WEEK 3 4 5 Bag 3 STOIKIOMETRI 1

WEEK 3, 4 & 5 Bag 3: STOIKIOMETRI 1

Diskripsi • Stoikiometri adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan kuantitatif/jumlah zat yang terlibat dalam reaksi kimia. • Kata ini berasal dari bahasa Yunani stoikheion (elemen) dan metron (ukuran) • Lingkup dari Stoikiometri adalah – Perbandingan jumlah unsur pembentuk senyawa – Perbandingan jumlah zat yang terlibat dalam suatu reaksi dalam jumlah yang kompleks • Jeremias Benjamin Richter (1762 -1807) adalah orang yang pertama kali meletakkan prinsip-prinsip dasar stoikiometri 2

Stoikiometri Pembentukan Senyawa Hukum Perbandingan Tetap dalam Suatu senyawa • Dasar dari stoikiometri adalah teori atom dalton yaitu: – hukum perbandingan tetap dan – hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia. • Rumus kimia suatu senyawa yang ditunjukkan dengan angka yang bulat, menunjukkan jumlah atom-atom yang menyusun senyawa tersebut (hukum perbandingan tetap). Sebagai contoh, karbonmonoksida (CO) mempunyai perbandingan antara atom C dan atom O sama dengan 1 : 1, yang berarti perbandingan atom untuk membuat 1 molekul CO 1 atom C dan 1 atom O. 1 atom C + 1 atom O → 1 molekul CO 3

Massa Atom • Massa atom terkait dengan jumlah sub atom yang dimiliki oleh atom. Pada persoalan reaksi kimia di laboratorium massa atom sangat diperlukan sebagai satuan jumlah dari zat yang terlibat dalam reaksi. • Atom adalah partikel yang sangat kecil sehingga massa satu atom tidak bisa ditimbang. Massa atom ditentukan dengan tetapan. • Berdasarkan perjanjian internasional tetapan yang digunakan adalah massa dari atom karbon isotop 12 (jumlah proton 6 dan neutron 6), dimana satu atom dari karbon-12 memiliki massa yang tepat 12 satuan massa atom. Atau dengan kata lain 1 Satuan Massa Atom dapat didefinisikan sebagai suatu massa yang besarnya tepat sama dengan seperduabelas massa dari satu atom karbon-12 4

Massa satu atom karbon-12 = 12 sma atau 1 sma = massa satu atom karbon-12/12 Massa dari atom lainnya dicari dengan membandingkan dengan massa karbon-12. Massa Atom rata-rata Massa atom dari masing-masing unsur dalam tabel sistem periodik tertera dalam bagian bawah. Massa ini menunjukkan massa atom rata-rata yaitu massa yang memperhitungkan semua isotop yang ditemukan di alam. 6 C 12, 01 Massa atom C dialam ditemukan dengan bentuk Karbon-12 dengan massa 12 sma se. Jumlah 98, 90 % dan karbon-13 dengan Massa 13, 00335 sma sejumlah 1, 10 %. 5

Contoh Lain Tembaga di alam ditemukan di alam memiliki 2 macam isotop yang stabil yaitu sejumlah 69, 09 % dengan massa 62, 93 sma sejumlah 30, 91 % dengan massa 64, 9278 sma Hitung massa atom rata-rata dari tembaga? (62, 92 sma x 0, 6909) + (64, 9278 sma x 0. 3091) = 63, 5475 sma 6

Konsep Mol • Konsep atom dalton menyatakan jumlah atom pada senyawa adalah tetap, sedangkan atom pada kenyataannya berukuran kecil. Pada kenyataan di lapangan proses analisis kimia berlangsung pada sampel yang besar. Karena itu diperlukan suatu satuan khusus yang menyatakan jumlah atom yang sangat besar. • Pada sistem SI mol (mole) adalah banyaknya suatu zat yang mengandung entitas dasar (atom, molekul atau partikel lain) sebanyak jumlah atom yang terdapat dalam tepat 12 gram karbon-12. Jumlah sebenarnya 12 gram atom karbon-12 melalui percobaan ditemukan sejumlah 6, 0221367 X 1023 buah. • Angka ini disebut bilangan avogadro dan pada umumnya angka ini dibulatkan 6, 022 X 1023 sehingga dapat dikatakan 1 mol = 6, 022 X 1023 7

