3.1 PERUBAHAN FISIKA DAN KIMIA

Perubahan fisika adalah situasi di mana setiap zat mempertahankan identitasnya dan

tidak ada unsur-unsur baru atau senyawa yang terbentuk. Contohnya mencairnya es dan salju,

menguapnya alkohol, dan menghancurkan batu. Perubahan fisik sering dapat dibalik,

kadang-kadang hanya mengubah kondisi ; zat cair dapat dibekukan dengan pendinginan, dan

uap alkohol dapat didinginkan dan dikondensasikan menjadi alkohol cair. Selama perubahan

ini, air tetap air, alkohol tetap alkohol, dan batu batu tetap.

Perubahan kimia atau reaksi kimia adalah perubahan di mana satu atau lebih elemen baru

atau senyawa yang terbentuk. reaksi kimia meliputi beragam seperti trans-formasi sebagai log

pembakaran di udara untuk membentuk uap panas, asap, dan abu; benih bertunas dan tumbuh

menjadi tanaman, dan air terurai menjadi hidrogen dan oksigen. Zat asli dalam reaksi

kimia yang disebut reaktan. Zat baru disebut produk.ketika sulfur terbakar dalam oksigen

membentuk sulfur dioksida, sulfur dan oksigen adalah reaktan dan sulfur dioksida adalah

produk. Banyak reaksi kimia yang mempengaruhi kehidupan kita termasuk korosi,

kerusakan, pertumbuhan, metabolisme, pembakaran bahan bakar, dan memasak makanan.

3.2 HUKUM SENYAWA KIMIA

Keteraturan tertentu diamati ketika reaktan dan produk massa yang dibandingkan dalam

reaksi kimia. ketika air terurai oleh arus listrik, 11,2 g hidrogen dan 88,8 g oksigen terbentuk

untuk setiap g 100,0 air yang menguraikan. proporsi yang sama dari oksigen dan hidrogen

yang dihasilkan oleh sampel air yang terurai mana saja setiap saat. dua Hukum utama yang

digambarkan oleh pengamatan ini, hukum kekekalan massa dan hukum komposisi konstan.

HUKUM KEKEKALAN MASSA

Data untuk dekomposisi air- 11,2 g hidrogen dan 88,8 g oksigen dari setiap 100,0 g air-

menunjukkan bahwa total massa hidrogen dan oksigen yang dihasilkan adalah sama dengan

massa air. reaksi kimia lainnya juga terjadi tanpa ada perubahan terukur dalam massa.

pembakaran lilin dalam botol tertutup adalah reaksi kimia di mana parafin (lilin ) dan oksigen

diubah menjadi karbon dioksida dan uap air, yang tetap terjebak dalam stoples. Jika

tabungnya terletak pada pan keseimbangan seperti pada gambar 3.2, dan jika produk yang

didinginkan ke suhu awal, pointer keseimbangan akan berada di posisi yang sama sebelum

dan sesudah reaksi, menunjukkan bahwa massa total tidak berubah. Contoh lain digambarkan

dalam demonstrasi 3.1. tabung yang mengandung timbal nitrat [Pb(NO3)2dilarutkan dalam air

ditempatkan tegak dalam labu tutup besar berisi kalium iodida (KI) dilarutkan dalam air.

Kedua solusi yang jelas dan tidak berwarna. Ketika solusi dicampur dengan tip labu, reaksi

kimia terjadi dan substansi kuning larut dikenal sebagai bentuk iodida (PbI2) timbal. massa

labu dan isinya tidak berubah selama reaksi.

Hasil percobaan ini dan banyak lainnya dirangkum oleh hukum kekekalan massa. tidak

ada perubahan terukur dalam massa total selama reaksi kimia. Pengukuran input massa dan

output massa pada manusia dan hewan terbatas pada ruang khusus eksperimental

menunjukkan bahwa makhluk hidup juga mematuhi hukum kekekalan massa.

Hukum kekekalan massa dijelaskan dengan mengasumsikan bahwa atom tidak

diciptakan atau dihancurkan selama reaksi kimia, mereka hanya mengatur ulang untuk

membentuk zat baru. Gambar 3.3 menunjukkan bagaimana atom hidrogen dan oksigen

mengatur ulang untuk membentuk molekul air. Tidak ada perubahan massa karena atom-

atom yang sama hadir sebelum dan sesudah reaksi.

HUKUM SENYAWA TETAP

Data dekomposisi untuk sampel yang berbeda dari air menunjukkan bahwa air memiliki

komposisi unsur pasti, 88,8 g oksigen untuk setiap g 11,2 hidrogen. Senyawa lain juga

ditemukan memiliki komposisi yang pasti. Contoh 100,0 g natrium klorida, misalnya, selalu

mengandung 39,3 g natrium dan 60,7 g klorin. Komposisi senyawa dapat ditemukan baik

dengan menguraikan senyawa dan mengukur massa dari unsur-unsur yang dihasilkan atau

dengan membentuk senyawa dan mengukur massa dari unsur-unsur yang dikonsumsi.

Apapun metode yang digunakan, hasilnya selalu sesuai dengan hukum komposisi konstan:

Komposisi unsur massa dari suatu senyawa yang diberikan adalah sama untuk semua sampel

senyawa. Sebuah versi alternatif dari hukum ini adalah hukum proporsi pasti: Ketika unsur

bergabung untuk membentuk senyawa, mereka melakukannya dalam proporsi yang pasti oleh

massa.

