STOKIOMETRI OLEH : RYANTO BUDIONO

STOIKIOMETRI Berasal dari kata stoicheion (bahasa Yunani, yang berarti unsur) dan metrein (mengukur) berarti mengukur unsur unsur. Dengan kata lain, Stoikiometri adalah : kajian tentang hubungan – hubungan kuantitatif dalam reaksi kimia.

Beberapa Hukum Reaksi Kimia : Hukum Kekekalan Massa (Lavoisier, 1783) yang mengemukakan : Pada setiap reaksi kimia, massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama atau materi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Contoh : NaCl + AgNO3  AgCl  + NaNO3 58,5 g 169,87 g 143,37 g 85,0 g

Hukum Perbandingan Tetap (Proust, 1799) berbunyi : Suatu senyawa murni selalu terdiri atas unsur – unsur yang sama, yang tergabung dalam perbandingan tertentu. Contoh : H2O mengandung H 11,19% & O 88,81%  H2O mengandung H 1 gram yang bereaksi dengan O 8 gram.

CONTOH : 8,04 g tembaga oksida direduksi dgn gas hidrogen menghasilkan 6,42 g tembaga. Pada eksperimen kedua 9,51 g tembaga dilarutkan dalam HNO3 pekat. Setelah larutan ini diuapkan sampai kering, dan residu dipijar sampai konstan diperoleh 11,91 g tembaga oksida. Tunjukkan bahwa kedua data diatas mengikuti Hk. Perbandingan Tetap !

JAWAB : Eksperimen I : Tembaga oksida = 8,04 g -------------------------- = -------- = 1.252 Tembaga = 6,42 g Eksperimen II : Tembaga oksida = 11,91 g -------------------------- = ---------- = 1.252 Tembaga = 9,51 g

Penyimpangan Hukum Susunan Tetap : Isotop, contoh : H2O2 dan H2O yg memp. per -bandingan H dan O adalah 2 : 8 & 1 : 8 Senyawa non stoikiometri Komposisi rata rata TiO berkisar antara Ti0,7O sampai TiO0,7.

Senyawa PbS1,14 dan UO2,12. Senyawa non stoikiometri disebut juga senyawa Non – Daltonion/Berthollide 3,66 g perak dilarutkan dalam HNO3, kemudian ditambah HCl terbentuk 4,86 g endapan perak klorida. Hitung banyaknya klorida yang dapat bereaksi dengan 4,94 g perak ?

Hukum Kelipatan Perbandingan : Bila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, maka perbandingan massa dari unsur yang satu yang bersenyawa dengan sejumlah tertentu unsur lain, merupakan bilangan yang mudah dan bulat.

Contoh : Senyawa – senyawa yang mengandung unsur N dan O mempunyai komposisi N 63,66%, 46,67%, 36,85%, 30,44%, 25,93% dan 22,58% Tunjukkan bahwa data ini sesuai dengan Hukum Kelipatan Perbandingan !

Seny. % N % O % N % O I 63,66 36,34  1 0,571 II 46,67 53,33  1 1,143 III 36,85 63,15  1 1,714 IV 30,44 69,56  1 2,285 V 25,93 74,07  1 2,857 VI 22,58 77,42  1 3,429

Perbandingan bobot oksigen yg bereaksi dengan satu bagian nitrogen adalah : 0,571 : 1,143 : 1,714 : 2,285 : 2,857 : 3,429 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 Jadi sesuai dengan Hukum Kelipatan Perbandingan

Hukum Perbandingan Timbal Balik (Richter, 1792) berbunyi : Jika dua unsur A dan B masing – masing bereaksi dengan unsur C yang massanya sama membentuk AC dan BC, maka perbandingan massa A dan massa B dalam membentuk AB adalah sama dengan perbandingan massa A dan massa B ketika membentuk AC dan BC atau kelipatannya.

Contoh : Air mengandung 11,11% H, dan hidrogen sulfida mengandung 5,88% H Belerang dioksida mengandung 50% O. Tunjukkan bahwa data diatas sesuai dengan Hk. Perbandingan Timbal Balik !

Hukum Perbandingan Setara, berbunyi : Bila suatu unsur bergabung dengan unsur lain, maka perbandingan kedua unsur tersebut adalah sebagai perbandingan massa ekivalennya atau suatu kelipatan sederhana daripadanya.

