Reaksi dalam Larutan

Reaksi dalam Larutan

Konsentrasi Molar

Sering dibutuhkan penentuan konsentrasi suatu larutan secara kuantitatif. Ada beberapa cara yang untuk memperoleh konsentrasi larutan secara kuantitatis. Suatu istilah yang sangat berguna dan berkaitan dengan stoikiometri suatu reaksi dalam larutan disebut konsentrasi molar atau molaritas dengan simbol M. Dinyatakan sebagai jumlah mol suatu zat terlarut (solut) dalam larutan dibagi dengan volume larutan yang ditentukan dalam liter.

           

Larutan yang mengandung 1 mol NaCl dalam 1 L larutan mempunyai molaritas 1 mol NaCl/(L larutan) atau 1 M dan disebut 1 molar larutan.

Contoh soal

2,00 g natrium hidroksida, NaOH, dilarutkan dalam air dan membentuk larutan dengan volume 200 ml. Berapa molaritas NaOH dalam larutan?

Solusi

Mol NaOH = 2/40 = 0,05 mol

V = 200 ml = 0,2 l

M = 0,05/0,2 = 0,250 M NaOH

Pengenceran

Dalam pekerjaan sehari-hari di laboratorium, biasanya kita menggunakan larutan yang lebih rendah konsentrasinya dengan cara menambahkan pelarutnya, misalnya banyak laboratorium kimia membeli larutan senyawa kimia dalam konsentrasi yang pekat. Biasanya senyawa kimia yang dibeli ini demikian pekatnya, sehingga larutan ini harus diencerkan. Proses pengenceran adalah mencampur larutan pekat (konsentrasi tinggi) dengan cara menambahkan pelarut agar diperoleh volume akhir yang lebih besar. Proses pengenceran dapat dirumuskan secara singkat sbb:

Contoh soal

Berapa mililiter H₂SO₄ pekat (18,0 M) yang dibutuhkan untuk membuat 750 ml larutan larutan H₂SO₄ 3,00 M.

Solusi

Contoh soal

Berapa banyak air yang harus ditambahkan ke dalam 25 ml KOH 0,500 M agar diperoleh konsentrasi 0,350 M?

Solusi

Volume air harus ditambahkan = 35,7 – 25 = 10,7 ml

Stoikiometri Reaksi dalam Larutan

Hubungan kuantitatif suatu reaksi dalam larutan tepat sama dengan reaksi ini bila terjadi dimana saja. Koefisien dalam persamaan reaksi merupakan perbandingan mol yang dibutuhkan untuk menyelesaikan soal stoikiometrinya.

Contoh Soal:

Alumunium hidroksida, Al(OH)₃, salah satu komponen antasida, dapat dibuat dari reaksi alumunium sulfat, Al2(SO4)3 dengan natrium hidroksida, NaOH. Persamaan reaksinya adalah:

Berapa mililiter larutan NaOH 0,200 M dibutuhkan untuk direaksikan dengan 3,50 g Al₂(SO₄)₃?

Solusi

Mr Al₂(SO₄)₃ = 342,2 g/mol

Mol Al₂(SO₄)₃ = 3,5 /342,2 = 1,02 x 10^-2 mol

Mol NaOH = 6/1 x mol Al₂(SO₄)₃ =6 x1,02 x 10^-2 mol=6,12 x 10^-2 mol

V NaOH = mol/Molaritas = 6,12 x 10^-2 mol/0,200 M =0,306 l = 306 ml

Stoikiometri Reaksi Fasa Gas

Menurut Avogadro, pada suhu dan tekanan yang sama gas-gas bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama pula. Hal itu juga berarti bahwa pada suhu dan tekanan yang sama gas-gas dengan jumlah molekul yang sama akan mempunyai volume yang sama. Pada kondisi tekanan 1 atm dan temperatur 0^o C atau disebut juga dengan keadaan standar (Standard Temperature and Pressure) volum 1 mol gas adalah 22,4 liter.

