Stoikiometri

Stoikiometri

Dalam ilmu kimia, stoikiometri (kadang disebut stoikiometri reaksi untuk membedakannya dari stoikiometri komposisi) adalah ilmu yang mempelajari dan menghitung hubungan kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia (persamaan kimia). Kata ini berasal dari bahasa Yunani stoikheion (elemen) dan metriā (ukuran).

Stoikiometri didasarkan pada hukum-hukum dasar kimia, yaitu hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap, dan hukum perbandingan berganda.

Contoh: 

Stoikiometri gas adalah suatu bentuk khusus, dimana reaktan dan produknya seluruhnya berupa gas. Dalam kasus ini, koefisien zat (yang menyatakan perbandingan mol dalam stoikiometri reaksi) juga sekaligus menyatakan perbandingan volume antara zat-zat yang terlibat. a. Tahap awal stoikiometri

Di awal kimia, aspek kuantitatif perubahan kimia, yakni stoikiometri reaksi kimia, tidak mendapat banyak perhatian. Bahkan saat perhatian telah diberikan, teknik dan alat percobaan tidak menghasilkan hasil yang benar.

Salah satu contoh melibatkan teori flogiston. Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat etrbakar (dari zat yang terbakar). Zat ini yang kemudian disebut ”flogiston”. Berdasarkan teori ini, mereka mendefinisikan pembakaran sebagai pelepasan flogiston dari zat terbakar. Perubahan massa kayu bila terbakar cocok dengan baik dengan teori ini. Namun, perubahan massa logam ketika dikalsinasi tidak cocok dengan teori ini. Walaupun demikian flogistonis menerima bahwa kedua proses tersebut pada dasarnya identik. Peningkatan massa logam terkalsinasi adalah merupakan fakta. Flogistonis berusaha menjelaskan anomali ini dengan menyatakan bahwa flogiston bermassa negatif.

Filsuf dari Flanders Jan Baptista van Helmont (1579-1644) melakukan percobaan “willow” yang terkenal. Ia menumbuhkan bibit willow setelah mengukur massa pot bunga dan tanahnya. Karena tidak ada perubahan massa pot bunga dan tanah saat benihnya tumbuh, ia menganggap bahwa massa yang didapatkan hanya karena air yang masuk ke bijih. Ia menyimpulkan bahwa “akar semua materi adalah air”. Berdasarkan pandangan saat ini, hipotesis dan percobaannya jauh dari sempurna, tetapi teorinya adalah contoh yang baik dari sikap aspek kimia kuantitatif yang sedang tumbuh. Helmont mengenali pentingnya stoikiometri, dan jelas mendahului zamannya.

Di akhir abad 18, kimiawan Jerman Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) menemukan konsep ekuivalen (dalam istilah kimia modern ekuivalen kimia) dengan pengamatan teliti reaksi asam/basa, yakni hubungan kuantitatif antara asam dan basa dalam reaksi netralisasi. Ekuivalen Richter, atau yang sekarang disebut ekuivalen kimia, mengindikasikan sejumlah tertentu materi dalam reaksi. Satu ekuivalen dalam netralisasi berkaitan dengan hubungan antara sejumlah asam dan sejumlah basa untuk mentralkannya. Pengetahuan yang tepat tentang ekuivalen sangat penting untuk menghasilkan sabun dan serbuk mesiu yang baik. Jadi, pengetahuan seperti ini sangat penting secara praktis.

Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa, dan memberikan dasar konsep ekuivalen dengan percobaannya yang akurat dan kreatif. Jadi, stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi metodologi dasar kimia. Semua hukum fundamental kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan stoikiometri. Hukum-hukum fundamental ini merupakan dasar teori atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.

b. Massa atom relatif dan massa atom

Dalton mengenali bahwa penting untuk menentukan massa setiap atom karena massanya bervariasi untuk setiap jenis atom. Atom sangat kecil sehingga tidak mungkin menentukan massa satu atom. Maka ia memfokuskan pada nilai relatif massa dan membuat tabel massa atom (gambar 1.3) untuk pertamakalinya dalam sejarah manusia. Dalam tabelnya, massa unsur teringan, hidrogen ditetapkannya satu sebagai standar (H = 1). Massa atom adalah nilai relatif, artinya suatu rasio tanpa dimensi. Walaupun beberapa massa atomnya berbeda dengan nilai modern, sebagian besar nilai-nilai yang diusulkannya dalam rentang kecocokan dengan nilai saat ini. Hal ini menunjukkan bahwa ide dan percobaannya benar.

