STOIKIOMETRI

A. Hukum Perbandingan Volume Gay Lussac

Jossep Louis Gay Lussac (1778-1850), Perancis. Merumuskan suatu hukum yang menyatakan pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi merupakan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.

Untuk memahami hasil penelitian Gay Lussac perhatikan contoh-contoh sebagai berikut :

a. Gas hydrogen + gas klorin ---------> gas hydrogen klorida

1 L 1 L 2L

Perbandingan volume gas Hidrogen : klorin : hydrogen klorida = 1 : 1 : 2

b. Gas hydrogen + gas oksigen ---------> uap air

2 L 1L 2L

Perbandingan volume gas hydrogen: oxygen: uap air = 2 : 1 : 2

c. Gas nitrogen + gas hydrogen --------> gas amoniak

1L 3L 2L

Perbandingan volume gas nitrogen : hydrogen : amoniak = 1 : 3 : 2

Dari ketiga contoh tersebut diperoleh perbandingan dengan bilangan bulat dan sederhana.

B. Hipotesa Avogadro

Amadeo Avogadro (1778-1856), Italia, mengajukan pemikiran bahwa bukan hanya senyawa saja yang memiliki partikel dasar berupa atom-atom, tetapi juga beberapa unsur diatomic seperti hydrogen, oksigen, klorin, nitrogen dan hydrogen klorida. Perhatikan contoh sbb :

Gas nitrogen + gas hydrogen ---------> gas amoniak

Menurut Gay Lussac perbandingan volume gas nitrogen : hydrogen : amoniak = 1 : 3 : 2. Pernyataan ini dapat digambarkan sebagai berikut :

N₂ (g) + 3H₂(g) --------> 2NH₃ (g)

Berdasarkan data di atas Avogadro menyatakan bahwa : pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas yang memiliki volume sama, memiliki jumlah molekul yang sama.

Jika setiap 1 liter gas memiliki x molekul gas tersebut, maka perhatikanlah reaksi berikut !

a. 1L H₂ (g) + 1L Cl₂(g) ----------> 2L HCl (g)

x molekul H₂(g) x molekul Cl₂ (g) 2x molekul HCl (g)

Persamaan reaksinya : H₂(g) + Cl₂(g) -------> 2HCl(g)

b. 2L H₂ (g) + 1L O₂ (g) -------> 2L H₂O(g)
2x molekul H2(g) x molekul O2(g) 2x molekul H2O(g)

Persamaan reaksinya : 2H₂ (g) + O₂(g) 2H₂O (g)

Dari contoh di atas, diperoleh kesimpulan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas sesuai dengan perbandingan koefisien reaksinya.

Rumus yang berlaku khusus untuk gas :

Volume yang dicari = koeffisien yang di cari X volume yang diketahui
koeffisien yang diketahui

Jumlah molekul dicari = koeffisien yang dicari x jumlah molekul yang diketahui
koeffisien yang diketahui

Contoh soal 1:

Pada suhu tertentu, 6L gas nitrogen direaksikan dengan gas hydrogen untuk menghasilkan gas amoniak. Jika pengukuran pada suhu dan tekanan yang sama, tuliskan :

a. persamaan reaksinya

b. volume gas hydrogen yang bereaksi

c. volume gas amoniak yang terbentuk !

Jawab :

a. reaksi : N₂(g) + 3H₂(g) -------> 2NH₃(g)

b. Volume H₂(g) = Koefisien H₂ X volume N₂

Koefisien N₂

Jadi volume H₂(g) = 18L

c. Volume NH₃(g) = Koefisien NH₃ X 2/1 volume N₂ = 2 X 6L = 12L koefisien N₂

Jadi volume NH₃ (g) = 12 L

Contoh soal 2 :

Pada pembakaran C₂H₆ (g) dengan gas oksigen, dibutuhkan 35L gas oksigen sampai C₂H₆(g) habis. Jika pengukuran dilakukan pada suhu dan tekanan yang sama dan hasil reaksinya adalah CO₂(g) dan H₂(g), tentukan

a. persamaan reaksinya

b. volume C₂H₆(g)

c. volume CO₂ (g)

d. volume H₂O (g) !