Susunan unsur senyawa adalah lazim dilaporkan dalam hal komposisi persentase,

persentase masing-masing elemen massa.

CONTOH 3.3

Sebuah 30,5 mg sampel karbon digabungkan dengan oksigen untuk membentuk 111,8 mg

karbon dioksida. Cari persentase (a) karbon dan (b) oksigen dalam karbon dioksida

PENYELESAIAN

(a) Fraksi karbon dioksida karbon 30,5 mg = 0,273 mg/111.8. Persentase karbon dalam

karbon dioksida adalah fraksi karbon dikalikan 100% :

Persen karbon = 0.273 x 100 %

= 27.3 %

(b) persentase karbon dan oksigen harus menambahkan hingga 100% maka :

persen oxygen = 100 % - persen karbon

= 100 % - 27.3 %

= 72.7 %

semua sampel karbon dioksida memiliki komposisi ini

Hukum komposisi konstan dijelaskan dengan mengasumsikan bahwa atom bergabung

dalam rasio tetap pada saat mereka membentuk senyawa. jika satu atom belerang selalu

menggabungkan dengan dua atom oksigen untuk membentuk molekul sulfur dioksida, maka

semua sampel sulfur dioksida harus memiliki komposisi yang sama dengan massa.

HUKUM PROPORSI GANDA

Air dan hidrogen peroksida adalah senyawa yang berbeda dengan sifat yang berbeda.

Kedua zat, bagaimanapun, hanya mengandung hidrogen dan atom oksigen. Ketika hidrogen

peroksida diuraikan menjadi unsur-unsurnya, 16,0 g bentuk oksigen untuk setiap gram

hydrogen. Ketika air terurai, 8,0 g bentuk oksigen per gram hidrogen. Jadi hidrogen

peroksida mengandung oksigen dua kali lebih banyak untuk sebuah massa yang diberikan

hidrogen seperti halnya air. Rumus untuk zat ini konsisten dengan data dekomposisi. Rumus

untuk hidrogen peroksida (H2O2) menunjukkan dua atom oksigen terikat pada dua atom

hidrogen sedangkan rumus untuk air (H2O) menunjukkan hanya satu atom oksigen terikat

pada dua atom hydrogen .

Sekarang perhatikan trioksida belerang (SO3) dan sulfur dioksida (SO2) dua senyawa

yang mengandung atom hanya sulfur dan oksigen. Sulfur trioksida memiliki tiga atom

oksigen per atom sulfur; sulfur dioksida memiliki dua atom oksigen per atom belerang.

Rumus menunjukkan bahwa untuk massa tertentu belerang, massa oksigen dalam sulfur

trioksida dan sulfur dioksida akan berada dalam tiga-ke-dua (3:2) rasio. Rasio ini telah

dikonfirmasi oleh analisis kimia. Banyak contoh lain, termasuk CO dan CO2. FeCl2, dan

FeCl3, dan UF3, UF4, dan UF6 juga dikenal.

Contoh-contoh ini menggambarkan hukum proporsi ganda: Dalam senyawa yang

berbeda yang mengandung unsur-unsur yang sama, massa dari satu unsur yang

dikombinasikan dengan massa tetap dari unsur lain dalam rasio bilangan bulat kecil. John

Dalton, yang pada tahun 1803 menjelaskan komposisi konstan dengan asumsi bahwa ikatan

atom bersama-sama dalam proporsi yang tetap, juga memprediksi hukum proporsi ganda.

Prediksi dan verifikasi selanjutnya dari buku ini merupakan bukti eksperimental terkuat yang

tersedia saat itu untuk teori atom.

3.3 PERSENTASE SENYAWA DARI RUMUS

Rumus senyawa memberikan komposisi unsur dalam hal mol atom, sebagai contoh,

1 ml mengandung H2S 2 mol atom hidrogen dan 1 mol atom belerang. Massa molar dari atom

dapat digunakan untuk menghitung persentase komposisi oleh massa, seperti yang

ditunjukkan dalam contoh berikut :

Contoh 3.4

rumus untuk asam laktat, bahan susu asam, adalah C3H6O3. Hitung persentase komposisi

asam laktat.

PENYELESAIAN

Rumus menunjukkan bahwa 1 mol asam laktat mengandung 3 mol atom karbon, 6 mol atom

hidrogen, dan 3 mol atom oksigen. Massa molar karbon, hidrogen, dan oksigen adalah 12,01,

1,008, dan 16,00 g / mol, masing-masing, maka, massa 1 mol asam laktat

3 mol C X 12.01 g/mol C = 36.03 g

6 mol H X 1.008 g/mol H = 6.048 g

3 mol O X 16.00 g/mol O = 48.00 g

Total massa = 90.08 g

Itulah sebagian kecil dari massa molar disediakan oleh karbon adalah 36,03 g = 0,4000

g/90.08. Perhatikan bahwa fraksi adalah berdimensi. Persentase karbon adalah sebagian kecil

dari karbon x 100% :

Persen karbon = 0.4000 x 100 %

Demikian pula, persentase hidrogen dan oksigen adalah

Persen Hidrogen = 6.048 g X 100% = 6.714 % 90.08 g

Persen Oxygen = 48.00 g X 100% = 53.29 % 90.08 g

Perhatikan bahwa jumlah persentase adalah 100%.

3.4 PENENTUAN RUMUS

Sejauh ini kita telah menggunakan formula tanpa menunjukkan mana mereka berasal. Berat

atom dan molekul adalah diperoleh dari data spektrometer massa, dan rumus molekul

sederhana dapat dihitung dari bobot tersebut. Prosedur digambarkan dalam contoh berikut.

