HUKUM DASAR ILMU KIMIA

A. HUKUM KEKEKALAN MASSA
      Antonie Laurent Lavoisier (1743 - 1794 ) melakukan kegiatan penelitian terhadap proses pembakaran dari beberapa zat. Dalam percobaan tersebut diamati proses reaksi antara raksa (merkuri) yaitu logam cairan yang berwarna putih perak dengan oksigen untuk membentuk Merkuri Oksida yang berwarna merah.
     Telah diketahui bahwa merkuri oksida  (waktu itu dikenal dengan nama merkuri calx) yang berwarna merah dipanaskan akan menghasilkan logam merkuri, dan sebaliknya bila logam merkuri dipanaskan dengan oksigen akan menghasilkan merkuri oksida. Dari percobaan tersebut ternyata bila merkuri oksida jika dipanaskan akan menghasilkan logam merkuri dan gas oksigen, dan massa oksigen ini ternyata sama dengan yang dibutuhkan untuk mengubah logam merkuri oksida kembali. Dari hasil percobaan itu, maka Lavoisieer  yang menyatakan bahwa massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi.
Contoh :
Logam magnesium seberat 4 gram dibakar dengan oksigen akan menghasilkan magnesium oksida yang dihasilkan dapat dihitung sebagai berikut :
Massa zat-zat sebelum reaksi   =   massa zat-zat hasil reaksi
        m Magnesium oksida       =   m magnesium  + m oksigen
                                               =   4 gram   +   6 gram   =   10 gram

Gambar Percobaan Lavoisier : mula-mula cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi setelah beberapa hari, tinggi permukaannya menjadi B, ini menunjukkan bahwa oksigen dari udara telah digunakan oleh merkuri di atas pemanas akan mengakibatkan permukaan merkuri menjadi A lagi, setelah semua merkuri oksida terurai menjadi merkuri kembali.

B. HUKUM PERBANDINGAN TETAP (HUKUM PROUST)
    Berdasarkan proses terbentuknya, senyawa adalah gabungan dua unsur atau lebih dengan perbandingkan tertentu dan tetap. Bergabungnya unsur-unsur pembentuk senyawa. disertai hilangnya sifat-sifat unsur pembentuk. Sifat senyawa yang dihasilkan berbeda dari sifat awal unsur-unsur pembentuknya.
Contoh :
a. Tembaga dicampur dengan serbuk belerang tanpa dipijarkan, maka pada campuran ini sifat tembaga dan belerang masih tetap. Campuran yang terbentuk bukan merupakan senyawa dan hanya disebut campuran saja.
b. Tembaga dicampur dengan serbuk belerang kemudian dipijarkan maka akan terjadi zat yang sifatnya berbeda dari sifat tembaga dan belerang yang dicampurkan, maka zat yang terjadi pada proses pencampuran tersebut adalah senyawa yang dikenalkan sebagai tembaga (II) sulfida.

Senyawa tembaga (II) sulfida dapat diperoleh dengan pemijaran logam tembaga dan serbuk belerang. Jika pada pemijaran tersebut massa tembaga diukur dengan teliti dan jumlah belerangnya di buat sebanyak-banyaknya ternyata senyawa tembaga (II) sulfida yang dihasilkan mengandung perbandingan massa tembaga dan belerang yang selalu tetap, sedangkan belerang yang tidak terbentuk senyawa masih tetap tersisa sebagai unsur belerang. Lihat data hasil percobaan dibawah ini :

 Tabel hubungan massa unsur dengan senyawa :

Percobaan ke	Massa tembaga (gram)	Massa tembaga (II) sulfat (gram)	Massa belerang yang terbentuk ( gram)
1. 2. 3. 4. 5.	0,24 0,31 0,41 0,51 0,64	0,36 0,46 0,60 0,75 0,95	0,12 0,15 0,20 0,25 0,31

Dari tabel tampak bahwa perbandingan massa belerang dengan tembaga adalah 1 :2. Perbandingan massa unsur belerang dan tembaga itu selalu tetap, walaupun massa belerang dan tembaga disediakan berbeda-beda.

Berdasarkan percobaan-percobaan itu dapat disimpulkan bahwa :

- setiap senyawa tertentu selalu tersusun mengandung unsur-unsur yang sama.

