1.5 Pengukuran

Ilmu kimia sangat bergantung pada pengukuran. Sebagai contoh, kimiawan menggunakan pengukuran untuk membandingkan sifat dari berbagai zat dan untuk mempelajari perubahan yang terjadi dalam sebuah percobaan. Sejumlah peralatan sehari-hari dapat kkita gunakan untuk melaukan pengukuran sederhana terhadap sifat-sifat zat: Penggaris untuk mengukur panjang; buret; tabung; volumetric, dan labu ukur untuk mengukur volume ( Gambar 1.6); timbangan untuk menggukur massa; temometer untuk menggukur suhu. Alat-alat ini dapat mengukur sifat-sifat makroskopik (macroscopik properties), yang dapat ditentukan secara langsung. Sifat-sifat mikroskopik (microscopic properties) pada tingkat atom atau molekul, harus ditentukan dengan metode tidak langsung, seperti yang akan dibahas pada Bab 2.

Suatu besaran hasil pengukuran biasanya ditulis sebagai sebuah bilangan yang disertai dengan satuan untuk bilangan itu. Tidak ada artinya mengatakan bahwa jarak antara Jakarta dan Bandung adalah 180. kita harus menyebutkan secara spesifik bahwa jaraknya adalah 180 km. dalam sains, satuan amat diperlukan agar kita data menyatakan hasil pngukuran secara benar.

Satuan SI

Selama bertahun- tahun ilmuan mencatat hasil pengukuran dalam satuan-satuan metrik, yang dihubungkan dengan sistem dengan decimal, atau dengan kata lain, menggunakan pangkat-pangkat dari 10. namun pada tahun 1960, General Conference of Weights and Measures, konferensi tingkat internasional yang membahas masalah satuan, mengusulkan perbaikan sistem metric yang disebut Satuan Sistem Internasional (Internasional

of Units) (disingkat Si, dari bahasa Perancis System International d’United). Tabel 1.2 menunjukkan tujuh satuan dasar Si. Satuan pengukuran SI yang lain dapat diturunkan dari satuan-satuan dasar ini. Seperti satuan metric, satuan Si dapat dimodifikasi desimalnya dengan menggunakan sederat awalan, eperti ditunjukkan dalam table 1.3. dalam buku ini kita menggunakan satuan SI dan satuan metrik.

Pengukuran yang akan sering kita gunakan dalam ilmu kimia adalah penggukuran waktu, massa, volume, kerapatan, dan suhu.

Massa dan Berat

Massa (mass) adalah suatu ukuran yang menunjukan kuantitas materi di dalam suatu benda. Istilah “massa” dan “berat” sering tertukar dalam penggunaannya, walaupun keduanya merujuk pada besaran yang berbeda. Dalam peristilahan ilmiah, berat (weight) adalah gaya yang diberikan oleh gravitasi pada suatu benda. Sebuah apel yang jatuh dari pohon ditarik ke bawah oleh gravitasi Bumi. Massa apel tetap dan tidak tergantung pada letaknya, tetapi beratnya bergantung pada letaknya. Sebagai contoh, dipermukaan bulan berat apel adalah seperenam bertanya dibumi, karena massa bulan yang lebih ringan. Itulah sebabnya astronot dan melompat dengan bebas dipermukaan bulan walaupun dengan mengenakan pakaian yang berat dan membawa perlengkapan yang banyak. Massa benda dapat ditentukan langsung dengan timbangan, namun anehnya kita sering menyebutnya sbagai menimbang berat.

Satuan dasar SI untuk massa adalah kilogram (kg), tetapi dalam kimia lebih mudah apabila kita menggunakan satuan yang lebih kecil, gram (g):

1 kg= 1000 g = 1 x 103 g

Volume Volume adalah panjang (m) pngkat tiga, sehingga satuan turunan SI-nya adalah meter kubik (m). tetapi secara umum, kimiawan bekerja dengan volume yang jauh lebih kecil, seperti sentimeter kubik (cm) dan desimeter kubik (dm):1 cm3 = (1 X 10-2 m)3=1 X 10-6 m3

1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3

Satu lagi satuan volume bukan SI yang umum adalah liter (L). satu liter adalah volume yang ditempati oleh satu desimeter kubik. Kimiawan umumnya menggunakan L dan mL untuk volume cairan. Satu liter sama dengan 1000mililiter(mL) atau 1000 sentimeter kubik.1 L = 1000 ml = 1000 cm3

= 1 dm3

Dan satu milliliter sama dengan satu sentimeter kubik:

1 mL = 1 cm3

Gambar 1.7 membandingkan ukuran relatif dari dua buah volume.

KerapatanKerapatan (density) adalah massa suatu benda dibagi volumenya.