CONTOH 3.5

Bobot molekul molekul gas fosfor adalah 124 u. Tentukan rumus molekul fosfor.

PENYELESAIAN

Fosfor adalah sebuah elemen, sehingga molekul fosfor hanya berisi atom fosfor. Berat atom

fosfor adalah 31,0 u (bagian dalam sampul depan). Sejak berat molekul, 124 u, adalah empat

kali lebih besar dari berat atom, harus ada empat atom fosfor adalah satu molekul fosfor.

Rumusnya adalah P4.

RUMUS EMPIRIS

Kimiawan menggunakan dua jenis rumus: rumus molekul, yang telah kita bahas, dan rumus

empiris. Sebuah rumus molekul menggambarkan molekul secara keseluruhan, subskrip yang

menunjukkan jumlah aktual dari setiap atom dalam molekul. Rumus H2O untuk air dan C6H6

untuk benzena adalah contoh rumus molekul. Sebuah rumus empiris memberikan rasio

keseluruhan jumlah paling sederhana dari atom dalam suatu senyawa. Rumus empiris air juga

H2O, tetapi rumus empiris benzena, yang berisi enam molekul karbon dan enam atom

hidrogen, hanya CH.

CONTOH 3.7

Tuliskan rumus empiris untuk (a) etana dan (b) sulfur dioksida. Rumus molekul mereka

adalah C2H6 dan SO2, masing-masing.

PENYELESAIAN

(a) molekul etana memiliki dua atom karbon dan enam atom hidrogen. rasio seluruh-

nomor yang paling sederhana adalah atom karbon satu untuk tiga atom hidrogen,

sehingga rumus empiris adalah CH3.

(b) Rasio satu atom belerang untuk dua atom oksigen dalam molekul sulfur dioksida juga

rasio sederhana. Oleh karena itu, rumus empiris identik dengan rumus molekul, S02.

Senyawa ionik seperti natrium klorida (NaCl) atau kalium sulfat (K2SO4) tidak

mengandung molekul, dan juga tidak senyawa, seperti silikon dioksida (SiO2), yang terdiri

dari array diperpanjang atom. Rumus molekul nonmolecular selalu empiris.

MENEMUKAN SEBUAH RUMUS EMPIRIS

Pada bagian 3.3 komposisi persentase senyawa dihitung dari rumus kimianya. Kami sekarang

menunjukkan bagaimana rumus empiris dapat dihitung dari data komposisi unsur. metode ini

diilustrasikan dalam contoh berikut

CONTOH 3.8

Sebuah 13,8 g sampel dari senyawa yang mengandung nitrogen dan oksigen hanya

menghasilkan 4,2 g nitrogen pada dekomposisi. Hitung rumus empiris senyawa

PENYELESAIAN

Sampel mengandung 4,2 g nitrogen dan 13,8 g - 4,2 g = 9,6 g oksigen. Nitrogen dan oksigen

atom memiliki massa molar 14.01 dan 16.00 g / mol. Jumlah mol setiap elemen dalam

sampel.

9.6 g O x 1 mol O atoms = 0.60 mol O atoms 16.00 g O

4.2 g N x 1 mol N atoms = 0.30 mol N atoms 14.01 g N

Rasio nitrogen-ke-oksigen adalah 0,30 mol untuk 0,60 mol, atau 1 sampai 2. Senyawa ini mengandung 1 mol atom nitrogen untuk setiap mol 2 atom oksigen. rasio atom adalah sama dengan rasio mol (Bagian 2.7), maka, senyawa mengandung satu atom nitrogen untuk setiap dua atom oksigen. Rumus empiris NO2.

Analisis senyawa baru secara rutin mencakup penentuan rumus empiris. Prosedur adalah berikut :

Langkah 1: Tentukan massa dari setiap elemen dalam sampel yang diberikan. Jika persentase komposisi Data yang diberikan, asumsikan bobot sampel 100 g. Jika satu massa atau persentase hilang, menemukannya dengan mengambil perbedaan.

Langkah 2: Bagilah massa setiap elemen massa molar untuk mendapatkan jumlah mol.

Langkah 3: Temukan rasio seluruh nomor mol sederhana. Rasio ini sering bisa ditemukan dengan pemeriksaan, jika tidak, membagi semua kuantitas molar oleh terkecil. Jika hasil bagi tidak dekat dengan bilangan bulat, kalikan mereka semua dengan 2, 3, atau nomor apa pun memberikan rasio keseluruhan jumlah.

Langkah 4: Menulis rumus. (ingat bahwa rasio atom dalam rumus akan sama dengan rasio mol ditentukan pada Langkah 3).

RUMUS MOLEKULER

Massa molar benzena (C6H6) adalah enam kali massa molar CH, rumus empiris. Demikian pula, massa molar hidrogen peroksida (H2O2) adalah dua kali massa molar HO. Karena rumus molekul senyawa selalu seluruh nomor beberapa rumus empiris, yang berarti bahwa massa molar senyawa molekul selalu seluruh nomor beberapa massa molar dari rumus empiris. contoh berikut menunjukkan bagaimana rumus empiris dan massa molar digunakan untuk menghitung rumus molekul.

CONTOH 3.11

Senyawa nitrogen dalam contoh 3.8. terdiri dari molekul dengan massa molar 92,0 g / mol. Apa rumus molekul ?