• Karena mol adalah satuan jumlah dari atom atau molekul maka perbandingan mol zat yang bereaksi akan sama dengan jumlah atom zat yang bereaksi. • Misalkan senyawa CCl 4 (karbon tetra clorida), molekulnya terbentuk dari 1 atom C (karbon) dan 4 atom Klour, secara skematis perbandingan atom dan molekulnya dapat dituliskan sebagai berikut: 1 mol C + 4 mol Cl atom 1 mol CCl 4 molekul 9

Tugas PR 1 a. Berapakah perbandingan mol dari karbon dan klour untuk membentuk zat C 2 Cl 6(Heksa kloroetana). C: Cl = 2: 6 b. Berapakah mol atom karbon yang diperlukan untuk bergabung dengan 4, 87 mol Cl agar membentuk zat C 2 Cl 6. (2/6)x 4, 87=1, 623 c. Berapakah mol atom karbon yang terdapat dalam 2, 65 mol C 2 Cl 6. 2 x 2, 65=5, 3 mol d. Alumunium Sulfat (Al 2(SO 4)3) adalah jenis senyawa yang dipakai dalam membersihkan air di limbah pabrik. Jika tersedia sebanyak 4, 5 molekul Al 2(SO 4)3, Hitunglah jumlah atom unsur-unsur penyusunnya. Al: 2 x 4, 5=9; S: 3 x 4, 5=13, 5; O: 12 x 4, 5=54 10

Pengukuran Atom dalam Satuan Massa • Analisis kimia di lab atau di lapangan membutuhkan satuan selain satuan jumlah (mol). Dan satuan yang digunakan adalah satuan massa. • Seperti dalam konsep mol bahwa 1 mol karbon-12 mempunyai massa tepat 12 gram. Angka 12 ini sama dengan nomor massanya dan menunjukkan massa satu atomnya adalah 12 sma. Dengan demikian massa atom untuk tiap satu mol unsur yang lain dapat juga diketahui dari nomor massanya. 11

Contoh Na memiliki nomor massa 22, 99 sehingga massa atom 22, 99 sma, ini juga menunjukkan bahwa 1 mol atom Na massanya 22, 99 gram (=g). Fosfor (P) nomor massanya 30, 97 artinya untuk 1 mol atom P massanya 30, 97 gram. Dengan demikian dapat kita cari hubungan antara mol, massa molar (g/mol) dan massa. 12

Contoh Persoalan 1. 2. 3. a. Berapakah mol Si yang terdapat dalam 30, 5 gram Si b. Jika terdapat 3, 75 mol Si berapakah massa Si Berapakah banyaknya mol Ca yang diperlukan untuk bereaksi dengan 2, 5 mol Cl agar terbentuk senyawa Ca. Cl 2. Berapa gram Ca harus bereaksi dengan 41, 5 gram Cl untuk menghasilkan Ca. Cl 2. Jika diketahui massa atom Si = 28, 09 Ca =40, 1 Cl = 35, 5. 13

PENGUKURAN SENYAWA • Sama halnya dengan unsur, pengukuran senyawa juga dapat dinyatakan dalam satuan mol (satuan jumlah molekul) maupun satuan massa. • Pengukuran massa molar senyawa dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom unsur penyusunnya sesuai rumus molekulnya (Perbandingan angka dalam rumus molekul menunjukkan perbandingan mol unsurnya). Penjumlahan ini menghasilkan angka massa molar molekul. • Contoh senyawa CO 2, massa molar molekul CO 2 dapat dihitung dari; 1 mol x massa molar C = 1 x 12, 01 = 12, 01 g 2 mol x massa molar O = 2 x 16, 00 = 32, 00 g + 44, 01 g CO 2. Dengan demikian untuk 1 mol CO 2 , massa molar molekul CO 2 adalah 44, 01 g/mol. 14

