week 3, 4 & 5 bag 3:stoikiometri · pdf filediskripsi • stoikiometri adalah cabang...
TRANSCRIPT
Bag 3:STOIKIOMETRI WEEK 3, 4 & 5
1
•Joko Sedyono
•Benyamin
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 (sma). 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?
Cu63
29
Cu65
29
(62,93 sma x 0,6909) + (64,9278 sma x 0.3091)
= 63,5475 sma
6
Konsep Mol • Konsep atom dalton menyatakan perbandingan 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
`
8
• 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 CCl4 (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 1 mol CCl4
9
atom atom molekul
Tugas a. Berapakah perbandingan mol dari karbon dan
klour untuk membentuk zat C2Cl6(Heksa kloroetana). C:Cl = 2:6
b. Berapakah mol atom karbon yang diperlukan untuk bergabung dengan 4,87 mol Cl agar membentuk zat C2Cl6. (2/6)x4,87=1,623
c. Berapakah mol atom karbon yang yang terdapat dalam 2,65 mol C2Cl6. 2x2,65=5,3mol
d. Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3) adalah jenis senyawa yang dipakai dalam membersihkan air di limbah pabrik. Jika tersedia sebanyak 4,5 mol molekul Al2(SO4)3, Hitunglah jumlah atom unsur-unsur penyusunnya. Al:2x4,5=9; S:3x4,5=13,5; O:12x4,5=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 12sma. Dengan
demikian massa atom untuk tiap satu mol unsur
yang lain dapat juga diketahui dari nomor
massanya.
11
Contoh
Na memiliki massa atom relatif 22,99 sma, ini juga
menunjukkan bahwa massa atom Na per-mol (massa
molar) yakni adalah 22,99 g/mol.
Dengan demikian dapat kita cari hubungan antara
Mol (atom atau molekul), massa molar (g/mol) dan
massa (g).
12
molar massa / massa mol
molmolar x massa massa
PR1 1. a. Berapakah mol Si yang terdapat dalam 30,5 gram Si
b. Jika terdapat 3, 75 mol Si berapakah massa Si
2. Berapakah banyaknya mol Ca yang diperlukan untuk bereaksi dengan 2,5 mol Cl agar terbentuk senyawa CaCl2.
Latihan di kelas:
Berapa gram Ca harus bereaksi dengan 41,5 gram Cl
untuk menghasilkan CaCl2.
Jika diketahui massa atom relatif (Ar):
Si = 28,09
Ca =40,1
Cl = 35,5 .
Massa Ca=23,459g 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 CO2, massa molar molekul CO2 dapat dihitung dari;
massaC = 1mol x 12,01g/mol = 12,01g
massaO = 2mol x 16,00g/mol = 32,00g +
44,01g.
Dengan demikian massa molar molekul CO2 adalah
44,01g/mol. 14
PR1
3. Senyawa natrium karbonat (Na2CO3)
Jika massanya 132 gram berapa mol
senyawa tersebut.
Latihan di kelas: Jika terdapat 0,250 mol
berapa massanya.
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
Massa unsur riil
Misalkan diketahui massa senyawa H2O 100 gram, berapakah massa
oksigen dan hidrogennya
Langkah pertama adalah menghitung massa molar molekulnya.
massaH = 2molx1,01g/mol = 2,02g
massaO = 1molx16,00g/mol =16,00g +
18,02g
Massa molar molekul 18,02g/mol.
Dengan demikian massa atom H dan O yg riil di dlm H2O 100g dapat
dicari
Massa H = 2,02/18,02X100gr = 11,1 gram
Massa O =16,00/18,02X100gr = 88,9 gram
senyawaxmassamolekulmassa
unsurmassa
molar
17
Dengan komposisi (jumlah) persen
• Komposisi persen adalah jumlah suatu unsur dalam
senyawa dalam bentuk prosentase
• Massa unsur riil = komposisi % unsur x massa senyawa
%100molar
% X
molekulmassa
unsurmassakomposisi
18
Misalkan senyawa H2O bermassa 100 gram, Berapakah komposisi persen dan massa oksigen dan hidrogennya
Massa molekul H2O
H =2x 1,01 = 2,02
O =1x16,00 = 16,00 +
• 18,02~18
Sehingga Komposisi persen
H = 2/18X100% = 11,1 %
O =16/18X100% = 88,9 %
Menghitung massa atom
Massa H = 11,1%X100 gram = 11,1 gram
Massa O = 88,9%X100 gram = 88,9 gram 19
Contoh Persoalan
• Berapa komposisi persen dari masing-
masing zat untuk zat CHCl3
• Hitung massa dari
Fe dalam 15,0 gram Fe2O3
Na dalam 35 gram Na2CO3
Ar dari: C=12,01; H=1,01;Cl=35,45;Fe=55,85;
O=16,0;Na=22,99
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
2H2 + O2 2H2O
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 (Na2CO3) bereaksi dengan
asam klorida (HCl) membentuk natrium klorida (NaCl), air
(H2O) dan karbondioksida (CO2). Hal ini dapat ditulis dalam
persamaan reaksi:
Na2CO3 + HCl NaCl + H2O + CO2
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,
Atom Na yang tidak sama jumlahnya harus disamakan dengan cara menambahkan koofisien 2 di depan NaCl sehingga persamaan berubah menjadi
Na2CO3 + HCl 2NaCl + H2O + CO2
Penambahan koofisien 2 pada NaCl menyebabkan jumlah Cl tidak seimbang sehingga perlu diseimbangkan dengan cara memberi koofisien 2 didepan HCl dan persamaan reaksi berubah menjadi
Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2
Jika persamaan reaksi diatas diperiksa maka akan di dapat hasil sebagai berikut;
Persamaan Reaksi ini yang disebut reaksi yang setimbang
Atom Sebelah Kiri Sebelah Kanan
Na 2 2
C 1 1
O 3 3
H 2 2
Cl 2 2
25
PR1
Seimbangkan persamaan reaksi berikut: 4. a. LaCl3 + Na2CO3 La2(CO3)3 + NaCl
b. NH4Cl + Ba(OH)2 BaCl2 + NH3 + H2O
Latihan bebas
a. C8H18 + O2 CO2 + H2O
b. Mg + FeCl3 MgCl2 + Fe
a. ZnS + HCl ZnCl2 + H2S
b. HCl + Cr CrCl2 + H2
c. Al + Fe3O4 Al2O3 + Fe
26
Perhitungan Zat yang Terlibat dalam Suatu Reaksi
koefisien 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.