PENYELESAIAN

Rumus empiris senyawa dalam Contoh 3.8 ditemukan menjadi NO2. Satu mol NO2 unit memiliki massa 14,0 g + (2 x 16,0 g) = 46,0. Salah satu mol molekul memiliki massa 92,0 g, dua kali massa 1 mol NO2 unit. Dengan demikian 1 mol molekul mengandung 2 mol NO2 unit. Rumus molekul (NO2) 2, atau N2O4.

ANALISIS PEMBAKARAN

Komposisi unsur karbon yang mengandung senyawa sering didirikan analisis pembakaran, prosedur yang melibatkan pembakaran sampel kecil dari senyawa oksigen dan menimbang produk. Jika senyawa mengandung karbon saja, hydogen, dan oksigen, produk akan terdiri dari karbon dioksida dan uap air hanya. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.4, produk pembakaran gas melewati tabung ditimbang sebelum menyerap air dan karbon dioksida secara terpisah. Tabung yang kemudian kembali ditimbang untuk memastikan berapa banyak setiap produk dibentuk. Laboratorium yang mengkhususkan diri dalam analisis pembakaran umumnya melaporkan hasil dalam hal komposisi persentase. Penyidik kemudian dapat mengkonversi data massa menjadi rumus empiris.

CONTOH 3.12

A 28.64 mg sampel vitamin A, suatu senyawa yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen, yang dibakar untuk membentuk 88.02 mg karbon dioksida dan air 27,03 mg. Hitung persentase setiap elemen dalam vitamin A.

PENYELESAIAN

Untuk menemukan komposisi persentase, pertama-tama kita perlu mencari massa setiap elemen dalam sampel asli vitamin A. Setelah pembakaran, semua karbon dalam karbon dioksida, dan semua hidrogen dalam air. Oleh karena itu,

Massa karbon dalam 28.64 mg vitamin A = massa karbon dalam 88.02 mg CO2

Massa hidrogen dalam 28.64 mg vitamin A = massa hidrogen dalam 27,03 mg H2O

Massa oksigen dalam 28.64 mg vitamin A = 28.64 mg - massa hidrogen - massa karbon

Strategi kami adalah untuk (1) menghitung massa karbon dan hidrogen, (2) menemukan massa oksigen dengan mengambil perbedaan, dan (3) mengkonversi massa untuk persentase.

Langkah 1 : Massa molar CO2 adalah 12.01 g / mol + (2 x 16,00 g / mol) = 44.01 g / mol, yang 12,01 g adalah karbon. A 44.01 - sampel mg CO2 akan berisi 12.01 mg karbon, sehingga massa karbon dalam 88.02 mg CO2 adalah

Massa karbon = 88.02 mg CO2 x 12.01 mg C = 24.02 mg C 44.01 mg CO2

Massa molar H2O adalah (2 x 1,008 g / mol) + 16.00 g / mol = 18,02 g / mol, yang 2,016 g adalah hidrogen. Sebuah 18,02 mg sampel H2O akan berisi 2,016 mg hidrogen, sehingga massa hidrogen dalam 27,03 mg H2O adalah

Massa Karbon = 88.02 mg CO2 X 2.016 mg H = 3.024 mg H 18.02 mg H2O

Langkah 2 : Massa oksigen dalam vitamin sampel A adalah massa total dikurangi massa karbon dan hidrogen, sehingga

Massa Oksigen = 28.64 mg – 24.02 mg – 3.024 mg = 1.60 mg

Langkah 3 : Komposisi persentase

Karbon = 24.02 mg X 100% = 83.87 % 28.64 mg

Hidrogen = 3.024 mg X 100% = 10.56 % 28.64 mg

Oksigen = 1.60 mg X 100% = 5.59 % 28.64 mg

\

3.5 PERSAMAAN KIMIA

Kita sekarang tahu bahwa ajaib jelas dari perubahan kimia, zat menghilang lama dan munculnya yang baru, hanya soal penataan ulang atom. Tidak ada atom muncul atau menghilang dalam suatu reaksi, produk mengandung atom hanya disediakan oleh reaktan. Kita dapat menggunakan pengetahuan ini untuk menggambarkan reaksi masing-masing dalam bentuk simbolik teratur, yang dikenal sebagai persamaan kimia.

Sebuah persamaan kimia menggunakan rumus untuk mewakili reaktan dan produk, dan juga menyumbang semua atom yang terlibat dalam reaksi. Perhatikan, misalnya, pembakaran karbon di oksigen membentuk gas karbon dioksida. "Kata Persamaan" untuk reaksi ini

Karbon + Oxygen Karbon dioksida

Menunjukkan reaktan di sebelah kiri, produk-produk di sebelah kanan, dan panah di antara yang dapat dibaca sebagai "memberi", "hasil", atau "berubah menjadi". Untuk mendapatkan persamaan kimia, rumus C, O2, dan CO2 adalah disubstitusikan ke persamaan kata dan keadaan fisik dari setiap substansi ditambahkan dalam tanda kurung. Karbon adalah padat (s), sedangkan oksigen dan karbon dioksida adalah gas (g). Persamaan kimia lengkap.

