STOIKIOMETRI

STOIKIOMETRIPertemuan 5Stoikiometri adalah ilmu yang mempelajari kuantitas dari reaktan dan produk dalam reaksi kimiaMassa atomMassa molar suatu unsur dan bilangan AvogadroMassa molekulSpektrometer massaPersen komposisi senyawa penentuan rumus empiris dan rumus molekulReaksi kimia dan persamaan kimiaJumlah reaktan dan produkPereaksi pembatas dan hasil reaksi

a. Massa AtomMassa suatu atom terkait erat dengan jumlah elektron, proton dan neutron yang dimiliki atom tersebut.Berdasarkan perjanjian internasional, satu atom dari isotop karbon (disebut karbon-12) yang mempunyai 6 proton dan 6 neutron memiliki massa tepat 12 satuan massa atom (sma)Satu satuan massa atom didefinisikan sebagai suatu massa yang besarnya tepat sama dengan seperduabelas massa dari satu atom karbon-12massa satu atom karbon-12 = 12 sma1 sma = massa satu atom karbon-1212

Massa Atom rata-rataSebagian besar unsur di alam memiliki lebih dari 1 isotop massa atom yang diukur di alam merupakan massa atom rata-rataMassa atom rata-rata dari karbon alam= (0.9890)(12.00000sma) + (0.0110)(13.00335sma)= 12.01smaContoh aTembaga adalah logam yang telah dikenal sejak zaman dahulu, yang digunakan antara lain untuk kabel listrik dan uang logam. Dua isotop stabilnya 63,29Cu (69.09%) dan 65,29Cu (30.91%), mempunyai massa atom masing-masing 62.93 sma dan 64.9278 sma. Hitung massa atom rata-rata dari tembaga.b. Massa Molar unsur dan Bilangan AvogadroMol adalah banyaknya suatu zat yang mengandung entitas dasar (atom, molekul atau partikel lain) sebanyak jumlah atom yang terdapat dalam tepat 12 g (atau 0.012 kg) isotop karbon-12Jumlah atom ini dikenal dengan Bilangan Avogadro (Avogadros Number / NA)NA = 6.0221367x1023 6. 022x1023Massa dari karbon-12 adalah massa molar (M), didefinisikan sebagai massa (dalam gram atau kilogram) dari 1 mol entitas (seperti atom atau molekul) zat.Massa molar karbon-12 dalam gram sama dengan angka massa atomnya dalam smaContoh: massa atom natrium (Na) adalah 22.99 sma dan massa molarnya 22.99gramJika massa atom suatu unsur diketahui, maka massa molarnya dapat diketahuiDengan menggunakan massa atom dan massa molar, kita dapat menghitung massa (g) dari satu atom karbon-12Konsep bilangan Avogadro dan massa molar memungkinkan kita untuk melakukan konversi antara massa dan mol atom, dan antara jumlah atom dan massa serta menghitung massa dari satu atom

nNAN/NAm/ MMassa suatu unsur (m)Jumlah mol suatu unsur (n)Jumlah atom suatu unsur (N)n MContoh Seng (Zn) adalah logam berwarna perak yang digunakan untuk membuat kuningan (bersama tembaga) dan melapisi besi untuk mencegah korosi. Ada berapa gram Zn dalam 0.356mol Zn?Jawab: (massa molar Zn/1 mol Zn) = 10.356 mol Zn x (65.37 g Zn/ 1mol Zn) = 23.3 gHitunglah jumlah gram dari timbal (Pb) dalam 12.4 mol timbalBerapakah jumlah atom yang ada di dalam 16.3 g S (belerang)?Jawab: Pertama : tentukan jumlah mol S dalam 16.3 g SKedua : tentukan jumlah atom S dari jumlah mol S yang telah diketahui

Hitung jumlah atom dalam 0.551 g kalium (K).Berapakah massa (dalam gram) satu atom Ag?

