom

oksigen yang diperlukan yang nilainya sama dengan tujuh atom oksigen. Sama seperti

3,5 pasang sepatu yang sama tujuh sepatu, 7/2 molekul O2 sama dengan tujuh atom O.

Seperti yang ditunjukkan dalam perhitungan berikut, persamaan reaksinya kini telah

setara

K i m i a D a s a r 1 | 82

Reaktan Produk

C (2) C (2)

H (6) H (6)

O (7) O (7)

Namun, koefisien reaksi lebih sering menggunakan bilangan bulat daripada

pecahan. Oleh karena itu, kita kalikan persamaan keseluruhan dengan 2 untuk

mengkonversi 7/2 menjadi 7.

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

Maka perhitungan akhirnya adalah

Reaktan Produk

C (4) C (4)

H (12) H (12)

O (14) O (14)

Perhatikan bahwa koefisien yang digunakan untuk menyetarakan persamaan

yang paling akhir adalah bilangan bulat terkecil.

CONTOH 3.12

Ketika logam aluminium berinteraksi dengan udara, akan terbentuk lapisan pelindung

aluminium oksida (Al2O3) pada permukaannya. Lapisan ini mencegah reaksi lanjut

antara aluminium dan oksigen, dan hal itu merupakan alasan mengapa kaleng minuman

yng terbuat dari aluminium tidak mengalami korosi. Sedangkan pada besi, karat atau

besi(III) oksida, membentuk lapisan yang terlalu berpori untuk melindungi logam besi

di bawahnya sehingga terjadi perkaratan lebih lanjut. Tulislah persamaan reaksi setara

untuk pembentukan Al2O3 !

Penyelesaian

Persamaan reaksi tidak setaranya adalah

Al + O2 Al2O3

Dalam persamaan yang setara, jumlah dan jenis atom pada setiap sisi persamaan harus

sama. Jika diamati, terdapat satu atom Al di sisi reaktan dan dua atom Al di sisi produk.

Penyetaraan atom Al dapat dilakukan dengan menempatkan koefisien 2 di depan Al di

sisi reaktan.

2Al + O2 Al2O3

Terdapat 2 atom O pada sisi reaktan dan tiga atom O pada sisi produk dalam

persamaan. Penyetaraan atom O dilakukan dengan menempatkan koefisien 3/2 di depan

rumus O2 pada sisi reaktan.

2Al + 3/2O2 Al2O3

Persamaan reaksi kimia ini sudah setara, namun umumnya suatu persamaan disetarakan

dengan bilangan bulat terkecil sebagai koefisien. Oleh karena itu, semua koefisien pada

kedua sisi persamaan dikalikan dengan 2.

K i m i a D a s a r 1 | 83

2 [2Al + 3/2O2 Al2O3]

4Al + 3O2 2Al2O3

Pada persamaan reaksi setara, jenis dan jumlah atom pada masing-masing sisi

persamaan harus sama. Maka tabel kesetaraan terakhirnya adalah

Reaktan Produk

Al (4) Al (4)

O (6) O (6)

Latihan

Setarakan persamaan reaksi antara besi(III) oksida, Fe2O3, dan karbon monoksida, CO,

yang menghasilkan besi, Fe, dan karbon dioksida, CO2 !

REVIEW

Bagian mana dari persamaan dibawah ini yang merupakan bagian penting untuk

penyetaraan reaksi dan bagian mana yang akan membantu jika kita akan melakukan

percobaan di laboratorium ?

CaH2(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(aq) + 2H2(g)

3.8 Jumlah Reaktan dan Produk

Pertanyaan mendasar yang muncul jika kita bekerja di laboratorium kimia adalah

"Berapa banyak produk yang akan terbentuk dari sejumlah tertentu bahan awal

(reaktan)?" Atau dalam beberapa kasus, muncul pertanyaan sebaliknya, "Berapa banyak

bahan awal yang dibutuhkan untuk memperoleh sejumlah tertentu produk ?" Untuk

menafsirkan reaksi secara kuantitatif, kita perlu menerapkan konsep massa molar dan

konsep mol. Stoikiometri adalah studi kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi

kimia.

Meskipun satuan yang diberikan untuk reaktan (atau produk) adalah dalam mol,

gram, liter (untuk gas), atau beberapa satuan lain, kita menggunakan mol untuk

menghitung jumlah produk yang terbentuk dalam reaksi. Pendekatan ini disebut metode

mol, yang berarti bahwa koefisien stoikiometri dalam persamaan kimia hanya dapat

diartikan sebagai jumlah mol dari setiap zatnya. Misalnya, dalam industri, amonia

disintesis dari hidrogen dan nitrogen sesuai persamaan reaksi sebagai berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Koefisien stoikiometri menunjukkan bahwa satu molekul N2 bereaksi dengan tiga

molekul H2 untuk membentuk dua molekul NH3. Oleh karena itu, jumlah relatif mol

yang terlibat dalam reaksi sama dengan jumlah relatif molekulnya :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

1 molekul 3 molekul 2 molekul

K i m i a D a s a r 1 | 84

6,022 x 1023 molekul 3(6,022 x 1023 molekul) 2(6,022 x 1023 molekul)

1 mol 3 mol 2 mol

Dengan demikian, persamaan ini juga dapat dibaca sebagai "1 mol gas N2 bergabung

dengan 3 mol gas H2 membentuk 2 mol gas NH3." Dalam perhitungan stoikiometri,

dikatakan bahwa 3 mol H2 setara dengan 2 mol NH3.

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 ≈ 2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

dimana symbol ≈ berarti "stoikiometri setara dengan" atau "setara dengan." Hubungan

ini memungkinkan kita untuk menulis faktor konversinya.

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻22 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

𝑑𝑎𝑛 2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻33 𝑚𝑜𝑙 𝐻2

Dengan cara yang sama, kita memiliki kesetaraan

1 mol N2 ≈ 2 mol NH3

1 mol N2 ≈ 3 mol H2

Perhatikan contoh sederhana berikut, dimana 6,0 mol H2 bereaksi sempurna

dengan N2 membentuk NH3. Untuk menghitung jumlah mol NH3 yang dihasilkan, kita

menggunakan faktor konversi yang memiliki H2 sebagai penyebut kemudian ditulis

𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 = 6,0 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 ×2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻33 𝑚𝑜𝑙 𝐻2

= 4,0 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

Sekarang anggaplah 16,0 g H2 bereaksi sempurna dengan N2 membentuk NH3.

Berapa gram NH3 yang akan terbentuk ? Dalam perhitungan, telah diketahui hubungan

antara H2 dan NH3 melalui perbandingan mol dari persamaan reaksi setaranya. Jadi,

terlebih dahulu harus dilakukan konversi massa H2 (dalam gram) ke mol H2, kemudian

menjadi mol NH3, dan akhirnya menjadi gram NH3. Langkah-langkah konversinya

sebagai berikut.

Gambar 3.8 menunjukkan langkah-langkah perhitungan stoikiometri

menggunakan metode mol.

gram H2 mol H2 mol NH3 gram NH3

Massa senyawa A

(g)

Mol senyawa A

Massa senyawa B

(g)

Mol senyawa B

Gunakan massa

molar senyawa A

(g/mol)

Gunakan massa

molar senyawa B

(g/mol)

Gunakan perbandingan

mol A dan B pada

persamaan reaksi

setaranya

K i m i a D a s a r 1 | 85

Gambar 3.8 Metode mol. Pertama, ubahlah jumlah reaktan A (dalam gram atau satuan lainnya) ke

jumlah mol. Selanjutnya, gunakan perbandingan mol dalam persamaan setaranya untuk menghitung

jumlah mol produk B yang terbentuk. Akhirnya, ubahlah mol produk menjadi gram produk.

Pertama-tama, 16,0 g massa H2 diubah menjadi jumlah mol H2 dengan menggunakan

massa molar H2 sebagai faktor konversi.

𝑚𝑜𝑙 𝐻2 = 16,0 𝑔 𝐻2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2

2,016 𝑔 𝐻2= 7,94 𝑚𝑜𝑙 𝐻2

Selanjutnya, kita hitung jumlah mol NH3 yang dihasilkan.

𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3 = 7,94 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 ×2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻2= 5,29 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

Akhirnya, massa NH3 yang diproduksi (dalam gram) dapat diketahui dengan

menggunakan massa molar NH3 sebagai faktor konversi :

𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑁𝐻3 = 5,29 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3 ×17,03 𝑔 𝑁𝐻31 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

= 90,1 𝑔 𝑁𝐻3

Ketiga perhitungan terpisah diatas dapat dikombinasikan dalam satu langkah, yaitu :

𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑁𝐻3 = 16,0 𝑔 𝐻2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻22,016 𝑔 𝐻2

×2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻33 𝑚𝑜𝑙 𝐻2

×17,03 𝑔 𝑁𝐻31𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

= 90,1 𝑔 𝑁𝐻3

Dengan cara yang serupa kita juga dapat menghitung berapa gram N2 yang diperlukan

dalam reaksi. Langkah-langkahnya sebagai berikut.

Dengan menggunakan hubungan 1 mol N2 ≈ 3 mol H2, dapat ditulis

𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑁2 = 16,0 𝑔 𝐻2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻22,016 𝑔 𝐻2

×1 𝑚𝑜𝑙 𝑁23 𝑚𝑜𝑙 𝐻2

×28,02 𝑔 𝑁21 𝑚𝑜𝑙 𝑁2

= 74,1 𝑔 𝑁2

CONTOH 3.13

Makanan yang kita makan akan terdegradasi atau dicerna dalam tubuh kita untuk

menyediakan energi untuk pertumbuhan dan menjalankan fungsinya. Persamaan reaksi

yang umum untuk keseluruhan proses yang sangat kompleks ini menggambarkan

terjadinya degradasi glukosa (C6H12O6) menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O).

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

Jika 968 g C6H12O6 dikonsumsi seseorang pada waktu tertentu, maka berapa massa CO2

yang dihasilkan ?

Penyelesaian

Ikuti langkah-langkah sebelumnya dan petunjuk sesuai gambar 3.8.

Langkah 1 : Persamaan reaksi yang diberikan pada soal merupakan persamaan

setara.

Langkah 2 : Untuk mengubah massa C6H12O6 menjadi mol C6H12O6 ditulis :

gram H2 mol H2 mol N2 gram N2

K i m i a D a s a r 1 | 86

968 𝑔 𝐶6𝐻12𝑂6 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶6𝐻12𝑂6

180,2 𝑔 𝐶6𝐻12𝑂6= 5,372 𝑚𝑜𝑙 𝐶6𝐻12𝑂6

Langkah 3 : Dari perbandingan mol diketahui bahwa 1 mol C6H12O6 ≈ 6 mol CO2.

Oleh karena itu jumlah mol CO2 yang terbentuk adalah

5,372 𝑚𝑜𝑙 𝐶6𝐻12𝑂6 ×6 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶6𝐻12𝑂6= 32,23 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

Langkah 4 : Terakhir, massa CO2 yang terbentuk adalah

32,23 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 ×44,01 𝑔 𝐶𝑂21 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

= 1,42 × 103𝑔 𝐶𝑂2

Setelah beberapa kali berlatih, kita dapat mengkombinasikan beberapa langkah konversi

dalam satu persamaan

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2 = 968 𝑔 𝐶6𝐻12𝑂6 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶6𝐻12𝑂6

180,2 𝑔 𝐶6𝐻12𝑂6×

6 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂21 𝑚𝑜𝑙 𝐶6𝐻12𝑂6

×44,01 𝑔 𝐶𝑂21 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2 = 1,42 × 103𝑔 𝐶𝑂2

Latihan

Metanol (CH3OH) terbakar di udara sesuai persamaan

2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O

Jika 209 g metanol terbakar habis selama proses pembakaran, berapa massa H2O yang

dihasilkan ?

CONTOH 3.14

Semua logam alkali bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan senyawa

hidroksida dari logam alkali yang sesuai. Reaksi khas antara lithium dan air adalah :

2Li(s) + 2H2O(l) 2LiOH(aq) + H2(g)

Berapa gram Li diperlukan untuk menghasilkan 7,79 g H2?

Penyelesaian

Langkah-langkah konversinya sebagai berikut

dengan menggabungkan beberapa dalam satu persamaan, maka dapat ditulis :

7,79 𝑔 𝐻2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐻22,016 𝑔 𝐻2

×2 𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑖

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2×6,941 𝑔 𝐿𝑖

1 𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑖= 53,6 𝑔 𝐿𝑖

Latihan

Reaksi antara nitrogen oksida (NO) dan oksigen untuk menghasilkan nitrogen dioksida

(NO2) merupakan langkah utama dalam pembentukan kabut fotokimia.

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

Berapa gram O2 yang diperlukan untuk menghasilkan 2,21 g NO2 ?

REVIEW

Manakah pernyataan tepat tentang reaksi dibawah ini ?

gram H2 mol H2 mol Li gram Li

K i m i a D a s a r 1 | 87

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)

(a) satu mol NO dihasilkan untuk tiap mol NH3 yang bereaksi

(b) 6 g H2O dihasilkan untuk setiap 4 g NH3 yang bereaksi

(c) 2 mol NO dihasilkan untuk setiap 3 mol O2 yang bereaksi

3.9 Pereaksi Pembatas

Ketika seorang ahli kimia melakukan suatu reaksi, jumlah reaktan yang tersedia

biasanya tidak dalam jumlah stoikiometri yang tepat, yaitu jumlah yang sesuai dengan

yang ditunjukkan oleh persamaan reaksi setaranya. Karena tujuan dari terjadinya reaksi

adalah untuk menghasilkan jumlah maksimum senyawa dari sejumlah tertentu bahan

awal, bahkan seringkali salah satu reaktan disediakan dalam jumlah yang sangat

berlebih untuk memastikan bahwa reaktan lain yang lebih mahal benar-benar dikonversi

menjadi produk yang diinginkan. Akibatnya, beberapa reaktan akan tersisa pada akhir

reaksi. Reaktan yang habis digunakan terlebih dulu dalam reaksi disebut pereaksi

pembatas, karena jumlah maksimum produk yang terbentuk tergantung pada berapa

banyak jumlah reaktan awalnya. Ketika reaktan ini habis, tidak ada lagi produk yang

dapat dibentuk.

Pereaksi berlebih adalah reaktan dengan jumlah yang lebih besar daripada yang

diperlukan untuk bereaksi dengan sejumlah tertentu pereaksi pembatas.

Konsep pereaksi pembatas analog dengan hubungan antara pria dan wanita

dalam kontes tari di sebuah klub. Jika ada 14 laki-laki dan hanya ada 9 perempuan,

maka hanya akan ada 9 pasang perempuan/laki-laki yang bisa bersaing. Lima orang

tersisa akan ditinggalkan tanpa pasangan. Jumlah wanita membatasi jumlah pria yang

dapat ikut serta dalam kontes menari, dan ada kelebihan laki-laki.

Perhatikan reaksi yang terjadi pada industri yang mensintesis metanol (CH3OH)

dari karbon monoksida dan hidrogen pada suhu tinggi berikut.

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

Anggaplah pada awalnya kita memiliki 4 mol CO dan 6 mol H2 (Gambar 3.9). Salah

satu cara untuk menentukan mana dari dua reaktan tersebut yang merupakan pereaksi

pembatas adalah dengan menghitung jumlah mol CH3OH diperoleh berdasarkan jumlah

awal CO dan H2. Dari definisi sebelumnya, diketahui bahwa hanya reagen pembatas

yang akan menghasilkan jumlah lebih kecil dari produk. Jika kita memiliki 4 mol CO,

kita temukan jumlah mol CH3OH dihasilkan adalah

4 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻3𝑂𝐻

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂= 4 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻3𝑂𝐻

Jika kita memiliki 6 mol H2, jumlah mol CH3OH yang dihasilkan adalah

6 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻3𝑂𝐻

2 𝑚𝑜𝑙 𝐻2= 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻3𝑂𝐻

Karena H2 menghasilkan CH3OH dengan jumlah yang lebih kecil, maka H2 merupakan

pereaksi pembatasnya, sedangkan CO merupakan pereaksi berlebih.

Dalam perhitungan stoikiometri yang melibatkan pereaksi pembatas, langkah

pertama yang harus dilakukan adalah menentukan reaktan yang bertindak sebagai

K i m i a D a s a r 1 | 88

pereaksi pembatas. Setelah pereaksi pembatas dapat diidentifikasi, penyelesaian dapat

dilakukan seperti yang telah diuraikan pada Bagian 3.8. Contoh 3.15 mengilustrasikan

pendekatan ini.

CONTOH 3.15

Urea, (NH2)2CO dibuat dengan mereaksikan amonia dengan karbon dioksida.

2NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(aq) + H2O(l)

Dalam suatu proses, 849,2 g NH3 direaksikan dengan 1223 g CO2. (a) Manakah dari

kedua reaktan tersebut yang merupakan pereaksi pembatas ? (b) Hitunglah massa

(NH2)2CO yang dihasilkan ! (c) Berapa gram sisa pereaksi berlebih pada akhir reaksi ?

Penyelesaian

Soal ini dapat diselesaikan dengan melakukan perhitungan terpisah. Pertama-tama,

dimulai dengan 849,2 g NH3 dapat dihitung jumlah mol (NH2)2CO yang dapat

dihasilkan jika semua NH3 bereaksi dengan menggunakan langkah konversi sebagai

berikut.

Dengan menggabungkan beberapa langkah diatas menjadi satu langkah saja dapat

ditulis

𝑚𝑜𝑙 (NH2)2CO = 849,2 g NH3 ×1 mol NH317,03 g NH3

×1 mol (NH2)2CO

2 mol NH3

= 24,93 mol (NH2)2CO

Kedua, untuk 1223 g CO2 faktor konversinya adalah

Jumlah mol (NH2)2CO yang kemungkinan terbentuk jika semua CO2 bereaksi adalah

𝑚𝑜𝑙 (NH2)2CO = 1223 g CO2 ×1 mol CO244,01 g CO2

×1 mol (NH2)2CO

2 mol CO2

= 27,79 mol (NH2)2CO

Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, NH3 merupakan pereaksi pembatas karena

menghasilkan jumlah (NH2)2CO yang lebih kecil.

Massa molar (NH2)2CO adalah 60,06 g. Faktor konversi ini digunakan untuk

mengubah mol (NH2)2CO menjadi gram (NH2)2CO, yaitu :

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 (NH2)2CO = 24,93 mol (NH2)2CO ×60,06 g (NH2)2CO

1 mol (NH2)2CO= 1497 g (NH2)2CO

Setelah diketahui bahwa dari hasil reaksi diperoleh 24,93 mol (NH2)2CO, dapat

ditentukan massa CO2 yang bereaksi berdasarkan perbandingan mol pada persamaan

reaksi setaranya dan massa molar CO2. Langkah-langkah konversinya adalah

Oleh karena itu

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2𝑏𝑒𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = 24,93 𝑚𝑜𝑙 (NH2)2CO ×1 mol CO2

1 mol (NH2)2CO×44,01 g CO2

1 mol CO2

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2𝑏𝑒𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = 1097 g CO2

gram NH3 mol NH3 mol (NH2)2CO

gram CO2 mol CO2 mol (NH2)2CO

mol (NH2)2CO mol CO2 massa CO2

K i m i a D a s a r 1 | 89

Jumlah CO2 yang tersisa (berlebih) merupakan selisih antara jumlah awalnya (1223 g)

dengan jumlah CO2 yang bereaksi (1097 g).

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2𝑡𝑒𝑟𝑠𝑖𝑠𝑎 = 1223 𝑔 − 1097 𝑔 = 126 𝑔

Latihan

Reaksi antara aluminium dan besi(III) oksida terjadi pada suhu sekitar 3000°C dan

digunakan dalam proses pengelasan logam las.

2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe

Pada suatu proses, 124 g Al direaksikan dengan 601 g Fe2O3. (a) Hitung massa Al2O3

yang terbentuk (dalam gram) ! (b) Berapa banyak pereaksi berlebih yang tersisa pada

akhir reaksi ?

Contoh 3.15 memunculkan suatu poin penting. Dalam prakteknya, kimiawan

biasanya memilih bahan kimia yang lebih mahal sebagai pereaksi pembatas sehingga

semua atau sebagian besar akan digunakan selama reaksi berlangsung. Dalam sintesis

urea, NH3 selalu berperan sebagai pereaksi pembatas karena jauh lebih mahal daripada

CO2.

REVIEW

Perhatikan persamaan reaksi kimia berikut.

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

Dimulai dengan reaktan yang ditunjukkan pada gambar (a), manakah diantara diagram

(b), (c) dan (d) yang paling tepat mewakili kondisi pereaksi pembatas ketika reaksi telah

berlangsung sempurna ?

3.10 Hasil Reaksi

Jumlah pereaksi pembatas yang ada pada awal reaksi menentukan hasil teoritis

dari reaksi tersebut, yaitu jumlah produk yang akan dihasilkan jika semua pereaksi

pembatas habis bereaksi. Jadi, hasil teoritis adalah hasil maksimal yang diperoleh

berdasarkan hasil prediksi dari persamaan setaranya. Dalam prakteknya, hasil yang

sebenarnya atau jumlah produk sebenarnya yang dihasilkan dari reaksi, hampir selalu

kurang dari hasil teoritis. Ada banyak alasan mengapa muncul perbedaan antara hasil

sebenarnya dan hasil teoritis, misalnya sebagian besar reaksi kimia berlangsung

(a) (b) (c) (d)

NO

O2

NO2

K i m i a D a s a r 1 | 90

reversibel sehingga reaksi tidak 100% berjalan dari kiri (reaktan) ke kanan (produk).

Bahkan ketika reaksi telah 100% selesai, mungkin sulit untuk memisahkan semua

produk dari media reaksinya (misalnya, dari larutan berair). Beberapa reaksi bersifat

kompleks, dimana produk yang dihasilkan dapat bereaksi lebih lanjut di antara produk-

produk itu sendiri atau dengan reaktan lain untuk menghasilkan produk lain. Reaksi-

reaksi tambahan akan mengurangi hasil dari reaksi pertamanya.

Untuk menentukan tingkat efisiensi reaksi yang berlangsung, para ahli kimia

seringkali mencari persen hasil, yang menggambarkan perbandingan antara hasil

sebenarnya dengan hasil teoritis, yang dihitung sebagai berikut.

% ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 =ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎

ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠× 100%

Hasil persen berkisar antara 1% sampai 100 persen. Para kimiawan berusaha untuk

memaksimalkan persen hasil dalam suatu reaksi kimia. Faktor-faktor yang dapat

mempengaruhi persen hasil diantaranya adalah suhu dan tekanan. Kita akan

mempelajari faktor-faktor ini kemudian. Pada contoh 3.16 kita akan menghitung persen

hasil dari suatu proses industri.

CONTOH 3.16

Titanium adalah logam yang kuat, ringan, dan tahan korosi yang digunakan

untuk badan pesawat, mesin jet, kerangka sepeda, dan sendi buatan. Logam ini

diperoleh dari reaksi titantium(IV) klorida dengan magnesium cair pada suhu antara

950°C ‒ 1150°C dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

TiCl4(g) + 2Mg(l) Ti(s) + 2MgCl2(l)

Dalam suatu industri tertentu, 2,84 x 107 g TiCl4 direaksikan dengan 1,09 x 107 g Mg.

(a) Hitung hasil teoritis Ti dalam gram. (b) Hitung persen hasilnya jika hasil sebenarnya

adalah 5,97 x 106 g Ti.

Penyelesaian

Lakukan dua perhitungan terpisah untuk menentukan pereaksi pembatasnya. Pertama,

mulailah dengan 2,84 x 107 g TiCl4, hitunglah jumlah mol Ti yang akan terbentuk jika

seluruh TiCl4 habis bereaksi. Tahap konversinya adalah

maka

𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖 = 2,84 × 107𝑔 𝑇𝑖𝐶𝑙4 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖𝐶𝑙4189,68 𝑔 𝑇𝑖𝐶𝑙4

×1 𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖

1 𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖𝐶𝑙4= 1,50 × 105𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖

Selanjutnya, kita hitung jumlah mol Ti yang terbentuk dari 1,09 x 107 g Mg. Tahap

konversinya adalah

dan ditulis

𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖 = 1,09 × 107𝑔 𝑀𝑔 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔

24,31 𝑔 𝑀𝑔×1 𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖

2 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔= 2,24 × 105𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖

Oleh karena itu, TiCl4 merupakan pereaksi pembatas karena menghasilkan Ti dalam

jumlah yang lebih sedikit. Massa Ti yang terbentuk adalah

massa TiCl4 mol TiCl4 mol Ti

massa Mg mol Mg mol Ti

K i m i a D a s a r 1 | 91

1,50 × 105𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖 ×47,88 𝑔 𝑇𝑖

1 𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑖= 7,18 × 106 𝑔 𝑇𝑖

Dari hasil tersebut dapat ditentukan persen hasilnya, yaitu

% ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 =ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎

ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠× 100%

% ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 =5,97 × 106𝑔 𝑇𝑖

7,18 × 106 𝑔 𝑇𝑖× 100%

% ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 = 83,1%

Latihan

Dalam industri, logam vanadium, yang digunakan dalam aliasi logam, dapat diperoleh

dari reaksi antara vanadium(V) oksida dengan kalsium pada suhu tinggi.

5Ca + V2O5 5CaO + 2V

Dalam suatu proses, 1,54 x 103 g V2O5 bereaksi dengan 1,96 x 103 g Ca. (a) Hitunglah

hasil teoritis dari logam vanadium. (b) Hitung persen hasilnya jika dalam kondisi

sebenarnya dihasilkan 803 g logam vanadium.

REVIEW

Mengapa persen hasil suatu reaksi kimia tidak bias lebih besar dari 100% ?

SUMMARY

1. Massa atom diukur dalam satuan massa atom (amu), satuan relatif yang diperoleh

berdasarkan nilai massa yang tepat dari isotop karbon-12, yaitu 12. Massa atom dari

suatu atom unsur tertentu adalah massa rata-rata dari distribusi isotop alami unsur

tersebut di alam. Massa molekul adalah jumlah massa atom-atom penyusun molekul

tersebut. Massa atom dan massa molekul dapat ditentukan secara akurat dengan

spetrometer massa.

2. Satu mol adalah sejumlah bilangan Avogadro (6,022 x 1023) dari atom, molekul, atau

partikel lainnya. Nilai massa molar (dalam gram) dari suatu unsur atau senyawa

sama dengan massa dalam satuan massa atom (amu) dan mengandung sejumlah

bilangan Avogadro berupa atom (dalam hal unsur), molekul (dalam hal senyawa

molekuler), atau satuan rumus paling sederhana lain (dalam hal senyawa ionik).

3. Persen komposisi massa senyawa adalah persen massa dari masing-masing unsur

yang terdapat dalam senyawa tersebut. Jika diketahui persen komposisi massa

senyawa, dapat disimpulkan rumus empiris senyawa dan rumus molekulnya jika

perkiraan massa molarnya diketahui.

4. Perubahan kimia, disebut pula reaksi kimia, digambarkan dalam bentuk persamaan

kimia. Zat yang mengalami perubahan, yaitu reaktan, ditulis di sebelah kiri tanda

panah, sedangkan zat yang terbentuk, yaitu produk, ditulis di sebelah kanan tanda

panah. Persamaan kimia harus setara, sesuai dengan Hukum Kekekalan Massa.

K i m i a D a s a r 1 | 92

Jumlah atom dari setiap unsur dalam reaktan harus sama jumlahnya dengan atom

unsur pada sisi produk.

5. Stoikiometri adalah studi kuantitatif tentang produk dan reaktan yang terlibat dalam

reaksi kimia. Perhitungan stoikiometri paling tepat dilakukan dengan menyatakan

jumlah zat yang diketahui maupun yang tidak diketahui dalam satuan mol, kemudian

dikonversi ke satuan lain jika diperlukan. Pereaksi pembatas adalah reaktan yang

dalam persamaan reaksi memiliki jumlah stoikiometri terkecil. Reagen ini

membatasi jumlah produk yang akan terbentuk. Jumlah produk yang dihasilkan

dalam reaksi (hasil sesungguhnya) mungkin kurang dari jumlah maksimum produk

yang mungkin dihasilkan (hasil teoritis). Perbandingan keduanya jika dikalikan

dengan 100% dinyatakan sebagai persen hasil.

SOAL-SOAL LATIHAN

Massa Atom

1. Apakah yang dimaksud dengan satuan massa atom? Mengapa satuan tersebut perlu

untuk diperkenalkan?

2. Berapakah massa karbon-12 (dalam amu)? Mengapa massa atom karbon sebesar

12.01 amu terdapat dalam tabel di sampul depan buku ini?

3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan pernyataan "massa atom emas adalah 197,0

amu."

4. Informasi apa saja yang dibutuhkan untuk menghitung massa rata-rata atom suatu

unsur?

5. Massa atom 𝐶𝑙1735 (75,53%) dan 𝐶𝑙17

37 (24,47%) secara berturut-turut adalah 34,968

amu dan 36,956 amu. Hitung massa atom rata-rata klorin! Persentase dalam kurung

menunjukkan kelimpahan relatifnya di alam.

6. Massa atom 𝐿𝑖36 dan 𝐿𝑖3

7 secara berturut-turut adalah 6,0151 amu dan

7,0160 amu. Hitung kelimpahan alami dari dua isotop tersebut. Massa rata-rata atom

Li adalah 6,941 amu.

7. Berapa massa (dalam gram) dari 13,2 amu?

8. Berapa amu partikel yang terdapat dalam 8,4 g zat tertentu?

Bilangan Avogadro dan Massa Molar

9. Definisikan tentang istilah "mol"! Apa satuan untuk mol dalam perhitungan? Apa

kesamaan mol dengan satuan sepasang, lusin, dan gros? Bilangan Avogadro

mewakili apa?

10. Apakah yang dimaksud dengan massa molar sebuah atom? Apa satuan yang umum

digunakan untuk massa molar ?

11. Populasi di Bumi saat ini adalah sekitar 6,5 miliar. Anggaplah setiap orang di Bumi

berpartisipasi dalam proses penghitungan partikel-partikel yang identik dengan laju

dua partikel per detik. Berapa tahun yang dibutuhkan untuk menghitung 6,0 x 1023

partikel? Asumsikan bahwa ada 365 hari dalam setahun.

K i m i a D a s a r 1 | 93

12. Tebal selembar kertas adalah 0,0036 inci. Anggaplah suatu buku tertentu memiliki

jumlah halaman sebanyak bilangan Avogadro. Hitung ketebalan buku dalam satuan

tahun cahaya! (Petunjuk : Lihat Soal 1.38 untuk definisi tahun cahaya.)

13. Berapa banyak atom yang terdapat dalam 5,10 mol belerang(S)?

14. Berapa mol atom kobalt (Co) yang terdapat dalam 6,00 x 109 (6 miliar) atom Co?

15. Berapa mol atom kalsium (Ca) dalam 77,4 g Ca?

16. Berapa gram emas (Au) yang terdapat dalam 15,3 mol Au?

17. Berapakah massa (dalam gram) dari masing-masing atom tunggal dari unsur

berikut? (a) Hg; (b) Ne.

18. Berapakah massa (dalam gram) dari masing-masing atom tunggal dari unsur

berikut? (a) As; (b) Ni.

19. Berapakah massa (dalam gram) dari 1,00 x 1012 atom timbal (Pb)?

20. Berapa jumlah atom yang terdapat dalam 3,14 g tembaga (Cu)?

21. Manakah dari unsur berikut yang memiliki jumlah atom lebih banyak, (a) 1,10 g

atom hidrogen (H) atau (b) 14,7 g atom kromium (Cr)?

22. Manakah dari unsur berikut yang memiliki massa yang lebih besar, (a) 2 atom

timah atau (b) 5,1 x 10‒23 mol helium?

Massa Molekul

23. Hitung massa molekul atau massa rumus (dalam amu) dari masing-masing zat

berikut :

a. CH4

b. NO2

c. SO3

d. C6H6

e. NaI

f. K2SO4

g. Ca3(PO4)2

24. Hitung massa molar zat berikut :

a. Li2CO3

b. CS2

c. CHCl3 (kloroform)

d. C6H8O6 (asam askorbat, atau vitamin C)

e. KNO3

f. Mg3N2

25. Hitung massa molar senyawa jika 0,372 mol senyawa tersebut memiliki massa 152

g.

26. Berapa banyak molekul aseton, ditunjukkan pada gambar dibawah ini, yang

terdapat dalam 0,435 g aseton?

K i m i a D a s a r 1 | 94

27. Hitung jumlah atom C, H, O dan dalam 1,75 g asam squaric, seperti yang

ditampilkan pada gambar di bawah ini.

28. Urea, (NH2)2CO, digunakan untuk pupuk dan beberapa contoh lainnya. Hitung

jumlah atom N, C, O, dan H pada 1,68 x 104 g urea.

29. Feromon adalah senyawa khusus yang dikeluarkan oleh hewan betina dari spesies

serangga untuk menarik perhatian pejantan. Feromon memiliki rumus lolekul

C19H38O. Biasanya, feromon yang diekskresikan sebanyak ± 1,0 x 10‒12 g. Berapa

banyak molekul feromon yang yang terdapat dalam jumlah tersebut?

30. Kerapatan air pada suhu 4°C adalah 1,00 g/mL. Berapa banyak molekul air yang

terdapat dalam 2,56 mL air pada suhu yang sama?

Spektrometer Massa

31. Jelaskan bagaimana cara kerja spektrometer massa.

32. Jelaskan bagaimana cara menentukan kelimpahan isotop dari suatu unsur

berdasarkan spektrum massanya.

33. Karbon memiliki dua isotop yang stabil, 𝐶612 dan 𝐶6

13 sedangkan fluorin hanya

memiliki satu isotop stabil, 𝐹919 . Berapa banyak puncak yang akan dapat diamati

dalam spektrum massa ion positif CF4+ ? Asumsikan bahwa ion tidak hancur

menjadi fragmen yang lebih kecil.

34. Hidrogen memiliki dua isotop yang stabil, 𝐻11 dan 𝐻1

2 , sedangkan belerang

memiliki empat isotop yang stabil, 𝑆1632 , 𝑆16

33 , 𝑆1634 , dan 𝑆16

36 . Berapa puncak yang

dapat diamati dalam spektrum massa ion positif dari hidrogen sulfida, H2S+ ?

Asumsikan tidak ada dekomposisi ion menjadi fragmen yang lebih kecil.

Persen Komposisi dan Rumus Kimia

35. Gunaan amonia (NH3) untuk menjelaskan apa yang dimaksud dengan persen

komposisi massa suatu senyawa.

K i m i a D a s a r 1 | 95

36. Jelaskan bagaimana konsep persen komposisi massa dari senyawa yang tidak

diketahui dapat membantu mengidentifikasi senyawa.

37. Apa arti kata "empiris" dalam rumus empiris?

38. Jika kita tahu rumus empiris senyawa, informasi tambahan apa yang kita perlu

menentukan rumus molekulnya?

39. Timah (Sn) terdapat di kerak bumi sebagai SnO2. Hitung persen komposisi persen

massa Sn dan O dalam SnO2.

40. Selama bertahun-tahun kloroform (CHCl3) digunakan sebagai anestesi inhalasi

terlepas dari kenyataan bahwa senyawa tersebut juga merupakan zat beracun yang

dapat menyebabkan hati yang berat, ginjal, dan kerusakan hati. Hitung persen

komposisi massa masing-masing atom unsur dalam senyawa ini.

41. Alkohol sinamat terutama digunakan dalam pembuatan wewangian, parfurm, sabun

dan kosmetik. Rumus molekulnya adalah C9H10O.

(a) Hitung persen komposisi massa C, H, dan O dalam alkohol sinamat. (b) Berapa

jumlah molekul alkohol sinamat yang terkandung dalam 0,469 g sampel alkohol?

42. Semua bahan yang tercantum di bawah ini adalah pupuk yang menyumbangkan

nitrogen untuk tanah. Manakah sumber terkaya nitrogen dilihat dari persentase

massanya?

(a) Urea, (NH2)2CO

(b) Amonium nitrat, NH4NO3

(c) Guanidin, HNC(NH2)2

(d) Amonia, NH3

43. Allicin merupakan senyawa yang berperan dalam memberikan bau khas bawang

putih. Analisis senyawa memberikan persen komposisi massa berikut

C = 44,4%; H = 6,21%; S = 39,5%; dan O = 9,86%. Tentukan rumus empirisnya.

Bagaimana rumus molekulnya jika massa molarnya sekitar 162 g?

44. Peroksiasilnitrat (PAN) merupakan salah satu komponen asap yang terdiri dari

unsur C, H, N, dan O. Tentukan persen komposisi oksigen dan rumus empiris

senyawanya jika diketahui persen komposisi massa berikut : 19,8% C; 2,50% H;

dan 11,6% N. Bagaimana rumus molekulnya jika massa molar senyawanya sekitar

120 g?

45. Rumus senyawa untuk karat adalah Fe2O3. Berapa mol Fe yang terdapat dalam

24,6 g senyawa tersebut?

46. Berapa gram belerang (S) yang diperlukan untuk bereaksi sempurna dengan 246 g

raksa (Hg) dan menghasilkan HgS?

47. Hitung massa yodium, I2, (dalam gram) yang akan bereaksi sempurna dengan 20,4

g aluminium (Al) untuk menghasilkan aluminium iodida (AlI3).

48. Timah(II) fluoride, SnF2, sering ditambahkan ke pasta gigi sebagai bahan untuk

mencegah kerusakan gigi. Berapa massa F (dalam gram) dalam 24,6 g senyawa

SnF2?

49. Apa rumus empiris senyawa dengan komposisi sebagai berikut.

(a) 2,1% H; 65,3% O; 32,6% S.

(b) 20,2% Al; 79,8% Cl.

K i m i a D a s a r 1 | 96

50. Bagaimana rumus empiris senyawa dengan komposisi sebagai berikut.

(a) 40,1% C; 6,6% H; 53,3% O.

(b) 18,4% C; 21,5% N; 60,1% K.

51. Agen anticaking yang ditambahkan ke dalam garam Morton adalah kalsium silikat,

CaSiO3. Senyawa ini dapat menyerap hingga 2,5 kali massa air namun tetap berupa

bubuk bebas air. Hitung persen komposisi atom unsur dalam CaSiO3.

52. Rumus empiris suatu senyawa adalah CH. Jika massa molar dari senyawa ini

sekitar 78 g, apa rumus molekulnya ?

53. Massa molar kafein adalah 194,19 g. Manakah rumus molekul kafein, C4H5N2O

atau C8H10N4O2 ?