C (s) + O2 (g) CO2 (g)(3.1)

Persamaan 3.1 menyatakan bahwa satu atom karbon menggabungkan dengan satu molekul oksigen (dua atom oksigen) untuk membentuk satu molekul karbon dioksida. Hal ini juga menyatakan bahwa 1 mol atom karbon bereaksi dengan 1 mol molekul oksigen untuk membentuk 1 mol molekul karbon dioksida. Perhatikan bahwa persamaan yang seimbang dalam arti bahwa setiap atom yang telah di reaktan (sisi kiri) telah muncul kembali dalam produk (sisi kanan). Karena atom tidak diciptakan atau dihancurkan dalam reaksi kimia, persamaan kimia tidak benar kecuali seimbang.

Sebagai contoh kedua, mempertimbangkan reaksi gas hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.

Hidrogen + Oksigen Air

Menggantikan formula memberikan

H2 (g) + O2 (g) H2O (l) (Tidak seimbang)

Persamaan ini belum seimbang. ada dua atom oksigen pada sisi reaktan tetapi hanya satu di sisi produk. The atom ekstra harus dipertanggungjawabkan, dan ini dilakukan dengan meletakkan koefisien 2 sebelum H2O:

H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) (Masih belum seimbang)

Koefisien A adalah nomor ditempatkan sebelum unit rumus untuk menunjukkan berapa banyak unit yang terlibat, itu berlaku untuk seluruh unit. Misalnya, 2H2O berarti molekul air dua, masing-masing berisi dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Dua molekul air berisi total empat atom hidrogen, maka, sekarang ada empat atom hidrogen pada sisi produk. Menyeimbangkan atom hidrogen akan memerlukan dua molekul H2 pada sisi reaktan:

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)

Sekarang persamaan seimbang. Perhatikan bahwa Persamaan 3.2 memberikan informasi yang sama seperti Gambar 3.3, itu menyatakan bahwa dua molekul hidrogen bereaksi dengan satu molekul oksigen untuk menghasilkan dua molekul air. Hal ini juga menyatakan bahwa 2 mol gas hidrogen bereaksi dengan 1 mol gas oksigen untuk membentuk 2 mol air.

langkah-langkah dalam menulis persamaan yang seimbang adalah sebagai berikut :

Langkah 1 : Identitas reaktan dan produk

Langkah 2 : Tuliskan rumus reaktan di sebelah kiri yhe panah dan formula produk di sebelah kanan, dengan tanda tambah antara formula. Menunjukkan keadaan fisik dari setiap zat (s = solid, l = cair, g = gas, dan air aq =, yaitu larut dalam air).

Langkah 3 : Pilih koefisien untuk membuat keseimbangan atom

CONTOH 3.13

Metana (CH4) adalah komponen utama dari gas alam. Ketika metana dibakar di udara, bereaksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida dan uap air. Tulis persamaan yang seimbang untuk reaksi ini.

PENYELESAIAN

Kita akan mengikuti langkah yang disebutkan di atas.

Langkah 1 : Identitas reaktan dan produk

Metana + Oksigen Karbon Dioksida + Air

( Reaktan ) ( Produk )

Langkah 2 : Masukkan rumus dan keadaan fisik dari setiap substansi. Metana adalah CH4, semua zat gas

CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g) (Tidak seimbang)

Langkah 3 : Pilih koefisien. Ada satu atom karbon di sebelah kiri dan satu di sebelah kanan,

sehingga atom karbon adalah seimbang. Ada empat atom hidrogen pada dua kiri dan satunya

di sebelah kanan. Untuk menyeimbangkan mereka kita menempatkan 2 di depan H2O.

CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g) (Masih belum seimbang)

Sekarang menyeimbangkan oksigen. Atom oksigen empat di sebelah kanan memerlukan dua

molekul O2 di sebelah kiri:

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g) (Seimbang)

3.6 BEBERAPA REAKSI KIMIA

Kita sekarang melihat beberapa jenis reaksi agar menjadi lebih baik mengenal reaksi kimia

dan menulis persamaan. Ini akan menjadi jelas saat kita melanjutkan bahwa reaksi banyak

masuk ke dalam lebih dari satu kategori.

REAKSI KOMBINASI DAN DEKOMPOSISI

Reaksi Kombinasi adalah di mana senyawa terbentuk dari zat sederhana. Kita telah melihat

persamaan untuk pembentukan air dari hidrogen dan oksigen (Persamaan 3.2) dan

pembentukan karbon dioksida dari karbon dan oksigen (Persamaan 3.1). Contoh lain adalah

pembentukan natrium bentuk logam natrium klorida dan gas klor (Demonstrasi 3.2) :

2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s) (3.3)

dan pembentukan nitrogen monoksida (NO) dari nitrogen dan oksigen:

N2(g) + O2(g) 2NO(g) (3.4)

Nitrogen monoksida, yang membentuk hanya pada suhu tinggi, merupakan polutan udara

yang dihasilkan dalam mesin mobil dan dirilis bersama dengan emisi gas buang panas.

Beberapa reaksi kombinasi melibatkan senyawa sebagai reaktan. Contohnya adalah

reaksi antara nitrogen monoksida (NOI) dan oksigen untuk membentuk nitrogen dioksida

(NO2), polutan udara lain.

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

Senyawa P4O10 merupakan agen pengeringan efektif karena mudah menyerap dan bereaksi

dengan air membentuk asam fosfat:

P4O10(s) + 6H2O(l or g) 4H3PO4(aq)

Reaksi dekomposisi adalah satu di mana senyawa terurai menjadi senyawa yang

lebih sederhana yang mungkin atau tidak mungkin elemen. Dekomposisi sering

membutuhkan masukan energi, misalnya, dekomposisi elektrolitik air memerlukan energi

dari arus listrik (Gambar 3.1):

2H2O(l) electric current 2H2(g) + O2(g)

Lebih sedikit energi yang diperlukan untuk menguraikan merkuri (II) oksida (HgO).