Perhitungan Pereaksi Pembatas

Perhitungan Pereaksi Pembatas

Jika kita mereaksikan senyawa kimia, biasanya kita tidak memperhatikan berapa jumlah reagen yang tepat supaya tidak terjadi kelebihan reagen-reagen tersebut. Seringkali terjadi satu atau lebih reagen berlebih dan dan bila hal ini terjadi maka suatu reagen sudah habis digunakan sebelum yang lainnya habis. Sebagai contoh, 5 mol H₂ dan 1 mol O₂ dicampur dan terjadi reaksi dengan persaman reaksinya.

Koefisien reaksi itu menyatakan bahwa dalam persamaan tersebut 1 mol O2 akan mampu bereaksi seluruhnya karena kita mempunyai lebih dari 2 mol H2 yang diperlukan. Dengan kata lain, terdapat lebih dari cukup H2 untuk bereaksi sempurna dengan semua O2. Pada akhir reaksi kita akan memperoleh sisa H2 yang tidak bereaksi sebersar 3 mol.

Dalam contoh ini O₂ diacu sebagai pereaksi pembatas karena bila habis tidak ada reaksi lebih lanjut yang dapat terjadi dan tidak ada lagi produk (H₂O) yang dapat terbentuk.

Contoh soal

Seng dan belerang direaksikan membentuk seng sulfida, suatu zat yang digunakan untuk melapisi permukaan bagian dalam tube monitor TV. Persamaan reaksinya adalah:

Dalam percobaan 12 g Zn dicampur dengan 6,5 g S dan dibiarkan bereaksi:

a. reaktan mana yang menjadi pereaksi pembatas?

b. Berapa gram ZnS yang terbentuk, berdasarkan pereaksi pembatas yang ada dalam campuran.

c. Berapa gram sisa pereaksi yang lain, yang akan tetap tidak bereaksi dalam eksperimen ini?

Contoh soal

Etilena, C₂H₄, terbakar di udara membentuk CO₂ dan H₂O menurut persamaan reaksi: 

Berapa gram CO₂ yang terbentuk jika campuran ini mengandung 1,93 g C₂H₄ dan 5,92 g O₂ yang terbakar.

Solusi

Mol C₂H₄ = 1,93/28 = 0,0689 mol

Mol O₂ = 5,92/32 = 0,185 mol

Mol C₂H₄/ koefisien = 0,0689/1 = 0,0689

Mol O₂/koefisien = 0,185/3 = 0,0617 mol

Mol O2/koefisien < Mol C₂H₄/ koefisien

Pereaksi pembatas adalah O₂. Mol CO₂ =2/3 x mol O₂ =2/3 x 0,185 mol = 0,1233 mol

Massa CO2 = 0,1233 x 44 = 5,43 g.

STOIKIOMETRI REAKSI KIMIA

Perhitungan Berdasarkan Persamaan Reaksi

Persamaan reaksi dapat diartikan bermacam-macam. Sebagai contoh kita ambil pembakaran etanol, C₂H₅OH.

Pada tingkat molekul yang submikroskopik, kita dapat memandang sebagai reaksi antara molekul-molekul individu.

1 molekul C₂H₅OH + 3 molekul O₂ → 2 molekul CO₂ + 3 molekul H₂O.

Kita bisa menuliskan persamaan reaksi di atas sbb:

2 molekul C₂H₅OH + 6 molekul O₂ → 4 molekul CO₂ + 6 molekul H₂O.

Asalkan perbandingan koefisiennya tetap yaitu 1:3:2:3.

Seperti yang sudah pernah dibahas sebelumnya bahwa 1 mol terdiri atas 6,022 x 10²³ molekul. Sehingga kita dapat juga menuliskan persamaan reaksi tersebut dalam satuan mol sbb:

1 mol C₂H₅OH + 3 mol O₂ → 2 mol CO₂ + 3 mol H₂O.

1 mol C₂H₅OH = 3 mol O2

1 mol C₂H₅OH = 2 mol O2

1 mol C₂H₅OH = 3 mol O2

3 mol O₂ = 2 mol CO₂

3 mol O₂ = 3 mol H₂O

2 mol CO₂ = 3 mol H₂O

Contoh soal:

Berapa jumlah molekul oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran 1,80 mol C₂H₅OH. Persamaan reaksi yang terjadi adalah sbb:

Solusi

Koefisien dari persamaan reaksi ini memperlihatkan hubungan:

Mol O₂ = 3 x mol C₂H₅OH = 3 x 1,80 = 5,40 mol.