54. Monosodium glutamat (MSG) adalah penguat rasa makanan yang banyak

disalahkan sebagai penyebab "sindrom restoran Cina" dengan gejala sakit kepala

dan nyeri dada. MSG memiliki komposisi massa sebagai berikut : 35,51% C;

4,77% H; 37,85% O; 8,29% N; dan 13,60% Na.

Bagaimana rumus molekulnya jika massa molar molekulnya ±169 g ?

Reaksi Kimia dan Persamaan Kimia

55. Gunakan reaksi pembentukan air dari hidrogen dan oksigen untuk menjelaskan

istilah-istilah berikut :

(a) reaksi kimia

(b) pereaksi (reaktan)

(c) produk

56. Apa perbedaan antara reaksi kimia dan persamaan kimia?

57. Mengapa suatu persamaan kimia harus setara? Apa hukum yang harus dipenuhi

oleh persamaan kimia yang setara?

58. Tuliskan simbol yang digunakan untuk menyatakan wujud gas, cair, padat, dan fase

berair dalam persamaan kimia.

59. Setarakan persamaan berikut dengan menggunakan metode yang telah dijelaskan

dalam Bagian 3.7.

a. C + O2 CO h. CO + O2 CO2

b. H2 + Br2 HBr i. K + H2O KOH + H2

c. Mg + O2 MgO j. O3 O2

d. H2O2 H2O + O2 k. N2 + H2 NH3

e. Zn + AgCl ZnCl2 + Ag l. S8 + O2 SO2

f. NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O m. Cl2 + NaI NaCl + I2

g. KOH + H3PO4 + H2O K3PO4 n. CH4 + Br2 CBr4 + HBr

60. Setarakan persamaan berikut dengan menggunakan metode yang telah dijelaskan

dalam Bagian 3.7.

a. N2O5 N2O4 + O2 h. KNO3 KNO2 + O2

b. NH4NO3 N2O + H2O i. NH4NO2 N2 + H2O

c. NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2 j. P4O10 + H2O H3PO4

d. HCl + CaCO3 CaCl2 + H2O + CO2 k. Al + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2

K i m i a D a s a r 1 | 97

e. CO2 + KOH K2CO3 + H2O l. CH4 + O2 CO2 + H2O

f. Be2C + H2O Be(OH)2 + CH4 m. Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O

g. S + HNO3 H2SO4 + NO2 + H2O n. NH3 + CuO Cu + N2 + H2O

Jumlah Reaktan dan Produk

61. Hukum apa yang mendasari stoikiometri? Mengapa penting untuk menggunakan

persamaan reaksi setara untuk menyelesaikan soal-soal stoikiometri?

62. Jelaskan langkah perhitungan yang melibatkan metode mol !

63. Manakah diantara diagram persamaan berikut yang paling tepat menunjukkan

terjadinya reaksi pada gambar dibawah ini?

a. 8A + 4B C + D

b. 4A + 8B 4C + 4D

c. 2A + B + C D

d. 4A + 2B 4C + 4D

e. 2A + 4B C + D

64. Manakah diantara diagram persamaan berikut yang paling tepat menunjukkan

terjadinya reaksi pada gambar dibawah ini?

a. A + B C + D

b. 6A + 4B C + D

c. A + 2B 2C + D

d. 3A + 2B 2C + D

e. 3A + 2B 4C + 2D

65. Perhatikan reaksi pembakaran karbon monoksida (CO) dengan gas oksigen.

2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

Jika terdapat 3,60 mol CO, hitung jumlah mol CO2 yang dihasilkan jika terdapat

gas oksigen yang cukup untuk bereaksi dengan semua CO.

66. Silikon tetraklorida (SiCl4) dapat dibuat dengan memanaskan Si dalam gas klor.

Si(s) + 2Cl2(g) SiCl4(l)

Dalam satu reaksi, dihasilkan 0,507 mol SiCl4. Berapa mol gas klorin yang

digunakan dalam reaksi?

67. Amonia adalah pupuk nitrogen utama. Amonia dibuat dengan mereaksikan

hidrogen dan nitrogen.

3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)

Dalam reaksi tertentu dihasilkan 6,0 mol NH3. Berapa mol H2 dan N2 yang

dibutuhkan agar reaksi tersebut berlangsung?

68. Perhatikan reaksi pembakaran butana berikut.

A

B

C

D

K i m i a D a s a r 1 | 98

2C4H10(g) + 13O2(g) 8CO2(g) + 10H2O(l)

Dalam suatu reaksi, 5,0 mol C4H10 bereaksi dengan O2 berlebih. Hitung jumlah mol

CO2 yang terbentuk.

69. Produksi tahunan belerang dioksida dari proses pembakaran batubara dan bahan

bakar fosil, knalpot mobil, dan sumber-sumber lainnya adalah sekitar 26 juta ton,

dengan persamaan reaksi sebagai berikut.

S(s) + O2(g) SO2(g)

Berapa massa belerang (dalam ton), yang terdapat dalam bahan awal sehinggal

terbentuk sejumlah tertentu gas SO2?

70. Ketika baking soda (sodium bikarbonat atau natrium hidrogen karbonat, NaHCO3)

dipanaskan, ia melepaskan gas karbon dioksida yang menyebabkan kue, donat, dan

roti mengembang. (a) Tulis persamaan reaksi setara penguraian senyawa tersebut,

dimana salah satu produknya adalah Na2CO3. (b) Hitung massa NaHCO3 yang

dibutuhkan untuk menghasilkan 20,5 g gas CO2.

71. Jika kalium sianida (KCN) bereaksi dengan asam, akan dihasilkan gas hidrogen

sianida (HCN) yang beracun dan mematikan, seperti persamaan reaksi berikut.

KCN(aq) + HCl(aq) KCl(aq) + HCN(g)

Jika 0,140 g sampel KCN direaksikan dengan HCl berlebih, hitung jumlah HCN

yang terbentuk (dalam gram).

72. Fermentasi adalah sebuah proses kimia yang kompleks dalam pembuatan anggur,

dimana glukosa diubah menjadi etanol dan karbon dioksida.

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

glukosa etanol

Jika pada awal reaksi terdapat 500,4g glukosa, berapa jumlah maksimum etanol

(dalam gram dan liter) yang dapat diperoleh melalui proses ini?

(Kerapatan etanol = 0,789 g/mL)

73. Setiap satuan tembaga(II) sulfat berikatan dengan lima molekul air dalam kristal

tembaga(II) sulfat pentahidrat, CuSO4.5H2O. Pada saat senyawa ini dipanaskan di

udara dengan suhu di atas 100°C, ia akan melepaskan molekul-molekul air dan

kehilangan warna birunya.

CuSO4.5H2O CuSO4 + 5H2O

Jika 15,01 g senyawa CuSO4 dipanaskan maka akan tersisa 9,60 g CuSO4.Hitung

jumlah mol H2O yang terdapat dalam kompleks awal.

74. Selama bertahun-tahun, pemurnian emas, yaitu proses pemisahan emas dari bahan-

bahan lain, melibatkan penggunaan kalium sianida.

4Au + 8KCN + O2 + 2H2O 4KAu(CN) + 4KOH

Berapa jumlah minimum mol KCN yang diperlukan untuk memurnikan 29,0 g

emas?

75. Batu kapur (CaCO3) akan terurai melalui proses pemanasan untuk menghasilkan

kapur (CaO) dan karbon dioksida. Hitung berapa gram kapur yang dapat dihasilkan

dari 1,0 kg batu kapur.

K i m i a D a s a r 1 | 99

76. Dinitrogen oksida (N2O) disebut juga "gas tertawa." Senyawa ini dibuat melalui

penguraian termal dari amonium nitrat (NH4NO3). Produk lain yang terbentuk

adalah H2O.

1. Tulis persamaan reaksi setaranya.

2. Berapa banyak N2O yang terbentuk jika 0,46 mol NH4NO3 digunakan dalam

reaksi?

77. Pupuk amonium sulfat, (NH4)2SO4 dibuat dengan mereaksikan amonia (NH3)

dengan asam sulfat.

2NH3(g) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4(aq)

Berapa kilogram NH3 yang diperlukan untuk menghasilkan 1,00 x 105 kg

(NH4)2SO4?

78. Langkah umum pembuatan gas oksigen di laboratorium adalah melalui de-

komposisi termal kalium klorat (KClO3). Dengan asumsi proses dekomposisi

berlangsung sempurna, hitung massa gas O2 (dalam gram) yang diperoleh dari

dekomposisi 46,0 g KClO3. (Produk reaksinya berupa KCl dan O2.)

Pereaksi Pembatas

79. Apakah yang dimaksud dengan pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih? Apa arti

penting dari pereaksi pembatas dalam memprediksi jumlah produk yang dihasilkan

dalam reaksi? Apakah akan terdapat pereaksi pembatas jika dalam reaksi hanya

terdapat satu reaktan?

80. Berikan contoh dalam kehidupan sehari-hari yang menggambarkan konsep pereaksi

pembatas.

81. Nitrogen oksida (NO) bereaksi dengan gas oksigen membentuk nitrogen dioksida

(NO2) berupa gas berwarna coklat gelap.

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

Dalam suatu percobaan 0,886 mol NO direaksikan dengan 0,503 mol O2. Tentukan

manakah dari dua reaktan tersebut yang merupakan pereaksi pembatas. Hitung juga

jumlah mol NO2 yang dihasilkan.

82. Penipisan ozon (O3) di stratosfer telah menjadi keprihatinan besar di antara para

ilmuwan dalam beberapa tahun terakhir. Para ilmuwan yakin bahwa ozon dapat

bereaksi dengan nitrogen oksida (NO) yang dihasilkan oleh pesawat jet ketinggian

tinggi, SST. Reaksi yang terjadi adalah

O3 + NO O2 + NO2

Jika 0,740 g O3 bereaksi dengan 0,670 g NO, berapa gram NO2 yang akan

dihasilkan ? Senyawa mana yang bertindak sebagai pereaksi pembatas? Hitung

jumlah mol pereaksi berlebih yang tersisa pada akhir reaksi.

83. Propana (C3H8) merupakan salah satu komponen gas alam dan digunakan untuk

memasak dan sebagai pemanas dalam rumah.

1. Setarakan persamaan reaksi berikut yang menunjukkan reaksi pembakaran

propana di udara.

C3H8 + O2 CO2 + H2O

K i m i a D a s a r 1 | 100

2. Berapa massa karbon dioksida (dalam gram) yang dihasilkan pada pembakaran

3,65 mol propana? Asumsikan bahwa oksigen merupakan pereaksi berlebih.

84. Perhatikan reaksi berikut.

MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Jika 0,86 mol MnO2 bereaksi dengan 48,2 g HCl, pereaksi mana yang akan habis

terlebih dahulu? Berapa gram Cl2 yang akan dihasilkan dalam reaksi ini?

Hasil Reaksi

85. Mengapa hasil teoritis dari suatu reaksi hanya ditentukan oleh jumlah pereaksi

pembatasnya?

86. Mengapa hasil sebenarnya dari suatu reaksi kimia hampir selalu lebih kecil dari

hasil teoritisnya?

87. Hidrogen fluorida digunakan dalam pembuatan freon (yang merusak ozon di

stratosfer) dan dalam industri logam aluminium. Senyawa ini dibuat berdasarkan

reaksi

CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2HF

Dalam suatu proses 6,00 kg CaF2 direaksikan dengan H2SO4 berlebih dan

menghasilkan 2,86 kg HF. Hitung persen hasil HF.

88. Nitrogliserin (C3H5N3O9) merupakan peledak yang kuat. Reaksi dekomposisinya

ditunjukkan oleh persamaan

4C3H5N3O9 6N2 + 10H2O + 12CO2 + O2

Reaksi ini menghasilkan panas yang tinggi dan gas dalam jumlah banyak.

Pembentukan gas terjadi tiba-tiba bersama dengan pemuaian yang cepat sehingga

menghasilkan ledakan.

1. Berapa massa maksimum O2 (dalam gram) yang dapat dihasilkan dari

penguraian 2,00 x 102 g nitrogliserin?

2. Hitung persen hasil reaksi jika jumlah sebenarnya O2 yang dihasilkan adalah

6,55 g.

89. Titanium(IV) oksida, TiO2 merupakan zat putih yang diperoleh dari hasil reaksi

asam sulfat dengan mineral ilmenit (FeTiO3).

FeTiO3 + H2SO4 TiO2 + FeSO4 + H2O

Sifatnya yang tidak tembus cahaya dan tidak beracun membuat TiO2 cocok sebagai

pewarna plastik dan cat. Dalam suatu proses 8,00 x 103 kg FeTiO3 dihasilkan dari

3,67 x 103 kg TiO2. Berapa persen hasil reaksinya?

K i m i a D a s a r 1 | 101

90. Ketika dipanaskan, litium bereaksi dengan nitrogen dan menghasilkan litium

nitride.

6Li(s) + N2(g) 2Li3N(s)

Berapakah massa hasil teoritis Li3N yang terbentuk (dalam gram) ketika 12,3 g Li

direaksikan dengan 33,6 g N2? Jika Li3N yang dihasilkan sebenarnya adalah 5,89 g,

berapakah persen hasil reaksi tersebut?

91. Dalam industri, asam nitrat dihasilkan melalui proses Ostwald yang ditunjukkan

oleh persamaan reaksi berikut.

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

2NO2(g) + H2O(l) HNO3(aq) + HNO2(aq)

Berapakah massa NH3 (dalam gram) yang harus digunakan untuk menghasilkan

1,00 ton HNO3 sesuai dengan prosedur di atas ? Asumsikan persen hasilnya adalah

80% untuk setiap langkah reaksi? (1ton = 2000lb, 1lb = 453,6 g)

92. Sebuah sampel senyawa yang mengandung Cl dan O bereaksi dengan H2 berlebih

menghasilkan 0,233 g HCl dan 0,403 g H2O. Tentukan rumus empiris senyawanya.

93. Massa atom unsur X adalah 33,42 amu. 27,22 g sampel X bergabung dengan 84,10

g unsure lain, Y, untuk membentuk senyawa XY. Hitung massa atom Y.

94. Hidrat senyawa aluminium sulfat, Al2(SO4)3.xH2O mengandung 8,20% massa Al.

Hitung nilai x (jumlah molekul air yang terikat pada tiap unit Al2(SO4)3.

95. Massa sebuah batang besi adalah 664g. Setelah batang dibiarkan dalam udara

lembab selama sebulan, seperdelapan dari besi berubah menjadi karat (Fe2O3).

Hitung massa akhir dari batang besi dan karatnya.

96. Sebuah oksida logam tertentu memiliki rumus MO, dimana M menunjukkan

unsur logamnya. 39,46 g sampel senyawa tersebut dipanaskan dengan kuat dalam

gas hidrogen untuk menghilangkan oksigen yang terdapat dalam molekul air.

Pada akhir reaksi diperoleh 31,70 g logam tersisa. Jika O memiliki massa atom

16,00 amu, hitunglah massa atom M dan identifikasi jenis unsurnya.

97. Sebuah sampel murni seng (Zn) direaksikan dengan asam sulfat berlebih untuk

membentuk seng sulfat (ZnSO4) dan molekul gas hidrogen (H2).

1. Tulis persamaan reaksi setaranya.

2. Jika 0,0764 g H2 dihasilkan dari 3,86 g sampel Zn yang bereaksi, hitunglah

persen kemurnian sampel.

3. Asumsi apa yang harus Anda buat dalam mengerjakan soal (b) ?

98. Salah satu reaksi yang terjadi pada tanur tinggi, dimana bijih besi diolah menjadi

besi cor, adalah

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

Misalkan 1,64 X 103 kg Fe yang diperoleh dari sampel 2,62 X 103-kg Fe2O3.

Dengan asumsi bahwa reaksi berjalan sampai selesai, apa persen pu ¬ ritas dari

Fe2O3 dalam sampel asli?

99. Karbon dioksida (CO2) adalah gas utama penyebab pemanasan global (green-

house effect). Pembakaran bahan bakar fosil merupakan sumber utama

K i m i a D a s a r 1 | 102

peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer. Karbon dioksida juga merupakan

produk akhir dari proses metabolisme (lihat Contoh 3.13). Dengan menggunakan

glukosa sebagai sampel makanan, hitung massa CO2 (dalam gram) yang dihasil-

kan manusia selama satu tahun, dengan asumsi setiap orang mengkonsumsi 5,0 x

102 g glukosa per hari. Populasi dunia 6,5 miliar, dan dalam setahun ada 365 hari.

100. Karbohidrat adalah senyawa yang mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen di

mana hidrogen untuk rasio oksigen adalah 2:1. Sebuah karbohidrat tertentu

mengandung karbon 40,0 persen massa. Hitung rumus empiris dan molekul

senyawa jika massa molar perkiraan adalah 178 g.

101. Pemanasan 2,40g oksida logam X (massa molar X 55,9 g/mol) dalam karbon

monoksida (CO) menghasilkan logam murni dan karbon dioksida. Massa logam

sebagai produk yang terbentuk adalah 1,68 g. Dari data yang diberikan, tunjukkan

bahwa rumus sederhana dari oksida logam tersebut adalah X2O3 dan tulis

persamaan reaksi setaranya.

102. Senyawa X mengandung 63,3% mangan (Mn) dan 36,7%. Jika X dipanaskan, gas

oksigen akan terlepas ke udara dan terbentuk senyawa baru Y yang mengandung

72,0% Mn dan 28,0% O.

1. Tentukan rumus empiris senyawa X dan Y.

2. Tulis persamaan reaksi setara perubahan X menjadi Y.

103. Sebuah sampel yang mengandung NaCl, Na2SO4, dan NaNO3 menunjukkan hasil

analisis unsur sebagai berikut : Na = 32,08%, O = 36,01%, dan Cl = 19,51%.

Hitung persen massa masing-masing senyawa dalam sampel.

104. Jika 0,273 g Mg dipanaskan dengan kuat dalam gas nitrogen, akan terjadi reaksi

kimia. Produk yang dihasilkan memiliki massa 0,378 g. Tentukan rumus empiris

dari senyawa yang mengandung Mg dan N. Berilah nama senyawa tersebut.

105. Sebanyak 13,43 g campuran gas metana (CH4) dan etana (C2H6) terbakar habis

dalam oksigen. Jika massa total CO2 dan H2O yang dihasilkan adalah 64,84 g,

hitung fraksi CH4 dalam campuran.

106. Sistein, dengan bentuk molekul seperti yang ditunjukkan, merupakan salah satu

dari 20 asam amino yang ditemukan dalam protein pada tubuh manusia. Tuliskan

rumus molekul dan hitung persen komposisi massanya.

107. Jika persen hasil suatu reaksi kimia mencapai 90% maka dapat dianggap

reaksinya berhasil. Bagaimanapun, dalam sintesis molekul kompleks seperti

klorofil dan obat-obatan antikanker, seorang ahli kimia seringkali harus

melakukan beberapa langkah sintesis. Berapakah persen hasil keseluruhan untuk

suatu sintesis tertentu, dengan asumsi sintesis melibatkan 30 langkah reaksi

dengan persen hasil 90% untuk tiap langkah?

108. Sebuah campuran CuSO4.5H2O dan MgSO4.7H2O dipanaskan sampai semua air

hilang. Jika 5,020 g campuran menghasilkan 2,988 g garam anhidrat, berapa

persen massa CuSO4.5H2O dalam campuran?

SOAL PENGAYAAN

K i m i a D a s a r 1 | 103

109. (a) Seorang ahli kimia melakukan penelitian menggunakan spektrometer massa

untuk mempelajari dua isotop unsur. Selama penelitian, ia merekam beberapa

spektrum massa isotop. Dalam analisisnya, ia melihat bahwa perbandingan

puncak yang lebih tinggi (isotop yang lebih berlimpah) dengan puncak yang

lebih pendek (isotop yang kurang berlimpah) meningkat secara bertahap

seiring berjalannya waktu. Dengan asumsi bahwa spektrometer massa

berfungsi normal, menurut Anda apakah yang menyebabkan terjadinya

perubahan ini ?

(b) Spektrometri massa dapat digunakan untuk mengidentifikasi rumus molekul

dengan massa molekul kecil. Untuk menunjukkan hal tersebut, identifikasilah

suatu molekul yang paling memungkinkan untuk memunculkan puncak

dalam spektrum massa pada : 16 amu, 17 amu, 18 amu, dan 64 amu.

(c) Perhatikan bahwa ada dua molekul (diantara molekul-molekul yang lain)

yang kemungkinan akan menimbulkan puncak pada 44 amu, yaitu C3H8 dan

CO2. Dalam hal tersebut, seorang ahli kimia mungkin mencoba untuk

mencari puncak lain yang dapat dihasilkan jika beberapa molekul terpecah

dalam spektrometer. Sebagai contoh, jika seorang kimiawan melihat satu

puncak di 44 amu dan juga satu puncak di 15 amu, molekul apa yang

menghasilkan puncak di 44 amu? Mengapa?

(d) Dengan menggunakan massa atom yang akurat berikut ini, seberapa tepat

massa C3H8 dan CO2 dapat diukur untuk membedakan keduanya?

𝐻11 = 1,00797 𝑎𝑚𝑢; 𝐶6

12 = 12,00000 𝑎𝑚𝑢; dan 𝑂816 = 15,99491 𝑎𝑚𝑢

(e) Setiap tahunnya, emas senilai jutaan dolar hilang dicuri. Pada sebagian besar

kasus, emas dilebur dan dikirim ke luar negeri. Dengan cara ini emas dapat

mempertahankan nilainya namun cirri-ciri identifikasinya sudah hilang. Emas

adalah logam yang sangat tidak reaktif yang berada di alam dalam bentuk

tidak berikatan dengan unsur lain. Selama proses mineralisasi emas,

pembentukan butir-butir emas dari partikel mikroskopis emas, berbagai unsur

seperti kadmium (Cd), timbal (Pb), dan seng (Zn) dicampurkan ke dalam

butiran tersebut. Jumlah dan kadar kemurnian emas bervariasi sesuai dengan

lokasi penambangannya. Berdasarkan informasi ini, jelaskan bagaimana

Anda mengidentifikasi asal usul sepotong emas yang dicurigai dicuri dari

Fort Knox, tempat penyimpanan emas pemerintah.

110. Potas adalah suatu mineral kalium yang digunakan karena kandungan kaliumnya.

Sebagian besar kalium yang diproduksi di Amerika Serikat digunakan untuk

pupuk. Sumber utama kalium adalah kalium klorida (KCl) dan kalium sulfat

(K2SO4). Produksi potas umumnya dianggap setara dengan pembentukan kalium

oksida, K2O, atau sebanding dengan jumlah K2O yang dapat dihasilkan dari

mineral tertentu.

K i m i a D a s a r 1 | 104

(a) Jika harga per kg KCl adalah $ 0,055; berapa harga jual K2SO4 (dalam dollar

per kg) untuk menghasilkan jumlah kalium yang sama untuk tiap dolarnya ?

(b) Berapa massa (dalam kg) K2O yang mengandung jumlah mol atom K yang

sama dengan kandungannya dalam 1,00 kg KCl?

111. Suatu sampel besi seberat 15,0 g dipanaskan bersama dengan kalium klorat

(KClO3) dalam kontainer kedap udara. Oksigen yang dihasilkan dari dekomposisi

KClO3 mengubah sejumlah Fe menjadi Fe2O3. Jika massa gabungan Fe dan Fe2O3

adalah 17,9 g; hitung massa Fe2O3 yang terbentuk dan massa KClO3 yang

terdekomposisi.

112. Suatu logam tertentu, M, membentuk senyawa bromida yang mengandung

53,79% massa Br. Apakah rumus kimia senyawa tersebut ?

K i m i a D a s a r 1 | 105

BAB 4.

LARUTAN

DESKRIPSI

Reaksi dalam Larutan Banyak reaksi kimia dan hampir semua reaksi biologis terjadi

dalam media larutan. Zat (zat terlarut) yang larut dalam air (pelarut) dapat dibagi

menjadi dua kategori: elektrolit dan nonelektrolit, tergantung pada kemampuannya

untuk menghantarkan listrik.

Tiga Jenis Reaksi Utama Dalam reaksi pengendapan, produk, yang merupakan zat

yang tidak larut, terpisah dari larutan. Reaksi asam-basa melibatkan transfer proton (H+)

dari asam ke basa. Dalam reaksi oksidasi-reduksi, atau reaksi redoks, elektron ditransfer

dari agen pereduksi ke agen pengoksidasi. Ketiga jenis reaksi ini mewakili reaksi

mayoritas yang terjadi dalam sistem kimia dan biologi.

Stoikiometri Larutan Studi kuantitatif reaksi dalam larutan mengharuskan kita

mengetahui konsentrasi larutan, yang biasanya diwakili oleh satuan molaritas. Studi ini

meliputi analisis gravimetri, yang melibatkan pengukuran massa, dan titrasi dimana

konsentrasi larutan yang tidak diketahui ditentukan oleh reaksi yang terjadi antara

larutan tersebut dengan larutan yang konsentrasinya diketahui.

4.1 Sifat Umum Larutan

Banyak reaksi kimia dan hampir semua proses biologi terjadi dalam larutan. Oleh

karena itu, penting untuk memahami perbedaan sifat-sifat zat dalam larutan. Hal ini

diawali dengan pertanyaan, apa yang dimaksud dengan larutan? Larutan adalah

campuran homogen dari dua zat atau lebih. Zat dalam jumlah yang lebih kecil disebut

zat terlarut, sedangkan zat dalam jumlah yang lebih besar disebut pelarut. Sebuah

larutan kemungkinan berupa gas (seperti udara), padat (seperti paduan logam/ alloy),

atau cairan (air laut, misalnya). Pada bagian ini kita akan membahas hanya larutan

berair, dimana zat terlarut awalnya adalah cairan atau padatan dan pelarutnya adalah air.

Elektrolit vs Nonelektrolit

Semua zat terlarut yang larut dalam air dapat menjadi salah satu dari dua kategori:

elektrolit dan nonelektrolit. Elektrolit adalah zat yang ketika dilarutkan dalam air,

K i m i a D a s a r 1 | 106

menghasilkan larutan yang dapat menghantarkan listrik. Sedangkan nonelektrolit tidak

menghantarkan listrik bila dilarutkan dalam air. Gambar 4.1 menunjukkan metode yang

mudah dan langsung membedakan antara elektrolit dan nonelektrolit. Sepasang

elektroda platinum direndam dalam air yang berada dalam gelas kimia. Untuk

menyalakan bohlam, arus listrik harus mengalir dari satu elektroda ke elektroda yang

lain, sehingga melengkapi sirkuit. Air murni adalah konduktor yang sangat miskin

listrik. Namun, jika kita menambahkan sejumlah kecil natrium klorida (NaCl), bola

lampu akan menyala secepat garam larut dalam air. NaCl padat, suatu senyawa ionik,

terurai menjadi ion Na+ dan Cl– ketika dilarutkan dalam air. Ion Na+ akan tertarik ke

elektroda negatif dan ion Cl– ke elektroda positif. Gerakan ini membentuk sebuah arus

listrik yang setara dengan aliran elektron di sepanjang kawat logam. Karena larutan

NaCl menghantarkan listrik, kita mengatakan bahwa NaCl adalah elektrolit. Air murni

mengandung ion sangat sedikit, sehingga tidak dapat menghantarkan listrik.

Perbandingan kecerahan bola lampu untuk jumlah molar yang sama dari zat

terlarut membantu kita membedakan antara elektrolit kuat dan lemah. Karakteristik

elektrolit kuat adalah bahwa zat terlarut diasumsikan 100 persen terdisosiasi menjadi

ion dalam larutan. (Disosiasi adalah peruraian senyawa menjadi kation dan anion.)

Dengan demikian, natrium klorida yang larut dalam air dapat ditulis sebagai

NaCl(s) H2O→ Na+(aq) + Cl–(aq)

Reaksi tersebut menunjukkan bahwa seluruh natrium klorida yang dilarutkan dalam air

dapat menghasilkan ion Na+ dan Cl–; sehingga tidak ada NaCl yang tidak terdisosiasi

dalam larutan.

(a) (b) (c)

K i m i a D a s a r 1 | 107

Gambar 4.1

Sebuah susunan untuk membedakan antara elektrolit dan nonelektrolit. Kemampuan

larutan untuk menghantarkan listrik tergantung pada jumlah ion yang dikandungnya. (a)

Larutan nonelektrolit tidak mengandung ion, dan bola lampu tidak menyala.(b) Larutan

elektrolit lemah mengandung ion dalam jumlah kecil, dan bola lampu remang-remang.

(c) Larutan elektrolit kuat mengandung ion dalam jumlah besar, dan bola lampu

menyala terang. Jumlah molar zat terlarut dalam ketiga gambar adalah sama.

Tabel 4.1 Klasifikasi Zat Terlarut dam Larutan

Elektrolit Kuat Elektrolit Lemah Nonelektrolit

HCl CH3COOH (NH2)2CO (urea)

HNO3 HF CH3OH (metanol)

HClO4 HNO2 C2H5OH (etanol)

H2SO4* NH3 C6H12O6 (glukosa)

NaOH H2O* C12H22O11 (sukrosa)

Ba(OH)2

Senyawa ionik

*H2SO4 terionisasi menjadi dua ion H+

* Air murni adalah elektrolit yang sangat lemah

Tabel 4.1 merupakan daftar contoh elektrolit kuat, elektrolit lemah, dan

nonelektrolit. Senyawa ionik, seperti natrium klorida, kalium iodida (KI), dan kalsium

nitrat [Ca(NO3)2], merupakan elektrolit kuat. Sangat menarik untuk dicatat bahwa

cairan tubuh manusia mengandung banyak elektrolit kuat dan lemah.

Air adalah pelarut yang sangat efektif untuk senyawa ionik. Meskipun air adalah

molekul netral, memiliki ujung positif (atom H) dan ujung negatif (atom O), atau

"kutub" positif dan negatif, karena alasan ini, air sering disebut sebagai pelarut polar.

Ketika suatu senyawa ionik seperti natrium klorida larut dalam air, jaringan tiga

dimensi dari ion-ion dalam padatan ini hancur, dan ion Na+ dan Cl– terpisah satu sama

lain. Dalam larutan, masing-masing ion Na+ dikelilingi oleh sejumlah molekul air

dengan ujung negatif berorientasi pada kation. Demikian pula, setiap ion Cl– dikelilingi

oleh molekul air dengan ujung positif berorientasi pada anion (Gambar 4.2). Proses

dimana ion dikelilingi oleh molekul air yang tersusun secara spesifik disebut hidrasi.

K i m i a D a s a r 1 | 108

Hidrasi membantu untuk menstabilkan ion dalam larutan dan mencegah kation

bergabung dengan anion.

Asam dan basa juga elektrolit. Beberapa asam, termasuk asam klorida (HCl) dan

asam nitrat (HNO3), adalah elektrolit kuat. Asam terionisasi sepenuhnya dalam air,

misalnya, ketika gas hidrogen klorida larut dalam air, membentuk ion H+ dan Cl–

terhidrasi:

HCl(g) H2O→ H+(aq) + Cl–(aq)

Dengan kata lain, semua molekul HCl terlarut terpisah menjadi ion H+ dan Cl–

terhidrasi

dalam larutan. Jadi, ketika kita menulis HCl(aq), dipahami bahwa itu adalah larutan

dari ion H+(aq) dan Cl–(aq) saja dan tidak ada molekul HCl terhidrasi. Di sisi lain,

asam-asam tertentu, seperti asam asetat (CH3COOH), yang ditemukan dalam cuka,

terionisasi dalam tingkat yang jauh lebih rendah. Ionisasi asam asetat

CH3COOH(aq) CH3COO–(aq) + H+(aq)

Gambar 4.2

Ion Na+ dan Cl– terhidrasi.

dimana CH3COO– disebut ion asetat. (Dalam teks ini kita akan menggunakan istilah

disosiasi untuk senyawa ionik dan ionisasi untuk asam dan basa). Dengan menulis.

rumus asam asetat CH3COOH kita mengindikasikan bahwa proton yang terionisasi

berada pada gugus COOH.

Panah ganda dalam suatu persamaan berarti bahwa reaksi reversibel;

reaksi dapat terjadi di kedua arah. Awalnya, sejumlah molekul CH3COOH putus untuk

menghasilkan ion CH3COO– dan H+. Dengan berjalannya waktu, beberapa ion

K i m i a D a s a r 1 | 109

CH3COO– dan H+ bergabung kembali untuk membentuk molekul CH3COOH.

Akhirnya, tercapai keadaan dimana molekul asam putus secepat ion bergabung kembali.

Pada kondisi ini terjadi kesetimbangan kimia, dimana tidak ada perubahan yang dapat

diamati (tetapi aktivitas terus menerus berlangsung pada tingkat molekuler). Asam

asetat adalah elektrolit lemah karena ionisasi dalam air tidak lengkap. Sebaliknya,

dalam larutan asam klorida, ion H+ dan Cl– tidak memiliki kecenderungan untuk

bergabung kembali untuk membentuk molekul HCl. Panah tunggal digunakan untuk

mewakili proses ionisasi lengkap.

Dalam Bagian 4.2-4.4 kita akan mempelajari tiga tipe reaksi dalam media

larutan (pengendapan, asam-basa, dan oksidasi-reduksi) yang penting bagi industri,

proses lingkungan, dan biologi. Reaksi-reaksi tersebut juga memainkan peran dalam

kehidupan kita sehari-hari.

Review Konsep

Diagram di bawah ini menunjukkan tiga senyawa (a) AB2, (b) AC2, dan (c) AD2 yang

dilarutkan dalam air. Manakah yang merupakan elektrolit kuat dan elektrolit yang

paling lemah? (Untuk mempermudah, molekul air tidak ditampilkan).

4. 2 Reaksi Pengendapan

Salah satu jenis reaksi umum yang terjadi dalam larutan adalah reaksi pengendapan,

yang menghasilkan pembentukan produk yang tidak larut, atau endapan. Endapan

adalah zat padat tidak larut yang terpisah dari larutan. Reaksi pengendapan biasanya

melibatkan senyawa ionik. Sebagai contoh, ketika larutan timbal(II) nitrat [Pb(NO3)2]

ditambahkan ke larutan kalium iodida (KI), akan terbentuk endapan kuning iodida

timbal (PbI2):

Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq)

K i m i a D a s a r 1 | 110

Kalium nitrat tetap dalam larutan. Gambar 4.3 menunjukkan proses reaksi ini

berlangsung.

Reaksi sebelumnya adalah contoh reaksi metatesis (juga disebut reaksi

perpindahan ganda), reaksi yang melibatkan pertukaran antara dua senyawa. (Dalam hal

ini, senyawa menukar ion NO3– dan I–). Reaksi pengendapan yang dibahas dalam bab

ini adalah contoh reaksi metatesis.

Gambar 4.3

Pembentukan endapan PbI2 dari larutan Pb(NO3)2 yang ditambahkan dalam larutan KI

Kelarutan

Bagaimana kita bisa memprediksi apakah endapan akan terbentuk ketika senyawa

ditambahkan ke dalam larutan atau ketika dua larutan dicampur? Hal ini tergantung

pada kelarutan zat terlarut, yang didefinisikan sebagai jumlah maksimum zat terlarut

yang akan larut dalam jumlah tertentu pelarut pada suhu yang spesifik. Kimiawan

menyebutkan zat sebagai zat larut, sedikit larut, atau tidak larut dalam arti kualitatif.

Suatu zat dikatakan larut jika cukup banyak dari zat tersebut tampak larut bila

K i m i a D a s a r 1 | 111

ditambahkan ke dalam air. Jika tidak, zat tersebut digambarkan sebagai sedikit larut

atau tidak larut. Semua senyawa ionik elektrolit kuat, tetapi tidak selalu larut.

Tabel 4.2 menunjukkan klasifikasi sejumlah senyawa ionik umum yang larut

atau tidak larut. Perlu diingat bahwa senyawa tidak larut akan tetap larut sampai batas

tertentu. Gambar 4.4 menunjukkan beberapa endapan.

Tabel 4.2 Kelarutan Senyawa Ionik dalam Air pada 25°C

Senyawa Larut Pengecualian (Tidak Larut)

Kandungan senyawa

ion logam alkali (Li+, Na+, K+, Rb+,

Cs+) dan ion amonium (NH4+)

Nitrat (NO3–), bikarbonat (HCO3

–), dan

klorat (ClO3–)

Halida (Cl–, Br–, I–) Halida dari Ag+, Hg22+, dan Pb2+

Sulfat (SO42–) Sulfat dari Ag+, Ca2+, Ba2+, Hg2

2+, dan Pb2+

Senyawa Tidak Larut Pengecualian (Larut)

Karbonat (CO32–), fosfat (PO4

3–),

kromat (CrO42–), dan sulfida (S2–)

Senyawa yang mengandung ion logam

alkali dan ion amonium

Hidroksida (OH–) Senyawa yang mengandung ion logam alkali

dan ion Ba2+

K i m i a D a s a r 1 | 112

Gambar 4.4

Penampakan dari beberapa endapan. Dari kiri ke kanan: CdS, PbS, Ni(OH)2, Al(OH)3.

Contoh 4.1

Klasifikasikan kelarutan (larut atau tidak larut) senyawa ion berikut: (a) timbal sulfat

(PbSO4), (b) barium karbonat (BaCO3), (c) litium fosfat (Li3PO4).

Strategi: Meskipun tidak perlu menghafal kelarutan senyawa, kalian harus mengingat

aturan berikut: semua senyawa yang mengandung kation logam alkali, amonium, nitrat,

bikarbonat, dan klorat dapat larut. Untuk senyawa lain, kita perlu mengacu pada Tabel

4.2.

Penyelesaian:

(a) Menurut Tabel 4.2, PbSO4 tidak larut.

(b) Anion senyawa ini adalah karbonat dan kationnya Ba, yang merupakan logam

golongan 2A. Oleh karena itu, BaCO3 dapat larut.

(c) Litium adalah logam alkali (golongan 1A) sehingga Li3PO4 larut.

Latihan: Klasifikasikan kelarutan (larut atau tidak larut) senyawa ion berikut:

(a) FeS, (b) Ca(OH)2, (c) Co(NO3)3.

Persamaan Molekul, Persamaan Ion, dan Persamaan Ion Bersih

Persamaan pada halaman 100 menjelaskan pengendapan iodida yang disebut persamaan

molekul, karena rumus dari senyawa ditulis seolah-olah semua spesies ada sebagai

K i m i a D a s a r 1 | 113

molekul atau unit keseluruhan. Sebuah persamaan molekul berguna karena dapat

mengidentifikasi reagen (yaitu, timbal nitrat dan kalium iodida). Jika kita ingin

membawa reaksi tersebut ke laboratorium, kita akan menggunakan persamaan molekul.