Pemanasan lembut mengkonversi hal ini solid merah menjadi gas oksigen dan tetesan

merkuri cair (Demonstrasi 3.3):

2HgO(S) Heat 2H2(g) + O2(g)

REAKSI PERPINDAHAN

Dalam reaksi perpindahan satu elemen menggantikan lain dari senyawa, yaitu, satu elemen

meninggalkan senyawa dan unsur lain mengambil tempatnya. Perpindahan hidrogen dari

asam klorida (HCl berair) oleh logam seng adalah reaksi sering digunakan untuk menyiapkan

sejumlah kecil gas hidrogen di laboratorium (Gambar 3.5) :

Zn(s) + 2HCl(aq) H2(g) +ZnCl2(aq)

Produk lainnya, seng klorida, tetap dalam larutan.

Termit, sebuah pembakar militer dalam perang masa lalu, adalah campuran halus

yang terpisah dari aluminium dan besi (III) oksida (Fe2O3). Ketika dinyalakan dengan sumbu

magnesium, menghasilkan tampilan yang spektakuler (Demonstrasi 3.4). Besi digantikan

oleh aluminium, reaksinya yaitu

2Al(s) + Fe2O3(s) 2Fe(l) + Al2O3(l)

Reaksi memberikan dari sejumlah besar panas dan menghasilkan suhu yang lebih dari

20000C, jauh di atas titik leleh besi. Besi cair yang dihasilkan oleh proses ini telah digunakan

untuk mengelas rel rusak dan benda-benda besi lainnya.

CONTOH 3.17

Seng logam menggantikan perak dari larutan perak nitrat. Produk ini siver logam dan larutan

seng nitrat. Tulis persamaan yang seimbang untuk reaksi ini

PENYELESAIAN

Seng logam dan perak nitrat cair adalah reaktan, perak logam dan seng nitrat cair adalah

produk. Senyawa yang ionik, perak nitrat adalah AgNO3 dan seng nitrat adalah Zn (NO3) 2

(Tabel 2.6, halaman 68). Persamaan yang seimbang adalah

Zn(s) + 2AgNO3(aq) 2Ag(s) + Zn(NO3)2(aq)

REAKSI PEMBAKARAN

"Pembakaran" adalah istilah yang umum digunakan untuk reaksi di mana sesuatu yang

terbakar. reaksi yang pembakaran kuat reaksi yang mempertahankan diri di mana zat

menggabungkan dan mengeluarkan panas dan cahaya. Reaksi pembakaran Banyak juga

reaksi yang kombinasi; contoh termasuk pembakaran hidrogen dalam oksigen membentuk

uap air.

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

dan pembakaran karbon di oksigen untuk membentuk karbon dioksida (Persamaan 3.1).

Banyak reaksi pembakaran terbiasa melibatkan senyawa organik (senyawa yang mengandung

karbon) terbakar di oksigen. Pembakaran kayu, kertas, dan bahan bakar fosil seperti gas alam

(Contoh 3.13), minyak, batubara, dan bensin adalah contoh. Karena senyawa organik selalu

mengandung karbon dan hampir selalu mengandung hidrogen, mereka membentuk karbon

dioksida dan uap air ketika dibakar sepenuhnya di pasokan yang terbatas udara.

CONTOH 3.18

Gasohol merupakan campuran bensin dan etanol (C2H5OH, juga disebut etil alkohol).

Tuliskan persamaan untuk pembakaran lengkap etanol oksigen.

PENYELESAIAN

Produk akan menjadi karbon dioksida dan uap air. Persamaan yang tidak seimbang adalah

C2H5OH(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(g)

keseimbangan memberikan

C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g)

Pembakaran senyawa karbon dan karbon sering tidak lengkap, dan beberapa

karbon monoksida (CO, polutan atmosfer dan gas beracun) dibentuk bersama dengan karbon

dioksida. Karbon monoksida khususnya mungkin terbentuk pada suhu yang sangat tinggi atau

ketika pasokan oksigen terbatas. Batubara, misalnya, sebagian besar karbon, dan produk

pembakaran tergantung pada seberapa banyak oksigen yang ada.

2C(s) + O2(g) 2CO(g) (oksigen terbatas)

Atau

C(s) + O2(g) CO2(g) (kelebihan oksigen)

Bahan bakar fosil Banyak mengandung sulfur, yang menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2)

pada pembakaran. Sulfur dioksida merupakan polutan atmosfer yang, untuk tingkat besar

bertanggung jawab untuk hujan asam.

Tidak semua pembakaran membutuhkan oksigen. Hidrogen bereaksi hebat dengan florin,

yang berkembang panas dan cahaya :

H2(g) + F2(g) 2HF(g)

Banyak unsur dan senyawa bereaksi penuh dalam klorin dan bentuk uap belerang klorida dan

sulfida, dan reaksi ini juga terbakar. Reaksi logam natrium dengan gas klor.