Contoh Persolan Senyawa natrium karbonat (Na 2 CO 3) a) Jika terdapat 0, 250 mol berapa massanya. b) Jika massanya 132 gram berapa mol senyawa tersebut. 15

Menghitung Massa Unsur dalam Senyawa Untuk menghitung massa unsur dalam suatu senyawa dapat dilakukan dengan beberapa cara; – Yang pertama dengan mengetahui kontribusi unsur dalam senyawa tersebut. – Yang kedua dengan prosentase 16

Dengan kontribusi Massa unsur dalam suatu senyawa dapat dicari dari Misalkan diketahui massa senyawa H 2 O 100 gram, berapakah massa oksigen dan hidrogennya Langkah pertama adalah menghitung massa molar molekulnya. H = 2 x 1, 01 = 2, 02 O = 1 x 16, 00 = 16, 00 + 18, 02 Dengan demikian massa atom H dan O dapat dicari Massa H = 2, 02/18, 02 X 100 gr = 11, 1 gram Massa O =16, 00/18, 02 X 100 gr = 88, 9 gram 17

Dengan komposisi persen • Komposisi persen adalah jumlah suatu unsur dalam senyawa dalam bentuk prosentase • Massa unsur = massa senyawa x komposisi % unsur 18

Misalkan senyawa H 2 O bermassa 100 gram, Berapakah komposisi persen dan massa oksigen dan hidrogennya Massa molekul H 2 O H =2 x 1, 01 = 2, 02 O =1 x 16, 00 = 16, 00 + • 18, 02~18 Sehingga Komposisi persen H = 2/18 X 100% = 11, 1 % O =16/18 X 100% = 88, 9 % Menghitung massa atom Massa H = 11, 1%X 100 gram Massa O = 88, 9%X 100 gram = 11, 1 gram = 88, 9 gram 19

Contoh Persoalan • • Berapa komposisi persen dari masing zat untuk zat CHCl 3 Hitung massa dari Fe dalam 15, 0 gram Fe 2 O 3 Na dalam 35 gram Na 2 CO 3 20

Stoikiometri dalam Reaksi Kimia • Reaksi kimia adalah suatu proses dimana zat diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru. • Proses berjalannya reaksi kimia dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan yang disebut dengan persamaan reaksi. • Suatu persamaan reaksi menggambarkan sebuah informasi mengenai zat-zat yang terlibat dalam reaksi baik secara kualitas maupun kuantitas zat. 21

Menulis Persamaan Reaksi • Persamaan reaksi menunjukkan 2 kelompok zat yaitu – reaktan (pereaksi) yaitu zat material awal dalam reaksi kimia – Produk yaitu substansi yang terbentuk sebagai hasil dari suatu reaksi kimia. • Penulisan reaksi kimia dilakukan dengan aturan disebelah kiri sebagai reaktan dan sebelah kanan sebagai produk diantaranya diberi simbol anak panah. Contoh 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Reaktan Produk 22

Menyetarakan Persamaan Reaksi • • Dalam kajian di stoikiometri persamaan reaksi harus dalam keadaan setara/setimbang, yakni jika jumlah atom antara unsur-unsur yang ada di sisi kiri dengan yang ada di sisi kanan adalah sama. Apabila reaksi belum setimbang maka perlu disetimbangkan dengan cara sebagai berikut; – Tulis persamaan reaksi, – Teliti kesetaraannya (jumlah atom-atom disebelah kiri dan kanan) masing-masing unsurnya. – Jika ada salah satu atom disisi kiri dan kanan yang tidak setimbang maka tempatkan koefisien (angka) di depan rumus molekulnya agar reaksinya setimbang. 23