Untuk itu dilakukan: Memeriksa koefisien dalam keadaan setimbang.
Mengubah kuantitas ke dalam mol
Membandingkan mol zat yang terlibat dalam reaksi berdasarkan koefisien reaksi.
Mengubah mol ke dalam gram jika diperlukan.
27
Contoh Persoalan
Berapakah jumlah molekul oksigen (O2) yang dibutuhkan untuk pembakaran 1,80 mol alkohol C2H5OH jika reaksi tersebut akan menghasilkan CO2 dan H2O
Reaksi dapat ditulis
C2H5OH + O2 CO2 + H2O
Memeriksa kesetaraan reaksi
Reaksi diatas belum seimbang dan perlu diseimbangkan dan di dapat
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O
Perbandingan koefisien dari reaksi ini jg menunjukkan perb. mol
C2H5OH : O2 : CO2 : H2O
= 1 : 3 : 2 : 3
Jika C2H5OH = 1,80 mol
Maka O2 = 3 x 1,80 = 5,4 mol O2
Apabila dalam persoalan diketahui satuan massa dalam bentuk gram harus diubah dahulu ke dalam bentuk mol.
28
Contoh Persoalan
Asitelin (C2H2) yang digunakan dalam api pembakar dalam
pengerjaan welding (pengelasan) dibuat dari reaksi antara
kalsium karbida (CaC2) dengan air dengan reaksi;
CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2
a. Jika tersedia 200 gram CaC2 berapa C2H2 yang akan
terbentuk.
b. Berapa mol air yang dibutuhkan jika kita ingin menghasilkan 70
gram C2H2
dimana Ar (O=16; H=1,008; C=12,01; Ca=40,1)
-Mol CaC2 =3,119mol, massa C2H2 =81,156g
-Mol air yg dibutuhkan = 5,38mol. 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 H2O dapat terjadi dalam persamaan reaksi sebagai berikut;
2H2 + O2 2H2O
Jika tersedia 5 mol H2 dan 7 mol O2 tentukan reaksi pembatasnya dan berapa H2O yang akan terbentuk
Reaksi pembatas adalah reaksi yang akan habis tanpa sisa
Jika kita periksa satu persatu misalkan jika H2 yang habis (5 mol) maka O2 yang diperlukan
H2 : O2
= 2 : 1
jika H2 5 mol maka O2 yang dibutuhkan ½ x 5 = 2,5 mol O2 (mungkin)
Tapi jika O2 yang habis (7 mol)
maka H2 yang diperlukan 2/1 x 7 = 14 mol H2 (tidak mungkin, karena yg tersedia hanya 5mol). Maka yg habis terpakai adalah H2(karena 5 mol akan bereaksi dengan 2,5 mol O2) sehingga H2 disebut sebagai pereaksi pembatas. O2 yang digunakan hanya sebanyak 2,5 mol lainnya adalah sisa.
Sedang H2O yang akan dihasilkan 2/2 x 5 = 5 mol H2O 31
Contoh Persoalan
Reaksi pembuatan urea dari amonia
berlangsung sebagai berikut;
NH3 +CO2 (NH2)2CO +H2O
Pada suatu proses 637,2 g NH3 bereaksi
dengan 1142 g CO2.
a. Reaktan mana yang merupakan pereaksi
pembatas
b. Hitung massa (NH2)2CO yang terbentuk
32
Persamaan reaksi seimbangnya;
2NH3 +CO2 (NH2)2CO +H2O
Mol NH3 = 637,2g/massa molarNH3 =637,2/17,03 = 37, 42 mol NH3
Mol CO2 = 1142g/massa molarCO2= 1142/44,01 = 25, 95 mol CO2
Perbandingan mol NH3 : CO2 = 2:1
Jika 37, 42 mol NH3 habis, maka mol CO2 yang dibutuhkan CO2 ½ X 37, 42 = 17,71 mol CO2 sedangkan CO2 yang tersedia 25,95mol, maka CO2 bersisa (mungkin) sehingga NH3 yang merupakan reaksi pembatas
Jika 25, 95 mol CO2 habis maka mol NH3 yang dibutuhkan 2 X 25,95 = 51,90 mol NH3 (tidak mungkin).
Massa (NH2)2CO yang terbentuk mol (NH2)2CO x massa molar (NH2)2CO
Mol (NH2)2CO yang terbentuk = ½ X 37, 42 = 17,71 mol (NH2)2CO
Massa (NH2)2CO = mol (NH2)2CO X massa molar (NH2)2CO
= 17,71 x 60, 06
= 1124 gram (NH2)2CO
33