Contoh soal

Reaksi aluminium dengan oksigen sbb:

 Berapa jumlah gram O2 yang dibutuhkan untuk dapat bereaksi dengan 0,300 mol Al?

Solusi

Mol O₂ = 3/4 mol Al

Mol O₂ = 3/2 0,3 mol = 0,225

Massa O₂ = mol O₂ x Mr O₂ = 0,225 x 32 =7,2 gram.

STOIKIOMETRI REAKSI KIMIA

Stoikiometri Reaksi Kimia

Reaksi Kimia dan Persamaan Reaksi

            Langkah-langkah menyetarakan persamaan reaksi kimia:

Langkah 1:

Tulis persamaan reaksi tak seimbang, perhatikan rumus molekulnya yang benar.

Langkah 2:

Persamaan reaksi dibuat seimbang dengan cara menyesuaikan koefisien yang dijumpai pada rumus bangun pereaksi dan hasil reaksi, sehingga diperoleh jumlah setiap macam atom sama pada kedua sisi anak panah.

Contoh soal:

Larutan asam klorida (HCl) ditambahkan ke dalam larutan Na2CO3 hsil reaksinya adalah natrium klorida (NaCl), gas karbon dioksida

Langkah 1

Tuliskan persamaan reaksi yang belum setara dengan cara menuliskan rumus molekul pereaksi dan hasil reaksi yang benar.

Langkah 2

Tempatkan koefisien di depan rumus molekul agar reaksinya seimbang. Kita mulai dengan Na₂CO₃. Dalam rumus molekul hanya ada dua atom Na, untuk membuat seimbang kita tempatkan koefisien 2 di depan NaCl. Dengan demikian diperoleh:

Meskipun jumlah Na sudah seimbang, tetapi Cl belum seimbang, hal ini dapat diperbaiki dengan cara menempatkan koefisien 2 di depan HCl. Ternyata penempatan angka ini menyebabkan hidrogen juga menjadi seimbang.

Perhatikan bahwa tindakan ini juga menyeimbangkan hidrogen dan perhitungan dengan cepat tiap unsur menunjukkan bahwa persamaan tersebut sekarang telah seimbang.

Hukum Gay Lussac

Hukum Gay Lussac

Setelah lebih dari satu abad penemuan Boyle ilmuwan mulai tertarik pada hubungan antara volume dan temperatur gas. Mungkin karena balon termal menjadi topik pembicaraan di kota waktu itu. Kimiawan Perancis Jacques Alexandre César Charles (1746-1823), seorang navigator  balon  yang  terkenal  pada  waktu  itu,  mengenali  bahwa,  pada  tekanan  tetap, volume gas akan meningkat bila temperaturnya dinaikkan. Hubungan ini disebut dengan hukum Charles, walaupun datanya sebenarnya tidak kuantitatif. Gay-Lussac lah yang kemudian memplotkan volume gas terhadap temperatur dan mendapatkan garis lurus (Gambar 6.2). Karena alasan ini hukum Charles sering dinamakan hukum Gay-Lussac. Baik hukum Charles dan hukum Gay-Lussac kira-kira diikuti oleh semua gas selama tidak terjadi pengembunan.

Pembahasan  menarik  dapat  dilakukan  dengan  hukum  Charles.  Dengan mengekstrapolasikan  plot volume  gas  terhadap  temperatur,  volumes  menjadi  nol  pada temperatur tertentu. Menarik bahwa temperatur saat volumenya menjadi nol sekitar -273°C (nilai  tepatnya  adalah  -273.2  °C)  untuk  semua  gas.  Ini  mengindikasikan  bahwa  pada tekanan tetap, dua garis lurus yang didapatkan dari pengeplotan volume V1 dan V2 dua gas

1 dan 2 terhadap temperatur akan berpotongan di V = 0.