Contoh : Hidrogen Oksigen Air 1,0 8,0 H2O2 0,5 ( ½ x 1) 8,0 Karbon Oksigen CO2 3,0 8,0 CO 6,0 (2 x 3) 8,0

Karbon Hidrogen CH4 3,0 1,0 C2H4 6,0 (2 x 3,0) 1,0 C2H2 12,0 (4 x 3,0) 1,0 Catatan : Massa ekivalen suatu unsur adalah massa unsur tersebut yg bereaksi dgn 8,0 g oksi-gen atau 1,0 g hidrogen.

Hukum Penyatuan Volume (Gay Lus-sac, 1808), berbunyi : Pada tekanan dan suhu yang sama, per-bandingan volume volume gas pereaksi dan gas hasil reaksi merupakan bilangan yang bulat dan mudah. Contoh : 1 N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g) 1 vol 3 vol 2 vol

150 ml hidrokarbon X (CaHb) bereaksi dgn 750 ml oksigen, & terbentuk CO2 450 ml, H2O 450 ml dan sisa oksigen sebanyak 75 ml. Bagaimana rumus hidrokarbon X tsb ? Oksigen yang bereaksi = 750 ml – 75 ml = 675 ml X + O2  CO2 + H2O 150 675 450 450 1 4,5 3 3 2 9 6 6

Jadi reaksinya : 2 X + 9 O2  6 CO2 + 6 H2O Jumlah atom : C = 6 H = 12 Rumus : C6H12 = 2 X Jadi X adalah C3H6

Hukum Avogadro (1811) berbunyi : Pada tekanan dan suhu yang sama, volume yang sama dari semua gas mengandung jumlah molekul yang sama 1 mol = 6,02. 1023 atom 1 mol gas (STP) = 22,4 liter

Massa Atom Relatif (Ar) : Adalah istilah dari bobot atom. Jika atom tersebut mempunyai isotop, misal : Cl37 kelimpahannya 24,50% & Cl35 kelimpahannya 75,50%, maka perhitungannya : Ar. Cl = 0,245 x 37 + 0,755 x 35 = 35,49

Massa Molekul Relatif (Mr) : Adalah istilah dari bobot molekul. Misal : Ca3(PO4)2 mempunyai Mr = 3 x Ar. Ca + 2 x Ar. P + 8 x Ar. O

Konsep Mol Satuan dasar dari kuantitas adalah mol dalam sistem internasional (SI) Mol adalah massa dari senyawa dibagi dengan Mr. senyawa tersebut. Penerapan konsep mol pada gas : Pada suhu OoC (273K) & tekanan 1 atm, maka : 1 mol gas apa aja bobotnya 22,4 liter

Penerapan konsep mol pada larutan : Satuan Molaritas (M) : (mol/liter) atau (mmol/ml) Larutan 1 M adalah larutan yg mengandung 1 mol zat terlarut Contoh : 12,50 ml larutan H3PO4 0,125M. Berapa mg H3PO4 (Mr. = 98) dlm larutan tersebut ?

Jumlah : mol = Volume (dlm liter) x kemolaran Mmol = Volume (dlm ml) x kemolaran = 12,50 ml x 0,125 mmol/ ml = 1,5625 mmol x 98 mg/mmol = 153,12 mg

Persen Komposisi : % massa = massa/massa x 100 % % massa/volume, lebih dikenal mg% atau g%, maksudnya : dalam 100 ml larutan mengandung senyawa tertentu sebanyak tertentu pula

Contoh : Hitung % Na, S, dan O dalam Na2SO4 ? % Na = 2 x Ar. Na/Mr. Na2SO4 x 100 % % S = Ar. S/Mr. Na2SO4 x 100 % % O = 4 x Ar. O/Mr. Na2SO4 x 100 %

Rumus Senyawa : Untuk menentukan rumus suatu senyawa, maka perlu menganalisis senyawa itu secara kualitatif dan kuantitatif (menentukan persen komposisi unsur secara eksperimen). Dari data ini dapat ditentukan rumus em-piris dan rumus molekul senyawa tersebut.

Rumus empiris adalah : rumus yang paling sederhana dan menyatakan perbandingan atom – atom dari pelbagai unsur pada senyawa. Rumus empiris dapat ditentukan dari data : macam unsur dalam senyawa tersebut (analisis kualitatif) persen komposisi unsur (analisis kuantitatif) massa atom relatif unsur unsur yang bersangkutan.