Namun, persamaan molekul tidak menjelaskan secara rinci apa yang sebenarnya terjadi

dalam larutan secara mikroskopis.

Seperti dijelaskan sebelumnya, ketika senyawa ion larut dalam air, senyawa

tersebut pecah menjadi komponen kation dan anion. Agar lebih realistis, persamaan

harus menunjukkan pemisahan senyawa ion terlarut menjadi ion. Oleh karena itu,

kembali ke reaksi antara kalium iodida dan timbal nitrat, ditulis

Pb2+(aq) + 2NO3–(aq) + 2K+(aq) + 2I–(aq) → PbI2(s) + 2K+(aq) + 2NO3

–(aq)

Persamaan sebelumnya adalah contoh dari persamaan ion, yang menunjukkan

spesies terlarut sebagai ion bebas. Untuk melihat apakah endapan mungkin terbentuk

dari larutan ini, pertama-tama kita menggabungkan kation dan anion dari senyawa yang

berbeda, yaitu, PbI2 dan KNO3. Mengacu pada Tabel 4.2, kita melihat bahwa PbI2

merupakan senyawa yang tidak larut sedangkan KNO3 merupakan senyawa yang larut.

Oleh karena itu, KNO3 terlarut tetap berada dalam larutan sebagai ion K+ dan NO3–

yang terpisah, yang disebut ion penonton, atau ion yang tidak terlibat dalam reaksi

keseluruhan. Karena ion penonton muncul di kedua sisi persamaan, ion penonton dapat

dihilangkan dari persamaan ionik

Pb2+(aq) + 2NO3–(aq) + 2K+(aq) + 2I–(aq) → PbI2(s) + 2K+(aq) + 2NO3

–(aq)

Akhirnya, didapatkan persamaan ion bersih yang hanya menunjukkan spesies yang

benar-benar mengambil bagian dalam reaksi:

Pb2+(aq)) + 2I–(aq) → PbI2(s)

Contoh lain, ketika larutan barium klorida (BaCl2) ditambahkan dalam larutan natrium

sulfat (Na2SO4), endapan putih terbentuk (Gambar 4.5). Perlakuan ini disebut sebagai

reaksi metatesis, produk yang terbentuk adalah BaSO4 dan NaCl. Dari Tabel 4.2 kita

melihat bahwa BaSO4 tidak dapat larut. Oleh karena itu, kita menulis persamaan

molekul sebagai

BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) →BaSO4(s) + 2NaCl(aq)

Persamaan ion untuk reaksi adalah

K i m i a D a s a r 1 | 114

Ba2+(aq) + 2Cl–(aq)+ 2Na+(aq) + SO42–(aq) → BaSO4(s) + 2Na+(aq) + 2Cl–(aq)

Penghilangan ion penonton (Na+ dan Cl–) pada kedua sisi persamaan menunjukkan

persamaan ion bersih

Ba2+(aq) + SO42–(aq) → BaSO4(s)

Gambar 4.5 Pembentukan endapan BaSO4

Empat langkah berikut merupakan ringkasan prosedur untuk menulis persamaan ionik

dan persamaan ion bersih:

1. Tuliskan persamaan molekul yang setara untuk reaksi, menggunakan rumus yang

benar untuk reaktan dan produk senyawa ionik. Lihat Tabel 4.2 untuk memutuskan

mana dari produk yang tidak larut dan akan muncul sebagai endapan.

2. Tuliskan persamaan ion untuk reaksi. Senyawa yang tidak muncul sebagai endapan

harus ditampilkan sebagai ion bebas.

3. Identifikasi dan hilangkan ion penonton di kedua sisi persamaan. Tuliskan

persamaan ion bersih untuk reaksi.

4. Periksa bahwa muatan dan jumlah atom dalam persamaan ion bersih sudah setara.

Contoh 4.2

Perkirakan apa yang terjadi ketika larutan kalium fosfat (K3PO4) dicampur dengan

larutan kalsium nitrat [Ca(NO3)2]. Tulis persamaan ion bersih untuk reaksi ini.

Strategi: Informasi yang diberikan berguna untuk menuliskan persamaan reaksi yang

tidak setara terlebih dahulu.

K3PO4(aq) + Ca(NO3)2(aq) → ?

K i m i a D a s a r 1 | 115

Apa yang terjadi ketika senyawa ion larut dalam air? Ion apa yang terbentuk dari

pemisahan K3PO4 dan Ca(NO3)2? Apa yang terjadi ketika kation bertemu anion dalam

larutan?

Penyelesaian: Dalam larutan, K3PO4 terdisosiasi menjadi ion K+ dan PO43– dan

Ca(NO3)2 terdisosiasi menjadi ion Ca2+ dan NO3–. Menurut Tabel 4.2, ion kalsium

(Ca2+) dan ion fosfat (PO43–) akan membentuk senyawa yang tidak larut, kalsium fosfat

[Ca3(PO4)2], sedangkan produk lainnya, KNO3, dapat larut dan tetap dalam larutan.

Oleh karena itu, reaksi ini adalah reaksi pengendapan. Langkah-langkahnya diuraikan

sebagai berikut.

Langkah 1: Persamaan molekul setara untuk reaksi ini adalah

2K3PO4(aq) + 3Ca(NO3)2(aq) → Ca3(PO4)2(s) + 6KNO3(aq)

Langkah 2: Untuk menulis persamaan ion, senyawa yang dapat larut akan dituliskan

sebagai ion yang terdisosiasi:

6K+(aq) + 2PO43–(aq) + 3Ca2+(aq) + 6NO3

–(aq) → 6K+(aq) + 6NO3–(aq) +

Ca3(PO4)2(s)

Langkah 3: Menghilangkan ion penonton (K+ dan NO3–) di setiap sisi persamaan, kita

memperoleh persamaan ion bersih:

3Ca2+(aq) + 2PO43–(aq) → Ca3(PO4)2(s)

Langkah 4: Perhatikan bahwa karena persamaan molekul telah disetarakan terlebih

dahulu, maka persamaan ioniknya juga harus disetarakan sehingga jumlah muatan atom

pada sisi positif (+6) dan sisi negatif (–6) sehingga muatan di sisi kiri-kanan sama.

Latihan: Perkirakan endapan yang dihasilkan apabila larutan Al(NO3)3 dicampur

dengan larutan NaOH. Tuliskan persamaan ion bersih untuk reaksi ini.

Review Konsep

Manakah dari diagram berikut yang akurat untuk menggambarkan reaksi antara

Ca(NO3)2 (aq) dan Na2CO3(aq)? Untuk mempermudah, hanya ion Ca2+(kuning) dan

CO32–(biru) yang ditampilkan.

K i m i a D a s a r 1 | 116

4.3 Reaksi Asam-Basa

Asam dan basa dikenal sebagai aspirin dan susu magnesium, meskipun banyak orang

tidak tahu nama kimianya–asam asetilsalisilat (aspirin) dan magnesium hidroksida

(susu magnesium). Selain menjadi dasar dari kebanyakan obat dan produk rumah

tangga, asam-basa kimia penting dalam proses industri dan penting dalam

mempertahankan sistem biologi. Sebelum kita mendiskusikan reaksi asam-basa, kita

perlu tahu lebih banyak tentang asam dan basa itu sendiri.

Sifat Umum Asam dan Basa

Dalam Bagian 2.7 kita mendefinisikan asam sebagai zat yang terionisasi dalam air

untuk menghasilkan ion H+ dan basa sebagai zat yang terionisasi dalam air untuk

menghasilkan ion OH–. Definisi ini dirumuskan pada abad kesembilan belas oleh

kimiawan Swedia Svante Arrhenius untuk mengelompokkan sifat zat yang berada

dalam larutan yang dikenal.

Asam

Asam memiliki rasa asam, misalnya cuka terasa asam karena mengandung asam

asetat, lemon dan buah jeruk lainnya mengandung asam sitrat.

Asam menyebabkan perubahan warna pada pewarna alami (berasal dari tumbuhan),

misalnya, asam mengubah warna lakmus dari biru menjadi merah.

Asam bereaksi dengan logam tertentu, seperti seng, magnesium, dan besi, untuk

menghasilkan gas hidrogen. Reaksi yang khas terjadi antara asam klorida dan

magnesium:

2HCl(aq) + Mg(s) → MgCl2(aq) + H2(g)

Asam bereaksi dengan karbonat dan bikarbonat, seperti Na2CO3, CaCO3, dan

NaHCO3, untuk menghasilkan gas karbon dioksida (Gambar 4.6). Misalnya,

2HCl(aq) + CaCO3(s) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

HCl(aq) + NaHCO3(s) → NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Larutan asam dapat menghantarkan listrik.

K i m i a D a s a r 1 | 117

Gambar 4.6 Potongan kapur tulis, yang mengandung CaCO3, bereaksi dengan asam

klorida untuk menghasilkan gas karbon dioksida.

Basa

Basa memiliki rasa pahit.

Basa terasa licin, misalnya, sabun yang mengandung basa, menunjukkan sifat ini.

Basa menyebabkan perubahan warna pada pewarna alami (berasal dari tumbuhan),

misalnya, basa mengubah warna lakmus dari merah ke biru.

Larutan basa dapat menghantarkan listrik.

Asam dan Basa Brønsted

Arrhenius mendefinisikan tentang asam dan basa hanya terbatas dalam larutan. Definisi

lebih luas diusulkan oleh kimiawan Denmark Johannes Brønsted pada tahun 1932, asam

Brønsted adalah donor proton, dan basa Brønsted adalah akseptor proton. Perhatikan

bahwa definisi asam dan basaBrønsted ini tidak memerlukan larutan. Asam klorida

adalah asam Brønsted karena menyumbangkan (donor) proton dalam air:

K i m i a D a s a r 1 | 118

Gambar 4.7 Ionisasi HCl dalam air membentuk ion H3O+ dan ion Cl–.

Perhatikan bahwa ion H+ adalah atom hidrogen yang telah kehilangan elektronnya,

yang disebut proton telanjang. Ukuran proton adalah sekitar 10–15 m, dibandingkan

dengan diameter rata-rata 10–10 m untuk ion atau atom. Ion H+ merupakan partikel

bermuatan sangat kecil yang tidak bisa eksis sebagai entitas yang terpisah dalam larutan

karena adanya daya tarik yang kuat pada kutub negatif (atom O) dalam H2O.

Akibatnya, proton ada dalam bentuk terhidrasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

4.7. Oleh karena itu, ionisasi dari asam klorida harus ditulis sebagai

HCl(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + Cl–(aq)

Proton terhidrasi, H3O+, disebut ion hidronium. Persamaan ini menunjukkan reaksi

dimana asam Brønsted (HCl) menyumbangkan proton ke basa Brønsted (H2O).

Percobaan menunjukkan bahwa ion hidronium lebih terhidrasi sehingga proton

mungkin memiliki beberapa molekul air yang terkait dengannya. Karena sifat asam dari

proton tidak terpengaruh oleh tingkat hidrasi, dalam teks ini kita umumnya akan

menggunakan H+(aq) untuk mewakili proton terhidrasi. Notasi ini untuk kenyamanan,

akan tetapi H3O+ lebih mendekati kenyataan. Perlu diketahui bahwa kedua notasi

mewakili spesies yang sama dalam larutan.

Asam yang umum digunakan di laboratorium meliputi asam klorida (HCl), asam

nitrat (HNO3), asam asetat (CH3COOH), asam sulfat (H2SO4), dan asam fosfat (H3PO4).

Tiga pertama adalah asam monoprotik, yaitu, setiap unit asam menghasilkan satu ion

hidrogen pada ionisasi:

HCl(aq) → H+(aq) + Cl–(aq)

HNO3(aq) → H+(aq) + NO3–(aq)

CH3COOH(aq) CH3COO–(aq) + H+(aq)

Seperti disebutkan sebelumnya, karena ionisasi asam asetat tidak lengkap

(perhatikan panah ganda), maka asam asetat adalah elektrolit lemah. Untuk alasan ini,

asam asetat disebut asam lemah (lihat Tabel 4.1). Di sisi lain, HCl dan HNO3 adalah

K i m i a D a s a r 1 | 119

asam kuat karena mereka adalah elektrolit yang kuat, sehingga benar-benar terionisasi

dalam larutan (perhatikan penggunaan panah tunggal).

Asam sulfat (H2SO4) adalah asam diprotik karena setiap unit asam menyerahkan

dua ion H+, dalam dua langkah terpisah:

H2SO4(aq)→ H+(aq) + HSO4–(aq)

HSO4–(aq) H+(aq) + SO4

2–(aq)

H2SO4 adalah elektrolit kuat atau asam kuat (langkah pertama ionisasi selesai),

tapi HSO4– merupakan asam lemah atau elektrolit lemah, dan kita perlu panah ganda

untuk mewakili ionisasi lengkapnya.

Asam triprotik, yang menghasilkan tiga ion H+, relatif sedikit jumlahnya. Asam

triprotik dikenal adalah asam fosfat, ionisasinya

H3PO4(aq) H+(aq) + H2PO4–(aq)

H2PO4–(aq) H+(aq) + HPO4

2–(aq)

HPO42–(aq) H+(aq) + PO4

3–(aq)

Ketiga spesies (H3PO4, H2PO4–, dan HPO4

2–) dalam hal ini adalah asam lemah,

sehingga digunakan panah ganda untuk mewakili setiap langkah ionisasi. Anion seperti

H2PO4– dan HPO4

2– ditemukan dalam larutan fosfat seperti NaH2PO4 dan Na2HPO4.

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa natrium hidroksida (NaOH) dan barium

hidroksida [Ba(OH)2] adalah elektrolit kuat. Ini berarti bahwa zat tersebut benar-benar

terionisasi dalam larutan:

NaOH(s) H2O→ Na+(aq) + OH–(aq)

Ba(OH)2(s) H2O→ Ba2+(aq) + 2OH–(aq)

Ion OH– dapat menerima proton sebagai berikut:

H+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)

Dengan demikian, OH– adalah basa Brønsted. Amonia (NH3) diklasifikasikan sebagai

basa Brønsted karena dapat menerima ion H+ (Gambar 4.8):

NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH–(aq)

K i m i a D a s a r 1 | 120

Gambar 4.8 Ionisasi amonia dalam air menghasilkan ion amonium dan ion hidroksida

Amonia adalah elektrolit lemah (dan karena itu basa lemah) karena hanya sebagian

kecil dari molekul NH3 terlarut bereaksi dengan air untuk membentuk ion NH4+ dan ion

OH–.

Basa kuat yang paling umum digunakan di laboratorium adalah natrium

hidroksida. Karena NaOH murah dan dapat larut (semua hidroksida logam alkali dapat

larut). Basa lemah yang paling umum digunakan adalah larutan amonia, yang kadang-

kadang keliru disebut amonium hidroksida, tidak ada bukti bahwa spesies NH4OH

benar-benar ada dalam larutan selain ion NH4+ dan ion OH–. Semua unsur Golongan 2A

membentuk hidroksida dari tipe M(OH)2 dimana M menunjukkan logam alkali tanah.

Dari hidroksida tersebut, hanya Ba(OH)2 yang larut. Magnesium dan kalsium

hidroksida digunakan dalam dunia kedokteran dan industri. Hidroksida logam lainnya,

seperti Al(OH)3 dan Zn(OH)2 tidak larut dan tidak digunakan sebagai basa. Contoh 4.3

mengklasifikasikan zat yang termasuk asam Brønsted atau basa Brønsted.

Contoh 4.3

Klasifikasikan setiap spesies berikut dalam larutan sebagai asam atau basa Brønsted:

(a) HBr, (b) NO2–, (c) HCO3

2–.

Strategi: Apakah karakteristik dari asam Brønsted? Apakah asam Brønsted

mengandung setidaknya atom H? Dengan pengecualian dari amonia, basa Brønsted

yang akan Anda hadapi pada tahap ini adalah anion.

Penyelesaian:

(a) Kita tahu bahwa HCl adalah asam. Karena Br dan Cl keduanya halogen (Golongan

7A), sehingga HBr seperti HCl, yang terionisasi dalam air sebagai berikut:

H+(aq) + Br–(aq) → HBr(aq)

Oleh karena itu, HBr merupakan asam Brønsted.

K i m i a D a s a r 1 | 121

(b) Dalam larutan, ion nitrit dapat menerima proton dari air untuk membentuk asam

nitrit:

NO2–(aq) + H+(aq) → HNO2(aq)

Sifat ini membuat NO2– merupakan basa Brønsted.

(c) Ion bikarbonat adalah asam Brønsted karena terionisasi dalam larutan sebagai

berikut:

HCO3–(aq) H+(aq) + CO3

2–(aq)

Ion bikarbonat juga merupakan basa Brønsted karena dapat menerima sebuah proton

untuk membentuk asam karbonat:

HCO3–(aq) + H+(aq) H2CO3(aq)

Periksa: HCO3– dikatakan amfoter karena memiliki sifat asam maupun sifat basa.

Tanda panah ganda menunjukkan bahwa reaksi ini adalah reaksi reversibel.

Latihan: Klasifikasikan masing-masing spesies berikut sebagai asam atau basa

Brønsted: (a) SO42–, (b) HI, (c) H2PO4

–.

Netralisasi Asam-Basa

Reaksi netralisasi adalah reaksi antara asam dan basa. Umumnya, reaksi larutan asam-

basa menghasilkan air dan garam, yang merupakan senyawa ionik terdiri dari kation

selain H+ dan anion selain OH– atau O2–:

asam + basa → garam + air

Sebagai contoh, ketika larutan HCl dicampur dengan larutan NaOH, reaksi berikut

terjadi:

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

Namun, karena baik asam dan basa adalah elektrolit yang kuat, mereka benar-benar

terionisasi dalam larutan. Persamaan ionnnya adalah

H+(aq) + Cl–(aq)+ Na+(aq) + OH–(aq) → Na+(aq) + Cl–(aq) + H2O(l)

Oleh karena itu, reaksi dapat diwakili oleh persamaan ion bersih

H+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)

Ion Na+ dan Cl– adalah ion penonton.

K i m i a D a s a r 1 | 122

Sekarang perhatikan reaksi antara NaOH dengan asam sianida (HCN), yang adalah

asam lemah:

HCN(aq) + NaOH(aq) → NaCN(aq) + H2O(l)

Dalam hal ini, persamaan ion adalah

HCN(aq) + Na+(aq) + OH–(aq) → Na+(aq) + CN–(aq) + H2O(l)

dan persamaan ion bersihnya:

HCN(aq)+ OH–(aq) → CN–(aq) + H2O(l)

Berikut ini juga contoh reaksi netralisasi asam-basa yang diwakili oleh persamaan

molekul:

HF(aq) + KOH(aq) → KF(aq) + H2O(l)

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l)

Ba(OH)2(aq) + 2HNO3(aq) → Ba(NO3)2(aq) + 2H2O(l)

Reaksi Asam-Basa yang Menghasilkan Gas

Garam tertentu seperti karbonat (mengandung ion CO32–), bikarbonat (mengandung ion

HCO3–), sulfida (mengandung ion SO3

2–), dan sulfida (mengandung ion S2–) bereaksi

dengan asam untuk membentuk gas. Sebagai contoh, persamaan molekul untuk reaksi

antara natrium karbonat (Na2CO3) dan HCl(aq) adalah

Na2CO3(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H2CO3(aq)

Asam karbonat tidak stabil dan jika ada dalam larutan dalam konsentrasi yang cukup

terurai sebagai berikut:

H2CO3(aq) → H2O(l)+ CO2(g)

Reaksi serupa yang melibatkan garam antara lain

NaHCO3(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)+ CO2(g)

Na2SO3(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H2O(l)+ CO2(g)

K2S(aq) + 2HCl(aq) → 2KCl(aq) + H2S(g)

Review Konsep

Manakah dari diagram berikut ini yang merupakan asam kuat? Yang merupakan asam

lemah? Yang merupakan asam yang sangat lemah? Proton ada dalam air sebagai ion

K i m i a D a s a r 1 | 123

hidronium. Semua asam monoprotik. (Untuk mempermudah, molekul air tidak

ditampilkan.)

4.4 Reaksi Oksidasi-Reduksi

Reaksi asam-basa dapat dicirikan sebagai proses transfer proton, sedangkan golongan

reaksi ini disebut oksidasi-reduksi, atau redoks, dianggap reaksi transfer elektron.

Sangat banyak reaksi oksidasi-reduksi yang menjadi bagian dari dunia di sekitar kita.

Diantaranya pembakaran bahan bakar fosil untuk tindakan rumah tangga, pemutih.

Selain itu, unsur logam dan bukan logam diperoleh dari bijihnya dengan proses oksidasi

atau reduksi.

Banyak reaksi redoks yang penting terjadi dalam larutan, tetapi tidak semua

reaksi redoks terjadi dalam larutan. Reaksi redoks bukan dalam larutan tidak rumit

untuk ditangani, jadi kita akan mulai diskusi kita dengan reaksi dimana dua unsur

bergabung untuk membentuk senyawa. Pertimbangkan pembentukan magnesium oksida

(MgO) dari magnesium dan oksigen (Gambar 4.9):

2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)

K i m i a D a s a r 1 | 124

Gambar 4.9 Magnesium dibakar dalam oksigen menghasilkan magnesium oksida

Magnesium oksida (MgO) merupakan senyawa ionik yang terdiri dari ion Mg2+ dan O2–

. Dalam reaksi ini, dua atom Mg menyerahkan atau mentransfer empat elektron untuk

dua atom O (dalam O2). Untuk kenyamanan, kita bisa memikirkan proses ini sebagai

dua langkah yang terpisah, yang melibatkan hilangnya empat elektron oleh dua atom

Mg dan lainnya adalah penagkapan empat elektron oleh sebuah molekul O2:

2Mg → 2Mg2+ + 4e–

O2 + 4e–→ 2O2–

Masing-masing langkah ini disebut setengah-reaksi, yang secara eksplisit menunjukkan

elektron yang terlibat dalam reaksi redoks. Jumlah setengah-reaksi memberikan reaksi

keseluruhan:

2Mg + O2 + 4e–→ 2Mg2+ + 2O2– + 4e–

atau, jika elektron yang muncul pada kedua sisi persamaan dihilangkan,

2Mg + O2 → 2Mg2+ + 2O2–

Akhirnya, ion Mg2+ dan O2– bergabung untuk membentuk MgO:

2Mg2+ + 2O2– → MgO

Reaksi oksidasi merujuk pada setengah-reaksi yang melibatkan hilangnya

elektron. Kimiawan awalnya menggunakan "oksidasi" untuk menunjukkan kombinasi

dari unsur-unsur dengan oksigen. Namun, sekarang memiliki makna yang lebih luas

yang mencakup reaksi yang tidak hanya melibatkan oksigen. Reaksi reduksi adalah

setengah-reaksi yang melibatkan penangkapan elektron. Dalam pembentukan

K i m i a D a s a r 1 | 125

magnesium oksida, magnesium teroksidasi. Magnesium dikatakan sebagai agen

pereduksi karena menyumbangkan elektron ke oksigen dan menyebabkan oksigen

tereduksi. Oksigen tereduksi dan bertindak sebagai agen pengoksidasi karena menerima

elektron dari magnesium, menyebabkan magnesium teroksidasi. Perhatikan bahwa

tingkat oksidasi dalam reaksi redoks harus sama dengan tingkat reduksi, yaitu, jumlah

elektron yang hilang oleh agen pereduksi

harus sama dengan jumlah elektron yang diperoleh oleh agen pengoksidasi.

Agen pegoksidasi selalu tereduksi, dan agen pereduksi selalu teroksidasi. Pernyataan ini

mungkin agak membingungkan, tapi itu hanyalah sebuah konsekuensi sederhana dari

definisi yang terjadi pada dua proses.

Bilangan Oksidasi

Arti dari oksidasi dan reduksi dalam hal pelepasan dan penagkapan elektron berlaku

untuk pembentukan senyawa ionik seperti MgO. Namun, definisi ini tidak akurat untuk

memjelaskan pembentukan hidrogen klorida (HCl) dan sulfur dioksida (SO2):

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)

S(s) + O2(g) → SO2(g)

Karena HCl dan SO2 bukan senyawa ionik tetapi molekul, tidak ada elektron yang

ditransfer dalam pembentukan senyawa ini, seperti yang terjadi dalam kasus MgO.

Namun demikian, kimiawan menemukan cara untuk membuat reaksi ini sebagai reaksi

redoks karena pengukuran eksperimental menunjukkan bahwa ada transfer elektron

parsial (dari H ke Cl dalam HCl dan dari S ke O pada SO2).

Untuk melacak elektron dalam reaksi redoks, dapat digunakan bilangan oksidasi

pada reaktan dan produk. Bilangan oksidasi atom, disebut juga keadaan oksidasi

(oxidation state), menunjukkan jumlah muatan atom yang akan dimiliki dalam molekul

(atau suatu senyawa ionik) jika elektron telah ditransfer sepenuhnya. Sebagai contoh,

kita dapat menulis ulang persamaan sebelumnya untuk pembentukan HCl dan SO2

sebagai berikut:

0 0 +1–1

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)

0 0 +4–2

S(s) + O2(g) → SO2(g)

K i m i a D a s a r 1 | 126

Angka-angka di atas simbol unsur adalah bilangan oksidasi. Dalam kedua reaksi yang

ditunjukkan, tidak ada muatan pada atom dalam molekul reaktan. Dengan demikian,

bilangan oksidasinya adalah nol. Untuk molekul produk, bagaimanapun, diasumsikan

bahwa transfer elektron secara lengkap telah terjadi dan bahwa atom telah menerima

atau melepas elektron. Bilangan oksidasi menggambarkan jumlah elektron yang

“ditrasfer”.

Bilangan oksidasi memungkinkan kita untuk mengidentifikasi sekilas unsur-

unsur yang teroksidasi dan tereduksi. Unsur-unsur yang menunjukkan peningkatan

bilangan oksidasi–hidrogen dan sulfur– dalam contoh sebelumnya–teroksidasi. Klorin

dan oksigen tereduksi, sehingga bilangan oksidasinya menunjukkan penurunan dari

nilai awal. Perhatikan bahwa jumlah bilangan oksidasi H dan Cl dalam HCl (+1 dan –1)

adalah nol. Demikian juga, jika kita menambahkan muatan pada S (+4) dengan dua

atom O [2 × (–2)], jumlahnya adalah nol. Alasannya adalah bahwa molekul HCl dan

SO2 netral, sehingga muatan harus dihilangkan.

Aturan berikut digunakan untuk menetapkan bilangan oksidasi:

1. Dalam unsur bebas (yaitu, dalam keadaan tidak terkombinasi), setiap atom

memiliki jumlah bilangan oksidasi nol. Dengan demikian, setiap atom dalam H2,

Br2, Na, Be, K, O2, dan P4 memiliki bilangan oksidasi sama: nol.

2. Untuk ion yang terdiri dari hanya satu atom (yaitu, ion monoatomik), jumlah

bilangan oksidasinya sama dengan muatan ion. Dengan demikian, ion Li+ memiliki

bilangan oksidasi +1; ion Ba2+, +2; ion Fe3+, +3; ion I–, –1; ion O2–, –2, dan

seterusnya. Semua logam alkali memiliki bilangan oksidasi +1 dan semua logam

alkali tanah memiliki bilangan oksidasi +2 dalam senyawanya. Aluminium

memiliki bilangan oksidasi +3 dalam semua senyawanya.

3. Jumlah bilangan oksidasi oksigen dalam senyawa (misalnya, MgO dan H2O)

adalah –2, tetapi dalam hidrogen peroksida (H2O2) dan ion peroksida (O22–), adalah

–1.

4. Jumlah bilangan oksidasi hidrogen adalah +1, kecuali bila terikat pada logam

dalam senyawa biner. Dalam kasus ini (misalnya, LiH, NaH, CaH2), bilangan

oksidasinya adalah –1.

5. Fluorin memiliki bilangan oksidasi dari –1 dalam semua senyawanya. Halogen

lainnya (Cl, Br, dan I) memiliki bilangan oksidasi negatif ketika mereka sebagai

ion halida dalam senyawanya. Ketika dikombinasikan dengan oksigen-misalnya

K i m i a D a s a r 1 | 127

dalam asam okso dan okso anion (lihat Bagian 2.7)-mereka memiliki bilangan

oksidasi positif.

6. Dalam molekul netral, jumlah dari bilangan oksidasi dari semua atom harus

menjadi nol. Dalam ion poliatomik, jumlah bilangan oksidasi dari semua unsur

dalam ion harus sama dengan muatan total dari ion. Misalnya, dalam ion amonium,

NH4+, jumlah bilangan oksidasi N adalah –3 dan H adalah +1. Dengan demikian,

jumlah dari bilangan oksidasi adalah –3 + 4 (+1) = +1, yang sama dengan muatan

ion.

7. Bilangan oksidasi tidak harus bilangan bulat. Sebagai contoh, bilangan oksidasi O

dalam ion superoksida, O2–, adalah –

1

2.

Contoh 4.4

Tetapkan bilangan oksidasi untuk semua unsur dalam senyawa dan ion berikut:

(a) Na2O, (b) HNO2, (c) Cr2O72–.

Strategi: Secara umum, kita mengikuti aturan dalam penentuan bilangan oksidasi. Ingat

bahwa semua logam alkali memiliki bilangan oksidasi +1, dan dalam kebanyakan

kasus, hidrogen memiliki bilangan oksidasi +1 dan oksigen memiliki bilangan oksidasi

dari –2 dalam senyawanya.

Penyelesaian:

(a) Dengan aturan 2, kita melihat bahwa natrium memiliki bilangan oksidasi dari +1

(Na+) dan bilangan oksidasi oksigen adalah –2 (O2–).

(b) Ini adalah rumus untuk asam nitrit, yang menghasilkan ion H+ dan ion NO2– dalam

larutan. Dari aturan 4, kita melihat bahwa H memiliki bilangan oksidasi +1.

Dengan demikian, kelompok lain (ion nitrit) harus memiliki bilangan oksidasi

bersih –1. Oksigen memiliki bilangan oksidasi dari –2, dan jika kita menggunakan

x untuk mewakili bilangan oksidasi nitrogen, maka ion nitrit dapat ditulis sebagai

[N(x)O2(2–)]–

sehingga x + 2(–2) = –1

atau x = +3

(c) Dari aturan 6, kita melihat bahwa jumlah dari bilangan oksidasi dalam ion dikromat

Cr2O72– harus –2. Kita tahu bahwa jumlah bilangan oksidasi O adalah –2, sehingga

semua yang tersisa adalah untuk menentukan bilangan oksidasi Cr, yang kita sebut

y. Ion dikromat dapat ditulis sebagai

K i m i a D a s a r 1 | 128

[Cr2(y)O7(

2–)]2-

sehingga 2(y) + 7(–2) = –2

atau y = +6

Periksa: Dalam setiap kasus, apakah jumlah dari bilangan oksidasi dari semua atom

sama dengan muatan total pada spesies?

Latihan: Tetapkan bilangan oksidasi untuk semua unsur dalam senyawa dan ion

berikut:

(a) PF3, (b) MnO4–.

Gambar 4.10 menunjukkan bilangan oksidasi yang diketahui dari unsur-unsur

yang dikenal, diatur sesuai dengan posisi mereka dalam tabel periodik. Kita dapat

meringkas isi

gambar tersebut sebagai berikut:

Unsur logam hanya memiliki bilangan oksidasi positif, sedangkan unsur nonlogam

kemungkinan memiliki bilangan oksidasi positif atau negatif.

Jumlah bilangan oksidasi tertinggi yang dimiliki suatu unsur dalam Golongan 1A-7A

dapat sesuai dengan golongannya. Sebagai contoh, halogen berada dalam Golongan

7A, sehingga bilangan oksidasi tertingginya adalah +7.

Logam transisi (Golongan 1B, 3B-8B) biasanya memiliki beberapa kemungkinan

bilangan oksidasi.

K i m i a D a s a r 1 | 129

Gambar 4.10 Bilangan oksidasi unsur dalam senyawanya. Bilangan oksidasi yang

umum digunakan adalah bilangan yang berwarna merah.

Beberapa Reaksi Oksidasi-Reduksi Umum

Di antara reaksi oksidasi-reduksi yang paling umum adalah reaksi kombinasi, reaksi

dekomposisi, reaksi pembakaran, dan reaksi perpindahan.

Reaksi Kombinasi (Combination Reaction)

Reaksi kombinasi adalah reaksi dimana dua atau lebih zat bergabung untuk

membentuk satu produk. Misalnya,

0 0 +4–2

S(s) + O2(g) → SO2(g)

0 0 +2 –3

3Mg(s) + N2(g) → Mg3N2(s)

Reaksi Dekomposisi (Decomposition Reaction)

K i m i a D a s a r 1 | 130

Reaksi dekomposisi adalah kebalikan dari reaksi kombinasi. Secara khusus, reaksi

dekomposisi adalah pemecahan senyawa menjadi dua atau lebih komponen. Misalnya,

+2–2 0 0

2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g)

+5–2 –1 0

2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)

+1–1 0 0

2NaH(s) → 2Na(s) + H2(g)

Perhatikan bahwa bilangan oksidasi hanya ditunjukkan untuk unsur-unsur yang

teroksidasi atau tereduksi.

Reaksi Pembakaran (Combustion Reaction)

Reaksi pembakaran adalah reaksi dimana zat bereaksi dengan oksigen, biasanya

dengan pelepasan panas dan cahaya untuk menghasilkan api. Reaksi antara magnesium

dan belerang dengan oksigen yang dijelaskan sebelumnya adalah reaksi pembakaran.

Contoh lain adalah pembakaran propana (C3H8), sebuah komponen dari gas alam yang

digunakan untuk pemanasan domestik dan memasak:

C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

Semua reaksi pembakaran merupakan reaksi redoks.

Reaksi Perpindahan (Displacement Reaction)

Dalam reaksi perpindahan, ion (atau atom) dalam senyawa diganti dengan ion (atau

atom) dari unsur lain: Reaksi perpindahan dapat menjadi salah satu dari tiga

subkategori: perpindahan hidrogen, perpindahan logam, atau perpindahan halogen.

1. Perpindahan Hidrogen. Semua logam alkali dan beberapa logam alkali tanah (Ca,

Sr, dan Ba), yang paling reaktif dari unsur-unsur logam, akan menggantikan

hidrogen dari air dingin (Gambar 4.11):

0 +1 +1 +1 0

2Na(s) + 2H2O(l)→ 2NaOH(aq) + H2(g)

0 +1 +2 +1 0

Ca(s) + 2H2O(l)→ Ca(OH)2(aq) + H2(g)

K i m i a D a s a r 1 | 131

Gambar 4.11 Reaksi: (a) natrium (Na) (b) kalsium (Ca) dengan air dingin. Perhatikan

bahwa reaksi dengan Na lebih dahsyat dibandingan reaksi dengan Ca.

Banyak logam, termasuk logam yang tidak bereaksi dengan air, mampu

menggantikan hidrogen dari asam. Misalnya, seng (Zn) dan magnesium (Mg) tidak

bereaksi dengan air dingin tetapi bereaksi dengan asam klorida, sebagai berikut:

0 +1 +2 0

Zn(s) + 2HCl(aq)→ ZnCl2(aq) + H2(g)

0 +1 +2 0

Mg(s) + 2HCl(aq)→ MgCl2(aq) + H2(g)

Gambar 4.12 menunjukkan reaksi antara asam klorida (HCl) dengan besi (Fe), seng

(Zn), dan magnesium (Mg). Reaksi-reaksi ini digunakan untuk menyiapkan gas

hidrogen di laboratorium.

K i m i a D a s a r 1 | 132

Gambar 4.12 Dari kiri ke kanan: Reaksi besi (Fe), seng (Zn), magnesium (Mg) dengan

asam klorida untuk menghasilkan gas hidrogen dan logam klorida (FeCl2, ZnCl2,

MgCl2). Kereaktifan dari logam-logam ini ditunjukkan dengan kecepatan pembentukan

gas hidrogen, dimana yang paling lambat adalah logam yang kurang reaktif, Fe, dan

yang paling cepat adalah logam yang paling reaktif, Mg.

Gambar 4.13 Reaksi perpindahan logam dalam air.

2. Perpindahan logam. Sebuah logam dalam senyawa dapat digantikan oleh logam

lain dalam keadaan terpisah. Misalnya, ketika logam seng ditambahkan ke dalam

larutan yang mengandung tembaga sulfat (CuSO4), logam Zn akan menggantikan

ion Cu2+ dari larutan (Gambar 4.13):

0 +2 +2 0

Zn(s) + CuSO4(aq)→ ZnSO4(aq) + Cu(s)

Persamaan ion bersih

0 +2 +2 0

Zn(s) + Cu2+(aq)→ Zn2+(aq) + Cu(s)

Batangan Zn berada dalam larutan CuSO4

Ion Cu2+ berubah menjadi atom Cu. Atom Zn masuk ke dalam larutan menjadi ion Zn2+

Ketika potongan kawat tembaga dimasukkan dalam larutan AgNO3, atom Cu masuk ke dalam larutan menjadi ion Cu2+ dan ion Ag+ berubah menjadi atom Ag. (a) (b)

K i m i a D a s a r 1 | 133

Demikian pula, logam tembaga menggantikan ion perak dari larutan yang

mengandung perak nitrat (AgNO3) (juga ditunjukkan dalam Gambar 4.13):

0 +1 +2 0

Cu(s) + 2AgNO3(aq)→ Cu(NO3)2(aq) + Ag(s)


0 +1 +2 0

Cu(s) + 2Ag+(aq)→ Cu2+(aq) + Ag(s)

Gambar 4.14 Rangkaian aktivitas (activity series) untuk logam. Logam disusun

berdasarkan kemampuannya untuk menggantikan hidrogen dari asam atau air. Li

(litium) adalah logam yang paling reaktif dan Au (emas) adalah logam yang paling

tidak reaktif.

Membalikkan peranan logam akan mengakibatkan tidak adanya reaksi. Dengan kata

lain, logam tembaga tidak akan menggantikan ion seng dari seng sulfat, dan logam

perak tidak akan menggantikan ion tembaga dari tembaga nitrat.