Jawab :

a. Persamaan reaksi : 2C₂H₆ (g) + 7O₂ (g) 4CO₂(g) + 6H₂O(g)

b. Volume C₂H₆(g) = Koefisien C₂H₆ X volume O₂ = 2 X 35 L = 10L

koefisien O₂ 7
Jadi volume C₂H₆(g) = 10 L

c. Volume CO₂ (g) = Koefisien CO₂ X volume O₂ = 4 X 35 L = 20L

koefisien O₂ 7

Jadi volume CO₂ (g) = 20L

d. Volume H₂O (g) = Koefisien H₂O X volume O₂ = 6 X 35 L = 35 L

koefisien O₂ 7

Jadi volume H₂O (g) = 30 L

Contoh soal 3 :

Pada pembakaran 50 molekul CH₄ (g) dengan oksigen dihasilkan CO₂ (g) dan H₂O (g), tentukan :

a. persamaan reaksinya

b. jumlah molekul oksigen yang diperlukan

c. jumlah molekul CO₂(g) yang dihasilkan

d. jumlah molekul H₂O (g) yang dihasilkan !

Jawab :

a. Persamaan reaksi : CH₄ (g) + 2O₂ (g) ----> CO₂(g) + 2H₂O (g)

b. Jumlah molekul O₂ (g) = Koefisien O2 X jumlah molekul CH₄

koefisien CH₄

= 2/1 X 50 molekul = 100 moleku
c. Jumlah molekul CO₂(g) = jumlah molekul CH₄ = 50 molekul

(koefisien sama, sehingga jumlah molekulnya sama)
d. Jumlah molekul O₂(g) = jumlah molekul O₂ (g) = 100 molekul

(koefisien O₂ sama dengan koefisien H₂O, sehingga jumlah molekulnya sama)

Contoh soal 4 :

Jika 35 L gas karbon dioksida mengandung 4,5 X 10²³ molekul pada suhu dan tekanan yang sama, berapakah :

a. jumlah molekul 7L gas hydrogen

b. volume gas amoniak yang mengandung 9 x 10²² molekul

Jawab :

a. Jumlah molekul H2 (g) = Volume H₂ X jumlah molekul CO₂

volume CO₂

= 7/35 X 4,5 . 10²³ molekul

= 0,9 X 10²³ = 9 X 10²² molekul H₂

b. Volume NH₃ = jumlah molekul NH₃ X volume CO₂

jumlah molekul CO₂

= 9 . 10²³ X 35 L = 70 L

4,5 .10²³

Contoh soal 5 :

Jika 50 mL CxHy(g) dibakar dengan 250 mL oksigen dan menghasilkan 150mL karbondioksida dan sejumlah uap air, semua gas diukur pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan rumus C_xH_y!
Jawab :

Perbandingan volume sesuai dengan perbandingan koefisien, sehingga volume yang ada disederhanakan, kemudian dijadikan sebagai koefisien.
CxHy (g)     +     O₂ (g) -------> CO₂ (g)    +     H₂O (g)
50mL 250mL 150mL
1 :          5 :             3
Koefisien H₂O belum diketahui. Dimisalkan H₂O adalah z sehingga
CxHy (g)      +     5O₂(g) ----------> 3CO₂(g)    +    zH₂O (g)

Ruas kiri = ruas kanan
Berdasarkan jumlah atom O, 10 = 6 + z

Z = 10 - 6 = 4 Sehingga persamaan reaksinya menjadi :
CxHy (g) + 5O₂ (g) ------> 3CO₂(g) + 4H₂O (g)

Untuk menentukan x dan y, dilakukan penyetaraan atom C dan H

Ruas kiri = ruas kanan

Jumlah atom C : x = 3

Jumlah atom H : y = 8

Jadi rumus CxHy adalah C₃H₈.