REAKSI OKSIDASI-REDUKSI YANG MELIBATKAN OXYGEN

Oksigen merupakan unsur paling melimpah di kerak bumi, lautan, dan atmosfer. Dengan

demikian tidak mengherankan bahwa senyawa yang penting adalah senyawa oksigen dan

reaksi penting melibatkan transfer atom oksigen dari satu zat yang lain. Sebagaimana telah

kita lihat, pembakaran bahan bakar yang paling melibatkan transfer atom oksigen dari

oksigen unsur di udara dengan atom karbon dan hidrogen dari bahan bakar. Substansi yang

telah dikombinasikan dengan oksigen, kita katakan telah teroksidasi, dan proses ini disebut

oksidasi. Bahan bakar yang teroksidasi ketika dibakar di udara untuk membentuk CO2 dan

H2O. Tubuh kita memperoleh energi dari oksidasi makanan.

Bijih adalah produk mineral alami dari mana elemen bisa menguntungkan diekstrak. Bijih

logam Banyak oksida, dan logam diperoleh dengan penghapusan oksigen. Ketika suatu zat

telah kehilangan oksigen, kita katakan itu telah berkurang, dan proses ini disebut reduksi.

Logam mangan, misalnya, diperoleh dengan mereduksi MnO2.

Dalam kebanyakan kasus, pengurangan oksida logam untuk dapat dicapai dengan pemanasan

dengan substansi seperti karbon, yang afinitas untuk oksigen lebih besar dari logam yang

diinginkan. Arang adalah salah satu materilas terbaik dan termurah untuk tujuan ini. Ini

adalah bentuk karbon yang diperoleh batubara pemanasan untuk mengusir air dan lainnya zat

volatil (mudah menguap) .

Tin, misalnya, diperoleh dengan pemanasan kasiterit (bijih yang mengandung SnO2) dengan

coke. Timah (IV) oksida direduksi menjadi timah :

SnO2(s) + 2C(s) Sn(l) + 2CO(g)

Pada suhu tinggi yang diperlukan untuk reaksi ini, timah cair dan bentuk CO daripada CO2.

Besi, yang paling penting struktural logam, dibuat dengan mengurangi bijih besi (Fe2O3)

atau magnet (Fe3O4) dengan coke dalam tanur. kokas bentuk karbon monoksida dan reduksi

dapat dirangkum oleh persamaan.

2C(s) + O2(g) 2CO(g)

Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(l) + 3CO2(g)

Fe3O4(s) + 4CO(g) 3Fe(l) + 4CO2(g)

Silikon baru-baru ini mencapai pentingnya sebagai elemen penting untuk pembuatan chip

komputer. Silikon, yang tidak logam, secara tegas terikat pada oksigen dalam semua senyawa

alami. Unsur ini diperoleh dengan mengurangi pasir (SiO2) dengan karbon dalam tanur listrik

pada 30000C. Pada suhu tinggi, silikon adalah cairan dan karbon bentuk gas karbon

monoksida:

SiO2(s) + 2C(s) 30000C Si(l) + 2CO(g)

Zinc adalah salah satu dari beberapa logam yang ditemukan dalam bentuk sulfida a. Salah

satu cara untuk mengurangi bijih sulfida terdiri dari proses dua langkah di mana oksidasi di

udara diikuti dengan reduksi dengan coke. Bijih sfalerit (ZnS) adalah pertama "bakar" dengan

memanaskan di udara. Sulfur teroksidasi oleh oksigen atmosfer dan bentuk seng oksida:

2ZnS(s) + 3O2(g) heat 2ZnO(s) + 2SO2(g)

Oksida seng kemudian dikurangi dengan coke dalam tungku :

ZnS(s) + C(s) heat Zn(g) + CO(g)

Uap seng yang terbentuk selama reduksi suhu tinggi dapat terkondensasi langsung ke bubuk

seng, atau dapat terkondensasi pertama ke cair dan kemudian dilemparkan ke dalam logam.

3.7 REAKSI STOIKIOMETRI

Seorang ahli kimia berencana untuk melakukan reaksi seringkali perlu mengetahui sesuatu

tentang jumlah yang terlibat. Pertanyaan seperti "Berapa banyak dari tiap reaktan yang

dibutuhkan?" Atau: berapa banyak produk akan membentuk? "Dapat dijawab dengan bantuan

persamaan yang seimbang Pertimbangkan pembakaran propana, C3H8, bahan bakar gas..

Persamaan

C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)

memberitahu kita bahwa 1 mol propana menggabungkan dengan 5 mol oksigen untuk

menghasilkan 3 mol karbon dioksida dan 4 mol air. Tidak peduli berapa banyak propana

dibakar, reaktan selalu menggabungkan dan produk selalu terbentuk dalam rasio mol yang

sama. Rasio mol memberikan faktor konversi yang berhubungan satu kuantitas dalam

persamaan yang lain. Misalnya, 1 mol propana selalu menggabungkan dengan 5 mol oksigen,

sehingga untuk setiap masalah yang melibatkan reaksi ini, faktor-faktor

5 mol O2 dan 1 mol C3H8

1 mol C3H 5 mol O2

menghubungkan jumlah oksigen dan propana. Jika kita ingin tahu berapa banyak oksigen

yang dibutuhkan untuk membakar 3,0 mol propana, kita akan menulis

3.0 mol C3H8 x 5 mol O2 = 15 mol O2

1 mol C3H8

jumlah mol propana meniadakan, menyisakan jumlah mol oksigen.

CONTOH 3.20

hitung jumlah mol karbon dioksida terbentuk ketika 40,0 mol oksigen yang dikonsumsi dalam pembakaran propane

PENYELESAIAN

Menyatakan Persamaan seimbang yang 3 mol CO2 yang dihasilkan untuk setiap mol 5 dari O2 dikonsumsi. Ini kuantitas stoikiometri setara dan dapat digunakan untuk mengkonversi 40,0 mol O2 ke mol CO2

5.0 mol O2 x 3mol CO2 = 24.0 mol CO2

1 mol O2

Jawabannya memiliki tiga angka penting karena jumlah mol oksigen diberikan kepada tiga angka penting. Koefisien terpisahkan 3 dan 5 yang tepat.