Cara mudah untuk memprediksi apakah terjadi reaksi perpindahan logam

atau hidrogen akan benar-benar terjadi adalah dengan merujuk pada suatu rangkaian

aktivitas (activity series), kadang-kadang disebut rangkaian elektrokimia, ditunjukkan

pada Gambar 4.14. Pada dasarnya, suatu rangkaian aktivitas (activity series) adalah

K e k u a t a n

R e d u k s i

M e n i n g k a t

Bereaksi dengan air dingin untuk meghasilkan gas H2

Bereaksi dengan uap air panas untuk menghasilkan gas H2

Bereaksi dengan asam untuk menghasilkan gas H2

Tidak bereaksi dengan air dan asam untuk menghasilkan gas H2

K i m i a D a s a r 1 | 134

ringkasan hasil dari banyak reaksi perpindahan yang mungkin mirip dengan reaksi yang

sudah dibahas. Menurut rangkaian ini, setiap logam di atas hidrogen akan

menggantikan hidrogen dari air atau dari asam, namun logam di bawah hidrogen tidak

akan bereaksi dengan air atau asam. Bahkan, setiap logam yang tercantum dalam

rangkaian akan bereaksi dengan logam (dalam senyawa) di bawahnya. Misalnya, Zn di

atas Cu, sehingga logam seng akan menggantikan ion tembaga dari tembaga sulfat.

3. Perpindahan Halogen. Rangkaian aktivitas (activity series) lain merangkum

perilaku halogen dalam reaksi perpindahan halogen:

F2 > Cl2 > Br2 > I2

Kekuatan dari unsur-unsur Golongan 7A sebagai agen pengoksidasi menurun dari

fluorin ke iodin, sehingga molekul fluorin dapat menggantikan ion klorida,

bromida, dan iodida dalam larutan. Faktanya, molekul fluorin begitu reaktif yang

juga menyerang air; dengan demikian, reaksi-reaksi ini tidak dapat dilakukan dalam

larutan. Di sisi lain, molekul klorin dapat menggantikan ion bromida dan iodida

dalam larutan . Persamaan perpindahannya adalah

0 –1 –1 0

Cl2(g) + 2KBr(aq)→ 2KCl(aq) + Br2(l)

0 –1 –1 0

Cl2(g) + 2NaI(aq)→ 2NaCl(aq) + I2(s)

Persamaan ionnya adalah

0 –1 –1 0

Cl2(g) + 2Br–(aq)→ 2Cl–(aq) + Br2(l)

0 –1 –1 0

Cl2(g) + 2I–(aq)→ 2Cl–(aq) + I2(s)

Molekul bromin, pada akhirnya, dapat menggantikan ion iodida dalam larutan:

0 –1 –1 0

Br2(l) + 2I–(aq)→ 2Br–(aq) + I2(s)

Membalikkan peranan halogen tidak dapat menghasilkan reaksi. Dengan demikian,

bromin tidak dapat menggantikan ion klorida, dan iodin tidak dapat menggantikan

ion klorida dan bromida.

K i m i a D a s a r 1 | 135

Review Konsep

Manakah dari reaksi kombinasi berikut bukan merupakan reaksi redoks?

(a) 2Mg(s) + O2(g)→ 2MgO(s)

(b) H2(g) + Cl2(g)→ 2HCl(g)

(c) NH3(g) + HCl(g)→ NH4Cl(s)

(d) 2Na(s) + S(s)→ Na2S(s)

4.5 Konsentrasi Larutan

Untuk mempelajari stoikiometri larutan, kita harus tahu berapa banyak reaktan yang

hadir dalam larutan dan juga bagaimana untuk mengontrol jumlah reaktan yang

digunakan untuk menghasilkan reaksi dalam larutan.

Konsentrasi suatu larutan merupakan jumlah zat terlarut dalam jumlah tertentu

pelarut, atau jumlah yang diberikan larutan. (Untuk diskusi ini, kita akan

mengasumsikan

zat terlarut adalah cairan atau padatan dan pelarut adalah cairan) Konsentrasi larutan

dapat dinyatakan dalam berbagai cara, seperti yang akan kita lihat di Bab 13. Di sini

kita akan mempertimbangkan salah satu satuan yang paling umum digunakan dalam

kimia, molaritas (M), atau konsentrasi molar, yang merupakan jumlah mol zat terlarut

per liter larutan. Molaritas didefinisikan sebagai

molaritas = mol zat terlarut

liter larutan (4.1)

Persamaan (4.1) juga dapat dinyatakan sebagai aljabar

M = 𝑛

𝑉

(4.2)

dimana n menunjukkan jumlah mol zat terlarut dan V adalah volume larutan

dalam liter. Dengan demikian, larutan glukosa (C6H12O6) 1,46 molar, ditulis 1,46 M

C6H12O6, mengandung 1,46 mol zat terlarut (C6H12O6) dalam 1 L larutan; larutan urea

0,52 molar [(NH2)2CO], ditulis 0,52 M (NH2)2CO, mengandung 0,52 mol (NH2)2CO

(zat terlarut) dalam 1 L larutan, dan sebagainya.

K i m i a D a s a r 1 | 136

Gambar 4.15 Mempersiapkan larutan dengan molaritas diketahui. (a) Zat terlarut padat

yang diketahui jumlahnya dimsukkan ke dalam labu volumetrik, kemudian air

ditambahkan melalui corong. (b) Zat padat secara perlahan dilarutkan dengan memutar

labu dengan hati-hati. (c) Setelah zat padat telah benar-benar larut, air ditambahkan lagi

hingga mencapai tanda volume. Untuk mengetahui volume larutan dan jumlah zat

terlarut di dalamnya, kita dapat menghitung molaritas larutan yang akan disiapkan.

Tentu saja, kita tidak selalu bekerja dengan volume larutan tepat 1 L. Ini tidak

masalah selama kita ingat untuk mengubah volume larutan ke liter. Dengan demikian,

500 mL larutan mengandung 0,730 mol C6H12O6 juga memiliki konsentrasi 1,46 M:

M= molaritas = 0,730 mol

0,500 L

= 1,46 mol/L = 1,46 M

Seperti yang Anda lihat, satuan molaritas adalah mol per liter, sehingga 500 mL larutan

mengandung 0,730 mol C6H12O6 setara dengan 1,46 mol/L atau 1,46 M. Perlu dicatat

bahwa konsentrasi, seperti kepadatan, adalah sifat yang intensif, sehingga nilainya tidak

tergantung pada banyaknya larutan.

Tanda ini menunjukkan volume larutan yang diketahui

Meniskus

K i m i a D a s a r 1 | 137

Prosedur untuk menyiapkan larutan molaritas dikenal adalah sebagai berikut.

Pertama, zat terlarut ditimbang secara akurat dan dipindahkan ke labu ukur melalui

corong (Gambar 4.15). Selanjutnya, air ditambahkan ke labu dengan hati-hati diaduk

untuk melarutkan zat padat. Setelah semua zat padat telah larut, air ditambahkan lagi

secara perlahan hingga mencapai tanda volume. Untuk mengetahui volume larutan

dalam labu dan kuantitas senyawa (jumlah mol) dilarutkan, kita dapat menghitung

molaritas larutan menggunakan Persamaan (4.1). Perhatikan bahwa jumlah air yang

ditambahkan dalam prosedur ini tidak perlu diketahui, asalkan volume akhir larutan

diketahui.

Contoh 4.5

Berapa gram kalium dikromat (K2Cr2O7) yang dibutuhkan untuk membuat 125 mL

larutan yang konsentrasinya 1,83 M?

Strategi: Berapa banyak mol K2Cr2O7 yang terkandung dalam 1L (atau 1000 mL)

larutan K2Cr2O7 1,83 M? 125 mL larutan? Bagaimana Anda mengkonversi gram ke

mol?

Penyelesaian: Langkah pertama adalah untuk menentukan jumlah mol K2Cr2O7 dalam

125 mL atau 0,125 L larutan 1,83 M:

mol K2Cr2O7 = 0,125 L larutan× 1,83 mol K2Cr2O7

1 L larutan

= 0,229 mol K2Cr2O7

massa molar K2Cr2O7 adalah 294,2 g, sehingga

gram K2Cr2O7 yang dibutuhkan = 0,229 mol K2Cr2O7 × 294,2 g K2Cr2O7

1 mol K2Cr2O7

= 67,4 g K2Cr2O7

Periksa: Sebagai perkiraan, massa harus diberikan oleh [molaritas (mol/L) × Volume

(L) × massa molar (g/mol)] atau [2 mol/L × 0,125 L × 300 g/mol] = 75 g.

Jadi jawabannya adalah wajar.

Latihan: Berapa molaritas dari larutan etanol 85,0 mL (C2H5OH) yang mengandung

1,77 g etanol?

Contoh 4.6

Dalam uji biokimia, ahli kimia perlu menambahkan 4,07 g glukosa ke campuran reaksi.

K i m i a D a s a r 1 | 138

Hitung volume larutan glukosa 3,16 M dalam mililiter yang harus digunakan dalam

penambahan.

Strategi: Petama kita harus menentukan jumlah mol yang terkandung dalam 4,07 g

glukosa dan kemudian menggunakan Persamaan (4.2) untuk menghitung volume.

Penyelesaian: Dari massa molar glukosa, kita menulis

4,07 g C6H12O6 × 1 mol C6H12O6

180,2 g C6H12O6 = 2,259 × 10–2 mol C6H12O6

Selanjutnya, kita menghitung volume larutan yang mengandung 2,259 × 10–2 mol zat

terlarut. Tata ulang persamaan (4.2) memberikan

V = 𝑛

𝑀

= 2,259 × 10–2 mol C6H12O6 × 1000 ml larutan

3,16 mol C6H12O6/L larutan 1 L larutan

= 7,15 ml larutan

Periksa: Satu liter larutan mengandung 3,16 mol C6H12O6. Oleh karena itu, jumlah mol

dalam 7,15 mL atau 7,15 × 10–3 L adalah (3,16 mol 7.15 × 10–3) atau 2,26 × 10–2 mol.

Perbedaan kecil terjadi karena perbedaan pembulatan.

Latihan: Berapa volume (dalam mililiter) dari larutan NaOH 0,315 M yang

mengandung 6,22 g NaOH?

Pengenceran Larutan

Larutan pekat sering disimpan dalam gudang laboratorium untuk digunakan saat

dibutuhkan. Larutan digunakan sebagai larutan "stok" yang dapat diencerkan sesuai

dengan kebutuhan. Pengenceran adalah prosedur untuk mempersiapkan larutan kurang

pekat dari larutan lain yang lebih pekat.

K i m i a D a s a r 1 | 139

Gambar 4.16 Pengenceran larutan yang lebih pekat (a) ke yang kurang pekat (b) tidak

mengubah jumlah partikel terlarut (18).

Misalkan kita ingin mempersiapkan 1 L larutan KMnO4 0,400 M dari larutan

KMnO4 1,00 M. Untuk tujuan ini, kita perlu 0,400 mol KMnO4. Karena ada 1,00 mol

KMnO4 dalam 1 L larutan KMnO4 1,00 M, terdapat 0,400 mol KMnO4 dalam 0,400 L

dari larutan yang sama:

1,00 mol

1 L larutan =

0,400 mol

0,400 L larutan

Oleh karena itu, kita harus menarik 400 mL dari larutan KMnO4 1,00 M dan

mengencerkan

ke 1000 mL dengan menambahkan air (dalam labu volumetri 1-L). Metode ini memberi

kita 1 L larutan KMnO4 0,400 M. Dalam proses pengenceran, kita perlu mengingat

bahwa penambahan pelarut untuk jumlah tertentu larutan stok mengakibatkan

penurunan konsentrasi larutan tanpa mengubah jumlah mol zat terlarut dalam larutan

(Gambar 4.16). Dengan kata lain,

mol zat terlarut sebelum pengenceran = mol zat terlarut setelah pengenceran

Karena molaritas didefinisikan sebagai mol zat terlarut dalam satu liter larutan, kita

melihat bahwa jumlah mol zat terlarut diberikan oleh

mol zat terlarut

liter larutan × volume larutan (dalam liter) = mol zat terlarut

M V

atau MV = mol zat terlarut

Karena semua zat terlarut berasal dari larutan stok asli, kita dapat menyimpulkan bahwa

Mi × Vi = Mf × Vf

(4.3)

mol larutan mol larutan

sebelum pengenceran setelah pengenceran

dimana Mi dan Mf adalah konsentrasi awal dan akhir dari larutan dalam molaritas dan

Vi dan Vf adalah volume awal dan akhir dari larutan. Tentu saja satuan Vi dan Vf harus

sama (mL atau L) dalam perhitungan. Untuk memeriksa hasil Anda, pastikan bahwa Mi

> Mf dan Vf > Vi.

K i m i a D a s a r 1 | 140

Contoh 4.7

Jelaskan bagaimana Anda akan mempersiapkan 2,50 × 102 mL larutan H2SO4 2,25 M

dari larutan stok H2SO4 7,41 M.

Strategi: Karena konsentrasi larutan akhir kurang dari larutan yang asli, ini adalah

proses pengenceran. Perlu diketahui bahwa dalam pengenceran, konsentrasi larutan

menurun tetapi jumlah mol zat terlarut tetap sama.

Penyelesaian: Diketahui :

Mi = 7,41 M Mf = 2,25 M

Vi = ? Vf = 2,50 × 102 mL

Substitusi ke Persamaan (4.3),

(7,41 M) (Vi) = (2,25 M) (2,50 × 102 mL)

Vi = (2,25 M) (2,50 × 102 mL)

7,41 M

Vi = 75,9 ml

Dengan demikian, kita harus mengencerkan 75,9 mL larutan H2SO4 7,41 M dengan air

yang cukup untuk memberikan volume akhir 2,50 × 102 mL dalam labu volumetri 250

mL untuk mendapatkan konsentrasi yang diinginkan.

Periksa: Volume awal kurang dari volume akhir, sehingga jawabannya adalah wajar.

Latihan: Bagaimana Anda mempersiapkan 2,00 × 102 mL larutan KOH 0,866 M,

dimulai dengan larutan stok 5,07 M?

Review Konsep

Berapa konsentrasi akhir dari larutan NaCl 0,6 M jika volumenya dua kali lipat dan

jumlah mol zat terlarutnya tiga kali lipat?

4.6 Stoikiometri Larutan

Dalam Bab 3 kita mempelajari perhitungan stoikiometri dalam hal metode mol,

yang melibatkan koefisien dalam persamaan yang setara sebagai jumlah mol reaktan

dan produk. Dalam bekerja dengan molaritas dari larutan yang diketahui, kita harus

menggunakan hubungan MV = mol zat terlarut. Dua jenis stoikiometri larutan umum

yang akan dibahas dalam teks ini: analisis gravimetri dan titrasi asam-basa.

K i m i a D a s a r 1 | 141

Analisis Gravimetri

Gravimetri adalah teknik analisis berdasarkan pengukuran massa. Salah satu jenis

percobaan analisis gravimetri melibatkan pembentukan, isolasi, dan penentuan massa

endapan. Umumnya, prosedur ini diterapkan untuk senyawa ionik. Sebuah substansi

sampel dengan komposisi yang tidak diketahui dilarutkan dalam air dan dibiarkan

bereaksi dengan zat lain untuk membentuk endapan. Endapan disaring, dikeringkan,

dan ditimbang. Dengan mengetahui rumus massa dan rumus kimia dari endapan

terbentuk, kita dapat menghitung massa komponen bahan kimia tertentu (yaitu, anion

atau kation) dari sampel asli. Dari massa komponen dan massa sampel asli, kita dapat

menentukan komposisi persen massa dari komponen dalam kompleks aslinya.

Reaksi yang sering dipelajari dalam analisis gravimetri, karena reaktan dapat

diperoleh dalam bentuk murni, adalah

AgNO3(aq) + NaCl(aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s)


Ag+(aq) + Cl–(aq) → AgCl(s)

Endapan ini AgCl (lihat Tabel 4.2). Sebagai contoh, kita ingin mengetahui kemurnian

sampel NaCl yang diperoleh dari air laut. Untuk melakukannya kita perlu menentukan

persen eksperimental massa Cl dalam NaCl. Pertama, kita akan menimbang sampel

dari NaCl secara akurat dan melarutkannya dalam air. Selanjutnya, kita akan

menambahkan larutan AgNO3 yang cukup untuk larutan NaCl sehingga mengendapkan

semua ion Cl– yang ada dalam larutan sebagai AgCl. Dalam prosedur ini, NaCl adalah

reagen pembatas dan AgNO3 adalah reagen berlebih. Endapan AgCl dipisahkan dari

larutan dengan penyaringan, dikeringkan, dan ditimbang. Dari massa AgCl yang diukur,

kita dapat menghitung massa Cl menggunakan persen massa Cl dalam AgCl. Karena

jumlah Cl yang sama ada dalam sampel NaCl asli, kita dapat menghitung persen massa

Cl dalam NaCl dan karenanya kita dapat menyimpulkan kemurniannya. Gambar 4.17

menunjukkan bagaimana prosedur ini dilakukan.

Gravimetri adalah teknik yang sangat akurat, karena massa sampel dapat diukur

secara akurat. Namun, prosedur ini hanya berlaku untuk reaksi yang sempurna, atau

memberikan hasil hampir 100 persen. Dengan demikian, jika AgCl sedikit larut (bukan

K i m i a D a s a r 1 | 142

larut), tidak mungkin dapat mengendapkan semua ion Cl– dari larutan NaCl sehingga

akan terjadi kesalahan pada perhitungan selanjutnya.

Gambar 4.17 Beberapa langkah dasar untuk analisis gravimetri. (a) Suatu larutan yang

mengandung NaCl dengan jumlah yang diketahui dalam gelas kimia. (b) Pengendapan

AgCl pada penambahan larutan AgNO3 dari sebuah silinder ukur. Dalam reaksi ini,

AgNO3 adalah reagen berlebih dan NaCl adalah reagen pembatas. (c) Sebelum

ditimbang, larutan yang mengandung endapan AgCl disaring dengan krusibel yang

dapat dilewati cairan (bukan endapan). Krusibel tersebut kemudian diambil,

dikeringkan dalam oven, dan ditimbang lagi. Perbedaan antara massa krusibel kosong

dan krusibel dengan endapan dapat memberikan massa endapan AgCl.

Contoh 4.8

Sebuah 0,7077 g sampel senyawa ionik yang mengandung ion klorida dan logam yang

tidak diketahui dilarutkan dalam air dan diperlakukan dengan AgNO3 berlebih. Jika

terbentuk endapan AgCl 1,3602 g, berapa persen massa Cl dalam senyawa aslinya?

Strategi: Hitung persen massa Cl dalam sampel yang tidak diketahui,

%Cl = massa Cl

0,7077 g sampel × 100%

Satu-satunya sumber ion Cl– adalah senyawa yang asli. Ion-ion klorida pada akhirnya

ada dalam endapan AgCl. Bisakah kita menghitung massa ion Cl– jika kita tahu persen

massa Cl dalam AgCl?

Penyelesaian: massa molar Cl dan AgCl masing-masing adalah 35,45 g dan 143,4 g.

Oleh karena itu, persen massa Cl di AgCl diberikan oleh

%Cl = 35,45 g Cl

143,4 g AgCl × 100%

K i m i a D a s a r 1 | 143

= 24,72%

Selanjutnya, kita menghitung massa Cl dalam 1,3602 g AgCl. Untuk melakukannya kita

mengkonversi 24,72 persen menjadi 0,2472

massa Cl = 0,2472 × 1,3602

= 0,3362 g

Karena senyawa asli juga mengandung ion Cl– sejumlah ini, persen massa Cl dalam

senyawa ini

%Cl = 0,3362 g

0,7077 g × 100%

= 47,51%

Periksa: Ingatlah bahwa persen massa unsur dalam senyawa tidak dapat lebih besar

dari 100%. Dengan demikian, jawaban ini tampaknya masuk akal.

Latihan: Sampel dari 0,3220 g senyawa ion yang berisi ion bromida (Br–) dilarutkan

dalam air dan diperlakukan dengan AgNO3 berlebih. Jika massa endapan AgBr yang

terbentuk adalah 0,6964 g, berapa persen massa Br dalam kompleks aslinya?

Titrasi Asam-Basa

Studi kuantitatif reaksi netralisasi asam-basa paling mudah dilakukan dengan prosedur

yang dikenal sebagai titrasi. Dalam sebuah percobaan titrasi, larutan dengan konsentrasi

akurat yang diketahui, disebut larutan standar, ditambahkan secara bertahap ke larutan

lain dengan konsentrasi yang tidak diketahui, sampai reaksi kimia antara dua larutan

selesai. Jika kita mengetahui volume larutan standar, volume larutan yang tidak

diketahui, serta konsentrasi larutan standar yang akan digunakan dalam titrasi, kita

dapat menghitung konsentrasi larutan yang tidak diketahui.

Natrium hidroksida merupakan salah satu basa yang umum digunakan di

laboratorium. Namun, karena sulit untuk mendapatkan padatan natrium hidroksida

dalam bentuk murni, larutan natrium hidroksida harus distandarisasi sebelum dapat

digunakan dalam pengerjaan analisis yang akurat. Larutan natrium hidroksida dapat

distandarisasi dengan mentitrasi larutan tersebut dengan larutan asam dengan

konsentrasi yang diketahui secara akurat. Asam sering digunakan adalah asam

monoprotik yang disebut kalium hidrogen ftalat (KHP), dengan rumus molekul

K i m i a D a s a r 1 | 144

KHC8H4O4. KHP berupa padatan putih larut yang tersedia secara komersial dalam

bentuk yang sangat murni. Reaksi antara KHP dan natrium hidroksida adalah

KHC8H4O4(aq) + NaOH(aq) → KNaC8H4O4(aq) + H2O(l)


HC8H4O4–(aq) + OH–(aq) → C8H4O4

2 (aq) + H2O(l)

Prosedur untuk titrasi ditunjukkan pada Gambar 4.18. Pertama, KHP dengan jumlah

yang diketahui dimasukkan ke labu Erlenmeyer dan ditambah air suling untuk membuat

larutan. Selanjutnya, larutan NaOH dengan hati-hati ditambahkan ke dalam larutan

KHP dari buret hingga tercapai titik ekivalen, yaitu titik dimana asam telah sepenuhnya

bereaksi atau telah dinetralisir oleh basa. Titik ekivalen biasanya ditandai dengan

perubahan tajam warna indikator dalam larutan asam. Dalam titrasi asam-basa,

indikator adalah zat yang memiliki warna khas yang berbeda dalam media asam dan

basa. Salah satu indikator yang umum digunakan adalah fenolftalein, yang tidak

berwarna dalam larutan asam dan netral tetapi merah muda kemerahan dalam larutan

basa. Pada titik ekivalen, semua KHP yang ada telah dinetralisir oleh NaOH yang

ditambahkan, akan tetapi larutannya tetap tidak berwarna. Namun, jika kita

menambahkan lagi satu tetes larutan NaOH dari buret, larutan tersebut akan berubah

warna menjadi merah muda karena larutannya basa.

K i m i a D a s a r 1 | 145

Gambar 4.18 (a) Paralatan untuk titrasi asam-basa. Larutan NaOH ditambahkan dari

burret ke larutan KHP dalam labu Erlenmeyer. (b) Warna pink kemerahan muncul

ketika titik ekivalen tercapai. Warna dalam gambar ini telah dilakukan secara intensif

untuk tampilan visual.

Contoh 4.9

Dalam sebuah percobaan titrasi, seorang mahasiswa menemukan bahwa 25,46 mL

larutan NaOH diperlukan untuk menetralisir 0,6092 g KHP. Berapa konsentrasi (dalam

molaritas) larutan NaOH?

Strategi: Menentukan molaritas larutan NaOH. Apa definisi molaritas?

molaritas NaOH = mol NaOH

L larutan

Volume NaOH diberikan dalam soal. Oleh karena itu, kita perlu menemukan jumlah

mol NaOH untuk menemukan molaritas. Dari persamaan sebelumnya untuk reaksi

antara KHP dan NaOH yang ditunjukkan dalam teks, kita melihat bahwa 1 mol KHP

menetralkan 1 mol NaOH. Berapa banyak mol KHP yang terkandung dalam 0,6092 g

KHP?

Penyelesaian: Pertama, kita menghitung jumlah mol KHP yang dipakai dalam titrasi:

mol KHP = 0,6092 g KHP × 1 mol KHP

204,2 g KHP

akan dihitung

perlu ditemukan

diberikan

K i m i a D a s a r 1 | 146

= 2,983 × 10–3 mol KHP

Karena 1 mol KHP ∞ 1 mol NaOH, harus ada 2,983 × 10–3 mol NaOH dalam 25,46 mL

larutan NaOH. Akhirnya, kita menghitung jumlah mol NaOH dalam 1 L larutan atau

molaritas sebagai berikut:

molaritan larutan NaOH = 2,983 × 10–3 mol NaOH × 1000 ml larutan

25,46 mL NaOH L larutan

Latihan: Berapa gram KHP yang diperlukan untuk menetralkan 18,64 mL larutan

NaOH 0,1004 M?

Reaksi netralisasi antara NaOH dan KHP adalah salah satu reaksi paling

sederhana dari reaksi netralisasi asam-basa yang dikenal. Selain KHP, kita juga dapat

menggunakan asam diprotik seperti H2SO4 untuk titrasi. Reaksi diwakili oleh

2NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l)

Karena 2 mol NaOH ∞ 1 mol H2SO4, kita perlu NaOH dua kali lebih banyak untuk

bereaksi

sepenuhnya dengan larutan H2SO4 yang memiliki konsentrasi molar dan volume yang

sama dengan asam monoprotik seperti HCl. Di sisi lain, kita perlu dua kali jumlah HCl

untuk menetralisir larutan Ba(OH)2 dibandingkan dengan larutan NaOH yang memiliki

konsentrasi dan volume yang sama karena 1 mol Ba(OH)2 menghasilkan 2 mol ion OH–

:

2HCl(aq) + Ba(OH)2(aq) → BaCl2(aq) + 2H2O(l)

Dalam perhitungan yang melibatkan titrasi asam-basa, terlepas dari asam atau basa

yang terjadi dalam reaksi, perlu diingat bahwa jumlah total mol ion H+ yang bereaksi

pada titik ekivalen harus sama dengan jumlah mol ion OH– yang bereaksi.

Contoh 4.10

Berapa mililiter (mL) larutan NaOH 0,836 M yang diperlukan untuk menetralisir 25,0

mL

larutan H2SO4 0,355 M?

K i m i a D a s a r 1 | 147

Strategi: Menghitung volume larutan NaOH. Dari definisi molaritas [lihat rumus

(4.1)], kita menulis

L larutan = mol NaOH

molaritas

Dari persamaan untuk reaksi netralisasi yang dituliskan, kita melihat bahwa 1 mol

H2SO4 menetralkan 2 mol NaOH. Berapa banyak mol H2SO4 yang terkandung dalam

25,0 mL larutan H2SO4 0,355 M? Berapa banyak mol NaOH yang akan menetralisir

H2SO4?

Penyelesaian: Pertama, kita menghitung jumlah mol H2SO4 dalam larutan 25,0 mL:

mol H2SO4= 0,355 mol H2SO4

1000 ml larutan × 25,0 ml larutan

= 8,88 × 10–3 mol H2SO4

Dari stoikiometri kita melihat bahwa 1 mol H2SO4 ∞ 2 mol NaOH. Oleh karena itu,

jumlah mol NaOH bereaksi harus 2 × 8,88 × 10–3 mol, atau 1,78 × 10–2 mol. Dari

definisi molaritas [lihat rumus (4.1)], kita memiliki

L larutan = mol zat terlarut

molaritas

volume NaOH = 1,78 × 10–2 mol

0,836 mol/L larutan

= 0,0213 L atau 21,3 ml

Latihan: Berapa mililiter larutan H2SO4 1,28 M diperlukan untuk menetralkan 60,2 mL

larutan KOH 0.427 M?

Review Konsep

Larutan NaOH awalnya dicampur dengan larutan asam ditunjukkan dalam (a).

Manakah dari diagram ditunjukkan pada (b) - (d) sesuai dengan salah satu asam berikut:

HCl, H2SO4, H3PO4? Kode warna: biru bola (ion OH–), bola merah (molekul asam),

bola hijau (anion dari asam). Asumsikan semua reaksi netralisasi asam-basa selesai.

akan dihitung

perlu ditemukan

diberikan

K i m i a D a s a r 1 | 148

Ringkasan

1. Larutan dapat menghantarkan listrik apabila zat terlarutnya adalah elektrolit. Jika

zat terlarutnya adalah nonelektrolit, larutan tidak menghantarkan listrik.

2. Tiga kategori utama dari reaksi kimia yang terjadi dalam larutan adalah reaksi

pengendapan, reaksi asam-basa, dan reaksi oksidasi-reduksi.

3. Dari aturan umum tentang kelarutan senyawa ionik, kita bisa memprediksi apakah

akan terbentuk endapan dalam reaksi.

4. Asam Arrhenius terionisasi dalam air untuk menghasilkan ion H+, dan Basa

Arrhenius terionisasi dalam air untuk menghasilkan ion OH–. Asam Brønsted

menyumbangkan proton, dan basa Brønsted menerima proton. Reaksi asam dan

basa disebut netralisasi.

5. Dalam reaksi redoks, oksidasi dan reduksi selalu terjadi secara bersamaan. Oksidasi

ditandai dengan hilangnya elektron, reduksi dengan penambahan elektron.

Bilangan oksidasi membantu melacak distribusi muatan dan ditempatkan di semua

atom dalam suatu senyawa atau ion sesuai aturan spesifik. Oksidasi dapat

didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, reduksi dapat didefinisikan

sebagai penurunan bilangan oksidasi.

6. Konsentrasi suatu larutan merupakan jumlah zat terlarut yang ada dalam sejumlah

larutan. Molaritas menunjukkan konsentrasi sebagai jumlah mol zat terlarut dalam

1 L larutan. Menambahkan pelarut dalam larutan, dikenal sebagai pengenceran,

mengurangi konsentrasi (molaritas) dari larutan tanpa mengubah jumlah mol zat

terlarut yang ada dalam larutan.

7. Gravimetri adalah teknik untuk menentukan identitas suatu senyawa dan/ atau

konsentrasi dari larutan dengan mengukur massa. Percobaan gravimetri sering

melibatkan reaksi pengendapan.

K i m i a D a s a r 1 | 149

8. Dalam titrasi asam-basa, larutan dengan konsentrasi yang diketahui (katakanlah,

basa) ditambahkan secara bertahap ke dalam larutan dengan konsentrasi yang tidak

diketahui (misalnya, asam) dengan tujuan menentukan konsentrasi larutan yang

tidak diketahui. Titik di mana reaksi dalam titrasi telah berakhir disebut titik

ekivalen.

Soal-Soal

Sifat Larutan

4.1 Definisikan zat terlarut, pelarut, dan larutan dengan menggambarkan proses

pelarutan zat padat dalam zat cair.

4.2 Apa perbedaan antara nonelektrolit dan elektrolit? Antara elektrolit lemah dan

elektrolit yang kuat?

4.3 Jelaskan hidrasi. Apa sifat air yang memungkinkan molekul untuk berinteraksi

dengan ion dalam larutan?

4.4 Apa perbedaan antara simbol berikut dalam persamaan kimia: → dan ?

4.5 Air merupakan elektrolit yang sangat lemah dan karena itu tidak dapat

menghantarkan listrik. Mengapa kita sering memperingatkan untuk tidak

mengoperasikan peralatan listrik ketika kita tangan basah?

4.6 Lithium fluorida (LiF) adalah elektrolit yang kuat. Apa spesies yang hadir dalam

LiF (aq)?

4.7 Larutan dari tiga senyawa yang ditampilkan dalam diagram. Identifikasi setiap

senyawa sebagai nonelektrolit, elektrolit lemah, dan elektrolit yang kuat.

4.8 Manakah dari diagram berikut ini yang paling mewakili hidrasi NaCl bila

dilarutkan dalam air? Ukuran ion Cl– lebih besar dari ion Na+.

K i m i a D a s a r 1 | 150

4.9 Identifikasi masing-masing zat berikut sebagai elektrolit kuat, elektrolit lemah,

atau nonelektrolit: (a) H2O, (b) KCl, (c) HNO3, (d) CH3COOH, (e) C12H22O11.

4.10 Identifikasi masing-masing zat berikut sebagai elektrolit kuat, elektrolit lemah,

atau nonelektrolit: (a)Ba (NO3)2, (b) Ne, (c) NH3, (d) NaOH.

4.11 Bagian listrik melalui larutan elektrolit disebabkan oleh pergerakan (a) elektron

saja, (b) kation saja, (c) anion saja, (d) baik kation dan anion.

4.12 Prediksi dan jelaskan mana dari sistem berikut yang dapat menghantarkan

listrik: (a) NaCl padat, (b) NaCl cair, (c) larutan NaCl.

4.13 Anda diberi larut dalam air senyawa X. Jelaskan bagaimana Anda akan

menentukan apakah itu adalah elektrolit atau nonelektrolit. Jika itu adalah

elektrolit, bagaimana Anda menentukan apakah itu kuat atau lemah?

4.14 Jelaskan mengapa larutan HCl dalam benzena tidak menghantarkan listrik

sedangkan dalam air menghantarkan listrik.

Reaksi Pengendapan

4.15 Apa perbedaan antara persamaan ionik dan persamaan molekul?

4.16 Apa keuntungan dari menulis persamaan ion bersih?

4.17 Dua larutan dari AgNO3 dan NaCl dicampur. Manakah dari berikut ini yang

paling mewakili diagram campuran? (Ag+ = abu-abu; Cl– = oranye; Na+ = hijau;

NO3– = biru) (Untuk mempermudah, molekul air tidak ditampilkan).

K i m i a D a s a r 1 | 151

4.18 Dua larutan dari KOH dan MgCl2 dicampur. Manakah dari diagram berikut ini

yang paling mewakili campuran? (K+= ungu; OH– = merah; Mg2+ = biru; Cl–=

oranye) (Untuk mempermudah, molekul air tidak ditampilkan.)

4.19 Karakterisasi senyawa berikut dapat larut atau tidak dalam air: (a) Ca3(PO4)2, (b)

Mn(OH)2, (c) AgClO3, (d) K2S.

4.20 Karakterisasi senyawa berikut dapat larut atau tidak dalam air: (a) CaCO3, (b)

ZnSO4, (c) Hg(NO3)2, (d) HgSO4, (e) NH4ClO4.

4.21 Tulis persamaan ionik dan persamaan ion bersih untuk reaksi berikut:

4.22 Tulis persamaan ionik dan persamaan ion bersih untuk reaksi berikut:

4.23 Manakah dari proses berikut kemungkinan akan menghasilkan reaksi

pengendapan? (a) Pencampuran larutan NaNO3 dengan larutan CuSO4. (b)

Pencampuran larutan BaCl2 dengan larutan K2SO4. Tuliskan persamaan ionik

bersih untuk reaksi pengendapan tersebut.

4.24 Dengan mengacu pada Tabel 4.2, sarankan satu metode yang mungkin

memisahkan (a) K+ dari Ag+, (b) Ba2+ dari Pb2+, (c) NH4+ dari Ca2+, (d) Ba2+

K i m i a D a s a r 1 | 152

dari Cu2+. Semua kation diasumsikan dalam larutan, dan anion umum adalah ion

nitrat.

Reaksi Asam Basa

4.25 Sebutkan sifat-sifat umum dari asam dan basa.

4.26 Berikan definisi Arrhenius definisi Brønsted tentang suatu asam dan basa.

Mengapa definisi Brønsted yang lebih berguna dalam menggambarkan sifat

asam-basa?

4.27 Berikan contoh asam monoprotik, yang asam diprotik, dan asam triprotik.

4.28 Apa karakteristik dari netralisasi reaksi asam-basa?

4.29 Faktor-faktor apa yang menyebabkan suatu senyawa disebut garam? Tentukan

mana dari senyawa berikut yang termasuka garam: CH4, NaF, NaOH, CaO,

BaSO4, HNO3, NH3, KBr?

4.30 Identifikasi senyawa berikut sebagai asam atau basa (lemah atau kuat): (a) NH3,

(b) H3PO4, (c) LiOH, (d) HCOOH (asam format), (e) H2SO4, (f) HF, (g)

Ba(OH)2.

4.31 Identifikasi setiap spesies berikut sebagai Brønsted asam, basa, atau keduanya:

(a) HI, (b) CH3COO–, (c) H2PO4–, (d) HSO4

–.

4.32 Identifikasi setiap spesies berikut sebagai Brønsted asam, basa, atau keduanya:

(a) PO43–, (b) ClO2

–, (c) NH4+, (d) HCO3

–.

4.33 Setarakan persamaan berikut dan tuliskan persamaan ionik dan persamaan ion

bersih yang sesuai (jika sesuai):

4.34 Setarakan persamaan berikut dan tuliskan persamaan ionik dan persamaan ion

bersih yang sesuai (jika sesuai):

Reaksi Oksidasi-Reduksi

K i m i a D a s a r 1 | 153

4.35 Definisikan istilah-istilah berikut: setengah reaksi, reaksi oksidasi, reaksi

reduksi, agen pereduksi, agen pengoksidasi, reaksi redoks.

4.36 Apakah yang dimaksud dengan bilangan oksidasi? Bagaimana bilangan oksidasi

digunakan untuk mengidentifikasi reaksi redoks? Jelaskan mengapa, kecuali

untuk senyawa ion, bilangan oksidasi tidak memiliki physical significance.

4.37 (a) Tanpa mengacu pada Gambar 4.10, berikan bilangan oksidasi logam alkali

dan alkali tanah dalam senyawanya. (b) Berikan bilangan oksidasi tertinggi yang

dapat dimiliki unsur Golongan 3A-7A.

4.38 Apakah mungkin dalam suatu reaksi hanya terjadi oksidasi dan tidak mengalami

reduksi? Jelaskan.

4.39 Untuk reaksi redoks lengkap ini, (i) uraikan setiap reaksi menjadi setengah

reaksi, (ii) identifikasi agen pengoksidasinya, (iii) identifikasi agen

pereduksinya.

4.40 Untuk reaksi redoks lengkap ini, tulis setengah reaksi dan identifikasi agen

pengoksidasi dan pereduksinya:

4.41 Susun spesies berikut menurut peningkatan bilangan oksidasi atom belerang: (a)

H2S, (b) S8, (c) H2SO4, (d) S2–, (e) HS–, (f) SO2, (g) SO3.

4.42 Fosfor dapat membentuk banyak asam okso. Tunjukkan bilangan oksidasi fosfor

dalam masing-masing asam berikut: (a) HPO3, (b) H3PO2, (c) H3PO3, (d)

H3PO4, (e) H4P2O7, (f) H5P3O10.

4.43 Berikan bilangan oksidasi atom yang digarisbawahi dalam molekul dan ion

berikut: (a) ClF, (b) IF7, (c) CH4, (d) C2H2, (e) C2H4, (f) K2CrO4, (g) K2Cr2O7,

(h) KMnO4, (i) NaHCO3, (j) Li2, (k) NaIO3, (l) KO2, (m) PF6– , (n) KAuCl4.