c. Massa MolekulMassa molekul (kadang disebut berat molekul) adalah jumlah dari massa-massa atom (dalam sma) dalam suatu molekulContoh: massa molekul H2O2(massa atom H) + massa atom O2(1.008 sma) + 16.00 sma = 18.02 smaDapat digunakan untuk menentukan massa molarMassa molar suatu senyawa (dalam gram) sama dengan massa molekulnya (dalam sma)Contoh Hitung massa molekul dari senyawa-senyawa berikut ini: (a) belerang dioksida, SiO2 dan (b) kafein, C8H10N4O2Berapa mol CH4 yang ada dalam 6.07 g CH4?Berapa banyak atom hidrogen yang terdapat di dalam 25.6g urea [(NH2)2CO] bila diketahui massa molar urea adalah 60.06 gd. Spektrometer MassaPertama kali dikembangkan pada tahun 1920-an oleh fisikawan Inggris F.W. Aston suatu instrumen yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnyaMenghasilkan berkas ion dari suatu zat uji, memilah ion tersebut menjadi spektum yang sesuai dengan perbandingan massa terhadap muatan dan merekam kelimpahan relatif tiap jenis ion yang ada. Umumnya hanya ion positif yang dipelajari karena ion negatif yang dihasilkan dari sumber tumbukan umumnya sedikit.

Kegunaan Spektroskopi MassaUntuk menentukan berat molekul dengan sangat teliti.Mengetahui rumus molekul tanpa melalui analisis unsur.

Diagram skema spektrometer massa

Spektrum massa dari ketiga isotop neon

e. Persen Komposisi senyawaPersen komposisi adalah persentase massa dari tiap unsur yang terkandung dalam suatu senyawa

Dengan n adalah jumlah mol unsur dalam 1 mol senyawa

Apabila diketahui persen komposisi massa dari suatu senyawa, kita dapat menentukan rumus empiris dari senyawa tersebut.f. Penentuan rumus empiris melalui percobaanPenentuan rumus molekulRumus molekul suatu senyawa dapat ditentukan puncak ion molekul sudah dikenal tetapi untuk hal-hal semacam ini diperlukan spektometri beresolusi tinggi. Aturan nitrogen dapat dimanfaatkan untuk membantu penentuan rumus ini. Lazimnya semua senyawa organic mempunyai berat molekul genap tidak mengandung nitrogen atau mengandung sejumlah atom nitrogen yang genap, sedang semua senyawa organic dengan berat molekul ganjil mengandung jumlah atom nitrogen ganjil. Aturan ini berlaku untuk senyawa-senyawa kovalen yang mengandung C, H, O, S, dan Halogen. Pola fragmen dipergunakan untuk mengidentifikasi senyawa, juga memungkinkan terdapat pengenalan gugus fungsi dengan melihat puncak-puncak fragmentasi spesifik.

g. Reaksi kimia dan persamaan kimiaReaksi kimia yaitu suatu proses dimana zat (atau senyawa) diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru.Persamaan kimia menggunakan lambang kimia untuk menunjukkan apa yang terjadi saat reaksi kimia berlangsung H2 + O2 H2OAgar memenuhi Hukum Kekekalan Massa, banyaknya tiap-tiap jenis atom di kedua sisi harus sama 2H2 + O2 2 H2O

Contoh CO2(g) + O2(g) CO2(g)

HgO(s) Hg(l) + O2(g)

KClO3 KCl + O2

Menyetarakan persamaan kimiaIdentifikasikan semua reaktan dan produk kemudian tulis rumus molekul yang benar masing-masing pada sisi kiri dan kanan dari persamaan.Setarakan persamaan tersebut dengan mencoba berbagai koefisien yang berbeda jumlah atom dari tiap unsur sama pada kedua sisi persamaan.Carilah unsur yang muncul sekali pada tiap sisi persamaan dengan jumlah atom yang sama pada tiap sisi.Periksa persamaan yang telah disetarakan untuk memastikan bahwa jumlah total tiap jenis atom pada kedua sisi persamaan adalah samah. Jumlah reaktan dan produkBerapa banyak reaktan yang harus digunakan untuk mendapatkan sejumlah tertentu produk?

Berapa banyak produk yang dihasilkan oleh sejumlah tertentu bahan mentah (reaktan)?Untuk menafsirkan suatu reaksi secara kuantitatif, kita perlu menerapkan pengetahuan tentang massa molar dan konsep molPendekatan yang digunakan adalah metode mol, koefisien stoikiometri dalam persamaan kimia dapat diartikan sebagai jumlah mol dari setiap zat.Contoh: pembakaran karbon monoksida di udara menghasilkan karbon dioksida 2CO (g) + O2(g) 2CO2(g)

Tahapan metode molTulis rumus yang benar untuk semua reaktan dan produk, dan setarakan persamaan kimianya