Contoh Reaksi larutan natrium karbonat (Na 2 CO 3) bereaksi dengan asam klorida (HCl) membentuk natrium klorida (Na. Cl), air (H 2 O) dan karbondioksida (CO 2). Hal ini dapat ditulis dalam persamaan reaksi: Na 2 CO 3 + HCl Na. Cl + H 2 O + CO 2 Untuk mengetahui apakah reaksi ini setimbang atau tidak maka diperiksa jumlah atom masing-masing unsurnya. Atom Sebelah Kiri Sebelah Kanan Na 2 1 C 1 1 O 3 3 H 1 2 Cl 1 1 24

Dari sini persamaan reaksi belum setara sehingga perlu diseimbangkan dengan langkah sebagai berikut, Ø Atom Na yang tidak sama jumlahnya harus disamakan dengan cara menambahkan koofisien 2 di depan Na. Cl sehingga persamaan berubah menjadi Na 2 CO 3 + HCl 2 Na. Cl + H 2 O + CO 2 Ø Penambahan koofisien 2 pada Na. Cl menyebabkan jumlah Cl tidak seimbang sehingga perlu diseimbangkan dengan cara memberi koofisien 2 didepan HCl dan persamaan reaksi berubah menjadi Na 2 CO 3 + 2 HCl 2 Na. Cl + H 2 O + CO 2 Jika persamaan reaksi diatas diperiksa maka akan di dapat hasil sebagai berikut; Atom Sebelah Kiri Sebelah Kanan Na 2 2 C 1 1 O 3 3 H 2 2 Cl 2 2 Persamaan Reaksi ini yang disebut reaksi yang setimbang 25

Contoh Persoalan Seimbangkan persamaan reaksi berikut: 1. a. C 8 H 18 + O 2 CO 2 + H 2 O b. Mg + Fe. Cl 3 Mg. Cl 2 + Fe 2. a. Zn. S + HCl Zn. Cl 2 + H 2 S b. HCl + Cr Cr. Cl 2 + H 2 c. Al + Fe 3 O 4 Al 2 O 3 + Fe 3. a. La. Cl 3 + Na 2 CO 3 La 2(CO 3)3 + Na. Cl b. NH 4 Cl + Ba(OH)2 Ba. Cl 2 + NH 3 + H 2 O 26

Perhitungan Zat yang Terlibat dalam Suatu Reaksi Økoefisien reaksi pada persamaan reaksi yang setara/setimbang menunjukkan jumlah perbandingan mol yang terlibat dalam reaksi, sehingga koofisien ini dapat digunakan untuk mengetahui jumlah zat yang terlibat dalam reaksi. ØUntuk itu dilakukan: Ø Memeriksa koefisien dalam keadaan setimbang. Ø Mengubah kuantitas dalam mol Ø Membandingkan mol zat yang terlibat dalam reaksi dengan koefisien reaksi. Ø Mengubah mol ke dalam gram jika diperlukan. 27

Contoh Persoalan Berapakah jumlah molekul oksigen (O 2) yang dibutuhkan untuk pembakaran 1, 80 mol alkohol C 2 H 5 OH jika reaksi tersebut akan menghasilkan CO 2 dan H 2 O Reaksi dapat ditulis C 2 H 5 OH + O 2 CO 2 + H 2 O Memeriksa kesetaraan reaksi Reaksi diatas belum seimbang dan perlu diseimbangkan di dapat C 2 H 5 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O Perbandingan koefisien dari reaksi ini jg menunjukkan perb. mol C 2 H 5 OH : O 2 : CO 2 : H 2 O =1 : 3 : 2 : 3 Jika C 2 H 5 OH = 1, 80 mol Maka O 2 = 3 x 1, 80 = 5, 4 mol O 2 Apabila dalam persoalan diketahui satuan massa dalam bentuk gram harus diubah dahulu ke dalam bentuk mol. 28