4.44 Berikan bilangan oksidasi untuk spesies berikut: H2, Se8, P4, O, U, As4, B12.

K i m i a D a s a r 1 | 154

4.45 Berikan bilangan oksidasi atom digarisbawahi dalam molekul dan ion berikut:

(a) Cs2O, (b) CaI2, (c) Al2O3, (d) H3AsO3, (e) TiO2, (f) MoO42–, (g) PtCl4

2–, (h)

PtCl62–, (i) SnF2, (j) ClF3, (k) SbF6–.

4.46 Berikan bilangan oksidasi atom digarisbawahi dalam molekul dan ion berikut:

(a) Mg3N2, (b) CsO2, (c) CaC2, (d) CO32–, (e) C2O4

2–, (f) ZnO22–, (g) NaBH4, (h)

WO42–.

4.47 Asam nitrat merupakan oksidator kuat. Kondisi mana dari spesies berikut ini

paling tidak mungkin dihasilkan ketika asam nitrat bereaksi dengan reduktor

kuat seperti logam seng, dan jelaskan mengapa: N2O, NO, NO2, N2O4, N2O5,

NH4+.

4.48 Manakah dari logam berikut dapat bereaksi dengan air? (a) Au, (b) Li, (c) Hg,

(d) Ca, (e) Pt.

4.49 Atas dasar pertimbangan bilangan oksidasi, satu dari oksida berikut tidak akan

bereaksi dengan molekul oksigen: NO, N2O, SO2, SO3, P4O6. Oksida yang

manakah itu? Mengapa?

4.50 Prediksi hasil dari reaksi yang diwakili oleh persamaan reaksi dengan

menggunakan rangkaian aktivitas (activity reaction), dan setarakan

persamaannya.

Konsentrasi Larutan

4.51 Tuliskan persamaan untuk menghitung molaritas. Mengapa molaritas sesuai

untuk satuan konsentrasi dalam kimia?

4.52 Jelaskan langkah-langkah dalam mempersiapkan larutan dengan konsentrasi

molar diketahui menggunakan labu volumetrik.

4.53 Hitung massa KI dalam gram yang dibutuhkan untuk mempersiapkan 5.00 × 102

mL larutan 2,80 M.

4.54 Jelaskan bagaimana Anda akan mempersiapkan 250 mL larutan NaNO3 0,707

M.

4.55 Berapa banyak mol MgCl2 yang ada dalam 60,0 mL larutan MgCl2 0.100 M?

K i m i a D a s a r 1 | 155

4.56 Berapa gram KOH yang ada dalam 35,0 mL larutan 5,50 M?

4.57 Hitunglah molaritas dari masing-masing larutan berikut: (a) 29,0 g etanol

(C2H5OH) dalam 545 mL larutan, (b) 15,4 g sukrosa (C12H22O11) dalam 74,0

mL larutan, (c) 9.00 g natrium klorida (NaCl) dalam 86,4 mL larutan.

4.58 Hitunglah molaritas dari masing-masing solusi berikut: (a) 6,57 g metanol

(CH3OH) dalam 1,50 × 102 mL larutan, (b) 10,4 g kalsium klorida (CaCl2)

dalam 2,20 × 102 mL larutan, (c) 7,82 g naftalena (C10H8) dalam 85,2 mL

larutan benzena.

4.59 Hitung volume dalam mL larutan yang dibutuhkan untuk menyediakan: (a) 2,14

g natrium klorida dari larutan 0.270 M, (b) 4,30 g etanol dari larutan 1,50 M, (c)

0,85 g asam asetat (CH3COOH) dari larutan 0,30 M.

4.60 Tentukan berapa gram masing-masing zat terlarut berikut akan diperlukan untuk

membuat 2,50 × 102 mL 0.100 M larutan: (a) cesium iodida (CsI), (b) asam

sulfat (H2SO4), (c) natrium karbonat (Na2CO3), (d) kalium dikromat (K2Cr2O7),

(e) kalium permanganat (KMnO4).

Pengenceran Larutan

4.61 Jelaskan langkah-langkah dalam mengencerkan larutan dengan konsentrasi

diketahui.

4.62 Tuliskan persamaan yang memungkinkan kita untuk menghitung konsentrasi

larutan yang diencerkan. Berikan satuan untuk semua istilah.

4.63 Jelaskan bagaimana mempersiapkan 1,00 L larutan HCl 0,646 M, dimulai

dengan larutan 2,00 M HCl.

4.64 Air ditambahkan ke 25,0 mL larutan KNO3 0,866 M sampai volume larutan

tepat 500 mL. Berapa konsentrasi akhir larutan?

4.65 Bagaimana Anda mempersiapkan 60,0 mL larutan HNO3 0,200 M dari larutan

stok HNO3 4,00 M?

4.66 Anda memiliki 505 mL larutan HCl 0,125 M dan Anda ingin mencairkan ke

0,100 M. Berapa banyak air harus Anda tambahkan? Asumsikan volume bersifat

tambahan.

4.67 35,2 mL larutan KMnO4 1,66 M dicampur dengan 16,7 mL larutan KMnO4

0.892 M. Hitung konsentrasi larutan akhir.

K i m i a D a s a r 1 | 156

4.68 46.2 mL larutan kalsium nitrat [Ca(NO3)2]0.568 M dicampur dengan 80,5 mL

larutan kalsium nitrat 1,396 M. Hitung konsentrasi akhir larutan.

Analisis Gravimetri

4.69 Jelaskan langkah-langkah dasar dalam analisis gravimetri. Bagaimana prosedur

ini membantu kita menentukan identitas suatu senyawa atau kemurnian suatu

senyawa jika rumus senyawanya diketahui?

4.70 Air suling harus digunakan dalam analisis gravimetri klorida. Mengapa?

4.71 Jika 30,0 mL CaCl2 0,150 M ditambahkan ke 15,0 mL AgNO3 0.100 M, berapa

gram massa endapan AgCl?

4.72 Sebuah sampel dari 0,6760 g senyawa yang tidak diketahui mengandung ion

barium (Ba2+) dilarutkan dalam air dan diperlakukan dengan Na2SO4 berlebih.

Jika massa endapan BaSO4 yang terbentuk adalah 0,4105 g, berapa persen

massa dari Ba dalam senyawa awal yang diketahui?

4.73 Berapa gram NaCl yang diperlukan untuk mengendapkan sebagian besar ion

Ag+ dari 2,50 × 102 mL larutan AgNO3 0,0113 M? Tuliskan persamaan ion

bersih untuk reaksi tersebut.

4.74 Konsentrasi ion Cu2+ dalam air (yang juga mengandung ion sulfat) diambil dari

suatu pabrik industri ditentukan dengan menambahkan larutan natrium sulfida

(Na2S) berlebih untuk 0,800 L dari air. Persamaan molekul

Na2S(aq) + CuSO4(aq) → Na2SO4(aq) + CuS(s)

Tuliskan persamaan ion bersih dan hitung konsentrasi molar Cu2+ dalam sampel air jika

0,0177 g CuS padat terbentuk.

Titrasi Asam Basa

4.75 Jelaskan langkah-langkah dasar dalam titrasi asam basa. Mengapa teknik ini

dinilai praktis?

4.76 Bagaimana indikator asam basa bekerja?

4.77 18,68 mL larutan KOH yang diperlukan untuk menetralkan 0,4218 g KHP.

Berapa konsentrasi (dalam molaritas) larutan KOH?

4.78 Hitunglah konsentrasi (dalam molaritas) dari larutan NaOH jika 25,0 mL larutan

tersebut diperlukan untuk menetralkan 17,4 mL larutan HCl 0,312 M.

4.79 Hitung volume dalam mL larutan NaOH 1.420 M yang dibutuhkan untuk titrasi

larutan berikut:

K i m i a D a s a r 1 | 157

(a) 25,00 mL larutan HCl 2,430 M

(b) 25,00 mL larutan 4.500 M H2SO4

(c) 25,00 mL larutan 1.500 M H3PO4

4.80 Berapa volume larutan HCl 0,500 M yang diperlukan untuk menetralisir

masing-masing sebagai berikut:

(a) 10,0 mL larutan NaOH 0,300 M

(b) 10,0 mL larutan Ba(OH)2 0,200 M

Soal-Soal Tambahan

4.81 Klasifikasikan reaksi berikut sesuai dengan jenis reaksi yang dibahas dalam bab

ini:

(a) Cl2 + 2OH– → Cl– + ClO– + H2O

(b) Ca2+ + CO32– → CaCO3

(c) NH3 + H+ → NH4+

(d) 2CCl4 + CrO42– → 2COCl2 + CrO2Cl2 + 2Cl–

(e) Ca + F2 → CaF2

(f) 2Li + H2 → 2LiH

(g) Ba(NO3)2 + Na2SO4 → 2NaNO3 + BaSO4

(h) CuO + H2 → Cu + H2O

(i) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

(j) 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3

4.82 Menggunakan peralatan yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, mahasiswa

menemukan bahwa bola lampu itu menyala terang saat elektroda direndam

dalam larutan asam sulfat. Namun, setelah penambahan sejumlah larutan barium

hidroksida [Ba(OH)2], cahaya mulai untuk meredup meskipun Ba(OH)2 juga

merupakan elektrolit kuat. Jelaskan.

4.83 Seseorang memberi Anda cairan berwarna. Jelaskan tiga tes kimia yang akan

Anda lakukan pada cairan yang menunjukkan bahwa cairan itu adalah air.

4.84 Anda diberi dua larutan tidak berwarna, satu berisi NaCl dan lainnya berisi

sukrosa (C12H22O11). Sarankan tes kimia dan tes fisik yang dapat membedakan

kedua larutan.

4.85 Klorin (Cl2) digunakan untuk memurnikan air minum. Terlalu banyak klorin

berbahaya bagi manusia. Kelebihan klorin sering dihapus oleh pengobatan

K i m i a D a s a r 1 | 158

dengan sulfur dioksida (SO2). Setarakan persamaan reaksi yang terjadi dalam

prosedur ini:

Cl2 + SO2 + H2O → Cl2 + SO42– + H+

4.86 Sebelum aluminium diperoleh dengan reduksi listrik dari bijih (Al2O3), logam

aluminium diproduksi dengan reduksi kimia AlCl3. Logam apa yang akan Anda

gunakan untuk mereduksi Al3+ menjadi Al?

4.87 Oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2) adalah gas yang tidak berwarna dan

tidak berbau. Sarankan dua tes kimia yang memungkinkan Anda untuk

membedakan kedua gas tersebut.

4.88 Berdasarkan bilangan oksidasi, jelaskan mengapa karbon monoksida (CO)

mudah terbakar tetapi karbon dioksida (CO2) tidak.

4.89 Manakah dari larutan berikut yang menurut Anda dapat menjadi konduktor

listrik terbaik pada 25 ° C? Jelaskan jawaban Anda.

(a) 0,20 M NaCl

(b) 0,60 M CH3COOH

(c) 0,25 M HCl

(d) 0,20 M Mg(NO3)2

4.90 5,00 × 102 mL sampel larutan HCl 2,00 M adalah diperlakukan dengan 4,47 g

magnesium. Hitung konsentrasi larutan asam setelah semua logam telah

bereaksi. Asumsikan bahwa volume tetap tidak berubah.

4.91 Hitung volume (dalam liter) dari larutan CuSO4 0,156 M yang akan bereaksi

dengan 7,89 g seng.

4.92 Natrium karbonat (Na2CO3) dapat diperoleh dalam bentuk sangat murni dan

dapat digunakan untuk standarisasi larutan asam. Berapa molaritas larutan HCl

jika 28,3 mL larutan diperlukan untuk bereaksi dengan 0,256 g Na2CO3?

4.93 3,664 g sampel dari asam monoprotik dilarutkan dalam air dan diperlukan 20,27

mL larutan NaOH 0,1578 M untuk netralisasi. Hitung massa molar asam.

4.94 Asam asetat (CH3COOH) adalah unsur penting cuka. Sebuah sampel dari 50,0

mL cuka komersial dititrasi terhadap larutan NaOH 1,00 M. Berapa konsentrasi

(dalam M) dari asam asetat yang ada dalam cuka jika 5,75 mL basa diperlukan

untuk titrasi?

4.95 Hitung massa endapan yang terbentuk ketika 2,27 L Ba(OH)2 0,0820 M

dicampur dengan 3,06 L Na2SO4 0,0664 M.

K i m i a D a s a r 1 | 159

4.96 Susu magnesia adalah suspensi larutan magnesium hidroksida [Mg(OH)2] yang

digunakan untuk mengobati gangguan pencernaan asam. Hitung volume larutan

HCl 0,035 M (konsentrasi asam yang khas dalam perut) diperlukan untuk

bereaksi dengan dua sendok susu magnesia [sekitar 10,0 mL pada 0,080 g

Mg(OH)2/mL].

4.97 1,00 g sampel logam X (yang dikenal untuk membentuk Ion X2+) ditambahkan

ke 0,100 L larutan H2SO4 0,500 M. Setelah semua logam bereaksi, diperlukan

asam sisa untuk netralisasi 0,0334 L larutan NaOH 0,500 M. Hitung massa

molar dari logam dan identifikasi unsur tersebut.

4.98 60.0 mL larutan glukosa (C6H12O6) 0,513 M dicampur dengan 120,0 mL larutan

glukosa 2,33 M. Berapa konsentrasi akhir larutan? Asumsikan volume bersifat

tambahan.

4.99 Anda diberi senyawa larut yang tidak diketahui rumus molekulnya. (a) Jelaskan

tiga tes yang akan lakukan untuk menunjukkan bahwa senyawa tersebut adalah

asam. (b) Setelah Anda telah menetapkan bahwa senyawa tersebut adalah asam,

gambarkan bagaimana Anda akan menentukan massa molar dengan

menggunakan suatu larutan NaOH dengan konsentrasi diketahui. (Asumsikan

asam adalah asam monoprotik.) (c) Bagaimana Anda menemukan apakah asam

tersebut lemah atau kuat? Disediakan sampel NaCl dan sebuah alat seperti

ditunjukkan pada Gambar 4.1 untuk perbandingan.

4.100 Seseorang menumpahkan asam sulfat pekat pada lantai laboratorium kimia.

Untuk menetralisir asam tersebut, cara mana yang lebih baik? Menuangkan

natrium hidroksida pekat atau menyemprotkan padatan natrium bikarbonat pada

asam? Jelaskan pilihan Anda.

4.101 Berikut adalah senyawa rumah tangga biasa: garam meja (NaCl), gula meja

(sukrosa), cuka (mengandung asam asetat), baking soda (NaHCO3), soda cuci

(Na2CO3.10H2O), asam borat (H3BO3, yang digunakan dalam obat cuci mata),

garam epsom (MgSO4.7H2O), natrium hidroksida (digunakan dalam pembuka

pipa saluran), amonia, susu magnesium [Mg(OH)2], dan kalsium karbonat.

Berdasarkan pada apa yang Anda telah pelajari dalam bab ini, gambarkan tes

yang memungkinkan Anda untuk mengidentifikasi masing-masing senyawa.

K i m i a D a s a r 1 | 160

4.102 0,8870 g sampel dari campuran NaCl dan KCl dilarutkan dalam air, dan larutan

ini kemudian direaksikan dengan AgNO3 berlebih untuk menghasilkan 1,913 g

AgCl. Hitung persen massa dari masing-masing senyawa dalam campuran.

4.103 Asam fosfat (H3PO4) merupakan industri kimia yang penting yang digunakan

dalam industri pupuk, deterjen, dan makanan. Asam fosfat ini dihasilkan dengan

dua metode yang berbeda. Dalam metode tungku listrik (electric furnace

method), fosfor (P4) dibakar di udara untuk membentuk P4O10, yang kemudian

bereaksi dengan air untuk menghasilkan H3PO4. Dalam proses basah (wet

process), mineral fosfat alam [Ca5(PO4)3F] direaksikan dengan asam sulfat

untuk menghasilkan H3PO4 (dan HF dan CaSO4). Tulis persamaan reaksi untuk

proses ini dan klasifikasikan setiap langkah sebagai reaksi pengendapan, reaksi

asam-basa, atau reaksi redoks.

4.104 Berikan penjelasan kimia untuk masing-masing: (a) Ketika logam kalsium

ditambahkan ke dalam larutan asam sulfat, dihasilkan gas hidrogen. Setelah

beberapa menit, reaksi melambat dan akhirnya berhenti meskipun tidak ada

reaktan. Jelaskan. (b) Dalam rangkaian aktivitas (activity series) aluminium

terletak di atas hidrogen, namun logam ini tampaknya tidak reaktif terhadap uap

dan asam klorida. Mengapa? (c) Dalam rangkaian aktivitas (activity series)

natrium dan kalium terletak diatas tembaga. Jelaskan mengapa ion Cu2+ dalam

larutan CuSO4 tidak dikonversi menjadi logam tembaga pada penambahan

logam ini. (d) logam M bereaksi perlahan dengan uap. Tidak ada perubahan

yang terlihat ketika logam diletakkan dalam larutan hijau pucat besi(II) sulfat.

Dimana kita harus menempatkan M dalam rangkaian aktivitas (activity series)?

4.105 Sejumlah logam terlibat dalam reaksi redoks dalam sistem biologi dimana

terjadi perubahan keadaan oksidasi logam. Manakah dari logam berikut yang

paling mungkin untuk mengambil bagian dalam reaksi ini: Na, K, Mg, Ca, Mn,

Fe, Co, Cu, Zn? Jelaskan.

4.106 Prosedur yang direkomendasikan untuk mempersiapkan larutan yang sangat

encer bukan dengan menimbang massa yang sangat kecil atau mengukur volume

yang sangat kecil dari larutan stok. Sebaliknya, hal itu dilakukan dengan

pengenceran. 0,8214 g sampel KMnO4 dilarutkan dalam air sampai dengan

volume 500 mL dalam labu volumetrik. 2,000 mL sampel dari larutan ini

dipindahkan ke labu volumetrik 1000 mL dan diencerkan sampai dengan air.

K i m i a D a s a r 1 | 161

Selanjutnya, 10,00 mL larutan encer dipindahkan ke labu 250 mL dan

diencerkan dengan air. (a) Hitung konsentrasi (dalam molaritas) dari larutan

akhir. (b) Hitung massa KMnO4 yang diperlukan untuk langsung

mempersiapkan larutan akhir.

4.107 325-mL sampel larutan mengandung 25,3 g CaCl2. (a) Hitung konsentrasi molar

Cl– dalam larutan ini. (b) Berapa gram Cl– dalam 0,100 L larutan ini?

4.108 Asam asetilsalisilat (C9H8O4) adalah asam monoprotik yang umumnya dikenal

sebagai "aspirin." Sebuah tablet aspirin biasa hanya mengandung sejumlah kecil

asam. Dalam suatu eksperimen untuk menentukan komposisinya, tablet aspirin

dihancurkan dan dilarutkan dalam air. Butuh 12.25 mL NaOH 0,1466 M untuk

menetralkan larutan. Hitung jumlah butir aspirin dalam tablet. (Satu butir =

0,0648 g.)

4.109 Percobaan "siklus tembaga" ini dilakukan di beberapa laboratorium kimia

umum. Rangkaian reaksi dimulai dengan tembaga dan berakhir dengan logam

tembaga. Langkah-langkahnya adalah: (1) Sepotong kawat tembaga dengan

massa yang diketahui direaksikan dengan asam nitrat pekat [produk adalah

tembaga(II) nitrat, nitrogen dioksida, dan air]. (2) Tembaga(II) nitrat direaksikan

dengan larutan natrium hidroksida untuk membentuk endapan tembaga(II)

hidroksida. (3) Pada pemanasan, tembaga(II) hidroksida terurai menghasilkan

tembaga(II) oksida. (4) Tembaga(II) oksida bereaksi dengan asam sulfat pekat

untuk menghasilkan tembaga(II) sulfat. (5) Tembaga(II) sulfat direaksikan

dengan logam seng berlebih untuk membentuk logam tembaga. (6) Sisa logam

dihilangkan dengan mereaksikannya dengan asam klorida, dan logam tembaga

kemudian disaring, dikeringkan, dan ditimbang. (a) Tulis persamaan yang setara

untuk setiap langkah dan klasifikasikan reaksinya. (b) Dengan asumsi bahwa

seorang siswa memulai dengan 65,6 g tembaga, hitung massa teoritis yang

dihasilkan dalam setiap langkah. (c) Mengingat sifat dari langkah-langkah,

jelaskan mengapa mungkin untuk mengembalikan massa dari tembaga yang

digunakan di awal.

4.110 Amonium nitrat (NH4NO3) merupakan salah satu nitrogen yang paling penting

ada dalam pupuk. Kemurniannya bisa dianalisis dengan mentitrasi larutan

NH4NO3 dengan larutan standar NaOH. Dalam satu eksperimen 0,2041 g

sampel NH4NO3 industri yang disiapkan memerlukan 24,42 mL NaOH 0,1023

K i m i a D a s a r 1 | 162

M untuk netralisasi. (a) Tulis persamaan ion bersih untuk reaksi. (b) Berapa

persen kemurnian dari sampel?

4.111 Hidrogen halida (HF, HCl, HBr, HI) merupakan senyawa yang sangat reaktif

dan banyak digunakan dalam industri dan laboratorium. (a) Dalam laboratorium,

HF dan HCl dapat dihasilkan dengan mereaksikan CaF2 dan NaCl dengan asam

sulfat pekat. Tulis persamaan yang sesuai untuk reaksi. (Petunjuk: Ini bukan

reaksi redoks.) (b) Mengapa HBr dan HI tidak bisa dibuat dengan cara yang

sama, yaitu dengan mereaksikan NaBr dan NaI dengan asam sulfat pekat?

(Petunjuk: H2SO4 adalah agen pengoksidasi yang lebih kuat dari Br2 dan I2.) (c)

HBr dapat dibuat dengan mereaksikan fosfor tribromida (PBr3) dengan air. Tulis

persamaan untuk reaksi ini.

4.112 Mengacu pada Gambar 4.14, jelaskan mengapa seseorang harus melarutkan

semua zat padat sebelum membuat larutan dengan volume yang benar.

Soal-Soal Khusus

4.113 Magnesium adalah logam yang ringan. Magnesium digunakan sebagai logam

struktural dalam paduan (alloy), dalam baterai, dan dalam sintesis kimia.

Meskipun magnesium berlimpah di kerak bumi, lebih murah untuk

"menambang" logam mgnesium dari air laut. Jumlah kation magnesium adalah

jumlah kation terbanyak kedua di laut (setelah natrium), ada sekitar 1,3 g

magnesium dalam 1 kg air laut. Metode untuk mendapatkan magnesium dari air

laut menggunakan ketiga jenis reaksi yang dibahas dalam bab ini: reaksi

pengendapan, reaksi asam-basa, dan reaksi redoks. Pada tahap pertama dalam

pembuatan magnesium, batu kapur (CaCO3) dipanaskan pada suhu tinggi untuk

menghasilkan kapur tohor, atau kalsium oksida (CaO):

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

Bila kalsium oksida direaksikan dengan air laut, membentuk kalsium hidroksida

[Ca(OH)2], yang sedikit larut dan terionisasi menjadi ion Ca2+ dan ion OH–:

CaO(s) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2OH–(aq)

Kelebihan ion hidroksida ini menyebabkan sedikit magnesium hidroksida yang

mengendap, untuk mengendapkan:

Mg2+(aq) + 2OH–(aq) → Mg(OH)2(s)

K i m i a D a s a r 1 | 163

magnesium hidroksida padat disaring dan bereaksi dengan asam klorida untuk

membentuk magnesium klorida (MgCl2):

Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + 2H2O(l)

Setelah air menguap, magnesium klorisda padat dilebur dalam sel baja.

Magnesium klorida cair mengandung ion Mg2+ dan Cl–. Dalam proses yang disebut

elektrolisis, arus listrik melewati sel untuk mereduksi ion Mg2+ dan mengoksidasi ion

Cl–. Setengah-reaksi:

Mg2+ + 2e– → Mg

2Cl– → Cl2 + 2e–

Reaksi keseluruhan

MgCl2(l) → Mg(s) + Cl2(g)

Cara ini adalah bagaimana logam magnesium diproduksi. Gas klorin yang

dihasilkan dapat dikonversi ke asam klorida asam dan melaui proses daur ulang.

(a) Identifikasi reaksi pengendapan, reaksi asam-basa, dan reaksi redoks dalam

proses tersebut.

(b) Sebagai ganti kalsium oksida, kenapa tidak kita tambahkan natrium

hidroksida untuk mengendapkan magnesium hidroksida?

(c) Kadang-kadang mineral yang disebut dolomit (kombinasi dari CaCO3 dan

MgCO3) digantikan dengan kapur (CaCO3) untuk menghasilkan endapan

magnesium hidroksida. Apa keuntungan menggunakan dolomit?

(d) Apa keuntungan dari pertambangan magnesium dari laut dan bukan dari

kerak bumi?

K i m i a D a s a r 1 | 164

Magnesium hidroksida diendapkan dari oalahan air laut olahan di kolam

penampungan The Dow Chemical Company pernah dioperasikan.

4.114 5,012 g sampel dari hidrat besi klorida dikeringkan dalam oven. Massa senyawa

anhidrat adalah 3,195 g. Senyawa ini dilarutkan dalam air dan bereaksi dengan

AgNO3 berlebih. Endapan AgCl yang terbentuk ditimbang 7,225 g. Apa rumus

senyawa aslinya?

4.115 22,02 mL larutan mengandung 1.615 g Mg(NO3)2 dicampur dengan 28.64 mL

larutan yang mengandung 1,073 g NaOH. Hitung konsentrasi ion yang tersisa

dalam larutan setelah reaksi selesai. Asumsikan volume bersifat tambahan.

K i m i a D a s a r 1 | 165

BAB 5.

GAS

DESKRIPSI

Sifat Gas Gas memiliki volume dan bentuk sesuai dengan wadahnya; dapat dengan

mudah ditekan/dimampatkan, bercampur dengan segera dan merata; dan memiliki

kerapatan yang jauh lebih rendah daripada cairan dan padatan.

Tekanan Gas Tekanan adalah salah satu sifat gas yang paling mudah diukur.

Barometer mengukur tekanan atmosfer dan manometer mengukur tekanan gas di

laboratorium.

Hukum Gas Selama bertahun-tahun, sejumlah hukum telah dikembangkan untuk

menjelaskan perilaku fisik gas. Hukum-hukum ini menunjukkan hubungan antara

tekanan, temperatur, volume, dan jumlah gas.

Persamaan Gas Ideal Molekul-molekul gas ideal tidak memiliki volume dan tidak

saling mendesak satu sama lain. Pada tekanan rendah dan temperatur tinggi, sebagian

besar gas dapat diasumsikan berperilaku dengan ideal; perilaku fisiknya digambarkan

dengan persamaan gas ideal.

Teori Kinetik Molekul Gas Sifat makroskopik seperti tekanan dan temperatur gas

dapat dihubungkan dengan gerak kinetik molekul. Teori kinetik molekul gas

mengasumsikan bahwa molekul gas bersifat ideal, jumlah molekul sangat besar, dan

gerakannya benar-benar acak. Difusi (perambatan) gas dan efusi (penyebaran) gas

menunjukkan gerak molekuler acak dan diatur oleh hukum matematika yang sama.

Perilaku nonideal Gas Untuk menjelaskan perilaku gas nyata, persamaan gas ideal

dimodifikasi dengan menyertakan volume tertentu molekul dan gaya tarik menarik di

antara gas-gas.

Kompetensi

Memahami sifat-sifat gas yang memiliki volume dan bentuk sesuai dengan wadahnya;

dapat dengan mudah ditekan/dimampatkan, bercampur dengan segera dan merata; dan

memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah daripada cairan dan padatan.

Memahami tekanan gas sebagai salah satu sifat gas yang paling mudah diukur, dengan

menggunakan barometer dan manometer.

Memahami hukum-hukum gas yang menunjukkan hubungan antara tekanan,

temperatur, volume, dan jumlah gas.

Memahami persamaan gas ideal yang pada tekanan rendah dan temperatur tinggi.

Memahami teori kinetik molekul gas yang mengasumsikan bahwa molekul gas bersifat

ideal, jumlah molekul sangat besar, dan gerakannya benar-benar acak.

Memahami perilaku nonideal gas dengan melakukan modifikasi persamaan gas ideal

yang menyertakan volume tertentu molekul dan gaya tarik menarik di antara gas-gas.

K i m i a D a s a r 1 | 166

Tujuan

Memahami sifat-sifat gas.

Memahami tekanan gas.

Memahami hukum-hukum gas.

Memahami persamaan gas ideal.

Memahami teori kinetik molekular.

Memahami perilaku nonideal gas.

5.1 Zat-zat yang Berwujud Gas

Kita hidup di dasar lautan udara yang memiliki komposisi volume dengan kira-kira 78

persen N2, 21 persen O2, dan 1 persen gas-gas lainnya, termasuk CO2. Pada tahun 1990-

an, kimia tentang campuran gas-gas penting ini menjadi perhatian besar, disebabkan

oleh efek merugikan dari pencemaran lingkungan. Di sini secara umum kita akan fokus

pada perilaku zat-zat yang berwujud gas di bawah kondisi atmosfer normal, yang

didefinisikan pada temperatur 25°C dan tekanan 1 atmosfer (atm) (lihat Bagian 5.2).

Hanya 11 unsur yang berwujud gas dalam kondisi atmosfer normal. Tabel 5.1 memuat

daftar tentang hal tersebut, serta sejumlah senyawa gasnya. Perhatikan bahwa unsur

hidrogen, nitrogen, oksigen, fluor, dan klor berwujud molekul gas diatomik. Bentuk lain

dari oksigen adalah ozon (O3), yang juga berwujud gas pada temperatur kamar. Semua

unsur Golongan 18 (VIIIA), gas mulia, merupakan gas monoatomik: He, Ne, Ar, Kr,

Xe, dan Rn.

Dari gas-gas yang tercantum dalam Tabel 5.1, hanya O2 yang sangat penting untuk

kelangsungan hidup kita. Hidrogen sianida (HCN) merupakan racun mematikan.

Karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H2S), nitrogen dioksida (NO2), O3, dan

sulfur dioksida (SO2) agak kurang beracun. Gas He dan Ne secara kimiawi bersifat

inert; yaitu, tidak bereaksi dengan zat lain. Kebanyakan gas tidak berwarna. Kecuali F2,

Cl2, dan NO2. Warna cokelat gelap NO2 kadang-kadang terlihat dalam udara yang

tercemar. Semua gas memiliki karakteristik fisik berikut:

Gas memiliki volume dan bentuk sesuai wadahnya.

Gas merupakan wujud materi yang paling mudah dimampatkan/ditekan.

Gas akan segera bercampur merata dan sempurna jika ditempatkan dalam wadah

yang sama.

Gas memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah daripada cairan dan padatan.

K i m i a D a s a r 1 | 167

Gas NO2

Tabel 5.1 Beberapa Zat yang Berwujud Gas pada 1 atm dan 25C

Unsur Senyawa

H2 (molekul hidrogen) HF (hidrogen florida)

N2 (molekul nitrogen) HCl (hidrogen klorida)

O2 (molekul oksigen) HBr (hidrogen bromida)

O3 (ozon) HI (hidrogen iodida)

F2 (molekul florin) CO (karbon monoksida)

Cl2 (molekul klorin) CO2 (karbon dioksida)

He (helium) NH3 (amoniak)

Ne (neon) NO (nitrit oksida)

Ar (argon) NO2 (nitrogen dioksida)

Kr (kripton) N2O (dinitrogen oksida)

Xe (xenon) SO2 (sulfur dioksida)

Rn (radon) H2S (hidrogen sulfida)

HCN (hidrogen sianida)*

* Titik didih HCN adalah 26C, yang mendekati untuk mengkualifikasinya sebagai gas pada kondisi atmosfer

5.1 Tekanan Gas

Gas mengerahkan tekanan pada setiap permukaan yang bersentuhan dengannya, karena

molekul gas terus bergerak. Kita manusia secara fisiologis telah beradaptasi dengan

baik terhadap tekanan udara di sekitar kita yang biasanya tidak kita sadari, mungkin

seperti ikan yang tidak sadar terhadap tekanan air pada dirinya.

Sangat mudah untuk menunjukkan tekanan atmosfer. Salah satu contoh dalam

kehidupan sehari-hari adalah kemampuan untuk minum cairan melalui sedotan. Udara

yang terhisap mengurangi tekanan di dalam sedotan. Tekanan atmosfer yang lebih besar

pada cairan akan mendorong cairan untuk menggantikan udara yang telah tersedot

keluar.

Satuan Tekanan menurut SI

Tekanan adalah salah satu sifat gas yang paling mudah terukur. Untuk memahami

bagaimana kita mengukur tekanan gas, akan sangat membantu untuk mengetahui

K i m i a D a s a r 1 | 168

bagaimana satuan pengukuran ini diturunkan. Kita mulai dengan kecepatan dan

percepatan.

Kecepatan didefinisikan sebagai perubahan jarak per satuan waktu; yaitu,

kecepatan = perubahan jarak

waktu

Satuan SI untuk kecepatan adalah m/s, meskipun kita juga menggunakan cm/s.

Percepatan adalah perubahan kecepatan per satuan waktu, atau

percepatan = perubahan kecepatan

waktu

Percepatan diukur dalam m/s2 (atau cm/s2).

Hukum kedua gerak, dirumuskan oleh Sir Isaac Newton pada akhir abad ketujuh belas,

mendefinisikan istilah lain, darimana satuan tekanan diturunkan, yaitu gaya; Menurut

hukum ini,

gaya = massa × percepatan

Dalam konteks ini, satuan SI untuk gaya adalah newton (N), di mana

1 N = 1 kg m/s2

Akhirnya, kita mendefinisikan tekanan sebagai gaya yang dikenakan per satuan luas:

tekanan = gaya

luas

Satuan SI dari tekanan adalah pascal (Pa), didefinisikan sebagai satu newton per meter

persegi:

1 Pa = 1 N/m2

Tekanan Atmosfer

Atom-atom dan molekul-molekul gas dalam atmosfer, seperti semua materi lainnya,

dipengaruhi oleh tarikan gravitasi Bumi. Akibatnya, atmosfer jauh lebih rapat di dekat

permukaan bumi dibandingkan dengan daerah yang memiliki ketinggian jauh di atas

permukaan bumi. (Udara luar di kabin dari sebuah pesawat bertekanan 9 km terlalu tipis

untuk dihirup.) Bahkan, kerapatan udara menurun sangat cepat dengan meningkatnya

jarak dari Bumi. Pengukuran menunjukkan bahwa sekitar 50 persen atmosfer

menempati daerah hingga ketinggian 6,4 km dari permukaan bumi, 90 persen

menempati hingga 16 km, dan 99 persen menempati hingga 32 km. Tidak

mengherankan, semakin rapat udara, semakin besar tekanan yang diberikannya. Gaya

yang dialami oleh area yang terkena atmosfer bumi sama dengan berat kolom udara di

atasnya. Tekanan atmosfer adalah tekanan yang diberikan oleh atmosfer bumi

K i m i a D a s a r 1 | 169

(Gambar 5.1). Nilai aktual dari tekanan atmosfer tergantung pada lokasi, temperatur,

dan kondisi cuaca.

Gambar 5.1 Sebuah kolom udara membentang dari permukaan laut ke atas atmosfer.

Apakah tekanan atmosfer hanya bertindak ke bawah, seperti yang mungkin Anda

simpulkan dari definisinya? Bayangkan apa yang akan terjadi kemudian, jika Anda

memegang erat selembar kertas dengan kedua tangan di atas kepala Anda. Anda

mungkin berharap kertas menekuk karena tekanan udara yang bekerja padanya, tapi ini

tidak terjadi. Alasannya adalah bahwa udara, seperti air, adalah fluida. Tekanan yang

diberikan pada objek fluida datang dari segala penjuru-bawah dan ke atas, serta dari kiri

dan dari kanan. Pada tingkat molekuler, tekanan udara dihasilkan dari tumbukan antara

molekul-molekul udara dan setiap permukaan apapun yang bersentuhan dengannya.

Besarnya tekanan tergantung pada seberapa sering dan seberapa kuat molekul menabrak

permukaan. Ternyata molekul yang menabrak kertas dari atas sama dengan yang dari

bawah, sehingga kertas tetap datar.

Bagaimana tekanan atmosfer diukur? Barometer adalah instrumen yang mungkin

paling familier untuk mengukur tekanan atmosfer. Barometer sederhana terdiri dari

sebuah tabung kaca panjang, ditutup pada salah satu ujungnya dan diisi dengan merkuri.

Jika tabung dengan hati-hati dibalik dalam wadah merkuri sehingga tidak ada udara

yang masuk tabung, beberapa merkuri akan mengalir keluar dari tabung ke dalam

piringan, menciptakan kekosongan di bagian atas (Gambar 5.2). Berat dari merkuri

yang tersisa di dalam tabung didukung oleh tekanan atmosfer bekerja pada permukaan

air raksa dalam piringan. Tekanan atmosfer standar (1 atm) sama dengan tekanan

yang mendukung kolom merkuri tepatnya setinggi 760 mm (atau 76 cm) pada 0°C di

atas permukaan laut. Dengan kata lain, atmosfer standar sama dengan tekanan 760

mmHg, di mana mmHg merupakan tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa

setinggi 1 mm. Satuan mmHg juga disebut torr, setelah ilmuwan Italia Evangelista

Torricelli, yang menemukan barometer. Maka,

1 torr = 1 mmHg

dan

1 atm = 760 mmHg (tepat)

= 760 torr

Hubungan antara atmosfer dan pascal adalah

Kolom

Udara

K i m i a D a s a r 1 | 170

1 atm = 101.325 Pa

= 1,01325 × 105 Pa

dan karena 1000 Pa = 1kPa (kilopascal)

1 atm = 1,01325 × 102 kPa

Gambar 5.2 Sebuah barometer untuk mengukur tekanan atmosfer. Di atas merkuri dalam tabung adalah

ruang hampa. (Ruang sebenarnya mengandung jumlah yang sangat kecil dari merkuri uap.) Kolom

merkuri didukung oleh tekanan atmosfer.

Manometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas selain di

atmosfer. Prinsip kerjanya mirip dengan barometer. Ada dua jenis manometer,

ditunjukkan pada Gambar 5.3. Manometer tabung tertutup biasanya digunakan untuk

Tekanan di luar pesawat jet terbang yang sedang terbang tinggi, jatuh secara tiba-tiba di bawah tekanan atmosfer standar. Oleh karena itu, udara di dalam kabin harus ditekan untuk melindungi penumpang. Berapa tekanan di atmosfer dalam kabin jika pembacaan barometer menunjukkan 672 mmHg?