Contoh soal 6 :

Diketahui 5 L campuran CH₄ (g) dan C₂H₆(g) dibakar habis menghasilkan CO₂ (g) dan H₂O (g). Jika campuran tersebut mengandung 20% CH₄ dan 80% C₂H₆ (g), maka tentukan :

a. volume gas oksigen yang diperlukan

b. volume CO₂ (g) yang dihasilkan !

Jawab :

Semua pengukuran dilakukan pada suhu dan tekanan yang sama.

Volume CH₄ (g) = 20/100 x 5l = 1l

Volume C₂H₆ (g) = 80/1000 X 5 l = 4l

Reaksi pembakaran CH₄ (g) :

CH₄ (g) + 2O₂ (g) -------> CO₂ (g) + H₂O (g)

Volume O₂(g) = Koefisien O₂ X volume C₂H₆ = 2/1 X 4L = 14L

Koefisien CH4

Volume CO₂ (g) = Koefisien CO₂ X volume C₂H₆ = 4/2 X 4L = 8L

Koefisien C₂H₆

Jadi, volume total gas oksigen yang diperlukan :

= volume O₂(g) reaksi pembakaran CH₄(g) + volume O₂(g) reaksi pembakaran C₂H₆(g)

= 2 L + 14 L = 16 L

Volume CO₂ total yang dihasilkan :

= volume CO₂ (g) pembakaran CH₄ (g) + volume CO₂(g) pembakaran C₂H₆(g)

= 1 L + 8L = 9L

Contoh soal 7 :

Diketahui 6L gas C₂H₆ dibakar dengan gas oksigen dari udara menghasilkan gas CO₂ dan uap air. Jika udra mengandung 20% gas oksigen, tentukan volume udara yang diperlukan !
C₂H₆(g)   +   3,5O₂(g) ---------> 2CO₂(g)   +   3H₂O(g)
   Atau
2C₂H₆(g) +   7O₂ (g) ---------> 4CO₂(g)   +   6H₂O(g)

Jawab :

Volume O₂(g) = koefisien O₂ X volume C₂H₂ = 3,5/1 X 6L = 21L

Koefisien C₂H₆
Volume udara = 100/20 X volume O₂(g) = 5 X 21 L = 10 Jadi, diperlukan 105 L udara.

Contoh soal 8 :

Diketahui campuran CH₄ (g) dan C₃H₈ (g) dibakar sempurna dengan 18L gas oksigen. Jika semua gas diukur pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan masing-masing volume CH₄ (g) dan C₃H₈(g)

Jawab:

Dimisalkan volume CH₄ (g) = x L maka volume C₃H₈ (g) = (6 - x) L Persamaan reaksi pada CH₄ (g) :

CH₄₍g) + 2O₂(g) ------> CO₂(g) + 2H₂O(g)

Volume O₂ (g) = Koefisien O₂ X volume CH₄ = 2/1 X x = 2xL

Koefisien C3H8
Persamaan reaksi pada C₃H₈ (g) :
C₃H₈(g) + 5O₂(g) -----> 3CO₂(g) + H₂O(g)
Volume O₂ (g) = Koefisien O₂ X volume C₃H₈

Koefisien C₃H₈

=5/1 X (6 - x) = (30 - 5x) L

Volume O₂ (g) total = volume O₂ (g) reaksi pembakaran CH₄(g) + volume O₂ (g) reaksi pembakaran C₃H₈(g)

18 = 2x + (30 - 5x)