Fisikawan Inggris Lord Kelvin (William Thomson (1824-1907)) mengusulkan pada temperatur ini temperatur molekul gas menjadi setara dengan molekul tanpa gerakan dan dengan demikian volumenya menjadi dapat diabaikan dibandingkan dengan volumenya pada  temperatur  kamar,  dan  ia  mengusulkan  skala  temperatur  baru,  skala  temperatur Kelvin, yang didefinisikan dengan persamaan berikut.

  273,2 + °C = K

Kini temperatur Kelvin K disebut dengan temperatur absolut, dan 0 oK disebut dengan titik nol absolut. Dengan menggunakan skala temperatur absolut, hukum Charles dapat diungkapkan dengan persamaan sederhana 

V = bT (K)

dengan b adalah konstanta yang tidak bergantung jenis gas.

Menurut Kelvin, temperatur adalah ukuran gerakan molekular. Dari sudut pandang ini, nol absolut khususnya menarik karena pada temperatur ini, gerakan molekular gas akan berhenti. Nol absolut tidak pernah dicapai dengan percobaan. Temperatur terendah yang pernah dicapai adalah sekitar 0,000001 K.

Avogadro menyatakan bahwa gas-gas bervolume sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, akan mengandung jumlah molekul yang sama (hukum Avogadro). Hal ini sama dengan menyatakan bahwa volume gas nyata apapun sangat kecil dibandingkan dengan volume yang ditempatinya. Bila anggapan ini benar, volume gas sebanding dengan jumlah molekul gas dalam ruang tersebut. Jadi, massa relatif, yakni massa molekul atau massa atom gas, dengan mudah didapat.

“Dalam suatu reaksi kimia gas yang diukur pada P dan T yang sama volumenya berbanding lurus dengan koefisien reaksi atau mol, dan berbanding lurus sebagai bilangan bulat dan sederhana.”

Contoh      : Berat 1 liter suatu gas = 2 gram, 10 liter NO pada P dan T yang sama beratnya 7,5 gram.

Berapa berat molekul tersebut? 

Hukum Proust

Hukum Perbandingan Tetap atau Hukum Proust

Dalam kimia, hukum perbandingan tetap atau hukum Proust (diambil dari nama kimiawan Perancis Joseph Proust) adalah hukum yang menyatakan bahwa suatu senyawa kimia terdiri dari unsur-unsur dengan perbandingan massa yang selalu tepat sama. Dengan kata lain, setiap sampel suatu senyawa memiliki komposisi unsur-unsur yang tetap. Misalnya, air terdiri dari 8/9 massa oksigen dan 1/9 massa hidrogen. Bersama dengan hukum perbandingan berganda (hukum Dalton), hukum perbandingan tetap adalah hukum dasar stoikiometri.

“Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu persenyawaan kimia selalu  tetap.”

Perbandingan tetap pertama kali dikemukakan oleh Joseph Proust, setelah serangkaian eksperimen di tahun 1797 dan 1804. Hal ini telah sering diamati sejak lama sebelum itu,

      namun Proust-lah yang mengumpulkan bukti-bukti dari hukum ini dan mengemukakannya Pada saat Proust mengemukakan hukum ini, konsep yang jelas mengenai senyawa kimia belum ada (misalnya bahwa air adalah H2O dsb.). Hukum ini memberikan kontribusi pada konsep mengenai bagaimana unsur-unsur membentuk senyawa. Pada 1803 John Dalton mengemukakan sebuah teori atom, yang berdasarkan pada hukum perbandingan tetap dan hukum perbandingan berganda, yang menjelaskan mengenai atom dan bagaimana unsur membentuk senyawa.

Contoh      : Berapakah Ca: O dalam senyawa CaO? Jawab        : Ca : O           = BA Ca : BA O

= 40 : 16

= 5 : 2

Tabel di atas merupakan contohnya. :D

Hukum Kekekalan Massa

Hukum Lavoisier

Hukum kekekalan Massa dikemukakan oleh Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) yang berbunyi: ”Dalam suatu reaksi, massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”, dengan kata lain massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Artinya selama reaksi terjadi tidak ada atom-atom pereaksi dan hasil reaksi yang hilang

Percobaan yang dilakukan oleh Lavoisier.