Kemudian kimiawan Swedia Jons Jakob Baron Berzelius (1779-1848) menentukan massa atom dengan oksigen sebagai standar (O = 100). Karena Berzelius mendapatkan nilai ini berdasarkan analisis oksida, ia mempunyai alasan yang jelas untuk memilih oksigen sebagai standar. Namun, standar hidrogen jelas lebih unggul dalam hal kesederhanaannya. Kini, setelah banyak diskusi dan modifikasi, standar karbon digunakan. Dalam metoda ini, massa karbon 12C dengan 6 proton dan 6 neutron didefinisikan sebagai 12,0000. Massa atom dari suatu atom adalah massa relatif pada standar ini. Walaupun karbon telah dinyatakan sebagai standar, sebenarnya cara ini dapat dianggap sebagai standar hidrogen yang dimodifikasi.

Soal Latihan 1.1 Perubahan massa atom disebabkan perubahan standar. Hitung massa atom hidrogen dan karbon menurut standar Berzelius (O = 100). Jawablah dengan menggunakan satu tempat desimal.

Jawab.

Massa atom hidrogen = 1 x (100/16) = 6,25 (6,3), massa atom karbon = 12 x (100/16)=75,0

Massa atom hampir semua unsur sangat dekat dengan bilangan bulat, yakni kelipatan bulat massa atom hidrogen. Hal ini merupakan kosekuensi alami fakta bahwa massa atom hidrogen sama dengan massa proton, yang selanjutnya hampir sama dengan massa neutron, dan massa elektron sangat kecil hingga dapat diabaikan. Namun, sebagian besar unsur yang ada secara alami adalah campuran beberapa isotop, dan massa atom bergantung pada distribusi isotop. Misalnya, massa atom hidrogen dan oksigen adalah 1,00704 dan 15,9994. Massa atom oksigen sangat dekat dengan nilai 16 agak sedikit lebih kecil.

Contoh Soal 1.2 Perhitungan massa atom. Hitung massa atom magnesium dengan menggunakan distribsui isotop berikut: 24Mg: 78,70%; 25Mg: 10,13%, 26Mg: 11,17%.

Jawab:

0,7870 x 24 + 0,1013 x 25 +0,1117 x 26 = 18,89+2,533+2,904 = 24,327(amu; lihat bab 1.3(e))

Massa atom Mg = 18,89 + 2,533 + 2,904 =24.327 (amu).

Perbedaan kecil dari massa atom yang ditemukan di tabel periodik (24.305) hasil dari perbedaan cara dalam membulatkan angkanya.

Massa molekul dan massa rumus

Setiap senyawa didefinisikan oelh rumus kimia yang mengindikasikan jenis dan jumlah atom yang menyususn senyawa tersebut. Massa rumus (atau massa rumus kimia) didefinisikan sebagai jumlah massa atom berdasarkan jenis dan jumlah atom yang terdefinisi dalam rumus kimianya. Rumus kimia molekul disebut rumus molekul, dan massa rumus kimianya disebut dengan massa molekul.5 Misalkan, rumus molekul karbon dioksida adalah CO2, dan massa molekularnya adalah 12 +(2x 6) = 44. Seperti pada massa atom, baik massa rumus dan massa molekul tidak harus bilangan bulat. Misalnya, massa molekul hidrogen khlorida HCl adalah 36,5. Bahkan bila jenis dan jumlah atom yang menyusun molekul identik, dua molekul mungkin memiliki massa molekular yang berbeda bila ada isostop berbeda yang terlibat.

Tidak mungkin mendefinisikan molekul untuk senyawa seperti natrium khlorida. Massa rumus untuk NaCl digunakan sebagai ganti massa molekular.