Konversi kuantitas dari sebagian atau semua zat yang diketahui (biasanya reaktan) menjadi mol

Gunakan koefisien-koefisien dalam persamaan yang sudah setara untuk menghitung jumlah mol dari kuantitas yang dicari atau yang tidak diketahui (biasanya kuantitas produk)

Dengan menggunakan jumlah mol yang telah dihitung serta massa molarnya, konversi kuantitas zat yang tidak diketahui menjadi satuan yang diperlukan (biasanya gram)

Periksalah bahwa jawabannya masuk akal dalam wujud fisiknya28ContohSemua logam alkali bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan hidroksida logam alkali yang berkesesuaian. Satu reaksi yang khas adalah antara litium dan air 2Li(s) + 2H2O(l) 2 liOH(aq) + H2(g)Berapa mol H2 akan terbentuk dari reaksi sempurna antara 6.23 mol Li dengan air?Berapa gram H2 akan terbentuk dari reaksi sempurna antara 80.57 g Li dengan air?Latihan Metanol (CH3OH) terbakar di udara menurut persamaan:

2CH3OH + 3 O2 2CO2 + 4H2O

Jika 200 g metanol digunakan semuanya pada proses pembakaran, berapa massa H2O yang terbentuk?i. Pereaksi pembatas dan hasil reaksiTujuan reaksi adalah menghasilkan kuantitas maksimum senyawa yang berguna dari sejumlah tertentu material awal beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksiReaktan yang pertama kali habis digunakan pada reaksi kimia disebut pereaksi pembatas (limiting reagent) jumlah maksimum produk yang terbentuk tergantung pada berapa banyak jumlah awal dari reaktan iniPereaksi berlebih (excess reagent) adalah pereaksi yang terdapat dalam jumlah lebih besar daripada yang diperlukan untuk bereaksi dengan sejumlah tertentu pereaksi pembatas

Contoh Urea [(NH2)2CO] dibuat dengan mereaksikan amonia dan karbon dioksida 2NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(aq) + H2O(l)Pada satu proses, 637.2 g NH3 bereaksi dengan 1142 g CO2Reaktan manakah yang merupakan pereaksi pembatas?Hitung massa (NH2)2CO yang terbentuk.Berapa banyak pereaksi berlebih (dalam gram) yang tersisa pada akhir reaksi?Latihan Reaksi antara aluminium dan besi (III) oksida menghasilkan suhu mendekati 3000oC dan digunakan untuk pengelasan logam2Al+ Fe2O3 Al2O3 + 2FePada satu proses, 124 g Al bereaksi dengan 601 g Fe2O3.Hitunglah jumlah massa (dalam gram) Al2O3 yang terbentukBerapa banyak pereaksi berlebih yang tersisa di akhir reaksi?Hasil reaksiHasil teoritis (theoretical yield), yaitu jumlah produk yang akan terbentuk jika seluruh pereaksi pembatas terpakai pada reaksi (merupakan hasil maksimum)Hasil sebenarnya (actual yield), yaitu jumlah produk sebenarnya yang dihasilkan dari suatu reaksiEfisiensi suatu reaksi dinyatakan dalam persen hasil (percent yield), sebagai perbandingan hasil sebenarnya terhadap hasil teoritis.

Contoh Titanium adalah logam yang kuat, ringan dan tahan terhadap korosi, digunakan dalam pembuatan roket, pesawat, mesin jet dan rangka sepeda. Logam ini diperoleh dari reaksi antara titanium (IV) klorida dengan magnesium cair pada suhu antara 950oC dan 1150oCTiCl4(g) + 2Mg(l) Ti(s) + 2MgCl2(l)Dalam suatu operasi industri, 3.54 x 107 g TiCl4 direaksikan dengan 1.13 x 107 g Mg.Hitunglah hasil teoretis dari Ti dalam gramHitunglah persen hasil jika ternyata didapatkan 7.91 x 106 g TiLatihan Dalam industri, logam vanadium yang digunakan dalam campuran baja, diperoleh dengan jalan mereaksikan vanadium (V) oksida dengan kalsium pada suhu tinggi.5Ca+V2O5 5CaO + 2VDalam satu proses, 1.54 x 103 g V2O5 bereaksi dengan 1.96 x 103 g CaHitunglah hasil teoretis dari VHitunglah persen hasil jika diperoleh 803 g V