Kerapatan=

Atau

d = (1.1)

dimana d, m, dan V berturut-turut melambangkan kerapatan, massa, dan volume. Perhatikan bahwa kerapatan adalah suatu sifat intesif yang tidak tergantung pada jumlah massa yang ada. Alasannya adalah karena V meningkat dengan meningkatnya m, sehingga perbandingan kedua besaran itu tetep sama untuk bahan tertentu.Satuan turunan-SI untuk kerapatan adalah kilogram per meter kubik (kg/m3). satuan agak terlalu

besar untuk sebagian besar penerapan kimia. Karena itu, gram per sentimeter kubik dan satuan yang setara, gram per milliliter (g/mL) lebih sering digunakan untuk rendah, kita menyatakannya dalam satuan gram per liter (g/L):

1g/Cm3 = 1g/mL = 1000 kg/m3

1g/L =0,001 g/mL

Contoh 1.1 emas adalah logam mulia yang tidak reaktif secara kimia .Emas digunakan terutama untuk perhiasan, gigi palsu , dan peralatan elektronik. Sepotong emas batangan dengan massa 301g memiliki volume 15,6 cm . HItunglah kerapatan emas.

Penjelasan dan penyelesaian Diketahui massa dan volume dan ditanyakan kerapatan . Jadi, dari persamaan (1.1), kita tulis

d=

=

=19,3g/cm3

Latihan Sepotong Logam platina dengan kerapatan 21,5 g/cm3 mempunyai volume 4,49 cm3

. berapa massanya ?

Suhu

Terdapat tiga skala suhu yang umumnya digunakan saat ini. Satuannya adalah K (Kelvin), 0C (derajat celcius), dan 0F (derajat Fahrenheit). Skala Celcius umum digunakan di Indonesia, sedangkan skala Fahrenheit umum digunakan di Amerika Serikat, di luar laboratorium. Pada skala Fahrenheit, titik beku dan titik didih normal air berturut-turut didenifisikan sebagai tepat 32 0F dan 212 0F. skala Celcius membagi rentang antara titik beku air (0 0C) dan tiitk air (100 0C) dalam 100 derajat (Gambar 1.8). derajat celcius bukanlah satuan SI, tetapi dapat di gunakan bersama satuan SI, dan kita akan sering menggunakannya.

Ukuran satu derajat dalam skala Fahrenheit adalah 100/180, atau 5/9, dari derajat celcius. Untuk mengubah derajat Fahrenheit kederajat celcius, kita tulis

? 0C = ( 0F -32 0F) x

Untuk mengubah derajat celcius ke derajat Fahrenheit, kita tulis

? 0F = x ( 0C ) +32 0F

Satuan SI untuk suhu adalah K (Kelvin)- jangan pernah menyebutnya “derajat Kelvin”. Skala suhu Kelvin akan di bahas pada bab 5.

1.6 Penanganan Bilangan

Setelah meninjau beberapa atuan yang digunakan dalam kimia, kita sekarang akan membahas konvensi-konvensi yang digunakan dalam penanganan bilangan yang berhubungan dengan pengukuran: notasi ilmia dan angka signifikan.

Notasi Ilmiah

Dalam kimia, kita sering berhubungan dengan bilangan-bilangan yang sangat besar atau sangat kecil. Misalnya, dalam 1 g unsure hydrogen terdapat kira-kira/

602.200.000.000.000.000.000.000

Atom hidrogen. Massa setiap atom hidrogen adalah

0,00000000000000000000000166 g

Menghitung kedua bilangan di atas sangat merepotkan, dan mudah terjadi kesalahan ketika menggunakannya dalam perhitungan. Coba bayangkan soal perkalian berikut:

0,0000000056 x 0,00000000048 = 0,000000000000000002688Akan mudah terjadi kekurangan dan kelebihan penulisan satu angka nol setelah koma

decimal. Untuk menangani penulisan bilangan yang sangat besar dan sangat kecil, kita menggunakan suatu sistem yang disebut notasi ilmiah. Berapapun nilainya, semua bilangan dapat di nyatakan dalam bentuk

N x 10n

Di mana N adalah bilangan antara 1 dan 10 dan n adalah suatu pangkat yang dapat berupa bilangan bulat positif atau negative. Penulisan bilangan dengan cara ini di sebut penulisan dalam notasi ilmiah.Anggaplah kita diberi suatu bilangan tertentu dan diminta untuk menyatakannya dalam notasi ilmiah. Pada dasarnya, ini sama dengan menentukan nilai n. kita hitung berapa banyaknya tempat yang dibutuhkan untuk menggeser koma desimal agar di hasilkan bilangan N (yang berada di antara dan 10). Jika koma desimal harus digesr kekiri, maka n adalah bilangan bulat positif: jika harus di geser kekanan, n adalah bilangan bulat negative. Kita lihat contoh-contoh penggunaan notasi ilmiah berikut :

(a) Nyatakan 568,762 dalam notasi ilmiah :

568,762= 5.68762 X 102

Perhatikan bahwa koma desimalnya di geser ke kiri sejauh 2 tempat maka n = 2 .