Contoh Soal 1.3 Massa molekular mokelul yang mengandung isotop.

Hitung massa molekular air H2O dan air berat D2O (2H2O) dalam bilangan bulat.

Jawab

Massa molekular H2O = 1 x 2 + 16 = 18, massa molekular D2O = (2 x 2) + 16 = 20

Perbedaan massa molekular H2O dan D2O sangat substansial, dan perbedaan ini sifat fisika dan kimia anatara kedua jenis senyawa ini tidak dapat diabaikan. H2O lebih mudah dielektrolisis daripada D2O. Jadi, sisa air setelah elektrolisis cenderung mengandung lebih banyak D2O daripada dalam air alami.

d. Kuantitas materi dan mol

Metoda kuantitatif yang paling cocok untuk mengungkapkan jumlah materi adalah jumlah partikel seperti atom, molekul yang menyusun materi yang sedang dibahas. Namun, untuk menghitung partikel atom atau molekul yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat sangat sukar. Alih-alih menghitung jumlah partikel secara langsung jumlah partikel, kita dapat menggunakan massa sejumlah tertentu partikel. Kemudian, bagaimana sejumlah tertentu bilangan dipilih? Untuk

menyingkat cerita, jumlah partikel dalam 22,4 L gas pada STP (0℃, 1atm) dipilih sebagai jumlah standar. Bilangan ini disebut dengan bilangan Avogadro. Nama bilangan Loschmidt juga diusulkan untuk menghormati kimiawan Austria Joseph Loschmidt (1821-1895) yang pertama kali dengan percobaan (1865).

Sejak 1962, menurut SI (Systeme Internationale) diputuskan bahwam dalam dunia kimia, mol digunakan sebagai satuan jumlah materi. Bilangan Avogadro didefinisikan jumlah atom karbon dalam 12 g 126C dan dinamakan ulang konstanta Avogadro.

Ada beberapa definisi “mol”:

(i) Jumlah materi yang mengandung sejumlah partikel yang terkandung dalam 12 g 12C. (ii) satu mol materi yang mengandung sejumlah konstanta Avogadro partikel.

(iii) Sejumlah materi yang mengandung 6,02 x 1023 partikel dalam satu mol.

e. Satuan massa atom (sma)

Karena standar massa atom dalam sistem Dalton adalah massa hidrogen, standar massa dalam SI tepat 1/12 massa 12C. Nilai ini disebut dengan satuan massa atom (sma) dan sama dengan 1,6605402 x 10–27 kg dan D (Dalton) digunakan sebagai simbolnya. Massa atom didefinisikan sebagai rasio rata-rata sma unsur dengan distribusi isotop alaminya dengan 1/12 sma 12C.[[ja:

Stoikiometri Larutan

Ditulis oleh Ratna dkk pada 16-04-2009

Pada stoikiometri larutan, di antara zat-zat yang terlibat reaksi, sebagian atau seluruhnya berada dalam bentuk larutan.  Soal-soal yang menyangkut bagian ini dapat diselesaikan dengan cara hitungan kimia sederhana yang menyangkut kuantitas antara suatu komponen dengan komponen lain dalam suatu reaksi. Langkah-langkah yang perlu dilakukan adalah :

1.      Menulis persamaan reaksi

2.      Menyetarakan koefisien reaksi

3.      Memahami bahwa perbandingan koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol. Karena zat yang terlibat dalam reaksi berada dalam bentu larutan, maka mol larutan dapat dinyatakan sebagai:

n = V . M

Keterangan:

n = jumlah mol

V = volume (liter)

M = molaritas larutan

Contoh :

·         Hitunglah volume larutan 0,05 M HCl yang diperlukan untuk melarutkan 2,4 gram logam magnesium (Ar = 24 g/mol).

Jawab :

Mg_(s) + 2 HCl_(aq) MgCl_2(aq) + H_2(g

Satu mol Mg setara dengan 2 mol HCl (lihat persamaan reaksi).

Mol HCl    = 2 x mol Mg

= 2 x 0,1 mol

= 0,2 mol

·         Berapa konsentrasi larutan akhir yang dibuat dari larutan dengan 5 Molar sebanyak10 mL dan diencerkan sampai dengan volume 100 mL.