Masalah stoikiometri mungkin melibatkan massa, volume, dan jumlah berbagai lainnya, tetapi dalam setiap masalah rasio mol akan menjadi pusat solusi. Metode empat-langkah berikut dapat digunakan untuk memecahkan masalah tersebut.

Langkah 1 : Tuliskan persamaan seimbang dan identitas jumlah yang diketahui dan tidak diketahui

Langkah 2 : Mengkonversi jumlah mol yang diketahui

Langkah 3 : Gunakan rasio mol dalam persamaan untuk menemukan jumlah yang tidak diketahui dalam mol

Langkah 4 : Mengkonversi jumlah mol pada Langkah 3 ke unit akhir yang disebut dalam masalah

3.8 PEREAKSI PEMBATAS DAN REAKTAN BERLEBIH

Zat Bereaksi jarang dicampur dalam proporsi yang tepat yang diberikan oleh persamaan. Biasanya satu reaktan dalam pasokan pendek dan akan benar-benar dikonsumsi, sedangkan bagian reaktan lainnya akan tersisa. Reaktan yang digunakan disebut reagen membatasi reaktan atau membatasi. Reaktan tersisa disebut reaktan kelebihan atau reagen berlebih. Ide jumlah membatasi tidak asing. Pertimbangkan contoh sederhana: misalkan Anda mengambil delapan paket frankfurters (delapan Frank masing-masing) dan dua belas paket roti (enam roti masing-masing) untuk cookout. Anda memiliki total 64 frankfurters dan 72 roti. Para frankfurters yang yang membatasi bahan-hanya 64 hot dog dapat dibuat. Contoh berikut menggunakan prinsip yang sama untuk menentukan mana dari dua reaktan membatasi reaksi kimia.

CONTOH 3.24

Logam seng bereaksi dengan gas klor menurut persamaan

Zn(s) + Cl2(g) ZnCl2(s)

(a) Identitas yang membatasi dan reaktan berlebih dalam campuran yang mengandung 5,00 mol Zn dan 4,00 mol Cl2.

(b) Berapa banyak mol reaktan berlebih akan tetap setelah reaksi selesai

PENYELESAIAN

(a) menyatakan persamaan seimbang yang 1 mol klorin bereaksi dengan 1 mol seng, sehingga 4,00 mol klorin akan bereaksi dengan 4,00 mol seng. Ada 5,00 mol seng dalam campuran reaksi, maka, seng kelebihan dan klorin adalah membatasi

(b) Akan ada 5,00 mol - 4,00 mol = 1,00 mol seng tersisa

3.9 TEORITIS, AKTUAL, DAN PERSEN HASIL

Dalam contoh 3.27 kami menghitung bahwa 0,741 g AlCl3 akan dihasilkan ketika 0,150 g bubuk aluminium bereaksi dengan gas klor berlebih. Jumlah produk yang dihitung dari persamaan kimia, dalam kasus ini, 0,741 g, disebut hasil teoritis. Jika kita benar-benar melakukan percobaan-yaitu, jika kita membiarkan campuran aluminium dan klorin bereaksi - kita mungkin akan mengumpulkan kurang dari 0,741 g AlCl3. Untuk sebagian besar reaksi, jumlah produk yang dikumpulkan pada akhir reaksi, hasil yang sebenarnya, kurang dari hasil teoritis. Perbedaan tersebut dapat disebabkan oleh berbagai faktor. Reaksi itu diri mungkin tidak lengkap, atau beberapa reaktan mungkin dikonsumsi oleh reaksi lain (reaksi samping) yang tidak dipertimbangkan dalam perhitungan. Dalam beberapa hilang dalam proses pemurnian. adalah kebiasaan untuk melaporkan hasil persen dari setiap produk disiapkan di laboratorium :

Persen hasil = hasil sebenarnya x 100 % (3.6) Hasil teori

CONTOH 3.28

Persamaan untuk produksi bromobenzene (C6H5Br) dari brom dan benzena (C6H6) adalah

C6H6(l) + Br2(l) C6H5Br(l) + HBr(g)

12.85 g hasil bromobenzene diperoleh dari 8,00 g bromin benzena dan kelebihan. Hitung (a) hasil teoritis dari bromobenzene dalam gram dan (b) hasil persen

PENYELESAIAN

(a) Hasil teoritis dari bromobenzene dihitung dengan cara biasa dari persamaan yang seimbang. strategi kami akan

8.00 g C6H6 mol C6H6 Mol C6H5Br g C6H5Br

Massa molar C6H6 dan C6H5Br adalah 78.11 g / mol dan 157,0 g / mol. Hasil teoritis adalah

8.00 g C6H6 X 1 mol C6H6 X 1mol C6H5Br X 157.0 g C6H5Br = 16.1 g C6H5Br 78.11 g C6H6 1 mol C6H6 1 mol C6H5Br

(b) Hasil sebenarnya bromobenzene adalah 12,85 g. Hasil persen diperoleh dengan mengganti hasil aktual dan teoritis dalam Persamaan 3.6:

Persen hasil = hasil sebenarnya x 100 % Hasil teori

= 12.85 g x 100 % 16.1 g

= 79.8 %