(b) Nyatakan 0,00000772 dalam notasi ilmiah :

0,00000772 = 7,72 X 10-6

Perhatikan bahwa koma desimalnya di geser ke kanan sejauh enam tempat maka n=-6.

Ingatlah dua hal berikut . Pertama , n = 0 digunakan untuk bilangan yang tidak dinyatakan dalam notasi ilmiah. Sebagai contoh, 74,6 x 100 (n=0) setara dengan 74,6 . kedua , biasanya superskrip dihilangkan jika n = 1 . jadi , notasi ilmiah untuk 74,6 adalah 7,46 x 10 dan bukan 7,46 x 101. Berikutnya, kita akan melihat bagaimana penggunaan notasi ilmiah dalam operasi aritmetika .

Penambahan dan pengurangan

Untuk menambah atau mengurangi dengan menggunakan notasi ilmiah , pertama tama kita menulis setiap kuantitas – sebutlah N1dan N2– dengan pangkat yang sama n . kemudian kita jumlahkanN1dan N2 ;pangkatnya tetap sama. Perhatikan contoh berikut:

(7,4 x 103) +(2,1 x 103)= 9,5 x 103

( 4,31 x 104) + ( 3,9 x 103 ) = ( 4,31 x 104) + (0,39 x 104 ) = 4,70 x 104

(2,22 x 10-2) – (4,10 x 10 -3) = (2,22 x 10-2) – (4,10 x 10-2 ) = 1,81 x 10-2

Perkalian dan Pembagian

Untuk mengalikan bilangan yang dinyatakan dalam notasi ilmiah , kita mengalihkan N1dan N2

dengan cara biasa . tapi pangkatnya di jumlah. Pembagian dengan menggunakan notasi ilmiah dilakukan dengan membagi N1dan N2 dengan cara biasa dan kemudian mengurangkan pangkatnya . Contoh- contoh berikut menunjukkan bagaimana operasi ini dilakukan :

( 8,0 x 104)+ (5,0 x 102) = ( 8,0 x 5,0 )( 10 4+2 )=40 x 106

=4,0 x 107

(4,0 x 10-5) x ( 7,0x 10-3) = (4,0x7,0) - ( 10 -5+ 3)= 28x 10-2

= 2,8x 10-1

= x 107-(-5)

= 2,3 x 1012

= x 104-9

= 1,7 x 10-5

Angka signifikan

Kita mungkin memperoleh nilai yang tepat untuk kuantitas yang dihitung kecuali jika semua bilangan yang terlihat adalah bilangan bulat (misalnya, ketika menghitung jumlah siswa dalam satu kelas). Karena alasan ini, kita harus menunjukkan batas kesalahan dalam suatu pngukuran dngan menunukkan dengan jelas jumlah angka signifikan (significant figure), atau banyaknya digit yang diperhitungkan didalam suatu komunitas yang di ukur atau dihitung. Ketika angka signifikan digunakan, digit terakhir dianggap tidak pasti. Sebagai contoh, kita dapat mengukur volume sejumlah cairan dengan menggunakan tabung volumetrik dengan skala yang memberikan ketidakpastian sebesar 1 mL dalam pengukuran. Jika volumenya adalah 6 mL, maka volume sebernanya berada dalam rentang 5 mL hingga 7 mL. kita menuliskan volume cairan sebangai (6

1) mL. Dalam kasus ini, hanya terdapat satu angka signifikan (digit 6) dengan ketidakpastian Plus atau minus 1 mL. Agar ketepatanya lebih tinggi, kita bisa menggunakan tabung volumetrik yang memiliki skala lebih kecil, agar volume yang kita ukur sekarang memberikan ketidakpastian sebesar 0,1 mL saja. Jika volume cairan sekarang 6,0 mL, kita dapat menyatakan kuantitas ini sebagai (6,0 0,1) mL, sehingga nilai sebenarnya berada di antara 5,9 mL dan 6,1 mL. untuk memperoleh lebih banyak angka signifikan, kita dapat menggunakan alat ukur dengan ketepatan yang lebih tinggi lagi. Tetapi dalam setiap kasus, digit terakhir selalu tidak pasti; tingkat ketidakpastian ini bergantung pada alat ukur yang kita gunakan.