Jawab :

·         Berapa konsentrasi larutan NaCl akhir yang dibuat dengan melarutkan dua larutan NaCl, yaitu 200 mL NaCl 2M dan 200 mL NaCl 4M.

Jawab:

Kuantitas materi dan mol

Metoda kuantitatif yang paling cocok untuk mengungkapkan jumlah materi adalah jumlah partikel seperti atom, molekul yang menyusun materi yang sedang dibahas. Namun, untuk menghitung partikel atom atau molekul yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat sangat sukar. Alih-alih menghitung jumlah partikel secara langsung jumlah partikel, kita dapat menggunakan massa sejumlah tertentu partikel. Kemudian, bagaimana sejumlah tertentu bilangan dipilih? Untuk

menyingkat cerita, jumlah partikel dalam 22,4 L gas pada STP (0℃, 1atm) dipilih sebagai jumlah standar. Bilangan ini disebut dengan bilangan Avogadro. Nama bilangan Loschmidt juga diusulkan untuk menghormati kimiawan Austria Joseph Loschmidt (1821-1895) yang pertama kali dengan percobaan (1865).

Sejak 1962, menurut SI (Systeme Internationale) diputuskan bahwam dalam dunia kimia, mol digunakan sebagai satuan jumlah materi. Bilangan Avogadro didefinisikan jumlah atom karbon dalam 12 g ¹²₆C dan dinamakan ulang konstanta Avogadro.

Ada beberapa definisi “mol”:

(i) Jumlah materi yang mengandung sejumlah partikel yang terkandung dalam 12 g ¹²C. (ii) satu mol materi yang mengandung sejumlah konstanta Avogadro partikel.

(iii) Sejumlah materi yang mengandung 6,02 x 10²³ partikel dalam satu mol.

Satuan massa atom

Karena standar massa atom dalam sistem Dalton adalah massa hidrogen, standar massa dalam SI tepat 1/12 massa ¹²C. Nilai ini disebut dengan satuan massa atom (sma) dan sama dengan 1,6605402 x 10^–27 kg dan D (Dalton) digunakan sebagai simbolnya. Massa atom didefinisikan sebagai rasio rata-rata sma unsur dengan distribusi isotop alaminya dengan 1/12 sma ¹²C.

Reaksi Kimia dalam Larutan Elektrolit (Stoikiometri Larutan)

Reaksi asam basa (reaksi penetralan).

Reaksi asam basa atau reaksi penetralan adalah reaksi yang terjadi antara asam (H⁺) dan basa (OH^-) menghasilkan H₂O yang bersifat netral.

Adapaun contoh reaksi penetralan adalah sebagai berikut:

1. Reaksi: Asam + Basa --> Garam + Air

HNO_3 (aq) + KOH _(aq) --> KNO_3 (aq) + H₂O _(l)

H₂SO_4 (aq) + Ca(OH)_2 (aq) --> CaSO_4 (aq) + H₂O _(l)
 

2. Reaksi: Asam + Oksida Basa --> Garam + Air

2HCl _(aq) + CaO _(s) --> CaCl_2 (aq) + H₂O _(l)

2HNO_3 (aq) + Na₂O _(s) --> Na(NO₃)_2 (aq) + H₂O _(l)
 

3. Reaksi: Asam + Amonia --> Garam

HCl _(aq) + NH_3 (g) --> NH₄Cl _(aq)

H₂SO_4 (aq) +2 NH_3 (g) --> (NH₄)₂SO_4 (aq)

Ammonia (NH₃) termasuk basa yang berupa senyawa molekul sehingga dibedakan dari 2 jenis basa lainnya, yakni senyawa ion yang dapat melepas ion OH^- dan okisda basa. Terdapat senyawa molekul basa lainnya seperti metilamina (CH₃NH₂) tetapi reaksinya tidak umum seperti halnya ammonia.