Contoh Persoalan Asitelin (C 2 H 2) yang digunakan dalam api pembakar dalam pengerjaan welding (pengelasan) dibuat dari reaksi antara kalsium karbida (Ca. C 2) dengan air dengan reaksi; Ca. C 2 + 2 H 2 O Ca(OH)2 + C 2 H 2 - Jika tersedia 200 gram Ca. C 2 berapa C 2 H 2 yang akan terbentuk. - Berapa mol air yang dibutuhkan jika kita ingin menghasilkan 70 gram C 2 H 2 dimana Ar (O=16, H=1, 008, C=12, 01, Ca=40, 1) 29

Pereaksi Pembatas • Pada praktek pengerjaan reaksi kimia, jumlah zat yang direaksikan biasanya berlebih. Konsekuensinya beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksi. • Reaktan yang pertama kali habis digunakan pada reaksi disebut pereaksi pembatas, sedang reaktan yang sisa sering disebut sebagai pereaksi berlebih. 30

Sebagai gambaran dalam reaksi kimia lihat contoh sebagai berikut; Reaksi pembentukan H 2 O dapat terjadi dalam persamaan reaksi sebagai berikut; 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Jika tersedia 5 mol H 2 dan 7 mol O 2 tentukan reaksi pembatasnya dan berapa H 2 O yang akan terbentuk Reaksi pembatas adalah reaksi yang akan habis tanpa sisa Jika kita periksa satu persatu misalkan jika H 2 yang habis (5 mol) maka O 2 yang diperlukan H 2 : O 2 = 2 : 1 jika H 2 5 mol maka O 2 yang dibutuhkan ½ x 5 = 2, 5 mol O 2 (mungkin) Tapi jika O 2 yang habis (7 mol) maka H 2 yang diperlukan 2/1 x 7 = 14 mol H 2 (tidak mungkin). Dengan demikian jika tersedia 5 mol H 2 dan 7 mol O 2 maka yang akan habis terpakai adalah H 2(karena 5 mol akan bereaksi dengan 2, 5 mol O 2) sehingga H 2 disebut sebagai pereaksi pembatas. O 2 yang digunakan hanya sebanyak 2, 5 mol lainnya adalah sisa. 31 Sedang H 2 O yang akan dihasilkan 2/2 x 5 = 5 mol H 2 O

Contoh Persoalan Reaksi pembuatan urea dari amonia berlangsung sebagai berikut; NH 3 +CO 2 (NH 2)2 CO +H 2 O Pada suatu proses 637, 2 g NH 3 bereaksi dengan 1142 g CO 2. a. Reaktan mana yang merupakan pereaksi pembatas b. Hitung massa (NH 2)2 CO yang terbentuk 32

Persamaan reaksi seimbangnya; 2 NH 3 +CO 2 (NH 2)2 CO +H 2 O Mol NH 3 = 637, 2/M molar. NH 3 =637, 2/17, 03 = 37, 42 mol NH 3 Mol CO 2 = 1142/M molar. CO 2= 1142/44, 01 = 25, 95 mol CO 2 Perbandingan mol NH 3 : CO 2 = 2: 1 Jika 37, 42 mol NH 3 habis, maka mol CO 2 yang dibutuhkan CO 2 ½ X 37, 42 = 17, 71 mol CO 2. NH 3 yang merupakan reaksi pembatas Jika 25, 95 mol CO 2 habis maka mol NH 3 yang dibutuhkan 2 X 25, 95 = 51, 90 mol NH 3 (tidak mungkin). Massa (NH 2)2 CO yang terbentuk mol (NH 2)2 CO x M molar (NH 2)2 CO Mol (NH 2)2 CO yang terbentuk = ½ X 37, 42 = 17, 71 mol (NH 2)2 CO Massa (NH 2)2 CO = mol (NH 2)2 CO X M molar (NH 2)2 CO = 17, 71 x 60, 06 = 1124 gram (NH 2)2 CO 33