Rumus molekul memberikan jumlah mol setiap jenis atom dalam 1 mol senyawa. Data yang diperlukan untuk menen-tukan rumus molekul adalah : rumus empiris, dan massa molekul relatif senyawa tsb.

Contoh : Pada pembakaran sempurna 1,38 g senyawa yang mengandung karbon, hidrogen, & oksigen terbentuk CO2 2,64 g & H2O 1,62 g. Bagaimana rumus empiris senyawa tersebut ?

Senyawa mengandung : C = 12/44 x 2,64 g = 0,72 g H = 2/18 x 1,62 g = 0,18 g O = (1,38 – 0,72 – 0, 18) g = 0,48 g C H O 0,72/12 0,18/1 0,48/16 0,06 0,18 0,03 2 6 1

Rumus empirisnya = C2H6O Bagaimana rumus molekulnya, jika Mr. senyawa tersebut = 92 ? Rumus molekul : (C2H6O)n = 92 (12 x 2 + 6 +16)n = 92 n = 2 Jadi rumus molekulnya : C4H12O2.

REAKSI KIMIA : Persamaan reaksi menjelaskan seca-ra kualitatif peristiwa yang terjadi, jika du pereaksi atau lebih bergabung dan secara kuantitatif menyatakan jumlah zat yang bereaksi serta jumlah produk reaksi.

Macam reaksi kimia : reaksi sintesis, yaitu reaksi pemben-tukan senyawa dari unsur unsurnya. Contoh : Fe (p) + Cl2 (g)  FeCl2 (p) reaksi metatesis, yaitu reaksi pertu-karan antar senyawa. K2SO4 + Pb(NO3)2  PbSO4  + 2 KNO3.

reaksi penetralan, yaitu reaksi antara zat yang bersifat asam dan zat yang bersifat basa. Contoh : NaHCO3 + HCl  NaCl + H2O + CO2. reaksi redoks, yaitu reaksi yang melibat-kan elektron. FeS + 3 NO3- + 4 H+  3 NO + SO4= + Fe3+ + 2 H2O

Pereaksi Pembatas : Dalam prakteknya, semua pereaksi tidak semuanya dapat bereaksi. Salah satu pereaksi habis bereaksi, sedangkan yang lainnya berlebih. Pereaksi yang habis bereaksi inilah yang disebut pereaksi pembatas, karena membatasi kemung-kinan reaksi itu terus berlangsung. Jadi produk reaksi ditentukan oleh pe-reaksi pembatas.

Contoh : 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4  Ca3(PO4)2 + 3 H2O Tersedia : 2 mol 2 mol Bila H3PO4 sebagai pereaksi pembatas, maka Ca(OH)2 yang dibutuhkan = 3/2 x 2 mol = 3 mol, sedangkan yang tersedia hanya 2 mol, berarti kurang 1 mol. Jadi H3PO4 bukanlah pereaksi pembatas.

Bila Ca(OH)2 sebagai pereaksi pembatas, maka H3PO4 yang dibutuhkan = 2/3 x 2 mol = 1,33 mol, sedangkan yang tersedia 2 mol, berarti ada kelebihan sebanyak 0,67 mol. Jadi Ca(OH)2 sebagai pereaksi pembatas.

Penyetaraan Persamaan Reaksi. 1. Menyetarakan persamaan reaksi sederhana. Penyetaraan adalah : harus diketahui rumus zat pereaksi & rumus produk reaksi. Jumlah atom relatif setiap unsur dalam pereaksi = jumlah atom relatif setiap unsur dalam produk reaksi. Koefisien rumus diubah menjadi bilangan bulat terkecil

2. Penyetaraan reaksi redoks Istilah redoks pasti erat hubungannya dgn bilangan oksidasi. Bilangan Oksidasi : bilangan oksidasi setiap atom dalam unsur bebas sama dengan nol (contoh : H2, Cl2, I2, S8, P4, … dll) dalam senyawa, bilangan oksidasi fluor sama dengan – 1

Bilangan oksidasi dalam ion sederhana sama dengan muatannya. Dalam senyawa bilangan oksidasi unsur golongan IA = +1, sedangkan unsur golongan IIA = +2. Bilangan oksidasi hidrogen dalam senyawa hidrogen sama dengan + 1, kecuali dalam hibrida logam, seperti NaH, CaH2, sama dengan – 1 Bilangan oksidasi oksigen dalam senyawa oksigen = –2, kecuali dalam peroksida = –1. Dalam OF2 sama dengan + 2.