Strategi Karena 1 atm = 760 mmHg , faktor konversi berikut ini diperlukan untuk mendapatkan tekanan di atmosfer

1 atm

760 mmHg

Solusi Tekanan di dalam kabin adalah

tekanan = 672 mmHg × 1 atm

760 mmHg = 𝟎, 𝟖𝟖𝟒 𝐚𝐭𝐦

Cek Karena pembacaan barometer kurang dari 760 mmHg, maka tekanan seharusnya kurang dari 1 atm.

Latihan Konversikan 749 mmHg ke atmosfer

CONTOH 5.1

K i m i a D a s a r 1 | 171

mengukur tekanan di bawah tekanan atmosfer [Gambar 5.3 (a)], sedangkan manometer

tabung terbuka lebih cocok untuk mengukur tekanan yang sama dengan atau lebih besar

dari tekanan atmosfer [Gambar 5.3 (b)].

Hampir semua barometer dan kebanyakan manometer menggunakan merkuri sebagai

fluida kerja, meskipun faktanya merkuri adalah zat beracun dengan uap berbahaya.

Alasan penggunaan merkuri karena merkuri memiliki kerapatan sangat tinggi (13,6

g/mL) dibandingkan dengan kebanyakan cairan lainnya. Karena ketinggian cairan

dalam kolom berbanding terbalik dengan kerapatan cairannya, sifat ini memungkinkan

membuat barometer dan manometer yang berukuran kecil.

Gambar 5.3 Dua jenis manometer yang digunakan untuk mengukur tekanan gas. (a) Tekanan gas yang

lebih kecil dari tekanan atmosfer, (b) Tekanan gas yang lebih besar dari tekanan atmosfer.

5.1 Hukum-hukum Gas

Hukum gas yang akan kita pelajari dalam bab ini adalah hasil dari percobaan yang tak

terhitung jumlahnya pada sifat fisik gas yang dilakukan selama beberapa abad. Masing-

masing generalisasi mengenai perilaku makroskopik gas merupakan tonggak dalam

sejarah ilmu pengetahuan. Bersama-sama mereka telah memainkan peran penting dalam

pengembangan banyak ide dalam kimia.

Hubungan Tekanan-Volume: Hukum Boyle

Pada abad ketujuhbelas, kimiawan Inggris Robert Boyle mempelajari perilaku gas

secara sistematis dan kuantitatif. Dari serangkaian percobaannya, Boyle menyelidiki

REVIEW KONSEP

Urutkan ukuran tekanan berikut dari yang paling rendah ke yang paling tinggi: (a) 735 mmHg (b) 1,06 × 105 Pa, (c) 678 torr, (d) 0,926 atm.

K i m i a D a s a r 1 | 172

hubungan tekanan-volume dari sampel gas menggunakan alat seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 5.4. Pada Gambar 5.4 (a) tekanan yang diberikan pada gas oleh merkuri

yang ditambahkan ke tabung sama dengan tekanan atmosfer. Pada Gambar 5.4 (b)

kenaikan tekanan akibat penambahan lebih lanjut sejumlah merkuri mengakibatkan

penurunan volume gas dan ketinggian yang tidak merata di dalam tabung. Boyle

menyadari bahwa ketika temperatur konstan, volume (V) dari jumlah gas yang

diberikan menurun sejalan tekanan total yang dikenakan (P)--tekanan atmosfer

ditambah dengan tekanan akibat penambahan merkuri--meningkat. Hubungan antara

tekanan dan volume nampak sekali dalam Gambar 5.4. Sebaliknya, jika tekanan yang

dikenakan menurun, volume gas menjadi lebih besar.

Pernyataan matematika yang menunjukkan hubungan terbalik antara tekanan dan

volume adalah

P ∝ 1

V

dimana simbol ∝ berarti sebanding dengan. Untuk mengubah ∝ menjadi tanda sama

dengan, kita harus menuliskan

P = k1 × 1

V

Gambar 5.4 Instrumen untuk mempelajari hubungan antara tekanan dan volume gas. (a) Tinggi merkuri

adalah sama dan tekanan gas sama dengan tekanan atmosfer (760 mmHg). Volume gas 100 mL. (b)

Menggandakan tekanan dengan menambahkan merkuri berlebih mengurangi volume gas menjadi 50 mL.

(c) tiga kali lipat tekanan gas mengurangi volume gas menjadi sepertiga dari volume aslinya.

Temperatur dan jumlah gas dijaga konstan.

(5.1a)

K i m i a D a s a r 1 | 173

Kenaikan atau penurunan volume gas pada temperatur konstan

Pemanasan atau pendinginan pada tekanan konstan

Ketergantungan volume pada jumlah gas pada temperatur dan tekanan konstan

Gambar 5.5 Skema ilustrasi hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Avogadro.

Hukum Boyle

𝑃 = (𝑛𝑅𝑇)1

𝑉 𝑛𝑅𝑇 konstan

Hukum Charles

𝑉 =𝑛𝑅

𝑃T

𝑛𝑅

𝑃 konstan

Pemanasan atau pendinginan pada volume konstan

Hukum Charles

𝑃 =𝑛𝑅

𝑉T

𝑛𝑅

𝑉 konstan

Hukum Avogadro

𝑉 = (𝑅𝑇

𝑃)𝑛

𝑅𝑇

𝑃 konstan

Volume turun

(Tekanan naik)

Volume naik

(Tekanan turun)

P P P

P P P

P P P

P P P

Hukum Boyle

Hukum Charles

K i m i a D a s a r 1 | 174

dimana k1 adalah konstanta yang disebut konstanta kesebandingan. Persamaan (5.1a)

adalah pernyataan dari Hukum Boyle, yang menyatakan bahwa tekanan dari sejumlah

campuran gas yang dipertahankan pada temperatur konstan berbanding terbalik

dengan volume gas. Kita dapat mengatur ulang Persamaan (5.1a) dan memperoleh

𝑃𝑉 = 𝑘1

Bentuk hukum Boyle mengatakan bahwa produk dari tekanan dan volume gas pada

temperatur konstan dan jumlah gas adalah konstan. Gambar 5.5 adalah representasi

skematis dari hukum Boyle. Besaran n adalah jumlah mol gas dan R adalah konstanta

yang didefinisikan dalam Bagian 5.4. Dengan demikian, konstanta kesebandingan k1

dalam Persamaan (5.1) sama dengan nRT.

Konsep dari satu besaran yang sebanding dengan lainnya dan penggunaan konstanta

kesebandingan dapat dijelaskan melalui analogi berikut. Pendapatan harian bioskop

tergantung pada harga tiket (dalam dolar per tiket) dan jumlah tiket yang terjual.

Dengan asumsi bahwa biaya bioskop adalah satu harga untuk semua tiket, dapat kita

tulis

pendapatan = (dolar/tiket) × jumlah tiket yang terjual

Karena jumlah tiket yang terjual bervariasi dari hari ke hari, pendapatan pada hari

tertentu dikatakan sebanding dengan jumlah tiket yang dijual:

pendapatan ∞ jumlah tiket yang terjual

= C ∞ jumlah tiket yang terjual

di mana C, konstanta kesebandingan, adalah harga per tiket.

Gambar 5.6 menunjukkan dua cara konvensional dalam mengungkapkan temuan Boyle

secara grafik. Gambar 5.6 (a) adalah grafik dari persamaan PV = k1; Gambar 5.6 (b)

adalah grafik dari persamaan setara P = k1 × 1/V. Perhatikan bahwa yang terakhir

adalah persamaan linear dalam bentuk y = mx + b, di mana m = k1 dengan b = 0.

Meskipun nilai masing-masing dari tekanan dan volume dapat bervariasi untuk sampel

gas yang diberikan, asalkan temperatur tetap konstan dan jumlah gas tidak berubah, P

dikali V selalu sama dengan konstanta yang sama. Oleh karena itu, untuk sampel gas

yang diberikan di bawah dua keadaan yang berbeda dari kondisi pada temperatur

konstan, kita peroleh

P1V1 = k1 = P2V2

atau

P1V1 = P2V2

dimana V1 dan V2 masing-masing adalah volume pada tekanan P1 dan P2.

(5.1b)

(5.2)

K i m i a D a s a r 1 | 175

Gambar 5.6 Grafik yang menunjukkan variasi volume gas terhadap tekanan pada gas, pada temperatur

konstan. (a) P terhadap V. Perhatikan bahwa volume gas menjadi dua kali lipat. (b) P terhadap 1/V.

Hubungan Temperatur-Volume: Hukum Charles dan Gay-Lussac

Hukum Boyle tergantung pada temperatur sistem yang konstan. Tapi andaikan

temperatur berubah: Bagaimana perubahan temperatur mempengaruhi volume dan

tekanan gas? Pertama mari kita lihat pengaruh temperatur pada volume gas. Para

peneliti sebelumnya dari hubungan ini adalah ilmuwan Prancis, Jacques Charles dan

Joseph Gay-Lussac. Penelitian mereka menunjukkan bahwa, pada tekanan konstan,

volume sampel gas mengembang ketika dipanaskan dan menyusut bila didinginkan

(Gambar 5.7). Hubungan kuantitatif yang terlibat dalam perubahan temperatur dan

volume gas menjadi sangat konsisten. Misalnya, kita mengamati sebuah fenomena

menarik ketika kita mempelajari hubungan temperatur-volume pada berbagai tekanan.

Pada setiap tekanan yang diberikan, plot volume terhadap temperatur menghasilkan

garis lurus. Dengan memperpanjang baris ke volume nol, kita menemukan perpotongan

pada sumbu temperatur dengan nilai -273,15°C. Pada tekanan lainnya, kita memperoleh

garis lurus yang berbeda untuk plot volume-temperatur, tapi didapatkan temperatur

dengan volume nol yang berpotongan sama pada -273,15°C. (Gambar 5.8). (Dalam

prakteknya, kita dapat mengukur volume gas di atas hanya pada rentang temperatur

yang terbatas, karena semua gas menguap pada temperatur rendah membentuk cairan.)

Gambar 5.7 Variasi volume sampel gas dan temperatur, pada tekanan konstan. Tekanan yang diberikan

pada gas adalah jumlah tekanan atmosfer dan tekanan karena berat merkuri.

K i m i a D a s a r 1 | 176

Pada tahun 1848 fisikawan Skotlandia Lord Kelvin menyadari pentingnya fenomena

ini. Dia mengidentifikasi -273,15 ° Csebagai nol mutlak, secara teoritis merupakan

temperatur terendah yang bisa mencapai. Selanjutnya, dia menetapkan sebuah skala

temperatur mutlak, yang sekarang disebut skala temperatur Kelvin, dengan nol mutlak

sebagai titik awalnya. Pada skala Kelvin, satu kelvin (K) sama besarnya dengan satu

derajat Celcius. Satu-satunya perbedaan antara skala temperatur mutlak dan skala

Celcius adalah posisi nol yang digeser. Titik penting pada kedua skala itu disusun

sebagai berikut:

Skala Kelvin Skala Celsius

Nol mutlak 0 K -273,15C

Titik beku air 273,15 K 0C

Titik didih air 373,15 K 100C

Konversi antara C dan K diberikan pada Bagian 1.5:

? K = (C + 273,15C)1 K

1 C

Dalam kebanyakan perhitungan kita akan menggunakan 273 bukannya 273,15 sebagai

istilah yang menghubungkan dengan K dan °C. Dengan konvensi, kita menggunakan T

untuk menunjukkan temperatur mutlak (Kelvin) dan t untuk menunjukkan temperatur

pada skala Celcius.

Gambar 5.8 Variasi volume sampel gas dengan temperatur, pada tekanan konstan. Setiap baris

mewakili variasi pada tekanan tertentu. Tekanan meningkat dari P1 ke P4. Semua gas akhirnya menguap

(menjadi cairan) jika didinginkan sampai temperatur yang cukup rendah, bagian padat dari garis

mewakili wilayah temperatur di atas titik kondensasi. Ketika garis ini diekstrapolasi, atau diperpanjang

(bagian putus-putus), mereka semua berpotongan di titik nol mewakili volume dan temperatur -

273,15°C.

Ketergantungan volume gas terhadap temperatur diberikan oleh

K i m i a D a s a r 1 | 177

V ∞ T

V = k2T

atau 𝑉

𝑇= 𝑘2

dimana k2 adalah konstanta kesebandingan. Persamaan (5.3) dikenal sebagai Hukum

Charles dan Gay-Lussac, atau cukup hukum Charles, yang menyatakan bahwa volume

campuran gas yang dipertahankan pada tekanan konstan berbanding lurus dengan

temperatur mutlak gas. Hukum Charles juga diilustrasikan dalam Gambar 5.5. Kita

lihat bahwa konstanta kesebandingan k2 dalam Persamaan (5.3) sama dengan nR/P.

Sama seperti yang kita lakukan untuk tekanan-volume hubungan pada temperatur

konstan, kita dapat membandingkan dua kondisi volume-temperatur untuk sampel gas

yang diberikan pada tekanan konstan. Dari Persamaan (5.3) dapat kita tulis

𝑉1𝑇1= 𝑘2 =

𝑉2𝑇2

atau

𝑉1

𝑇1 =

𝑉2

𝑇2

di mana V1 dan V2 adalah volume gas pada temperatur T1 dan T2 (keduanya dalam

kelvin), masing-masing.

Bentuk lain dari hukum Charles menunjukkan bahwa pada jumlah dan volume gas yang

konstan, tekanan gas sebanding dengan temperatur

P ∞ T

P = k3T

atau 𝑃

𝑇= 𝑘3

Dari Gambar 5.5 kita lihat bahwa k3 = nR/V. Seperti Persamaan (5.5), kita peroleh

𝑃1𝑇1= 𝑘3 =

𝑃2𝑇2

atau 𝑃1

𝑇1 =

𝑃2

𝑇2

(5.3)

(5.4)

(5.5)

(5.6)

K i m i a D a s a r 1 | 178

di mana P1 dan P2 adalah tekanan gas pada temperatur T1 dan T2 (keduanya dalam

kelvin), masing-masing.

Hubungan Volume-Jumlah: Hukum Avogadro

Karya dari ilmuwan Italia Amedeo Avogadro melengkapi studi Boyle, Charles, dan

Gay-Lussac. Pada 1811, ia mempublikasikan sebuah hipotesis yang menyatakan bahwa

pada temperatur dan tekanan yang sama, sejumlah volume yang sama dari gas yang

berbeda mengandung jumlah molekul yang sama (atau atom jika gasnya adalah

monoatomik). Oleh karena itu, volume gas yang diberikan harus sebanding dengan

jumlah mol molekul yang ada, yaitu,

V ∞ n

V = k4n

dimana n merupakan jumlah mol dan k4 adalah konstanta kesebandingan. Persamaan

(5.7) adalah pernyataan matematika dari hukum Avogadro, yang menyatakan bahwa

pada tekanan dan temperatur konstan, volume gas berbanding lurus dengan jumlah

mol gas yang ada. Dari Gambar 5.5 kita lihat bahwa k4 = RT/P.

Gambar 5.9 Hubungan volume gas dalam reaksi kimia. Perbandingan volume molekul hidrogen dengan

molekul nitrogen 3:1, dan amonia (produk) dengan gabungan molekul hidrogen dan molekul nitrogen

(reaktan) adalah 2:4, atau 1:2.

Menurut hukum Avogadro dapat kita lihat bahwa ketika dua gas bereaksi satu sama

lain, volume reaksinya memiliki perbandingan sederhana satu sama lain. Jika

produknya adalah gas, volumenya terkait dengan volume reaktan dengan perbandingan

yang sederhana (fakta ditunjukkan sebelumnya oleh Gay-Lussac). Sebagai contoh,

perhatikan sintesis amonia dari molekul hidrogen dan nitrogen molekul:

3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g)

Karena, pada temperatur dan tekanan yang sama, volume gas berbanding lurus dengan

jumlah mol gas yang ada, sekarang dapat kita tulis

(5.7)

3 mol 1 mol 2 mol

K i m i a D a s a r 1 | 179

3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g)

Perbandingan volume molekul hidrogen dengan molekul nitrogen adalah 3:1, dan

perbandingan amonia (produk) dengan gabungan molekul hidrogen dan molekul

nitrogen (reaktan) adalah 2:4, atau 1:2 (Gambar 5.9).

Contoh kerja yang menggambarkan hukum gas disajikan dalam Bagian 5.4.

5.4 Persamaan Gas Ideal

Mari kita ringkas hukum gas yang telah kita bahas sejauh ini:

Hukum Boyle : V ∞ 1/P (pada n dan T konstan)

Hukum Charles : V ∞ T (pada n dan P konstan)

Hukum Avogadro: V ∞ n (pada P dan T konstan)

Kita dapat menggabungkan ketiga pernyataan tersebut untuk membentuk satu

persamaan induk untuk perilaku gas:

𝑉 ∞ 𝑛𝑇

𝑃

𝑉 = 𝑅 𝑛𝑇

𝑃

atau

PV = nRT

dimana R, konstanta kesebandingan, disebut konstanta gas. Persamaan (5.8), yang

disebut persamaan gas ideal, menggambarkan hubungan antara empat variabel P, V,

T, dan n. Gas ideal adalah gas hipotetis yang perilaku tekanan-volume-temperaturnya

dapat dijelaskan sepenuhnya oleh persamaan gas ideal. Molekul-molekul gas ideal

tidak saling menarik atau menolak satu sama lain, dan volumenya dapat diabaikan

terhadap volume wadahnya. Meskipun tidak ada hal seperti itu di alam sebagai gas

ideal, perbedaan perilaku gas nyata pada temperatur dan rentang tekanan wajar tidak

signifikan mempengaruhi perhitungan. Dengan demikian, kita dapat menggunakan

persamaan gas ideal untuk memecahkan soal-soal gas.

Sebelum kita dapat menerapkan persamaan gas ideal untuk sebuah sistem nyata, kita

harus mengevaluasi konstanta gas R. Pada 0°C (273,15 K) dan tekanan 1 atm, banyak

gas nyata berperilaku seperti gas ideal. Percobaan menunjukkan bahwa di bawah

kondisi ini, 1 mol gas ideal menempati 22,414 L, yang agak lebih besar dari volume

REVIEW KONSEP

Jika temperatur mutlak dari suatu sampel gas meningkat sementara volumenya konstan, apakah tekanan sampel gas meningkat, menurun, atau tetap sama?

3 volume 1 volume 2 volume

(5.8)

K i m i a D a s a r 1 | 180

bola basket, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.10. Kondisi 0°C dan 1 atm disebut

temperatur dan tekanan standar, sering disingkat STP. Dari Persamaan (5.8) dapat

kita tulis

Gambar 5.10 Perbandingan volume molar pada STP (yang sekitar 22,4 L) dengan bola basket.

Titik antara L dan atm dan antara K dan mol mengingatkan kita bahwa baik L dan atm

berada di pembilang sedangkan K dan mol dalam penyebut. Untuk kebanyakan

perhitungan, kita akan membulatkan nilai R menjadi tiga angka penting (0,0821 L .

atm/K . mol) dan menggunakan 22,4 L untuk volume molar gas pada STP.

𝑅 = 𝑃𝑉

𝑛𝑇

= (1 atm)(22,414 L)

(1 mol)(273,25 K)

= 0,082057 L . atm

K . atm

= 0,082057 L .atm

K.mol

K i m i a D a s a r 1 | 181

Persamaan gas ideal berguna untuk Soal-soal yang tidak melibatkan perubahan dalam

P, V, T, dan n untuk sampel gas. Kadang-kadang, bagaimanapun, kita perlu berurusan

dengan perubahan tekanan, volume, dan temperatur, atau bahkan dengan jumlah gas.

Ketika kondisi berubah, kita harus menggunakan bentuk modifikasi dari persamaan gas

Belerang heksaflorida (SF6) adalah gas tidak berwarna, tidak berbau, sangat reaktif. Hitung tekanan (dalam atm) yang dikenakan oleh 1,39 mol gas dalam kapal baja dengan volume 6,09 L pada 55°C.

Strategi Masalahnya diberikan sejumlah gas beserta volume dan temperaturnya. Apakah gas mengalami perubahan dalam sifat-sifatnya? Apa persamaan yang harus kita gunakan untuk memecahkan tekanan? Apa satuan temperatur yang harus kita gunakan?

Solusi Karena tidak ada perubahan sifat gas terjadi, kita bisa menggunakan persamaan gas ideal untuk menghitung tekanan. Dengan mengatur ulang Persamaan (5.8), diperoleh:

P = nRT

V

= (1,39 mol) (0,0821 L .

atm

K. mol) (55 + 273)K

6,09 L = 𝟔, 𝟏𝟓 𝐚𝐭𝐦

Latihan Hitung volume (dalam liter) yang ditempati oleh 2,12 mol nitrat oksida (NO) pada 6,54 atm dan 76°C.

CONTOH 5.2

CONTOH 5.3

Hitung volume (dalam liter) yang ditempati oleh 5,58 g NH3 pada STP.

Strategi Berapa volume satu mol gas ideal pada STP? Berapa banyak mol yang ada dalam 5,58 g NH3?

Solusi Perhatikan bahwa 1 mol gas ideal menempati 22,4 L pada STP dan gunakan massa molar NH3

(17,03 g), Dapat dituliskan urutan konversi sebagai berikut:

Gram NH3 → mol NH3 → liter NH3 pada STP

Sehingga volume NH3 yang diberikan:

V = 5,58 g NH3 ×1 mol NH317,03 g NH3

× 22,4 L

1 mol NH3

= 𝟕, 𝟑𝟒 𝐋

Hal ini sering berlaku dalam kimia, terutama dalam perhitungan hukum gas, bahwa soal bisa diselesaikan dengan lebih dari satu cara. Di sini soal juga bisa diselesaikan dengan mengkonversi lebih dulu 5,58 g NH3 ke jumlah mol NH3, kemudian menerapkan persamaan gas ideal (V = nRT/P). Cobalah.

Cek Karena 5,58 g NH3 lebih kecil dari massa molar, volume tersebut pada STP harus lebih kecil dari 22,4 L. Oleh karena itu, jawabannya adalah wajar.

Latihan Berapakah volume (dalam liter) yang ditempati oleh 49,8 g HCl pada STP?

K i m i a D a s a r 1 | 182

(5.9)

(5.10)

ideal yang memperhitungkan kondisi awal dan akhir. Kita turunkan persamaan

modifikasi sebagai berikut. Dari Persamaan (5.8),

𝑅 = 𝑃1𝑉1𝑛1𝑇1

(sebelum perubahan) and 𝑅 = 𝑃2𝑉2𝑛2𝑇2

(sesudah perubahan)

Sehingga,

𝑃1𝑉1𝑛1𝑇1

= 𝑅 = 𝑃2𝑉2𝑛2𝑇2

Jika n1 = n2, seperti yang biasanya terjadi karena jumlah gas normalnya tidak berubah,

persamaan kemudian menjadi:

𝑃1𝑉1𝑇1

= 𝑃2𝑉2𝑇2

K i m i a D a s a r 1 | 183

Sebuah gelembung kecil naik dari dasar danau, di mana temperatur dan tekanannya adalah 8°C dan 6,4 atm, ke permukaan air, di mana temperaturnya 25°C dan tekanannya adalah 1,0 atm. Hitung volume akhir (dalam mL) dari gelembung jika volume awalnya 2,1 mL.

Strategi Dalam memecahkan masalah seperti ini, di mana banyak informasi yang diberikan, maka kadang-kadang membantu untuk membuat sketsa situasi, seperti yang ditunjukkan di sini:

CONTOH 5.4

Apa satuan temperatur yang harus digunakan dalam perhitungan?

Solusi Menurut Persamaan (5.9)


= 𝑃2𝑉2𝑛2𝑇2

Kita asumsikan bahwa jumlah udara dalam gelembung tetap konstan, yaitu, n1 = n2 sehingga

𝑃1𝑉1𝑇1

= 𝑃2𝑉2𝑇2

Kondisi Awal Kondiai Akhir

P1 = 6,4 atm P2 = 1,0 atm

V1 = 2,1 mL V2 = ?

T1 = (8 +273) K = 281 K T2 = (25 + 273) K = 298 K

Dengan mengatur ulang Persamaan (5.10) diperoleh

𝑉2 = 𝑉1 × 𝑃1𝑃2 × 𝑇2𝑇1

= 2,1 mL × 6,4 atm

1,0 atm × 298 K

281 K

= 𝟏𝟒 𝐦𝐋

Cek Kita lihat bahwa volume akhir melibatkan perkalian volume awal dengan perbandingan tekanan (P1/P2) dan perbandingan temperatur (T2/T1). Ingat volume yang berbanding terbalik dengan tekanan, dan volume berbanding lurus dengan temperatur. Karena tekanan turun dan temperatur naik sebagai gelembung naik, kita harap volume gelembung ini meningkat. Bahkan, di sini perubahan tekanan memainkan peran yang lebih besar dalam perubahan volume.

Latihan Suatu gas awalnya pada 4,0 L, 1,2 atm, dan 66°C mengalami perubahan sehingga volume akhir dan temperaturnya adalah 1,7 L dan 42°C. Berapa tekanan akhirnya? Asumsikan jumlah mol tetap tidak berubah.

K i m i a D a s a r 1 | 184

(5.12)

(5.11)

Kerapatan dan Massa Molar Gas

Persamaan gas ideal dapat diterapkan untuk menentukan kerapatan atau massa molar

suatu gas. Dengan mengatur ulang Persamaan (5.8), dapat kita tulis

𝑛

𝑉= 𝑃

𝑅𝑇

Jumlah mol gas, n, diberikan oleh

𝑛 = 𝑚

𝑀𝑟

di mana m adalah massa gas dalam gram dan Mr adalah massa molarnya. Sehingga,

𝑚

𝑀𝑟𝑉= 𝑃

𝑅𝑇

Karena kerapatan, d, adalah massa per satuan volume, kita dapat menulis

𝑑 = 𝑚

𝑉= 𝑃𝑀𝑟𝑅𝑇

Persamaan (5.11) memungkinkan kita untuk menghitung kerapatan gas (diberikan

dalam satuan gram per liter). Seringkali, kerapatan gas dapat diukur, sehingga

persamaan ini dapat disusun kembali bagi kita untuk menghitung massa molar zat gas:

𝑀𝑟 = 𝑑𝑅𝑇

𝑃

Dalam sebuah percobaan yang khas, sebuah bola lampu dengan volume diketahui diisi

dengan gas yang sedanga diteliti. Temperatur dan tekanan dari sampel gas dicatat, dan

massa total dari bola lampu sampel gas ditentukan (Gambar 5.11). Bola tersebut

kemudian dievakuasi (dikosongkan) dan ditimbang lagi. Perbedaan massa ini adalah

massa gas. Kerapatan gas sama dengan massa dibagi dengan volume bola lampu.

Kemudian kita dapat menghitung massa molar zat menggunakan Persamaan (5.12).

Gambar 5.11 Sebuah alat untuk mengukur kerapatan gas. Sebuah bola dengan volume yang diketahui

diisi dengan gas yang sedang diteliti pada temperatur dan tekanan tertentu. Pertama, bola lampu

ditimbang, kemudian dikosongkan (dievakuasi) dan ditimbang lagi. Perbedaan massa memberikan massa

gas. Dengan mengetahui volume bola lampu, kita dapat menghitung kerapatan gas.

K i m i a D a s a r 1 | 185

Stoikiometri Gas

Dalam Bab 3 kita menggunakan hubungan antara jumlah (dalam mol) dan massa

(dalam gram) dari reaktan dan produk untuk memecahkan masalah stoikiometri. Ketika

reaktan dan/atau menghasilkan gas, kita juga dapat menggunakan hubungan antara

jumlah (mol, n) dan volume (V) untuk memecahkan masalah tersebut (Gambar 5.12).

Gambar 5.12 Perhitungan stoikiometri yang melibatkan gas.

Seorang ahli kimia telah mensintesis senyawa gas kuning kehijauan yang terdiri dari klorin dan oksigen

dan menemukan bahwa kerapatannya adalah 8.14 g/L pada 47°C dan 3,15 atm. Hitung massa molar

senyawa dan tentukan rumus molekulnya.

Strategi Karena Persamaan (5.11) dan (5.12) adalah penyusunan ulang satu sama lain, kita dapat

menghitung massa molar gas jika kita tahu kerapatan, temperatur, dan tekanannya. Rumus molekul

dari senyawa tersebut harusnya konsisten dengan massa molarnya. Apa satuan temperatur yang harus

kita gunakan?

Solusi Dari Persamaan (5.12)

𝑀𝑟 = 𝑑𝑅𝑇

𝑃

= (8,14) (0,0821 L.

atm

K. mol) (47 + 273)K

3,15 atm = 𝟔𝟕, 𝟗 𝐠/𝐦𝐨𝐥

Kita bisa menentukan rumus molekul dari senyawa dengan cara trial and error, hanya menggunakan

pengetahuan massa molar klorin (35,45 g) dan oksigen (16,00 g). Kita tahu bahwa senyawa yang

mengandung satu atom Cl dan satu atom O akan memiliki massa molar 51.45 g, yang paling rendah,

sementara massa molar senyawa terdiri dari dua atom Cl dan satu atom O adalah 86,90 g, yang paling

tinggi. Dengan demikian, senyawa tersebut harus berisi satu atom Cl dan dua atom O dan memiliki

rumus ClO2, yang memiliki massa molar 67.45 g.

Latihan Kerapatan gas senyawa organik adalah 3,38 g/L pada 40°C dan 1,97 atm. Berapa massa molar nya?

CONTOH 5.5

Jumlah reaktan (gram atau

volume

Mol reaktan

Jumlah produk (gram atau

volume

Mol produk

K i m i a D a s a r 1 | 186

5.7 Hukum Dalton tentang Tekanan Parsial

Sejauh ini kita telah berkonsentrasi pada perilaku zat gas murni, namun studi

eksperimental sangat sering melibatkan campuran gas. Misalnya, untuk studi polusi

udara, kita mungkin tertarik hubungan tekanan-volume-temperatur dalam sampel udara,

yang berisi beberapa gas. Dalam kasus ini, dan semua kasus yang melibatkan campuran

gas, tekanan total gas berkaitan dengan tekanan parsial, yaitu, tekanan dari masing-

masing komponen gas dalam campuran. Pada tahun 1801, Dalton merumuskan hukum,

sekarang dikenal sebagai hukum Dalton tantang tekanan parsial, yang menyatakan

Natrium azida (NaN3) digunakan dalam beberapa kantong udara mobil. Dampak dari tabrakan memicu

dekomposisi NaN3 sebagai berikut:

2NaN3(s) → 2Na(s) + 3N2(g)

Gas nitrogen diproduksi dengan cepat mengembangkan tas antara pengemudi dan kaca depan dan

dashboard. Hitung volume N2 yang dihasilkan pada 85°C dan 812 mmHg oleh dekomposisi 50,0 g NaN3.

Strategi Dari persamaan setara kita lihat bahwa 2 mol NaN3 ∞ 3 mol N2 sehingga faktor konversi antara

NaN3 dan N2 adalah

3 mol N22 mol NaN3

Karena massa NaN3 diberikan, kita dapat menghitung jumlah mol NaN3 dan selanjutnya jumlah mol N2

yang dihasilkan. Akhirnya, kita dapat menghitung volume N2 menggunakan persamaan gas ideal.

Solusi Urutan konversinya adalah sebagai berikut:

gram NaN3 → mol NaN3 → mol N2 → volume N2

Pertama, kita hitung jumlah mol N2 yang dihasilkan oleh 50,0 g NaN3:

mol N2 = 50,0 g NaN3 × 1 mol NaN365,02 g NaN3

× 3 mol N22 mol NaN3

= 𝟑𝟏, 𝟔 𝐋

Latihan Persamaan atas kerusakan metabolisme glukosa (C6H12O6) adalah sama dengan persamaan

untuk pembakaran glukosa di udara:

C6H12O6 (s) + 6O2 (g) → 6CO2 (g) + 6H2O (l)

Hitung volume CO2 yang dihasilkan pada temperatur 37°C dan 1,00 atm saat 5,60 g glukosa digunakan

dalam reaksi.

CONTOH 5.6

REVIEW KONSEP

Mengasumsikan perilaku gas ideal, manakah dari sampel gas berikut yang akan memiliki volume

terbesar pada STP? Manakah dari gas ini yang akan memiliki kerapatan terbesar pada STP? (a) 0,82

mol He, (b) 24 g N2, (c) 5,0 × 1023 molekul Cl2

K i m i a D a s a r 1 | 187

tekanan total campuran gas adalah jumlah dari tekanan masing-masing gas itu sendiri.

Gambar 5.13 mengilustrasikan hukum Dalton.

Gambar 5.13 Skema ilustrasi hukum Dalton tentang tekanan parsial.

Perhatikan kasus di mana dua gas, A dan B, berada dalam sebuah wadah dengan

volume V. Tekanan yang diberikan oleh gas A, sesuai dengan persamaan gas ideal,

yaitu

𝑃𝐴 = 𝑛𝐴𝑅𝑇

𝑉

dimana nA adalah jumlah mol A. Demikian pula, tekanan yang diberikan oleh gas B

adalah

𝑃𝐵 = 𝑛𝐵𝑅𝑇

𝑉

Dalam campuran gas A dan B, tekanan total PT adalah hasil dari tumbukan kedua jenis

molekul, A dan B, dengan dinding-dinding wadah. Dengan demikian, menurut hukum

Dalton,

PT = PA + PB

= 𝑛𝐴𝑅𝑇

𝑉+ 𝑛𝐵𝑅𝑇

𝑉

= 𝑅𝑇

𝑉 (𝑛𝐴 + 𝑛𝐵)

dimana n, jumlah total mol gas yang ada, ditentukan dengan n = nA + nB, dan PA dan

PB masing-masing adalah tekanan parsial gas A dan B. Untuk campuran gas,

selanjutnya, PT hanya bergantung pada jumlah mol gas yang ada, bukan pada sifat

molekul gas.

Secara umum, tekanan total campuran gas diberikan dengan

PT = P1 + P2 + P3 + ...

Volume dan temperatur konstan

Kombinasi

gas

P1 P2 PT = P1 + P2

+

K i m i a D a s a r 1 | 188

(5.13)

(5.14)

di mana P1, P2, P3,. . . adalah tekanan parsial dari komponen 1, 2, 3,. . . . Untuk melihat

berapa setiap tekanan parsial berkaitan dengan tekanan total, perhatikan lagi kasus

campuran dari dua gas A dan B. Pembagian PA oleh PT, kita memperoleh

𝑃𝐴𝑃𝑇=

𝑛𝐴𝑅𝑇

𝑉(𝑛𝐴+ 𝑛𝐵)𝑅𝑇

𝑉

= 𝑛𝐴

𝑛𝐴 + 𝑛𝐵

= 𝑋𝐴

di mana XA disebut fraksi mol A. Fraksi mol adalah kuantitas yang tidak berdimensi

yang mengungkapkan perbandingan jumlah mol salah satu komponen dengan jumlah

mol semua komponen yang ada. Secara umum, fraksi mol komponen i dalam campuran

diberikan dengan

𝑋𝑖 = 𝑛𝑖𝑛𝑇

dimana ni dan nT adalah jumlah mol komponen i dan jumlah mol total. Fraksi mol selalu

lebih kecil dari 1. Sekarang dapat dinyatakan tekanan parsial A sebagai

PA = XAPT

Demikian pula,

PB = XBPT

Perhatikan bahwa jumlah fraksi mol untuk campuran gas harus sama dengan satu. Jika

hanya ada dua komponen, maka

XA + XB = nA

nA + nB+

nBnA + nB

= 1

Jika sistem berisi lebih dari dua gas, maka tekanan parsial dari komponen i

dihubungkan dengan tekanan total

Pi = XiPT

Bagaimana tekanan parsial ditentukan? Sebuah manometer hanya dapat mengukur

tekanan total campuran gas. Untuk mendapatkan tekanan parsial, kita perlu mengetahui

fraksi mol komponen, yang akan melibatkan analisis kimia rumit. Kebanyakan metode

yang langsung mengukur tekanan parsial menggunakan spektrometer massa. Intensitas

relatif dari puncak dalam spektrum massa berbanding lurus dengan jumlah, dan dalam

hal ini adalah fraksi mol dari gas-gas yang ada.

K i m i a D a s a r 1 | 189

Hukum Dalton tentang tekanan parsial berguna untuk menghitung volume kumpulan

gas di atas permukaan air. Misalnya, ketika potasium klorat (KClO3) dipanaskan, maka

terdekomposisi menjadi KCl dan O2:

2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)

Gas oksigen dapat dikumpulkan di atas permukaan air, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 5.14. Awalnya, botol benar-benar terbalik penuh dengan air. Setelah gas

oksigen dihasilkan, gelembung-gelembung gas naik ke atas dan menggantikan air

dalam botol. Metode pengumpulan gas didasarkan pada asumsi bahwa gas tidak

bereaksi dengan air dan tidak lumayan larut di dalamnya. Asumsi ini berlaku untuk gas

oksigen, tetapi tidak untuk gas seperti NH3, yang mudah larut dalam air. Gas oksigen

yang dikumpulkan dengan cara ini tidak murni, karena uap air juga ada dalam botol.

Campuran gas mengandung 3,85 mol neon (Ne), 0,92 mol argon (Ar), dan 2,59 mol xenon (Xe). Hitung

tekanan parsial gas jika tekanan totalnya adalah 2,50 atm pada temperatur tertentu.

Strategi Apa hubungan antara tekanan parsial gas dan tekanan total gas? Bagaimana kita menghitung

fraksi mol gas?

Solusi Menurut Persamaan (5.14), tekanan parsial Ne (PNe) sama dengan produk fraksi molnya (XNe) dan

tekanan total (PT)

PNe = XNePT

Menggunakan persamaan (5.13), kita hitung fraksi mol Ne sebagai berikut:

𝑋𝑁𝑒 = 𝑛𝑁𝑒

𝑛𝑁𝑒 + 𝑛𝐴𝑟 + 𝑛𝑋𝑒=

3,85 mol

3,85 mol + 0,92 mol + 2,59 mol

= 0,523

Sehingga,

PNe = XNePT

= 0,523 × 2,50 atm

= 1,31 atm

Demikian pula, kita dapat menghitung fraksi mol argon dan tekanan parsialnya:

PAr = XArPT

= 0,125 × 2,50 atm

= 0,313 atm

Akhirnya, kita menghitung fraksi mol xenon dan tekanan parsialnya:

PNe = XNePT

= 0,352 × 2,50 atm

= 0,880 atm

Cek Tekanan parsial masing-masing gas harus kurang dari tekanan total dan pastikan bahwa jumlah

dari tekanan parsial sama dengan tekanan total, yaitu (1,31 + 0,313 + 0,880) atm = 2,50 atm.