18 = 2x + 30 - 5x

5x - 2x = 30 - 18

3x = 12 x = 4

Jadi volume CH₄(g) = 4 L dan Volume C₃H₈ (g) = 6 - 4 = 2L

C. STOIKIOMETRI / KONSEP MOL

Dalam ilmu kimia ada satuan jumlah yang disebut mol. Jika satu lusin adalah dua belas maka satu mol adalah jumlah atom dalam 12 gram atom karbon yaitu sebanyak 6,02 x 10²³ butir. Bilangan 6,02 x 10²³ ini dinamai tetapan Avogadro yang dilambangkan dengan L dan sering dibulatkan menjadi 6 x 10^{23 (merupakan Tetapan Avogadro)}
Segala bentuk perhitungan kimia yang berhubungan dengan jumlah partikel disebut stoikiometri(bahasa Yunani: stoicheion=partikel; metron=perhitungan).

a. Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel

Satu mol adalah banyaknya zat tersebut yang mengandung 6 x 10²³ (L) butir partikel. Partikel di sini dapat berupa atom, molekul atau ion yang dinyatakan dalam rumus kimia zat itu.

Jumlah partikel = mol L

Mol = jumlah partikel / L

Contoh soal 1 :

Hitunglah: a. jumlah atom dalam 5mol besi(Fe)

b. jumlah molekul dalam 0,25 mol air(H₂O)

c. jumlah atom dalam 3 mol metana(CH₄)

Jawab:

a. Jumlah atom Fe = 5x6x10²³ atom = 3x10²⁴ atom

b. Jumlah molekul H₂O = 0,25x6x10²³molekul = 1,5x10²³molekul.

c. Jumlah molekul CH₄ = 3x6x10²³ molekul.

Oleh karena satu molekul CH₄ tersusun dari 5 butir atom,maka jumlah atom dalam 3 mol metana adalah = 5x3x6x10²³atom = 9x10²⁴atom.

Contoh soal 2 :

Hitunglah jumlah mol dari : a. 4,5x10²³atom Mg

b. 1,5x10²⁴ molekul gula

Jawab:

a. mol Mg = 4,5x10²³ = 0,75 mol

6 x10²³

b. mol gula = 1,5x10²⁴ = 2,5 mol

6x10²³

1. Hubungan Mol dengan Massa(gram)

Massa satu mol zat yang dinyatakan dalam gram disebut massa molar.

Gram = mol x Ar(Mr)
Ar (Mr) = Gram/mol
Mol = Gram / Ar(Mr)

Jumlah partikel = gram
L Ar (Mr)

Contoh soal 1:

a. Berapa gram massa dari 0,1 mol natrium(Ar=23)

b. Berapa Mr amonia jika 5 mol amonia mempunyai massa 85 gram

c. Hitunglah mol dari 180 gram urea(Mr=60)

d. Sebanyak 3x10²² atom logam M mempunyai massa 1,35 gram (L=6x10²³). Hitunglah Ar logam M

Jawab:

a. Massa natrium = 0,1 x 23 gram = 2,3 gram

b. Mr amonia = gram = 85 = 17

Mol 5

c. mol urea = 180 mol = 3 mol

d. jumlah atom = gram

L Ar

3x10²² = 1,35

6x10²³ Ar

Ar = 27

Hubungan antara mol, gram, dan jumlah partikel dapat digambarkan dalam diagram sebagai berikut :

2. Penentuan Rumus Kimia
3. Persentase Unsur dalam Senyawa
4. Air Kristal
5. Koeffisien Reaksi

6. Hukum Avogadro dan Keadaan Standar
a. Hukum Avogadro
b. Keadaan Standar
c. Hukum Gas Ideal

MATERI DAN SOAL STOIKIOMETRI

Sumber:
KIMIA untuk SMA kelas X, Unggul Sudarmo, Penerbit Erlangga, 2004
KIMIA 1 SMU, untuk Kelas 1, Irfan Anshori dan Hiskia Ahmad, Penerbit Erlangga, 1999
KIMIA untuk SMA/MA, kelas X, Tarti Harjani, dkk, Penerbit Masmedia, 2012