Ada 2 cara menyetarakan reaksi redoks, yaitu : cara setengah reaksi. cara perubahan bilangan oksidasi.

Cara Setengah Reaksi : Setiap persamaan reaksi redoks meru-pakan penjumlahan dua setengah reaksi. Dalam persamaan reaksi redoks yang sudah setara, jumlah elektron yang dilepaskan pada proses oksidasi sama banyak dengan jumlah elektron yang diterima oleh proses reduksi.

Ada 3 tahap : Menuliskan kedua kerangka setengah reaksi. Menyetarakan setiap reaksi : Mengimbangkan O dgn menambah H2O. Mengimbangkan H dgn menambah-kan ion H+. Mengimbangkan muatan dgn me-nambahkan elektron. Menjumlahkan kedua setengah reaksi.

Contoh : Cr2O7= + C2O4=  CO2 + Cr3+ (suasana asam)

Cara Perubahan Bilangan Oksidasi : tulis pereaksi dan hasil reaksi. tandai unsur – unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi. setarakan jumlah unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi diruas kiri dan ruas kanan persamaan reaksi. hitung jumlah berkurangnya dan bertam-bahnya bilangan oksidasi.

samakan jumlah berkurangnya dan bertambahnya bilangan oksidasi. samakan jumlah muatan diruas kiri dan diruas kanan dengan menambahkan : H+ bila larutan bersifat asam. OH- bila larutan bersifat basa. tambahkan H2O untuk menyamakan jumlah atom H diruas kiri dan diruas kanan.

Contoh : Cr2O7= + C2O4=  CO2 + Cr3+ (suasana asam)

EKIVALEN : Dalam menyelesaikan soal soal kimia perlu menuliskan persamaan reaksi yang lengkap untuk dapat menghitung kadar zat yang bereaksi. Sedangkan untuk menyelesaikan suatu persamaan reaksi tidaklah mudah. Untuk mengatasi hal tersebut dipakailah besaran ekivalen

Ekivalen ada beberapa macam, misalnya : Ekivalen Asam Basa, yaitu sejumlah asam atau basa yang mempunyai kemampuan dapat melepaskan H+ atau OH-. Ekivalen Redoks, yaitu sejumlah zat yang dapat menerima (oksidator) atau melepaskan (redukstor) elektron yang terlibat.

Dalam reaksi redoks, jumlah elektron yang diterima = jumlah elektron yang dilepaskan. Jumlah ekivalen oksidator = jumlah ekivalen reduktor. Massa ekivalen oksidator = massa 1 mol oksidator dibagi dengan jumlah elektron yang diterima. Massa ekivalen reduktor = massa 1 mol reduktor dibagi dengan jumlah elektron yang dilepaskan.

Contoh : Hitung massa ekivalen V2O5 (Mr. = 182), jika direduksi berturut turut menjadi : VO2, V2O3, V, dan VO !

Jika MnO4– direduksi dalam larutan netral produk reaksinya adalah MnO2. Berapa ekivalen dalam 1 mol MnO4– dlm reaksi tersebut ? Pada keadaan standart, bobot 17,92 liter gas adalah 10,70 g. Hitung Mr. gas tsb ? dan juga hitung volume yang ditempati oleh 6 mol gas tersebut pada STP

Cu63 yang massanya 62,93 dgn kelimpahan 69,09% Tembaga mengandung 2 isotop, yaitu : Cu63 yang massanya 62,93 dgn kelimpahan 69,09% Cu65 yang massanya 64,93 dgn kelimpahan 30,91% Hitung Ar. dari tembaga tersebut !

Bagaimana rumus Hidrokarbon X ter sebut ! Jika 80 ml Hidrokarbon X dibakar de-ngan 360 ml oksigen, terbentuk 240 ml karbondioksida & 240 ml uap air. Bagaimana rumus Hidrokarbon X ter sebut !

Bagaimana komposisi campuran tsb ! Suatu campuran metana dan etana sebanyak 75 ml dioksidasi sempurna dengan 217,5 ml oksigen diukur pada suhu dan tekanan yang sama. Bagaimana komposisi campuran tsb !

Karbon dioksida mengandung 27,27% karbon; karbon disulfida mengandung 15,79% karbon; dan belerang dioksida mengandung 50,00% belerang. Jelaskan bahwa data ini mengikuti Hukum Perbandingan Terbalik !