Latihan Suatu sampel gas alam mengandung 8,24 mol metana (CH4), 0,421 mol etana (C2H6), dan 0.116

mol propana (C3H8). Jika tekanan total gas adalah 1,37 atm, berapa tekanan parsial gas?

CONTOH 5.7

K i m i a D a s a r 1 | 190

Tekanan total gas adalah sama dengan jumlah dari tekanan yang diberikan oleh gas

oksigen dan uap air:

𝑃𝑇 = 𝑃𝑂2 + 𝑃𝐻2𝑂

Gambar 5.14 Suatu peralatan untuk mengumpulkan gas di atas permukaan air. Oksigen yang dihasilkan

oleh pemanasan potasium klorat (KClO3) dengan adanya sejumlah kecil mangan dioksida (MnO2), yang

mempercepat reaksi, ditiupkan melalui air dan dikumpulkan dalam botol seperti yang ditunjukkan. Air

yang awalnya ada dalam botol didorong keluar oleh gas oksigen.

Sebagai akibatnya, kita harus mengetahui tekanan yang disebabkan oleh adanya uap air

ketika kita menghitung jumlah O2 yang dihasilkan. Tabel 5.2 menunjukkan tekanan uap

air pada berbagai temperatur.

Tabel 5.2 Tekanan uap Air pada Temperatur yang Bervariasi

Temperatur

(C)

Tekanan Uap Air

(mmHg)

Temperatur (C) Tekanan Uap Air

(mmHg)

0 4,58 55 118,04

5 6,54 60 149,38

10 9,21 65 187,54

15 12,79 70 233,7

20 17,54 75 289,1

25 23,76 80 355,1

30 31,82 85 433,6

35 42,18 90 525,76

40 55,32 95 633,90

45 71,88 100 760,00

50 92,51

Botol yang terisi gas oksigen

KClO3 dan MnO2

Botol yang terisi air yang siap dipindahkan dalam wadah plastik

Botol terisi penuh gas oksigen dan uap air

K i m i a D a s a r 1 | 191

Gas oksigen yang dihasilkan oleh dekomposisi potasium klorat dikumpulkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.14. Volume oksigen dikumpulkan pada 26°C dan tekanan atmosfer 771 mmHg adalah 141 mL. Hitung massa (dalam gram) dari gas oksigen yang diperoleh. Tekanan uap air pada 26°C adalah 25,2 mmHg.

Strategi Untuk mencari massa O2 yang dihasilkan, pertama-tama kita harus menghitung tekanan parsial O2 dalam campuran. Apa hukum gas yang kita butuhkan? Bagaimana kita mengubah tekanan gas O2 ke dalam massa O2 dalam gram?

Solusi Dari Hukum Dalton tentang tekanan parsial kita tahu bahwa

𝑃𝑇 = 𝑃𝑂2 + 𝑃𝐻2𝑂

Sehingga,

𝑃𝑂2 = 𝑃𝑇 − 𝑃𝐻2𝑂

= 771 𝑚𝑚𝐻𝑔 − 25,2 𝑚𝑚𝐻𝑔

= 746 𝑚𝑚𝐻𝑔

Dari persamaan gas ideal kita tuliskan

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 = 𝑚

𝑀𝑟 𝑅𝑇

di mana m dan Mr, masing-masing adalah massa O2 yang dikumpulkan dan massa molar O2. Dengan mengatur ulang persamaan diperoleh

m = PVMr

RT=

(746

760) atm (0,141 L)(32,00

g

mol)

(0,0821 L.atm

K. mol) (273 + 26)K

= 𝟎, 𝟏𝟖𝟎 𝐠

Latihan Gas hidrogen yang dihasilkan ketika logam kalsium bereaksi dengan air dikumpulkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.14. Volume gas yang dikumpulkan pada 30°C dan tekanan 988 mmHg adalah 641 mL. Berapakah massa (dalam gram) dari gas hidrogen yang diperoleh? Tekanan uap air pada 30°C adalah 31,82 mmHg.

CONTOH 5.8

REVIEW KONSEP

Setiap bola berwarna merupakan molekul gas yang berbeda. Hitung tekanan parsial gas jika tekanan

total nya 2,4 atm.

K i m i a D a s a r 1 | 192

5.6 Teori Kinetik Molekul Gas

Hukum gas membantu kita untuk memprediksi perilaku gas, tetapi tidak menjelaskan

apa yang terjadi pada tingkat molekuler yang menyebabkan perubahan yang kita amati

dalam skala makroskopik. Misalnya, mengapa gas memuai pada pemanasan?

Pada abad kesembilan belas, sejumlah fisikawan, terutama fisikawan Austria Ludwig

Boltzmann dan fisikawan Skotlandia James Clerk Maxwell, menemukan bahwa sifat

fisik gas dapat dijelaskan dalam hal gerakan masing-masing molekul. Gerakan molekul

ini adalah salah satu bentuk energi, yang didefinisikan sebagai kemampuan untuk

melakukan kerja atau untuk menghasilkan perubahan. Dalam mekanika, kerja

didefinisikan sebagai gaya dikali jarak. Karena energi dapat diukur sebagai kerja, kita

dapat menuliskan

energi = kerja = gaya × jarak

Joule (J) adalah satuan SI dari energi

1 J = 1 kg m2/s2 = 1 Nm

atau, energi dapat dinyatakan dalam kilojoule (kJ):

1kJ = 1000 J

Seperti yang akan kita lihat dalam Bab 6, ada banyak jenis energi. Energi kinetik (EK)

adalah jenis energi yang dikeluarkan oleh benda yang bergerak, atau energi gerak.

Penemuan Maxwell, Boltzmann, dan lain-lain mengakibatkan sejumlah generalisasi

tentang perilaku gas yang telah dikenal sebagai teori kinetik molekular gas, atau hanya

teori kinetik gas. Inti dari teori kinetik gas adalah asumsi-asumsi berikut:

1. Suatu gas terdiri dari molekul yang terpisah satu sama lain dengan jarak yang jauh

lebih besar daripada dimensinya sendiri. Molekul-molekul dapat dianggap sebagai

"titik-titik", yang memiliki massa namun memiliki volume yang dapat diabaikan.

2. Molekul gas berada dalam gerakan konstan dalam arah yang acak, dan sering

bertumbukan satu sama lain. Tumbukan antar molekul adalah elastis sempurna.

Dengan kata lain, energi dapat ditransfer dari satu molekul ke yang lain sebagai

hasil dari tumbukan. Namun demikian, energi total semua molekul dalam sistem

tetap sama.

3. Molekul gas tidak mengalami baik gaya tarik menarik maupun gaya tolak menolak

satu sama lain.

4. Energi kinetik rata-rata molekul sebanding dengan temperatur gas dalam kelvin.

Setiap dua gas pada temperatur yang sama akan memiliki energi kinetik yang sama

rata. Energi kinetik rata-rata molekul diberikan dengan

EK = ½ mū2

di mana m adalah massa molekul dan u adalah kecepatan. Garis horisontal tebal

menunjukkan nilai rata-rata. Besaran ū2 disebut kecepatan rata-rata kuadrat, yang

merupakan rata-rata dari kuadrat kecepatan semua molekul:

K i m i a D a s a r 1 | 193

(5.15)

ū2 = 𝑢12 + 𝑢2

2 + …+ 𝑢𝑁2

𝑁

dimana N adalah jumlah molekul.

Asumsi 4 membuat kita dapat menuliskan

EK ∞ T

½ mu2 ∞ T

Oleh karenanya,

EK = ½ mū2 = CT

dimana C adalah konstanta kesebandingan dan T adalah temperatur mutlak.

Menurut teori kinetik molekular, tekanan gas adalah hasil dari tumbukan antara molekul

dan dinding dari wadahnya. Hal ini tergantung pada frekuensi tumbukan per satuan luas

dan seberapa "keras" molekul menabrak dinding. Teori ini juga menyediakan

interpretasi temperatur molekul. Menurut Persamaan (5.15), temperatur mutlak gas

adalah ukuran energi kinetik rata-rata molekul. Dengan kata lain, temperatur mutlak

adalah ukuran gerak acak dari molekul--semakin tinggi temperatur, semakin energik

molekul tersebut. Karena berkaitan dengan temperatur sampel gas, gerak acak

molekuler kadang-kadang disebut sebagai gerakan termal.

Aplikasi Hukum Gas

Meskipun teori kinetik gas didasarkan pada model yang agak sederhana, rincian

matematika yang terlibat sangat kompleks. Namun, secara kualitatif, dimungkinkan

untuk menggunakan teori dalam menjelaskan sifat-sifat umum zat dalam bentuk gas.

Contoh ilustrasi berikut menggambarkan berbagai kegunaannya:

Kompresibilitas Gas (mudah tidaknya dimampatkan). Karena molekul dalam fase

gas dipisahkan oleh jarak yang cukup jauh (asumsi 1), maka gas dapat

dikompresi/ditekan dengan mudah untuk menempati volume yang lebih kecil.

Hukum Boyle. Tekanan yang diberikan oleh gas merupakan hasil dari tumbukan

molekul-molekulnya dengan dinding wadah. Laju tumbukan, atau jumlah tumbukan

molekuler dengan dinding per detik, sebanding dengan besar kerapatan (yaitu,

jumlah molekul per satuan volume) dari gas. Penurunan volume gas dengan jumlah

tertentu meningkatkan besar kerapatan dan selanjutnya laju tumbukannya. Untuk

alasan ini, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume yang didudukinya;

sebagai penurunan volume, tekanan meningkat dan sebaliknya.

Hukum Charles. Karena energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan

temperatur mutlak sampel (asumsi 4), kenaikan temperatur akan meningkatkan

energi kinetik rata-rata. Akibatnya, molekul akan bertumbukan dengan dinding

wadah lebih sering dan dengan dampak yang lebih besar jika gas dipanaskan,

dengan demikian tekanan akan meningkat. Volume gas akan mengembang hingga

tekanan gas seimbang dengan tekanan eksternal konstan (lihat Gambar 5.7).

K i m i a D a s a r 1 | 194

Hukum Avogadro. Kita sudah ditunjukkan bahwa tekanan gas secara langsung

sebanding dengan kerapatan dan temperaturnya. Karena massa gas berbanding lurus

dengan jumlah mol (n) gas, maka dapat dinyatakan kerapatan dengan n/V. Sehingga,

𝑃 ∞ 𝑛

𝑉 𝑇

Untuk dua gas, 1 dan 2, kita tuliskan

𝑃1 ∞ 𝑛1𝑇1𝑉1 = 𝐶

𝑛1𝑇1𝑉1

𝑃2 ∞ 𝑛2𝑇2𝑉2

= 𝐶 𝑛2𝑇2𝑉2

di mana C adalah konstanta kesebandingan. Dengan demikian, untuk dua gas di bawah

kondisi tekanan, volume, dan temperatur yang sama (yaitu, bila P1 = P2, T1 = T2, dan V1

= V2), maka n1 = n2, yang merupakan pernyataan matematika hukum Avogadro.

Hukum Dalton tentang Tekanan parsial. Jika molekul tidak menarik atau

menolak satu sama lain (asumsi 3), maka tekanan yang diberikan oleh salah satu

jenis molekul tidak dipengaruhi oleh kehadiran gas lain. Akibatnya, tekanan total

yang diberikan adalah jumlah tekanan masing-masing gas.

Distribusi Kecepatan Molekul

Teori kinetik gas memungkinkan kita untuk menyelidiki gerak molekul secara lebih

rinci. Andaikan kita memiliki sejumlah besar molekul gas, katakanlah, 1 mol, dalam

sebuah wadah. Selama kita menjaga temperatur tetap konstan, energi kinetik rata-rata

dan kecepatan kuadrat rata-rata akan tetap tidak berubah seiring berjalannya waktu.

Seperti yang Anda duga, gerakan molekul benar-benar acak dan tak terduga. Pada suatu

saat tertentu, berapa banyak molekul yang bergerak pada kecepatan tertentu? Untuk

menjawab pertanyaan ini Maxwell menganalisis perilaku molekul gas pada temperatur

yang berbeda.

Gambar 5.15 (a) menunjukkan kurva distribusi kecepatan Maxwell untuk gas nitrogen

pada tiga temperatur yang berbeda. Pada temperatur tertentu, kurva distribusi

memberitahu kita jumlah molekul yang bergerak pada kecepatan tertentu. Puncak dari

setiap kurva mewakili kecepatan yang paling mungkin, yaitu, kecepatan molekul

dengan jumlah terbesar. Perhatikan bahwa kecepatan yang paling mungkin semakin

meningkat dengan meningkatnya temperatur (pergeseran puncak ke arah kanan). Selain

itu, kurva juga mulai datar dengan meningkatnya temperatur, yang menunjukkan bahwa

semakin banyaknya jumlah molekul yang bergerak dengan kecepatan yang lebih besar.

Gambar 5.15 (b) menunjukkan distribusi kecepatan dari tiga gas pada temperatur yang

sama. Perbedaan dalam kurva dapat dijelaskan dengan mencatat bahwa rata-rata

molekul ringan bergerak lebih cepat daripada yang lebih berat.

K i m i a D a s a r 1 | 195

(5.16)

Gambar 5.15 (a) Distribusi kecepatan untuk gas nitrogen pada tiga temperatur yang berbeda. Pada

temperatur yang lebih tinggi, lebih banyak molekul yang bergerak pada kecepatan yang lebih cepat. (b)

Distribusi kecepatan untuk tiga gas pada 300 K. Pada temperatur tertentu, rata-rata molekul ringan

bergerak lebih cepat.

Kecepatan Akar Rata-rata Kuadrat

Rata-rata seberapa cepat molekul bergerak pada temperatur T? Salah satu cara untuk

memperkirakan kecepatan molekul adalah menghitung kecepatan akar rata-rata

kuadrat (urms), yang merupakan kecepatan molekul rata-rata. Salah satu hasil dari teori

kinetik gas adalah bahwa energi kinetik total satu mol gas apapun sama dengan 3/2RT.

Sebelumnya, kita melihat bahwa energi kinetik rata-rata satu molekul adalah 1/2mu2

sehingga kita dapat menuliskan

NA(½mū2) = 3/2RT

dimana NA adalah bilangan Avogadro dan m adalah massa satu molekul. Karena NAm =

Mr, dimana Mr adalah massa molar, persamaan ini dapat disusun kembali untuk

memberikan

ū2 = 3𝑅𝑇

𝑀𝑟

Dengan mengambil akar kuadrat dari kedua sisi memberikan

√ū2 = 𝑢𝑟𝑚𝑠 = √3𝑅𝑇

𝑀𝑟

Persamaan (5.16) menunjukkan bahwa kecepatan akar rata-rata kuadrat dari gas

meningkat dengan akar kuadrat dari temperatur (dalam kelvin). Karena Mr muncul

dalam penyebut, maka semakin berat gas, semakin lambat gerakan molekulnya. Jika

kita mengganti 8,314 J/K.mol untuk R (lihat Lampiran 1) dan mengkonversi massa

molar ke kg/mol, maka urms akan dihitung dalam meter per detik (m/s).

K i m i a D a s a r 1 | 196

Perhitungan pada Contoh 5.9 memiliki hubungan yang menarik dengan komposisi

atmosfer bumi. Tidak seperti Jupiter, bumi tidak memiliki jumlah yang cukup banyak

hidrogen atau helium di atmosfernya. Mengapa hal ini terjadi? Sebuah planet yang lebih

kecil dari Jupiter, bumi memiliki gaya tarik gravitasi yang lebih lemah untuk molekul-

molekul ringan. Sebuah perhitungan cukup sederhana menunjukkan bahwa untuk

melarikan diri medan gravitasi bumi, molekul harus memiliki suatu kecepatan

melarikan diri sama atau lebih besar dari 1,1 × 104 m/s. Karena kecepatan rata-rata

helium jauh lebih besar dari molekul molekul nitrogen atau oksigen, atom helium lebih

Hitung kecepatan akar rata-rata kuadrat atom helium dan molekul nitrogen dalam m/s pada 25°C.

Strategi Untuk menghitung kecepatan akar rata-rata kuadrat kita perlu Persamaan (5.16). Apa satuan

yang harus kita gunakan untuk R dan Mr supaya urms akan dinyatakan dalam m/s?

Solusi Untuk menghitung urms, satuan R harus 8,314 J/K.mol dan, karena 1 J = 1 kg m2/s2, massa molar

harus dalam kg/mol. Massa molar He adalah 4,003 g/mol, atau 4,003 × 10-3 kg/ mol. Dari Persamaan

(5.16),

𝑢𝑟𝑚𝑠 = √3RT

Mr

= √3 (8,314

J

K. mol) (298 K)

4,003 × 10−3 kg/mol

= √1,86 × 106 J/kg

Menggunakan faktor konversi 1 J = 1 kg m2/s2 kita mendapatkan

𝑢𝑟𝑚𝑠 = √1,86 × 106 kg.m2kg−1s2

= √1,86 × 106 m2s2

= 𝟏, 𝟑𝟔 × 𝟏𝟎𝟑 𝐦/𝐬

Prosedurnya sama untuk N2, dimana massa molarnya 28,02 g/mol, atau 2,802 × 10-2 kg/mol sehingga

kita tulis

𝑢𝑟𝑚𝑠 = √3 (8,314

J

K. mol) (298 K)

2,802 × 10−2 kg/mol

= √2,65 × 105 m2s2

= 𝟓𝟏𝟓 𝐦/𝐬

Cek Karena He adalah gas yang lebih ringan, kita harap akan bergerak lebih cepat dibandingkan N2.

Sebuah cara cepat untuk memeriksa jawaban adalah catat bahwa perbandingan dari dua nilai urms

(1,36 × 103/515 ~ 2,6) harus sama dengan akar kuadrat dari perbandingan massa molar N2

terhadap He, yaitu, √28/4 ~ 2,6.

Latihan Hitung kecepatan akar rata-rata kuadrat molekul klorin dalam m/s pada 20°C.

CONTOH 5.9

K i m i a D a s a r 1 | 197

(5.17)

cepat melarikan diri dari atmosfer bumi ke angkasa luar. Akibatnya, hanya sejumlah

kecil helium yang ada di atmosfer kita. Di sisi lain, Jupiter, dengan massa sekitar 320

kali lebih besar daripada bumi, mempertahankan gas berat maupun ringan di

atmosfernya.

Difusi dan Efusi Gas

Difusi Gas

Gambaran langsung dari gerakan acak diperlihatkan oleh difusi, campuran bertahap

dari satu molekul gas dengan molekul lain berdasarkan sifat kinetiknya. Terlepas dari

kenyataan bahwa kecepatan molekul yang sangat besar, proses difusi memakan waktu

yang relatif lama hingga selesai. Sebagai contoh, ketika botol larutan amonia pekat

dibuka di salah satu ujung bangku lab, dibutuhkan beberapa waktu sebelum seseorang

di ujung bangku bisa mencium baunya. Alasannya adalah bahwa molekul mengalami

banyak tumbukan sambil bergerak dari satu ujung bangku ke ujung yang lain, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 5.16. Dengan demikian, difusi gas selalu terjadi secara

bertahap, dan tidak langsung seperti kecepatan molekul yang diperkirakan. Selain itu,

karena kecepatan akar rata-rata kuadrat gas cahaya lebih besar dari gas yang lebih berat

(lihat Contoh 5.9), gas yang lebih ringan akan menyebar melalui ruang tertentu lebih

cepat daripada gas yang lebih berat. Gambar 5.17 menggambarkan difusi gas.

Pada tahun 1832 ahli kimia Skotlandia Thomas Graham menemukan bahwa di bawah

kondisi temperatur dan tekanan yang sama, laju difusi untuk gas berbanding terbalik

dengan akar kuadrat massa molarnya. Pernyataan ini, sekarang dikenal sebagai hukum

difusi Graham, dinyatakan secara matematis sebagai

𝑟1

𝑟2= √

𝑀𝑟2

𝑀𝑟1

dimana r1 dan r2 adalah tingkat difusi gas 1 dan 2, dan 𝑀𝑟1 dan 𝑀𝑟2 masing-masing

adalah massa molar mereka.

Gambar 5.16 Jalan yang ditempuh oleh molekul gas tunggal. Setiap perubahan arah merupakan

tabrakan dengan molekul lain.

K i m i a D a s a r 1 | 198

Gambar 5.17 Sebuah gambaran difusi gas. Gas NH3 (dari botol yang mengandung amonia berair) yang

bergabung dengan gas HCl (dari botol yang mengandung asam klorida) untuk membentuk NH4Cl padat.

Karena NH3 lebih ringan maka akan berdifusi lebih cepat, padatan NH4Cl pertama kali muncul dekat

botol HCl (di sebelah kanan).

Efusi gas

Sedangkan difusi adalah suatu proses dimana satu gas secara bertahap bercampur

dengan gas lainnya, efusi adalah proses dimana gas di bawah tekanan lolos dari satu

kompartemen wadah lain dengan melewati lubang kecil. Gambar 5.18 menunjukkan

efusi gas ke dalam ruang hampa. Meskipun efusi berbeda dari difusi di alam, tingkat

efusi gas memiliki bentuk yang sama seperti hukum difusi Graham [lihat persamaan

(5.17)]. Sebuah balon karet helium mengempis cepat daripada satu udara penuh karena

laju efusi melalui pori-pori karet lebih cepat untuk atom helium yang lebih ringan

daripada molekul udara. Secara industri, efusi gas digunakan untuk memisahkan isotop

uranium dalam bentuk 235UF6 gas dan 238UF6. Dengan menundukkan gas ke banyak

tahap efusi, para ilmuwan dapat memperoleh isotop 235U yang sangat tinggi, yang

digunakan dalam pembuatan bom atom selama Perang Dunia II.

Gambar 5.18 Efusi gas. Molekul gas bergerak dari daerah bertekanan tinggi (kiri) ke tekanan rendah-

satu melalui lubang jarum.

K i m i a D a s a r 1 | 199

5.7 Penyimpangan Perilaku Ideal

Hukum gas dan teori kinetik molekul menganggap bahwa molekul dalam keadaan gas

tidak melakukan gaya, baik menarik atau menolak, satu sama lain. Asumsi lainnya

adalah bahwa volume molekul yang kecil diabaikan dibandingkan dengan wadahnya.

Suatu gas yang memenuhi kedua kondisi tersebut dikatakan menunjukkan perilaku yang

ideal.

Meskipun kita dapat mengasumsikan bahwa gas nyata berperilaku seperti gas ideal, kita

tidak bisa mengharapkan mereka untuk melakukannya dalam semua kondisi. Sebagai

Suatu gas yang mudah terbakar hanya terdiri dari karbon dan hidrogen ditemukan keluar melalui

penghalang berpori dalam 3,50 menit. Di bawah kondisi temperatur dan tekanan yang sama,

dibutuhkan volume yang sama dari gas klorin dalam 7,34 menit untuk keluar melalui penghalang yang

sama. Hitung massa molar gas yang tidak diketahui, dan perkirakan kemungkinan gas ini.

Strategi Tingkat difusi adalah jumlah molekul melewati penghalang berpori dalam waktu tertentu.

Semakin lama waktu yang dibutuhkan, semakin lambat lajunya. Oleh karena itu, angka ini berbanding

terbalik dengan waktu yang dibutuhkan untuk difusi. Persamaan (5.17) sekarang dapat ditulis sebagai

𝑟1/𝑟2 = 𝑡2/𝑡1 = √𝑀𝑟2/𝑀𝑟1 , dimana t1 dan t2 adalah waktu masing-masing untuk efusi gas 1 dan 2.

Solusi Dari massa molar Cl2, kita menulis

3,50 menit

7,34 menit= √

𝑀𝑟70,90 g/mol

di mana Mr adalah massa molar gas yang diketahui. Pemecahan untuk Mr, kita memperoleh

𝑀𝑟 = (3,50 menit

7,34 menit)

2

× 70,90 g/mol = 𝟏𝟔, 𝟏 𝐠/𝐦𝐨𝐥

Karena massa molar karbon adalah 12,01 g dan hidrogen adalah 1,008 g, maka gas tersebut adalah gas

metana (CH4).

Cek Karena gas lebih ringan keluar lebih cepat dari gas berat, massa molar gas yang tidak diketahui

harus lebih kecil dibandingkan dengan gas klor. Memang, massa molar dari metana (16,04 g) kurang

dari massa molar gas klor (70,90 g).

Latihan Dibutuhkan 192 s untuk gas yang tidak diketahui keluar melalui dinding berpori dan 84 s untuk

volume yang sama gas N2 keluar pada temperatur dan tekanan yang sama. Berapakah massa molar gas

yang tidak diketahui?

CONTOH 5.10

REVIEW KONSEP

Jika 0,50 mol H2 (g) dan 1,0 mol He (g) dibandingkan pada temperatur dan tekanan standar, yang mana dari jumlah berikut akan sama satu sama lain? (a) laju efusi, (b) kecepatan molekul rata-rata, (c) energi kinetik rata-rata, (d) volume.

K i m i a D a s a r 1 | 200

contoh, tanpa gaya antarmolekul, gas tidak bisa mengembun untuk membentuk cairan.

Pertanyaan penting adalah: Dalam kondisi apa gas kemungkinan besar akan

menunjukkan perilaku tak ideal?

Gambar 5.19 menunjukkan PV/RT diplot terhadap P untuk tiga gas nyata dan gas ideal

pada temperatur tertentu. Grafik ini menyediakan pengujian terhadap perilaku gas ideal.

Menurut persamaan gas ideal (untuk 1 mol gas), PV/RT sama dengan 1, terlepas dari

tekanan gas yang sebenarnya. (Ketika n = 1, PV = nRT menjadi PV = RT, atau PV/RT =

1) Untuk gas nyata, ini benar hanya pada tekanan yang cukup rendah (≤ 5 atm);

penyimpangan yang signifikan terjadi sejalan dengan peningkatan tekanan. Gaya tarik

menarik antara molekul berkerja pada jarak yang relatif pendek. Pada tekanan atmosfer,

molekul-molekul dalam gas terpisah jauh dan gaya tarik menariknya diabaikan. Pada

tekanan tinggi, kerapatan gas meningkat; molekul lebih dekat satu sama lain. Gaya

antarmolekul kemudian cukup signifikan untuk mempengaruhi gerakan molekul, dan

gas tidak akan berperilaku ideal.

Gambar 5.19 Plot dari PV/RT terhadap P dari 1 mol gas pada 0°C. Untuk 1 mol gas ideal, PV/RT

adalah sama dengan 1, tidak peduli berapa tekanan dari gas. Untuk gas nyata, kita amati berbagai

penyimpangan dari idealitas pada tekanan tinggi. Pada tekanan yang sangat rendah, semua gas

menunjukkan perilaku yang ideal, yaitu, harga PV/RT-nya mendekati 1 saat P mendekati nol.

Cara lain untuk mengamati perilaku tak ideal gas adalah dengan penurunan temperatur.

Pendinginan gas menurunkan energi kinetik rata-rata molekul, yang dapat dimengerti

bahwa molekul yang gerakannya terhalang, memerluka upaya untuk meloloskan diri

dari saling tarik-menarik di antara mereka sendiri.

Untuk mempelajari gas nyata secara seksama, maka, kita perlu memodifikasi

persamaan gas ideal, dengan mempertimbangkan perhitungan gaya antarmolekul dan

volume molekul tertentu. Seperti analisis pertama yang dibuat oleh fisikawan Belanda

JD van der Waals pada tahun 1873. Selain secara matematis sederhana, perlakuan van

der Waals yang memberikan kita interpretasi perilaku gas nyata pada tingkat molekuler.

Perhatikan pendekatan molekul tertentu ke arah dinding wadah (Gambar 5.20). Gaya

tarik menarik antarmolekul yang diberikan oleh tetangganya cenderung melemahkan

dampak yang dibuat oleh molekul ke dinding. Efek keseluruhan adalah tekanan gas

menjadi rendah dari yang kita harapkan untuk gas ideal. Van der Waals menyarankan

K i m i a D a s a r 1 | 201

bahwa tekanan yang dikenakan oleh gas ideal, Pideal, berkaitan dengan pengukuran

secara eksperimen; yaitu, tekanan yang diamati, Pobs, oleh persamaan

𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 𝑃𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 + 𝑎𝑛2

𝑉2

di mana a adalah konstanta dan n dan V masing-masing adalah jumlah mol dan volume

gas. Syarat koreksi untuk tekanan (an2/V2) dapat dipahami sebagai berikut. Gaya

antarmolekul yang menimbulkan perilaku nonideal tergantung pada seberapa sering

setiap dua molekul saling berdekatan. Jumlah "pertemuan" tersebut meningkat seiring

dengan kuadrat dari jumlah molekul per satuan volume, (n/V)2, karena kehadiran

masing-masing dua molekul di wilayah tertentu sebanding dengan n/V sehingga a

adalah hanya konstanta kesebandingan. Kuantitas Pideal adalah tekanan yang akan kita

mengukur jika tidak ada gaya tarik menarik antarmolekul.

Gambar 5.20 Pengaruh gaya antarmolekul pada tekanan yang diberikan oleh gas. Kecepatan molekul

yang bergerak menuju dinding wadah (bola merah) berkurang oleh gaya tarik menarik yang diberikan

oleh tetangganya (bidang abu-abu). Akibatnya, dampak dari molekul ini membuat dinding tidak sama

besar seperti jika tidak ada gaya antarmolekul yang hadir. Secara umum, tekanan gas yang diukur lebih

rendah dari tekanan gas yang dikenakan jika berperilaku secara ideal.

Koreksi lain menyangkut volume yang ditempati oleh molekul gas. Dalam persamaan

gas ideal, V merupakan volume wadah. Namun, setiap molekul menempati volume

intrinsik tertentu, meskipun kecil, sehingga volume efektif gas menjadi (V - nb), dimana

n adalah jumlah mol gas dan b adalah sebuah konstanta. Suku nb menyatakan volume

yang ditempati oleh mol n gas.

Setelah diperhitungkan koreksi untuk tekanan dan volume, kita dapat menulis ulang

persamaan gas ideal sebagai berikut:

tekanan teramati

suku koreksi

K i m i a D a s a r 1 | 202

(5.18) (𝑃 + 𝑎𝑛2

𝑉2) (𝑉 − 𝑛𝑏) = 𝑛𝑅𝑇

Persamaan (5.18), mengaitkan P, V, T, dan n untuk gas non ideal, dikenal sebagai

persamaan van der Waals. Konstanta Van der Waals a dan b dipilih untuk memberikan

kemungkinan kesesuaian terbaik antara Persamaan (5.18) dan perilaku yang diamati

dari gas tertentu.

Tabel 5.3 merinci nilai dari a dan b untuk sejumlah gas. Nilai a menunjukkan seberapa

kuat molekul dari suatu jenis gas menarik satu sama lain. Kita melihat bahwa atom

helium memiliki daya tarik terlemah satu sama lain, karena helium memiliki nilai a

terkecil. Ada juga hubungan yang kasar antara ukuran molekul dan b. Umumnya,

semakin besar molekul (atau atom), b lebih besar, tetapi hubungan antara b dan ukuran

molekul (atau atom) tidaklah sederhana.

Tabel 5.3 Konstanta van der Waals pada Beberapa

Gas

Gas a

b

He 0,034 0,0237

Ne 0,211 0,0171

Ar 1,34 0,0322

Kr 2,32 0,0398

Xe 4,19 0,0266

H2 0,244 0,0266

N2 1,39 0,0391

O2 1,36 0,0318

Cl2 6,49 0,0562

CO2 3,59 0,0427

CH4 2,25 0,0428

CCl4 20,4 0,138

NH3 4,17 0,0371

H2O 5,46 0,0305

tekanan terkoreksi

volume

terkoreksi

K i m i a D a s a r 1 | 203

Diberikan 2,75 mol CO2 yang menempati 4,70 L pada 53°C, hitung tekanan gas (dalam atm)

menggunakan (a) persamaan gas ideal dan (b) persamaan van der Waals.

Strategi Untuk menghitung tekanan CO2 gunakan persamaan gas ideal, kita lanjutkan seperti pada

Contoh 5.2. Apa koreksi yang dibuat dengan persyaratan tekanan dan volume dalam persamaan van

der Waals?

Solusi

a) Kita memiliki data berikut:

V = 4,70 L

T = (53 + 273) K = 326 K

n = 2,75 mol

R = 0,0821 L.atm/K.mol

Substitusikan nilai tersebut ke dalam persamaan gas ideal, kita menulis

𝑃 = 𝑛𝑅𝑇

𝑉

= (2,75 mol)(0,0821 L. atm/K.mol)(326 K)

4,70 𝐿

= 𝟏𝟓, 𝟕 𝐚𝐭𝐦

b) Kita perlu Persamaan (5.18). Hal ini pertama untuk menghitung istilah koreksi dalam Persamaan

(5.18) secara terpisah. Dari Tabel 5.3, kita memiliki

a = 3,59 atm.L2/mol2

b = 0,0427 L/mol

sehingga suku koreksi untuk tekanan dan volume adalah

𝑎𝑛2

𝑉2 = (3,59 atm. L2/mol2)(2,75 mol)2

(4,70 L)2= 1,23 atm

nb = (2,75 mol)(0,0427 L/mol) = 0,117 L

Akhirnya, substitusikan nilai tersebut dalam persamaan van der Waals, kita memiliki

(P + 1,23 atm)(4,70 L – 0,117 L) = (2,72 mol)(0,0821 L.atm/K.mol)(326 K)

P = 14,8 atm

Cek Berdasarkan pemahaman Anda tentang perilaku gas non ideal, adalah masuk akal bahwa tekanan

dihitung menggunakan persamaan van der Waals harus lebih kecil dari yang menggunakan persamaan

gas ideal? Kenapa?

Latihan Menggunakan data yang ditampilkan pada Tabel 5.3, Hitung tekanan yang diberikan oleh 4,37

mol gas klor dalam volume 2,45 L pada 38°C. Bandingkan tekanan dengan yang dihitung dengan

menggunakan persamaan gas ideal.

CONTOH 5.11

REVIEW KONSEP

Berapa kondisi tekanan dan temperatur yang menyebabkan penyimpangan besar dari perilaku ideal?

K i m i a D a s a r 1 | 204

PERSAMAAN KUNCI

P1V1 = P2V2 (5.2) Hukum Boyle, untuk perhitungan perubahan tekanan atau

volume

𝑉1𝑇1 =

𝑉2𝑇2

(5.4) Hukum Charles, untuk perhitungan perubahan temperature atau

volume

𝑃1𝑇1 =

𝑃2𝑇2

(5.6) Hukum Charles, untuk perhitungan perubahan temperature atau

tekanan

V = k4n (5.7) Hukum Avogadro, P dan T konstan

PV = nRT (5.8) Persamaan gas ideal


= 𝑃2𝑉2𝑛2𝑇2

(5.9) Kombinasi persamaan gas ideal untuk keadaan awal dan akhir

𝑃1𝑉1𝑇1

= 𝑃2𝑉2𝑇2

(5.10) Untuk perhitungan perubahan tekanan, temperature, atau

volume saat n konstan

𝑑 = 𝑃𝑀𝑟

𝑅𝑇

(5.11) Untuk perhitungan kerapatan atau massa molar

𝑋𝑖 = 𝑛𝑖𝑛𝑇

(5.13) Definisi fraksi mol

Pi = XiPT (5.14) Hukum Dalton tentang tekanan parsial. Untuk perhitungan

tekanan parsial

𝑢𝑟𝑚𝑠 = √3𝑅𝑇

𝑀𝑟

(5.16) Untuk perhitungan kecepatan akar rata-rata kuadrat molekul gas

𝑟1𝑟2= √

𝑀𝑟2𝑀𝑟1

(5.17) Hukum difusi dan efusi Graham

(𝑃 + 𝑎𝑛2

𝑉2) (𝑉 − 𝑛𝑏) = 𝑛𝑅𝑇

(5.18) Persamaan van der Waals. Untuk perhitungan tekanan gas

nonideal

K i m i a D a s a r 1 | 205

RINGKASAN FAKTA DAN KONSEP

K i m i a D a s a r 1 | 206

1. Dalam kondisi atmosfer, sejumlah unsur

berwujud gas: H2, N2, O2, O3, F2, Cl2, dan

unsur golongan VIIIA (gas mulia).

2. Gas mengerahkan tekanan karena

molekulnya bergerak bebas dan

bertumbukan dengan permukaan jalannya.

Satuan tekanan gas termasuk milimeter air

raksa (mmHg), torr, pascal, dan atmosfer.

Satu atmosfer sama dengan 760 mmHg,

atau 760 torr.

3. Hubungan tekanan-volume gas ideal diatur

oleh hukum Boyle: Volume berbanding

terbalik terhadap tekanan (pada T dan n

konstan). Hubungan temperatur-volume

gas ideal digambarkan oleh Charles dan

hukum Gay-Lussac: Volume sebanding

dengan temperatur (pada P dan n konstan).

Nol mutlak (-273,15°C) adalah temperatur

terendah yang dicapai secara teoritis. Pada

skala temperatur Kelvin, 0 K adalah nol

mutlak. Dalam semua perhitungan hukum

gas, temperatur harus dinyatakan dalam

kelvin. Hubungan jumlah-volume gas ideal

dijelaskan oleh hukum Avogadro: Dengan

volume gas sama mengandung jumlah mol

gas yang sama (pada T dan P tetap).

4. Persamaan gas ideal, PV = nRT,

menggabungkan hukum Boyle, Charles,

dan Avogadro. Persamaan ini

menggambarkan perilaku gas ideal.

5. Hukum Dalton tentang tekanan parsial

menyatakan bahwa dalam campuran gas

masing-masing gas mengerahkan tekanan

yang sama karena sendiri dan menduduki

volume yang sama.

6. Teori kinetik molekular, cara matematis

menggambarkan perilaku molekul gas,

didasarkan pada asumsi sebagai berikut:

Molekul gas dipisahkan oleh jarak yang

jauh lebih besar daripada dimensi mereka

sendiri, memiliki massa namun volumenya

diabaikan, berada dalam gerakan konstan,

dan sering betumbukan satu sama lain.