- perbandingan massa unsur dalam senyawa selalu tetap

Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Perbandingan Tetap atau Hukum Proust 

Contoh :

Perbandingan massa unsur oksigen dan hidrogen dalam senyawa air adalah 8  :  1. Jika 100 gram  unsur oksigen dan 3 gram unsur hidrogen bergabung membentuk senyawa air, maka air yang dihasilkan dapat dihitung dari angka banding sebagai berikut :

  m O   :   mH   =   8   :   1

Jiak semua unsur O habis, maka diperlukan H  +   1/8 x 100   =   12,5 gram.

Hal tersebut tidak mungkin, sebab hanya tersedia 3 gram unsur hidrogen seberat 3 gram. Oleh karena hidrogen yang tersedia hanya 3 gram, maka oksigen yang diperlukan  :

massa oksigen  =   8/1  x  3  =  24 gram.

Massa air yang terjadi  =   massa oksigen   +   massa hidrogen  =  27 gram.

C. HUKUM KELIPATAN TETAP ( HUKUM DALTON )

    Dari dua unsur dapat dibentuk beberapa senyawa dengan perbandingan massa yang berbeda-beda. Misalnya, belerang dengan oksigen dapat membentuk suatu senyawa SO2 dan SO3. Dari unsur-unsur hidrogen dan oksigen dapat dibentuk senyawa H2O dan H2O2.

Dalton menyelidiki perbandingan unsur-unsur tersebut pada setiap senyawa  dan didapatkan suatu pola keteraturan. Pola tersebut dinyatakan sebagai Hukum Perbandingan Kelipatan yang berbunyi 

Bila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, maka massa salah satu unsur tersebut tetap (sama), maka perbandingan massa unsur-unsur yang lain dalam senyawa-senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana.

Contoh:

Nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa-senyawa N2O, NO, N2O3 dan N2O4 dengan komposisi massa terlihat dalam tabel berikut :

Senyawa	Massa nitrogen (gram)	Massa oksigen (gram)	Perbandingan
N2O NO N2O3 N2O4	28 14 28 28	16 16 48 64	7 : 4 7 : 8 7 : 12 7 : 16

Dari tabel tersebut bila massa N dibuat tetap (sama) sebanyak 7 gram maka perbandingan massa oksigen dalam N2O : NO : N2O3 : N2O4   =   1  :  2  :  3  :  4

D. HUKUM PERBANDINGAN VOLUM DAN HIPOTESIS AVOGADRO.

1. Hukum Perbandingan Volum

Ilmuwan Perancis Joseph Louis Gay Lussac (1778 - 1850) berhasil melakukan percobaan tentang volum gas yang terlibat pada berbagai reaksi.

Setiap satuan volume gaas hidrogen bereaksi denngan satu-satuan volum gas klorin akan menghasilkan dua satuan volum gas hidrogen klorida. Setiap dua satuan volum gas hidrogen bereaksi dengan satu satuan volum gas oksigen akan menghasilkan dua satuan volum uap air 

1 satuan                 1 satuan                                    2 satuan

volum gas              volum gas        ------->             volum gas

hidrogen                   klorin                                    hidrogen klorida

2 satuan                  1 satuan                                  2 satuan

volum gas               volum gas        ------->          volum gas

hidrogen                  oksigen                                     uap air

Dari percobaan- percobaan yang telah dilakukannya , Gay Lussac berkesimpulan bahwa :

Volume gas-gas yang bereaksi dan volum-volum gas hasil reaksi bila diukur pada suhu dan tekanan yang sama berbnding sebagai bilangan bulat dan sederhana. ( Hukum Perbandingan Volum Gay Lussac)

Hasil Percobaan di atas menunjukkan bahwa :

Volume gas hidrogen  :  klorin  :  hidrogen klorida   =    1  :  1  :  2

Volume gas hidrogen  :  oksigen  :  uap air  =   2  :  1  :  2

Hukum tersebut hanya berlaku untuk reaksi-reaksi dalam wujud gas, dan pada kenyataanya untuk reaksi-reaksi yang bukan gas, massa zat dan volum zat cair tidak berlaku. Bila dihubungkan denngan teori atom Dalton terdapat ketidak sesuaian, karena Dalton menganggap bahwa atom merupakan partikel terkecil dari suatu zat. Jadi, bila satuan volum di perkecil hingga didapat :

1 volum hidrogen   +   1 volum klorin --->   2 volum hidrogen klorida

Jika dianggap bahwa gas-gas dalam keadaan sebagai atom, maka :