Lavoisier mereaksikan cairan merkuri dengan gas oksigen dalam suatu wadah di ruang tertutup sehingga menghasilkan merkuri oksida yang berwarna merah. Apabila merkuri oksida dipanaskan kembali, senyawa tersebut akan terurai menghasilkan sejumlah cairan merkuri dan gas oksigen dengan jumlah yang sama seperti semula. Dengan bukti dari percobaan ini Lavoisier merumuskan suatu hukum dasar kimia yaitu Hukum Kekekalan Massa yang menyatakan bahwa jumlah massa zat sebelum dan sesudah rekasi adalah sama.

Pernyataan yang umum digunakan untuk menyatakan hukum kekekalan massa adalah massa dapat berubah bentuk tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Untuk suatu proses kimiawi di dalam suatu sistem tertutup, massa dari reaktan harus sama dengan massa produk.
Hukum kekekalan massa digunakan secara luas dalam bidang-bidang seperti kimia, teknik kimia, mekanika, dan dinamika fluida.

Hukum kekekalan massa dapat terlihat pada reaksi pembentukan hidrogen dan oksigen dari air. Bila hidrogen dan oksigen dibentuk dari 36 g air, maka bila reaksi berlangsung hingga seluruh air habis, akan diperoleh massa campuran produk hidrogen dan oksigen sebesar 36 g. Bila reaksi masih menyisakan air, maka massa campuran hidrogen, oksigen dan air yang tidak bereaksi tetap sebesar 36 g.

Begitu juga kalau kita membakar kayu misalnya kayu korek api. Berlaku juga hukum kekekalan massa. Memang setelah kayu terbakar akan menjadi abu. Namun yang perlu anda ketahui adalah bahwa selain abu, pada pembakaran kayu juga dihasilkan oksida karbon, asap dan uap air. Oksida carbon dan uap air tidak tampak oleh mata karena bermujud gas. Jika ditimbang ulang :
mk massa kayu + masa oksigen = masa abu + massa oksida karbon + massa uap air + massa asap.

Kalau hukum kekekalan massa memang benar, maka massa dari materi yang ada didunia ini berarti tidak pernah berubah.Kalau begitu, maka ketika mahluk hidup, hewan, tumbuhan dan manusia, setiap kali tumbuh menjadi semakin besar, berarti ada penambahan massa yang diambilkan dari massa materi yang lain. Begitu juga setiap bayi yang lahir, berarti ada energi dan massa di alam semesta ini yang beralih ke dalam diri bayi.

Kalau kita makan, maka ada beberapa massa dari air dan makanan yang makan akan menjadi daging pada tubuh kita. Kalau manusia bertambah banyak, sesungguhnya tidak ada perubahan massa di alam semesta ini, karena jumlah massa tentu juga sama sebagaimana jumlah energi di alam semesti ini, berarti selalu sama.

Hukum Kekekalan Massa:

“massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat setelah reaksi”

Contoh :

S_(s) +  O_2(g) →  SO_2(g)

1 mol S bereaksi dengan 1 mol O₂ membentuk 1 mol SO_2. 32 gram S bereaksi dengan 32 gram O₂ membentuk 64 gram SO₂. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang dihasilkan.

H_2(g) +  ½ O_2(g) →  H₂O_(l)

1 mol H₂ bereaksi dengan ½ mol O₂ membentuk 1 mol H₂O. 2 gram H₂ bereaksi dengan 16 gram O₂membentuk 18 gram H₂O. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang terbentuk.

Contoh soal :

Pada wadah tertutup, 4 gram logam kalsium dibakar dengan oksigen, menghasilkan kalsium oksida. Jika massa kalsium oksida yang dihasilkan adalah 5,6 gram, maka berapa massa oksigen yang diperlukan?
Jawab :
m Ca = 4 gram
m CaO = 5,6 gram

m O 2 = ..?
Berdasarkan hukum kekekalan massa :
Massa sebelum reaksi = massa sesudah reaksi

m Ca + m O 2 = m CaO

m O 2 = m CaO – m Ca
= (5,6 – 4,0) gram
= 1,6 gram
Jadi massa oksigen yang diperlukan adalah 1,6 gram.