Molekul-molekulnya tidak menarik atau

menolak satu sama lainn. Kurva distribusi

kecepatan Maxwell menunjukkan seberapa

banyak molekul gas bergerak pada

berbagai kecepatan pada temperatur

tertentu. Seiring dengan peningkatan

temperatur, lebih banyak molekul bergerak

dengan kecepatan yang lebih besar.

7. Dalam difusi, dua gas secara bertahap

bercampur satu sama lain. Pada efusi,

molekul gas bergerak melalui lubang kecil

di bawah tekanan. Kedua proses tersebut

diatur oleh hukum matematika yang sama.

8. Persamaan Van der Waals merupakan

modifikasi dari persamaan gas ideal yang

memperhitungkan prilaku non ideal gas

nyata. Ini mengoreksi dua fakta: molekul

gas nyata mengerahkan gaya satu sama

lain dan memiliki volume. Konstanta Van

der Waals ditentukan secara eksperimental

untuk masing-masing gas.


KATA KUNCI

Barometer

Difusi

Efusi

Energi kinetik

Fraksi mol

Hukum Avogadro

Hukum Charles dan

Gay-Lussac

Hukum Dalton tentang

tekanan parsial

Joule (J)

Kecepatan akar rata-

rata kuadrat (urms)

Konstanta gas

Manometer

Newton (N)

Nol mutlak

Pascal (Pa)

Persamaan gas ideal

Persamaan van der Waals

Skala temperatur Kelvin

Skala temperatur mutlak

Tekanan

Tekanan atmosfer

Tekanan atmosfer

standar (1 atm)

Tekanan dan

temperatur standar

(STP)

Tekanan parsial

Teori kinetik molekul


PERTANYAAN DAN SOAL

Zat yang Berwujud Gas


5.1 Sebutkan lima unsur dan lima senyawa yang berwujud gas pada temperatur

kamar.

5.2 Terangkan karakteristik fisik gas.

Tekanan Gas


5.3 Definisikan tekanan dan satuan umum untuk tekanan.

5.4 Jelaskan bagaimana barometer dan manometer dapat digunakan untuk mengukur

tekanan gas.

5.5 Mengapa merkuri lebih cocok digunakan dalam barometer daripada air?

5.6 Jelaskan mengapa ketinggian merkuri dalam barometer tidak tergantung pada

luas penampang tabung. Apakah barometer masih bekerja jika tabung itu miring

dengan sudut tertentu, katakanlah 15° (lihat Gambar 5.2)?

5.7 Manakah yang lebih mudah, minum air dengan sedotan di puncak atau di kaki

Mt. Everest? Jelaskan.

5.8 Apakah tekanan atmosfer di pertambangan yang terletak 500 m di bawah

permukaan laut lebih besar atau lebih kecil dari 1 atm?

5.9 Apa perbedaan antara gas dan uap? Pada 25°C, manakah dari zat berikut dalam

fasa gas yang lebih tepat disebut gas dan yang lebih tepat disebut uap: molekul

nitrogen (N2) ataukah merkuri?

5.10 Jika jarak maksimum air yang mungkin terbawa dengan baik oleh pompa hisap

adalah 34 kaki (10,3 m), bagaimana kemungkinan untuk mendapatkan air dan

minyak dari ratusan meter di bawah permukaan bumi?

5.11 Mengapa jika pembacaan barometer di satu bagian dunia, menjadi naik di tempat

lain?

5.12 Mengapa astronot harus memakai pakaian pelindung ketika mereka berada di

permukaan bulan?

Soal

5.13 Konversikan 634 mmHg menjadi atm, torr, dan kPa.

5.14 Tekanan atmosfer di puncak Mt. McKinley adalah 606 mmHg pada hari tertentu.

Berapa tekanan dalam atm dan kPa?

Hukum Gas


5.15 Nyatakan hukum gas dalam bentuk kata-kata dan juga dalam bentuk persamaan:

hukum Boyle, hukum Charles, hukum Avogadro. Dalam setiap kasus, tunjukkan

kondisi dimana hukum berlaku, dan berikan satuan untuk setiap besaran dalam

persamaan.


5.16 Jelaskan mengapa helium mengembang dalam balon dan naik di udara.

Asumsikan bahwa temperatur tetap konstan.

Soal

5.17 Suatu sampel gas dari zat yang didinginkan pada tekanan konstan. Manakah dari

diagram berikut ini yang paling menujukkan situasi tersebut jika temperatur:

(a) di atas titik didih zat, dan

(b) di bawah titik didih tetapi di atas titik beku zat?

5.18 Perhatikan sampel gas berikut dalam silinder yang dilengkapi dengan piston

bergerak. Awalnya ada mol n gas pada temperatur T, tekanan P, dan volume V.

Pilih silinder yang ditunjukkan berikut yang menyatakan dengan benar gas setelah

setiap perubahan berikut. (1) Tekanan pada piston adalah tiga kali lipat pada n dan T

konstan. (2) Temperatur dua kali lipat pada n dan P konstan. (3) n mol gas lain yang

ditambahkan pada T dan P konstan. (4) T adalah dibelah dua dan tekanan pada piston

dikurangi menjadi seperempat dari nilai aslinya.

5.19 Suatu gas yang menempati volume 725 mL pada tekanan 0,970 atm

mengembang pada temperatur konstan sampai tekanannya mencapai 0,541 atm.

Berapa volume akhirnya?

5.20 Pada 46°C sampel gas amonia memberikan tekanan sebesar 5,3 atm. Berapa

tekanannya ketika volume gas dikurangi menjadi sepersepuluh (0,10) dari nilai

aslinya pada temperatur yang sama?

5.21 Volume gas adalah 5,80 L, diukur pada 1,00 atm. Berapa tekanan gas dalam

mmHg jika volume diubah menjadi 9,65 L? (Temperatur tetap konstan.)

(a) (b) (c)

(a) (b) (c) (d)


5.22 Sebuah sampel udara menempati 3,8 L saat tekanan 1,2 atm. (a) Berapakah

volume yang ditempati pada 6,6 atm? (b) Berapa tekanan yang diperlukan dalam

rangka memampatkannya menjadi 0,075 L? (Temperatur dijaga konstan.)

5.23 36,4 L gas metana dipanaskan dari 25°C menjadi 88°C pada tekanan konstan.

berapa volume akhir gas?

5.24 Di bawah kondisi tekanan konstan sampel gas hidrogen awalnya pada 88°C dan

9,6 L didinginkan sampai volume akhirnya 3,4 L. Berapa temperatur akhirnya?

5.25 Amoniak terbakat dalam gas oksigen membentuk oksida nitrat (NO) dan uap air.

Berapa volume NO yang diperoleh dari satu volume amoniak pada temperatur

dan tekanan yang sama?

5.26 Molekul klorin dan molekul florin bergabung membentuk produk gas. Di bawah

kondisi temperatur dan tekanan yang sama ditemukan bahwa satu volume Cl2

bereaksi dengan tiga volume F2 menghasilkan dua volume produk. Apa rumus

produk tersebut?

Persamaan Gas Ideal


5.27 Rincilah karakteristik gas ideal.

5.28 Tuliskan persamaan gas ideal dan juga nyatakan dalam kata-kata. Berikan satuan

untuk setiap istilah dalam persamaan.

5.29 Berapa temperatur dan tekanan standar (STP)? Apa arti penting dari STP

sehubungan dengan volume 1 mol gas ideal?

5.30 Mengapa kerapatan gas jauh lebih rendah dibandingkan dengan cairan atau

padatan di bawah kondisi atmosfer? Apa satuan yang biasanya digunakan untuk

menyatakan kerapatan gas?

Soal

5.31 Suatu sampel gas nitrogen disimpan dalam wadah bervolume 2,3 L dan pada

temperatur 32°C memberikan tekanan 4,7 atm. Hitung jumlah mol gas yang

hadir.

5.32 Diberikan 6,9 mol gas karbon monoksida dalam wadah bervolume 30,4 L, berapa

tekanan gas (dalam atm) jika temperaturnya 62°C?

5.33 Berapa volume 5,6 mol gas sulfur heksafluorida (SF6) yang akan ditempati jika

temperatur dan tekanan gas adalah 128°C dan 9,4 atm?

5.34 Sejumlah gas tertentu pada 25°C dan pada tekanan 0,800 atm berada dalam

wadah kaca. Misalkan kapal dapat menahan tekanan sebesar 2,00 atm. Seberapa

tinggi Anda bisa menaikkan temperatur gas tanpa meledakkan kapal?

5.35 Sebuah balon berisi gas yang memiliki volume 2,50 L pada 1,2 atm dan 25°C

diperbolehkan naik ke stratosfer (sekitar 30 km di atas permukaan bumi), di

mana temperatur dan tekanan masing-masing adalah 223°C dan 3,00 × 10-3 atm.

Hitung volume akhir balon.

5.36 Temperatur 2,5 L gas yang awalnya pada STP meningkat menjadi 250°C pada

volume konstan. Hitung tekanan akhirl gas dalam atm.


5.37 Tekanan dari 6,0 L gas ideal dalam wadah fleksibel menurun menjadi sepertiga

dari tekanan aslinya, dan temperatur mutlaknya menurun satu-setengahnya.

Berapa volume akhir gas?

5.38 Suatu gas berevolusi selama fermentasi glukosa (pembuatan anggur) memiliki

volume 0,78 L ketika diukur pada 20,1°C dan 1,00 atm. berapa volume gas ini

pada temperatur fermentasi 36,5°C dan tekanan 1,00 atm?

5.39 Suatu gas ideal pada awalnya 0,85 atm dan 66 ° C dapat mengembang sampai

volume, tekanan, dan temperatur akhirnya masing-masing adalah 94 mL, 0,60

atm, dan 45°C. Berapa volume awalnya?

5.40 Volume gas pada STP adalah 488 mL. Hitung volumenya pada 22,5 atm dan

150°C.

5.41 Suatu gas pada 772 mmHg dan 35,0°C menempati volume 6,85 L. Hitung

volumenya pada STP.

5.42 Es kering adalah karbon dioksida padat. 0.050 g es kering ditempatkan dalam 4,6

L bejana kosong pada 30°C. Hitung tekanan di dalam bejana setelah semua es

kering telah berubah menjadi gas CO2.

5.43 Gas bervolume 0,280 L pada STP dan memiliki berat 0,400 g. Hitung massa

molar gas.

5.44 Sejumlah gas seberat 7,10 g pada 741 torr dan 44°C menempati volume 5,40 L.

Berapa massa molarnya?

5.45 Molekul-molekul ozon ada di stratosfer menyerap banyak radiasi berbahaya dari

matahari. Biasanya, temperatur dan tekanan ozon di stratosfer masing-masing

adalah 250 K dan 1,0 × 10-3 atm. Berapa banyak molekul ozon yang hadir dalam

1,0 L udara pada kondisi ini?

5.46 Dengan mengasumsikan udara mengandung 78 persen N2, 21 persen O2, dan 1

persen Ar, yang semuanya dalam volume, berapa banyak molekul dari setiap

jenis gas yang ada dalam 1,0 L udara pada STP?

5.47 Sebuah bejana 2,10L mengandung 4,65 g gas pada 1,00 atm dan 27,0°C. (a)

Hitung kerapatan gas dalam gram per liter. (b) Berapakah massa molar gas?

5.48 Hitung kerapatan gas hidrogen bromida (HBr) dalam gram per liter pada 733

mmHg dan 46°C.

5.49 Sebuah anestesi tertentu mengandung persen massa, 64,9 persen C, 13,5 persen

H, dan 21,6 persen O. Pada 120°C dan 750 mmHg, 1,00 L senyawa gas memiliki

berat 2,30 g. Apa rumus molekul senyawa tersebut?

5.50 Suatu senyawa memiliki rumus empiris SF4. Pada 20°C, 0.100 g senyawa gas

menempati volume 22,1 mL dan memberikan tekanan 1,02 atm. Apa rumus

molekul nya?

5.51 Pelarutan 3,00 g sampel murni kalsium karbonat dalam asam klorida

menghasilkan 0,656 L karbon dioksida (diukur pada 20,0°C dan 792 mmHg).

Hitung persen massa kalsium karbonat dalam sampel. Nyatakan beberapa asumsi

yang digunakan.

5.52 Hitung massa dalam gram hidrogen klorida yang dihasilkan ketika 5,6 L molekul

hidrogen diukur pada STP bereaksi dengan molekul gas klorin berlebih.


5.53 Sejumlah 0,225 g logam M (massa molar = 27,0 g/mol) membebaskan 0,303 L

molekul hidrogen (diukur pada 17°C dan 741 mmHg) dari kelebihan asam

klorida. Simpulkan dari data ini persamaan yang sesuai dan tuliskan rumus untuk

oksida dan sulfat dari M.

5.54 Senyawa P dan F dianalisis sebagai berikut: Pemanasan 0,2324 g senyawa dalam

wadah 378 cm3 berubah seluruhnya menjadi gas, yang memiliki tekanan 97,3

mmHg pada 77°C. Kemudian gas dicampur dengan larutan kalsium klorida, yang

ternyata mengubah seluruh F menjadi 0,2631 g CaF2. Tentukan rumus molekul

dari senyawa tersebut.

Hukum Dalton tentang Tekanan Parsial


5.55 Definisikan hukum Dalton tentang tekanan parsial dan fraksi mol. Apakah fraksi

mol memiliki satuan?

5.56 Suatu sampel udara hanya berisi gas nitrogen dan gas oksigen yang masing-

masing tekanan parsialnya adalah 0,80 atm dan 0,20 atm. Hitung tekanan total

dan fraksi mol gas.

Soal

5.57 Campuran gas mengandung CH4, C2H6, dan C3H8. Jika tekanan totalnya 1,50 atm

dan jumlah mol gas saat ini adalah 0,31 mol untuk CH4, 0,25 mol untuk C2H6,

dan 0,29 mol untuk C3H8, Hitung tekanan parsial akhir gas.

5.58 Sebuah labu 2,5 L pada 15 ° C mengandung campuran dari tiga gas, N2, He, dan

Ne, pada tekanan parsial 0,32 atm untuk N2, 0,15 atm untuk He, dan 0,42 atm

untuk Ne. (a) Hitung tekanan total campuran. (b) Hitung volume dalam liter pada

STP yang ditempati oleh He dan Ne jika N2 akan dihapus secara selektif.

5.59 Udara kering di dekat permukaan laut memiliki komposisi volume berikut: N2,

78.08 persen; O2, 20,94 persen; Ar, 0,93 persen; CO2, 0,05 persen. Tekanan

atmosfer adalah 1,00 atm. Hitung (a) tekanan parsial masing-masing gas dalam

atm dan (b) konsentrasi masing-masing gas dalam mol per liter pada 0°C.

(Petunjuk: Karena volume sebanding dengan jumlah mol yang hadir, fraksi mol

gas dapat dinyatakan sebagai perbandingan volume pada temperatur dan tekanan

yang sama.)

5.60 Campuran gas helium dan neon dikumpulkan dia atas air pada 28,0°C dan 745

mmHg. Jika tekanan parsialyakin helium adalah 368 mmHg, berapa tekanan

parsial neon? (Tekanan uap air pada 28°C = 28,3 mmHg.)

5.61 Perhatikan tiga wadah gas berikut. Semuanya memiliki volume yang sama dan

pada temperatur yang sama. (a) Wadah mana yang memiliki fraksi mol terkecil

dari gas A (bola biru)? (b) Wadah mana yang memiliki tekanan parsial tertinggi

dari gas B (bola hijau)?


5.62 Volume kotak di sebelah kanan adalah dua kali lipat dari kotak di sebelah kiri.

Kotak-kotak mengandung atom helium (merah) dan molekul hidrogen (hijau)

pada temperatur yang sama. (a) Kotak mana yang memiliki tekanan total lebih

tinggi? (b) Kotak mana yang memiliki tekanan parsial helium yang lebih rendah?

5.63 Sepotong logam natrium bereaksi sempurna dengan air sebagai berikut:

2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)

Gas hidrogen yang dihasilkan dikumpulkan di atas permukaan air pada 25,0°C. Volume

gas adalah 246 mL diukur pada 1,00 atm. Hitung jumlah gram natrium yang digunakan

dalam reaksi. (Tekanan uap air pada 25°C = 0,0313 atm.)

5.64 Sampel logam seng dibiarkan bereaksi sepenuhnya dengan asam klorida

berlebih:

Zn(s) + 2HCl(aq) → 2ZnCl2(aq) + H2(g)

Gas hidrogen yang dihasilkan dikumpulkan di atas permukaan air pada 25,0°C dengan

menggunakan pengaturan yang sama dengan yang ditunjukkan dalam Gambar 5.14.

Volume gas adalah 7.80 L, dan tekanan atmosfer adalah 0,980 atm. Hitung jumlah

logam seng dalam gram yang dikonsumsi dalam reaksi. (Tekanan uap air pada 25°C =

23,8 mmHg.)

5.65 Helium dicampur dengan gas oksigen untuk penyelam laut dalam. Hitung persen

volume gas oksigen dalam campuran jika penyelam harus menenggelamkannya

hingga kedalaman di mana tekanan totalnya 4,2 atm. Tekanan parsial oksigen

dipertahankan pada 0,20 atm pada kedalaman ini.

5.66 Sampel gas amonia (NH3) terdekomposisi sempurna menjadi gas nitrogen dan

gas hidrogen di atas wol besi yang dipanaskan. Jika tekanan totalnya 866 mmHg,

hitung tekanan parsial N2 dan H2.

Teori Kinetik Molekul Gas


5.67 Apa asumsi dasar teori kinetik molekul gas?

5.68 Apakah gerak termal?

5.69 Apa yang kurva distribusi kecepatan Maxwell ceritakan pada kita? Apakah teori

Maxwell berlaku untuk sampel yang terdiri dari 200 molekul? Jelaskan.

(i) (ii) (iii)


5.70 Tuliskan pernyataan untuk kecepatan akar rata-rata kuadrat untuk gas pada

temperatur T. Definisikan setiap istilah dalam persamaan dan tunjukkan satuan

yang digunakan dalam perhitungan.

5.71 Manakah dari dua pernyataan berikut yang benar? (a) Panas dihasilkan oleh

tumbukan molekul gas terhadap satu sama lain. (b) Bila gas dipanaskan, molekul

akan lebih sering bertumbukan satu sama lain.

5.72 Tiga senyawa gas yang mengandung florin diilustrasikan berikut. Manakah dari

tiga gas yang akan memiliki kecepatan akar rata-rata kuadrat tertinggi? Manakah

dari tiga gas yang akan memiliki energi kinetik rata-rata tertinggi pada

temperatur tertentu?

Soal

5.73 Bandingkan kecepatan akar rata-rata kuadrat O2 dan UF6 pada 65°C.

5.74 Temperatur di stratosfer adalah -23°C. Hitung kecepatan root-mean-square N2,

O2, dan molekul O3 di wilayah ini.

5.75 Jarak rata-rata yang dilalui oleh suatu molekul yang bertumbukan beruntun

disebut jarak bebas rata-rata. Untuk sejumlah tertentu gas, bagaimana jarak bebas

rata-rata gas tergantung pada (a) kerapatan, (b) temperatur pada volume konstan,

(c) tekanan pada temperatur konstan, (d) volume pada temperatur konstan, dan

(e) ukuran atom?

5.76 Pada temperatur tertentu kecepatan enam molekul gas dalam sebuah wadah

adalah 2,0 m/s, 2,2 m/s, 2,6 m/s, 2,7 m/s, 3,3 m/s, dan 3,5 m/s. Hitung kecepatan

akar rata-rata kuadrat dan kecepatan rata-rata molekul. Kedua nilai rata-rata

dekat satu sama lain, tetapi nilai akar rata-rata kuadratnya selalu lebih besar.

Mengapa?

Penyimpangan Perilaku Ideal


5.77 Berikan dua bukti yang menunjukkan bahwa gas tidak berperilaku ideal dalam

semua kondisi.

5.78 Di bawah keadaan apa saja yang membuat gas diharapkan untuk berperilaku

paling ideal? (a) temperatur tinggi dan tekanan rendah, (b) temperatur tinggi dan

tekanan tinggi, (c) temperatur rendah dan tekanan tinggi, (d) temperatur rendah

dan tekanan rendah.

5.79 Tuliskan persamaan van der Waals untuk gas nyata. Jelaskan dengan jelas makna

istilah korektif untuk tekanan dan volume.

(a) (b) (c)


5.80 Temperatur gas nyata yang diperbolehkan mengembang ke ruang hampa

biasanya turun. Jelaskan.

Soal

5.81 Gunakan data yang ditampilkan pada Tabel 5.3, tekanan parsial yang diberikan

oleh 2,50 mol CO2 dalam 5,00 L volume pada 450 K. Bandingkan tekanannya

dengan yang dihitung menggunakan persamaan gas ideal.

5.82 Pada 27°C, 10,0 mol gas dalam wadah 1,50 L mengerahkan tekanan sebesar 130

atm. Apakah ini suatu gas ideal?

SOAL TAMBAHAN

5.83 Diskusikan fenomena berikut tentang hukum gas: (a) tekanan dalam ban mobil

meningkat di hari yang panas, (b) "letusan kecil" dari kantong kertas, (c)

pengembangan balon udara karena naik di udara, (d) suara keras terdengar ketika

bola lampu dihancurkan.

5.84 Nitrogliserin, sebuah peledak, terurai menurut persamaan:

4C3H5(NO3)3(s) → 12CO2(g) + 10H2O(g) + 6N2(g) + O2(g)

Hitung volume total gas yang dihasilkan ketika dikumpulkan pada 1,2 atm dan 25°C

dari 2,6 × 102 g nitrogliserin. Berapa tekanan parsial gas pada kondisi ini?

5.85 Rumus empiris suatu senyawa adalah CH. Pada 200°C, 0,145 g senyawa ini

menempati 97,2 mL pada tekanan 0,74 atm. Apa rumus molekul senyawa

tersebut?

5.86 Ketika amonium nitrit (NH4NO2) dipanaskan, maka terdekomposisi membentuk

gas nitrogen. Sifat ini digunakan untuk mengembangkan beberapa bola tenis. (a)

Tulis persamaan setara untuk reaksi. (b) Hitung jumlah (dalam gram) dari

NH4NO2 yang diperlukan untuk mengembang bola tenis ke volume 86,2 mL

pada 1,20 atm dan 22°C.

5.87 Persen massa bikarbonat (HCO3-) dalam produk Alka-Seltzer adalah 32,5 persen.

Hitung volume CO2 yang dihasilkan (dalam mililiter) pada 37°C dan 1,00 atm

ketika seseorang memakan 3,29 g tablet. (Petunjuk:. Reaksi antara HCO3- dan

asam HCl terjadi di lambung)

5.88 Titik didih nitrogen cair adalah -196°C. Atas dasar informasi ini sendiri, menurut

Anda apakah nitrogen termasuk gas ideal?

5.89 Dalam proses metalurgi pemurnian nikel, logam pertama kali dikombinasikan

dengan karbon monoksida untuk membentuk tetracarbonylnickel, yang

merupakan gas pada 43°C:

Ni(s) + 4CO(g) → Ni(CO)4(g)

Reaksi ini memisahkan nikel dari padatan lainnya. (a) Mulai dengan 86,4 g Ni, hitung

tekanan Ni(CO)4 dalam wadah bervolume 4,00 L. (Asumsikan reaksi di atas

berlangsung sempurna.) (b) Pada pemanasan sampel lebih lanjut di atas 43°C, diamati

bahwa tekanan gas meningkat jauh lebih cepat dari yang diperkirakan berdasarkan

persamaan gas ideal. Jelaskan.

K i m i a D a s a r 1 | 10

5.90 Tekanan parsial karbon dioksida bervariasi tergantung pada musim. Dapatkah

tekanan parsial di belahan bumi utara lebih tinggi di musim panas atau musim

dingin? Jelaskan.

5.91 Seorang dewasa yang sehat mengembuskan napas sekitar 5,0 × 102 mL campuran

gas setiap bernafas. Hitung jumlah molekul dalam volume ini pada 37°C dan 1,1

atm. Sebutkan komponen utama dari campuran gas tersebut.

5.92 Natrium bikarbonat (NaHCO3) disebut baking soda karena ketika dipanaskan, ia

melepaskan gas karbon dioksida, yang menyebabkan mengembangnya kue,

adonan kacang, dan roti. (a) Hitung volume (dalam liter) dari CO2 yang

dihasilkan dengan memanaskan 5,0 g NaHCO3 pada 180°C dan 1,3 atm. (b)

Amonium bikarbonat (NH4HCO3) juga telah digunakan untuk tujuan yang sama.

Sarankan satu keuntungan dan salah satu kelemahan dari menggunakan

NH4HCO3 bukan NaHCO3 untuk pembuatan kue.

5.93 Sebuah barometer yang memiliki luas penampang sebesar 1,00 cm2 di

permukaan laut mengukur tekanan 76,0 cm air raksa. Tekanan yang diberikan

oleh kolom air raksa adalah sama dengan tekanan yang diberikan oleh semua

udara pada 1 cm2 dari permukaan bumi. Mengingat bahwa kerapatan raksa

adalah 13,6 g/mL, dan jari-jari rata-rata bumi adalah 6371 km, Hitung massa

total atmosfer bumi dalam kilogram. (Petunjuk: Luas permukaan bola adalah

4r2, di mana r adalah jari-jari bola.)

5.94 Beberapa pembersih saluran komersial mengandung dua komponen: natrium

hidroksida dan serbuk aluminium. Bila campuran tersebut dituangkan pada

saluran yang tersumbat, reaksi berikut yang terjadi:

2NaOH(aq) + 2Al(s) + 6H2O(l) → 2NaAl(OH)4(aq) + 3H2(g)

Panas yang dihasilkan dalam reaksi ini membantu mencairkan hambatan seperti

minyak, dan gas hidrogen yang dilepaskan melonggarkan padatan yang menyumbat

saluran pembuangan. Hitung volume akhir H2 yang terbentuk pada STP jika 3,12 g Al

diperlakukan dengan NaOH berlebih.

5.95 Volume sampel gas HCl murni adalah 189 mL pada 25°C dan 108 mmHg.

Jumlah itu terlarut sempurna dalam sekitar 60 mL air dan dititrasi dengan larutan

NaOH, 15,7 mL larutan NaOH dibutuhkan untuk menetralkan HCl. Hitung

molaritas larutan NaOH.

5.96 Propana (C3H8) terbakar dalam oksigen menghasilkan gas karbon dioksida dan

uap air. (a) Tulis persamaan setara untuk reaksi ini. (b) Hitung jumlah liter

karbon dioksida diukur pada STP yang bisa dihasilkan dari 7,45 g propana.

5.97 Perhatikan peralatan berikut. Ketika sejumlah kecil air dimasukkan ke dalam

termos dengan menekan bola dari penetes obat-obatan, air disemprotkan keluar

ke atas dari tabung kaca panjang. Jelaskan pengamatan ini. (Petunjuk: Gas

hidrogen klorida larut dalam air.)

K i m i a D a s a r 1 | 11

5.98 Nitrat oksida (NO) bereaksi dengan molekul oksigen sebagai berikut:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Awalnya NO dan O2 dipisahkan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Bila katup

dibuka, reaksi sempurna cepat terjadi. Tentukan sisa gas akhir dan hitung tekanan

parsialnya. Asumsikan bahwa temperatur tetap konstan pada 25°C.

5.99 Alat yang ditunjukkan dalam diagram dapat digunakan untuk mengukur

kecepatan atom dan molekul. Andaikan seberkas atom logam diarahkan pada

sebuah silinder berputar dalam ruang hampa. Sebuah lubang kecil di silinder

memungkinkan atom untuk menyerang daerah sasaran. Karena silinder berputar,

atom bergerak dengan kecepatan berbeda yang akan menyerang target di posisi

yang berbeda pula. Pda suatu saat, suatu lapisan logam akan mengendap di

daerah sasaran, dan variasi ketebalan ditemukan sesuai dengan distribusi

kecepatan Maxwell. Dalam satu eksperimen ditemukan bahwa pada temperatur

850°C beberapa atom bismuth (Bi) menghantam target pada 2,80 cm dari bintik

tempat tepat di seberang celah. Diameter silinder adalah 15,0 cm dan berputar

pada 130 putaran per detik. (a) Hitung kecepatan (m/s) di mana target bergerak.

(Petunjuk:. Keliling lingkaran diberikan oleh 2r, di mana r adalah jari-jari) (b)

Hitunglah waktu (dalam detik) yang diperlukan target untuk bergerak 2,80 cm.

(c) Tentukan kecepatan atom Bi. Bandingkan hasil Anda pada (c) dengan urms

dari Bi pada 850°C. Berikan komentar terhadap perbedaan ini.

4,00 L pada 0,500 atm

2,00 L pada 1,00 atm

NO O2

Gas HCl

H2O

H2O

Rubber bulb

K i m i a D a s a r 1 | 12

5.100 Oksida asam seperti karbon dioksida bereaksi dengan oksida basa seperti kalsium

oksida (CaO) dan barium oksida (BaO) untuk membentuk garam (karbonat

logam). (a) Tulis persamaan yang menyatakan kedua reaksi tersebut. (b) seorang

siswa menempatkan 4,88 g gabungan campuran BaO dan CaO dalam labu 1,46 L

yang mengandung gas karbon dioksida pada 35°C dan 746 mmHg. Setelah reaksi

selesai, ia menemukan bahwa tekanan CO2 telah turun menjadi 252 mmHg.

Hitung komposisi persen campuran.

5.101 Mesin menjalankan mobil menghasilkan karbon monoksida (CO), gas beracun,

pada laju sekitar 188 g CO per jam. Sebuah mobil dibiarkan menganggur pada

20°C di garasi berventilasi buruk dengan panjang 6,0 m, lebar 4,0 m, dan tinggi

2,2 m. (a) Hitung laju produksi CO dalam mol per menit. (b) Berapa lama waktu

yang dibutuhkan untuk membangun konsentrasi mematikan CO 1000 ppmv

(parts per million by volume)?

5.102 Air memasuki paru-paru berakhir di kantung-kantung kecil yang disebut alveoli.

Dari alveoli oksigen berdifusi ke dalam darah. Jari-jari rata-rata alveoli adalah

0,0050 cm dan udara di dalamnya mengandung 14 persen oksigen. Dengan

asumsi bahwa tekanan di alveoli adalah 1,0 atm dan temperatur 37°C, hitung

jumlah molekul oksigen di salah satu alveoli. (Petunjuk: Volume bola berjari-jari

r adalah 4/3r3.)

5.103 Dikatakan bahwa setiap napas yang kita ambil, rata-rata, menagandung molekul

yang pernah dihembuskan oleh Wolfgang Amadeus Mozart (1.756-1.791).

Perhitungan ini menunjukkan validitas dari pernyataan ini. (a) Hitung jumlah

molekul di atmosfer. (Petunjuk: Gunakan hasil pada Soal 5.93 dan 29,0 g/mol

sebagai massa molar udara.) (b) Dengan asumsi volume setiap bernafas (masuk

atau keluar) adalah 500 mL, hitung jumlah molekul yang dihembuskan napas

pada 37°C, yang merupakan temperatur tubuh manusia. (c) Jika jangka hidup

Mozart adalah persis 35 tahun, berapa jumlah molekul yang dihembuskan pada

periode tersebut? (Mengingat bahwa rata-rata orang bernafas 12 kali per menit.)

(d) Hitung fraksi di atmosfer dihembuskan oleh Mozart. Berapa banyak molekul

Mozart yang kita hirup dengan setiap menghirup udara? Bulatkan jawaban Anda

hingga satu angka penting. (e) Rincilah tiga asumsi penting dalam perhitungan

ini.

5.104 Di bawah kondisi temperatur dan tekanan yang sama, manakah gas-gas yang

akan berperilaku paling ideal: Ne, N2, atau CH4? Jelaskan.

5.105 Berdasarkan pengetahuan Anda tentang teori kinetik gas, turunkan hukum difusi

Graham [Persamaan (5.17)].

K i m i a D a s a r 1 | 13

5.106 6.11 g sampel dari paduan Cu-Zn bereaksi dengan asam HCl menghasilkan gas

hidrogen. Jika gas hidrogen memiliki volume 1,26 L pada 22°C dan 728 mmHg,

berapa persen Zn dalam paduan? (Petunjuk: Cu tidak bereaksi dengan HCl.)

5.107 Perkirakan jarak (dalam nanometer) antara molekul uap air pada 100°C dan 1,0

atm. Asumsikan perilaku ideal. Ulangi perhitungan untuk air cair pada 100°C,

mengingat bahwa kerapatan air adalah 0,96 g/cm3 pada temperatur tersebut.

Komentari hasil Anda. (Asumsikan molekul air menjadi bola dengan diameter

0,3 nm.) (Petunjuk: Pertama hitung kerapatan molekul air Selanjutnya, konversi

kerapatan jumlah kerapatan linear, yaitu, jumlah molekul dalam satu arah.)

5.108 Seorang supervisor gudang mengukur isi drum 25,0 galon aseton yang sebagian

diisi pada hari ketika temperatur 18,0°C dan tekanan atmosfer 750 mmHg, dan

menemukan bahwa 15,4 galon pelarut tersisa. Setelah menyegel erat drum,

asisten menjatuhkan drum sambil membawa ke lantai atas laboratorium organik.

Drum itu penyok dan volume internal menurun menjadi 20,4 galon. Berapa

tekanan total di dalam drum setelah kecelakaan itu? Tekanan uap aseton pada

18,0°C adalah 400 mmHg. (Petunjuk: Saat drum itu disegel, tekanan di dalam

drum sama dengan jumlah tekanan udara dan aseton, adalah sama dengan

tekanan atmosfer)

5.109 Litium hidrida bereaksi dengan air sebagai berikut:

LiH(s) + H2O(l) → LiOH(aq) + H2(g)

Selama Perang Dunia II, pilot AS membawa tablet LiH. Ketika terjadi pendaratan

darurat di laut, LiH akan bereaksi dengan air laut dan memenuhi pelampung mereka

dengan gas hidrogen. Berapa gram yang LiH diperlukan untuk mengisi 4,1-L

pelampung pada 0,97 atm dan 12°C?

5.110 Suatu sampel gas yang dibahas dalam Soal 5.38 ditemukan keluar melalui

penghalang berpori dalam 15,0 menit. Di bawah kondisi temperatur dan tekanan

yang sama, dibutuhkan N2 12,0 menit untuk efusi melalui penghalang yang sama.

Hitung massa molar gas dan perkirakan kemungkinan apa gas itu.

5.111 Nikel membentuk senyawa gas dari rumus Ni(CO)x. Berapa nilai x yang

diberikan di bawah kondisi temperatur dan tekanan yang sama untuk metana

(CH4) berefusi 3,3 kali lebih cepat daripada senyawa tersebut?

SOAL KHUSUS

5.112 Terapkan pengetahuan Anda tentang teori kinetik gas untuk situasi ini:

a) Apakah sebuah molekul tunggal memiliki temperatur?

b) Dua labu ukur V1 dan V2 (V2 > V1) berisi sejumlah atom helium yang sama

pada temperatur yang sama. (i) Bandingkan kecepatan akar rata-rata kuadrat

(rms) dan kecepatan rata-rata kinetik dari atom helium (He) dalam botol. (ii)

Bandingkan frekuensi dan gaya manakah dari atom He yang bertumbukan

dengan dinding wadah.

c) Sejumlah atom He yang sama ditempatkan dalam dua botol volume yang

sama pada temperatur T1 dan T2 (T2 > T1). (i) Bandingkan kecepatan rms dari

K i m i a D a s a r 1 | 14

atom dalam dua botol. (ii) Bandingkan frekuensi dan gaya manakah dari atom

He yang bertumbukan dengan dinding wadah.

d) Dengan jumlah yang sama, atom He dan neon (Ne) ditempatkan dalam dua

labu dengan volume yang sama dan temperaturnya adalah 74°C. Komentari

validitas dari pernyataan berikut:

(i) Kecepatan rms He adalah sama dengan Ne.

(ii) energi kinetik rata-rata dari dua gas adalah sama.

(iii) kecepatan rms dari setiap atom He adalah 1,47 × 103 m/s.

5.113 Mengacu pada plot pada Gambar 5.19, (a) mengapa plot gas tercelup sebelum

naik? (b) Mengapa semua gas berkumpul menjadi 1 pada P sangat rendah? (c)

apakah maksud dari intersep pada garis gas ideal? Berapakah intersep berarti

bahwa gas telah menjadi gas ideal?

5.114 Mengacu pada Gambar 5.15, kita melihat bahwa kecepatan maksimum masing-

masing pada plot distribusi kecepatan disebut kecepatan propbabilitas (Ump)

karena itu adalah kecepatan yang dimiliki dengan jumlah terbesar dari molekul.

Diberikan 𝑢𝑚𝑝 = √2𝑅𝑇/𝑀𝑟 . (a) Bandingkan ump dengan urms untuk nitrogen

pada 25°C. (b) Diagram berikut menunjukkan kurva distribusi kecepatan

Maxwell untuk gas ideal pada dua temperatur T1 dan T2 yang berbeda. Hitung

nilai T2.

5.115 Gunakan teori kinetik gas untuk menjelaskan mengapa udara panas naik.

5.116 Salah satu cara untuk mendapatkan pemahaman fisik tentang b dalam persamaan

van der Waals adalah untuk menghitung “excluded volume”. Asumsikan jarak

terdekat antara dua atom berdekatan yang mirip adalah jumlah jari-jarinya (2r).

(a) Hitung volume di sekitar setiap atom di mana pusat atom lain tidak dapat

terserap. (b) Dari hasil Anda pada (a), hitung “excluded volume” untuk 1 mol

atom, dengan b konstan. Bagaimana volumenya jika dibandingkan dengan

jumlah volume dari 1 mol atom?

5.117 5,00 mol sampel gas NH3 disimpan dalam wadah 1,92 L pada 300 K. Jika

persamaan van der Waals diasumsikan untuk memberikan jawaban yang benar

untuk tekanan gas, hitung persen kesalahan yang dibuat dalam penggunaan

persamaan gas ideal untuk menghitung tekanan.

K i m i a D a s a r 1 | 15

5.118 Kecepatan akar rata-rata kuadrat oksida gas tertentu adalah 493 m/s pada 20°C.

Apa rumus molekul senyawa tersebut?

5.119 Dalam 2,00 menit, 29,7 mL He berefusi melalui lubang kecil. Di bawah kondisi

tekanan dan temperatur yang sama, 10,0 mL campuran CO dan CO2 berefusi

melalui lubang dalam jumlah waktu yang sama. Hitung komposisi persen volume

campuran.

Kimia Dasar 1 IPA Lengkap

Documents

Transcript of Kimia Dasar 1 IPA Lengkap