1 atom hidrogen   +   1 atom klorin  ---->   2 atom hidrogen klorida

Bila konsep ini diterapkan pada gas hidrogen dan oksigen, maka didapat

1 atom hidrogen  +  1/2 atom oksigen  ----> 1 atom air

2. Hipotesis Avogadro dan Hukum Avogadro

Amaddeo Avogadro berpendapat bahwa satuan terkecil dari suatu zat tidaklah harus atom, tetapi dapat merupakan gabungan atopm yang disebut molekul. Dengan konsep ini maka teori atom Dalton tetap benar dan fakta percobaan Gay Lussac dapat dijelaskan, sehingga pernyataan tentang reaksi antara hidrogen dan oksigen menjadi :

1 molekul gas hidrogen   +   1/2 molekul gas oksigen  ---->   1 molekul air

(konsep 1/2 molekul ini dapat dibenarkan karena bisa jadi 1/2 molekul oksigen itu hanya 1 atom oksigen saja)

Berdasarkan hal tersebut, maka Avogadro membuat hipotesis yang dikenal dengan dengan Hipotesis Avogadro yang menyatakan bahwa :

Pada suhu dan tekanan yang sama semua gas yang volumnya sama akan mengandung jumlah molekul yang sama.

Menurut hipotesis Avogadro unsur yang berwujud gas umumnya merupakan molekul dwi atom atau diatomik. Bila demikian maka dalam persamaan reaksinya dua reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

      H2 (g)             +              Cl2 (g)    --------->          2HCl (g)

1 molekul                           1 molekul                          2 molekul

gas hidrogen                        gas klorin                        gas hidrogen klorida

     H2 (g)              +             1/2 O2 (g)    -------->        H2O (g)

1 molekul                            1/2 molekul                        1 molekul

gas hidrogen                        gas oksigen                             air

Avogadro juga menemukan pola hubungan antara perbandingan volum gas-gas yang bereaksi, yaitu :

Jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan volum gas-gas yang terlibat dalam reaksi sama merupakan angka yang bulat dan sederhana.

Jika diperhatikan ternyata perbandingan volum tersebut sesuai dengan perbandingan koeffisien persamaan reaksinya. Dengan dasar itulah beberapa rumus molekul dapat diramalkan.

Contoh :

Pada subhu dan tekanan yang sama setiap 1 liter gas nitrogen akan tepat habis bereaksi dengan 3 liter gas hidrogen membentuk 2 liter gas amoniak. Tentukan rumus molekul amonia tersebut !

Jawab :
Karena gas hidrogen dan nitergen dianggap sebagai molekul diatomik maka persamaan reaksi ditulis sebagai berikut :

N₂ (g)   +   3H₂ (g)     --------->    2N_xH_y

Berdasarkan konsep pada reaksi setara jumlah atom-atom sebelum dan sesudah reaksi harus sama, maka

Jumlah atom -atom sebelum reaksi  dan sesudah reaksi adalah sama, maka :

Jumlah atom N sebelum reaksi = jumlah atom N sesudah reaksi

                                          2            =        2x

                                          X            =        1

Jumlah atom H sebelum reaksi = jumlah atom H sesudah reaksi

                                     2  x    3       =        2y

                                            Y          =        3

Jadi rumus molekul amonia adalah  NH₃

Gas metana dibakar sempurna dengan oksigen, reaksi yang terjadi adlah

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

 Bila metana yang dibakar 3 liter, berapa liter gas oksigen yang diperlukan dan berapa liter gas CO₂ dan H₂O yang dihasilkan ? (semua volum diukur pada suhu dan tekanan yang sama )

Jawab :

Setarakan reaksinya :

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

Perbandingan volum:

CH₄   :   O₂   :   CO₂   :   H₂O     =    1  :  2  :  1  :  2

Bila volum  CH₄   =   3 liter

Volum O₂            = 2/1   x   3 liter

                            =     6 liter

Volum CO₂          =    1/1  x  3 liter

                            = 3 liter

Volum H₂O          =    2/1 x 3 liter
                             =    6 liter





Sumber
Kimia Untuk SMA kelas X, Unggul Sudarmo, Penerbit Erlangga, 2004
KIMIA untuk SMA/MA Kelas X, Tarti Harjani, dkk, Penerbit MasMedia, 2012