4. Reaksi: Oksida asam + Basa --> Garam + Air

SO_3 (g) + 2NaOH _(aq) --> Na₂SO_4 (aq) + H₂O _(l)

CO_2 (g) + Mg(OH)_2 (aq) --> MgCO_3 (aq) + H₂O _(l)

Reaksi Pendesakan Logam

Reaksi pendesakan logam adalah reaksi di mana logam mendesak kation logam lain atau hydrogen dalam suatu senyawa. Reaksi ini dapat berlangsung apabila logam berada di sebelah kiri dari logam/H yang didesak dalam deret Volta. Pada reaksi ini, produk reaksi berupa endapan logam, gas, dan air. 

Deret Volta merupakan urutan unsur-unsur yang disusun berdasarkan data potensial reduksi. berikut beberapa unsur yang dapat dihapal berdasarkan urutan potensial reduksinya:

Li - K - Ba - Ca - Na - Mg - Al - Mn - Zn - Fe - Ni - Sn - Pb - (H) - Cu - Hg - Ag - Pt - Au

Adapun contoh reaksi pendesakan logam adalah sebagai berikut:

1. Reaksi: Logam 1 + Garam 1 --> Garam 2 + Logam 2 

Zn _(s) + CuSO_{4 (aq)} --> ZnSO_{4 (aq)} + Cu _(s)

2Al _(s) + 3FeSO_{4 (aq)} --> Al₂(SO₄)_{3 (aq)} + 3Fe _(s)

Cu _(s) + Na₂SO_{4 (aq)} --> tidak bereaksi karena Cu berada di sebelah kanan deret volta

2. Reaksi: Logam + Asam --> Garam + Gas Hidrogen

Mg _(s) + HCl _(aq) --> MgCl_{2 (aq)} + H_{2 (g)}

Zn _(s) + H₂SO_{4 (aq)} --> ZnSO_{4 (aq)} + H_{2 (g)}

Ag _(s) + HCl _(aq) --> tidak bereaksi karena Ag berada di sebelah kanan deret volta

3. Reaksi: Logam + Asam --> Garam + Air + Gas

2Fe _(s) + 6 H₂SO_{4 (aq)} --> Fe₂(SO₄)_{3 (aq)} + 6 H₂O _(l) + 3SO_{2 (g)}

Cu _(s) + 4HNO_{3 (aq)} --> Cu(NO₃)_{2 (aq)} + 2H₂O _(l) + 2NO_{2 (g)}

Reaksi Metatesis (Pertukaran Pasangan)

Reaksi metatesis adalah reaksi pertukaran pasangan ion dari dua elektrolit.

AB + CD --> AC + BD

Pada reaksi ini setidaknya satu produk reaksi akan membentuk endapan, gas, atau elektrolit lemah. Gas dapat berasal dari peruraian zat hipotetis (asam dan basa hipotetis terurai menjadi gas dan air) yang bersifat tidak stabil seperti berikut ini:

H₂CO₃ --> CO_{2 (g)} + H₂O _(l)

H₂SO₃ --> SO_{2 (g)} + H₂O _(l)

NH₄OH --> NH_{3 (g)} + H₂O _(l)
 

Adapun contoh reaksi metatesis (pertukaran pasangan) adalah sebagai berikut:

1. Reaksi: Garam 1 + Asam 1 --> Garam 2 + Asam 2

AgNO_{3 (aq)} + HBr _(aq) --> AgBr _(aq) + HNO_{3 (aq)}

ZnS _(s) + 2HCl _(aq) --> ZnCl_{2 (aq)} + H₂S _(aq)
 

2. Reaksi: Garam 1 + Basa 1 --> Garam 2 + Basa 2

CuSO_{4 (aq)} + 2NaOH _(aq) --> Na₂SO_{4 (aq)} + Cu(OH)_{2 (aq)}

NH₄Cl _(aq) + KOH _(aq) --> KCl _(aq) + NH₄OH _(aq)
 

3. Reaksi: Garam 1 + Garam 2 --> Garam 3 + Garam 4

AgNO_{3 (aq)} + NaCl _(aq) --> AgCl _(aq) + NaNO_{3 (aq)}

2KNO_{3 (aq)} + MgCl_{2 (aq)} --> 2KCl _(aq) + Mg(NO₃)_{2 (aq)}