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.
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.
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.
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.
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.
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.
Latihan
1.1 Isotop. Karbon alami adalah campuran
dua isotop, 98,90(3)% 12C dan 1,10(3)% 13C. Hitung massa atom karbon.
1.1 Jawab. Massa
atom karbon = 12 x 0,9890 + 13 x 0,0110 = 12,01(1)
1.2 Konstanta Avogadro. Intan adalah
karbon murni. Hitung jumlah atom karbon dalam 1 karat (0,2 g) intan.
1.2 Jawab. Jumlah atom karbon = [0,2 (g)/12,01 (g mol-1)]
x 6,022 x 1023(mol-1) = 1,00 x 1022
1.3 Hukum perbandingan berganda. Komposisi
tiga oksida nitrogen A, B dan C diuji. Tunjukkan bahwa hasilnya konsisten
dengan hukum perbandingan berganda: massa
nitrogen yang bereaksi dengan 1 g oksigen dalam tiap oksida: Oksida A: 1,750 g,
oksida B: 0,8750 g, oksida C: 0,4375 g.
1.3 Jawab. Bila hukum perbandingan berganda berlaku, rasio massa nitrogen yang
terikat pada 1 g oksigen harus merupakan bilangan bulat.A/B = 1,750/0,875 = 2/1
B/C = 0,875/0,4375 = 2/1
A/C = 1,750/0,4375 = 4/1
Hasilnya cocok dengan hukum perbandingan berganda.
1.4 Massa
atom. Tembaga yang ada di alam dianalisis dengan spektrometer massa. Hasilnya: 63Cu
69,09%, 65Cu 30,91%. Hitung massa atom Cu. Massa
63Cu dan 65Cu adalah 62,93 dan 64,93 sma.
1.4 Jawab: Massa
atom Cu=62,93x (69,09/100) + 64,93x (30,91/100) = 63,55 (sma)
1.5 Mol. Bila kumbang menyengat korbannya,
kumbang akan menyalurkan sekitar 1 mg (1x 10-6 g) isopentil asetat C7H14O2.
Senyawa ini adalah komponen fragrant pisang, dan berperan sebagai materi
pentransfer informasi untuk memanggil kumbang lain. Berapa banyak molekul dalam
1 mg isopentil asetat?
1.5 Jawab. Massa molekular isopentil asetat adalah M = 7
x 12,01 + 14 x 1,008 + 2 x 16,00 = 130.18 (g mol-1). Jumlah mol: 1,0
x 10-6(g)/130,18(g mol-1) = 7,68 x 10-9(mol)
Jumlah molekul 1 mg isopentil asetat: 7,68 x 10-9(mol) x 6,022 x 1023
(mol-1) = 4,6 x1015
1.6 Massa
molekul hidrogen. Massa
atom hidrogen adalah 1,008. Hitung massa
molekul hidrogen.
1.6 Jawab. Massa molar hidrogen adalah 2,016 x 10-3
kg mol-1. Massa
satu molekul hidrogen = [2,016 x 10-3 (kg mol-1)]/[6,022
x 1023(mol-1) = 3,35 x 10-27(kg).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar