STOIKIOMETRI

Stoikiometri berkaitan dengan hubungan kuantitatif antarunsur dalam suatu senyawa dan antarzat dalam suatu reaksi. Istilah itu berasal dari bahasa yunani, yaitu dari kata stoicheion yang berarti unsure dan metron yang artinya mengukur. Untuk memahami makna stoikiometri, perhatikanlah dua pertanyaan berikut ini:

1.       Ari terdiri dari hydrogen dan oksigen. Bagaimanakah komposisi (stoikiometri) senyawa itu?

2.       Urea dibuat dari ammonia dan karbon dioksida. Jika direaksikan I kg ammonia, berapa kg urea dapat diperoleh dan berapa kg karbon dilksida diperlukan?

Dasar dari semua hitungan stoikiometri adalah pengetahuan tentang massa atom dan masssa molekul. Oleh karena itu, stoikiometri akan dimulai dengan membahas upaya para ahli dalam penentuan massa atom dan massa molekul, kemudian dilanjutkan dengan bahasan tentang hubungan kuantitatif antarzat dalam reaksi. Pengetahuan stoikiometri sangat penting dalam merencanakan suatu eksperimen maupun dalam industry, dimana kita dapat mencampurkan zat pereaksi dalam jumlah yang sesuai serta dapat memperkirakan jumlah produknya.

A.      HUKUM GAY LUSSAC DAN HIPOTESIS AVOGADRO

Hipotesis Avogadro menjelaskan hokum gay lussac

Stoikiometri (komposisi) suatu senyawa dinyatakan dalam rumus kimianya. Misalnya, stoikiometri air dinyatakan oleh rumus H2O. penetapan rumus kimia senyaw memerlukan informasi tentang 3 hal, yaitu:

1.       Jenis unsure penyusun senyawa

2.       Perbandingan massa di antara unsure penyusun senyawa dan

3.       Perbandingan massa antaratom unsure penyusun senyawa.

Ketika daltom mengajukan teori atomnya, para ahli belum dapat menentukan rumus kimia senyawa. Walaupun mereka telah dapat menentukan jenis dan perbandingan massa unsure-unsur penyusun senyawa, mereka belum mengetahui perbandingan massa antaratom yang satu terhadap yang lainnya sayangnya, pada masa itu, perbandingan massa antaratom unsure hanya akan dapat ditentukan jika rumus kima senyawanya diketahui. Dengan perkataaan lain mereka menghadapi suatu dilemma. Dilemma tersebut kemudian dapat dipecahkan berkat penemuan jukum perbandingan volum oleh gay lussac (1808) dan suatu hipotetis yang diajukan oleh Avogadro (1811). Kita akan membahas kedua penemuan tersebut serta penerapannya untuk menentukan rumus kimia berbagai zat.

HUKUM GAY LUSSAC

Bila diukur pada suhu dan tekanan sama, volum gas-gas yang bereaksi dan volum gas hasil teaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana.

Henry Cavendish (1731 – 1810), seorang ahli kimia berkebangsaan inggris, menemukan perbandingan volum hydrogen yang bereaksi denga gas olsigen membentuk air adalah 2 : 1, asalkan kedua gas itu diukur pada suhu (T) dan tekanan (P) yang sama. Tertarik pada penemuan tersebut, joseph Louis gay lussac (1778 – 1850) dari perancis pada tahun 1809 melakukan percobaan terhadap berbagai reaksi gas dan menemukan hasil sebagai berikut:

1.       Pada reaksi antara gas hydrogen dengan gas klorin membentuk gas hydrogen klorida, perbandingan volumnya adalah 1 : 1 : 2

2.       Pada reaksi antara gas hydrogen dengan gas oksigen membentuk uap air, perbandingan volumnya adalah 2 : 1 : 2

3.       Pada reaksi antara gas nitrogen dengan gas hydrogen membentuk ammonia, perbandingan volumnya adalah 1 : 3 : 2

Gay lussac menyimpulkan penemuannya dalam suatu hokum yang disebut hokum perbandingan volum, sebagai berikut: bila diukur pada suhu dan tekanan yang sama, volum gas yang bereaksi dan gas hasil teaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana

HIPOTESIS AVOGADRO

Pada suhu dan tekanan sama, semua gas bervolum sama mengandung jumlah molekul yang sama pula.

Mengapa perbandingan volum gas-gas dalam suatu reaksi merupakan bilangan bulat sederhana? Banyak ahli, termasuk Dalton dan gay lussac, gagal menjelaskan perbandingan volum yang ditemukan oleh gay lussac penyebab kegagalan mereka adalah anggapan bahwa parikel unsure selalu berupa atom. Barulah pada tahun 1811, amadeo Avogadro (1776 – 1856) dari italia, mengemukakan bahwa partikel unsure tidak harus berupa atom yang berdiri sendiri tetapi dapat juga berupa molekul. Avogadro dapat menjelaskan hokum perbandingan volum dengan mengajukan hipotesis sebagai berikut: pada suhu dan tekanan sama, semua gas bervolum sama mengandung jumlah molkul yang sama pula. Jadi, perbandingan volum gas-gas itu juga merupakan perbandingan jumlah molekul yang terlibat dalam reaksi. Dengan istilah sekarang, perbandingan volum sama dengan koefisien reaksinya. Marilah kita lihat bagaimana hipotesis Avogadro dapat menjelaskan hokum perbandingan volum dan sekaligus dapat menentukan rumus molekul berbagai unsure dan senyawa

Contoh 1

Reaksi antara gas hydrogen dengan gas klorin membentuk gas hydrogen klorida. Menurut percobaan, perbandingan volum gas hirogen : klorin : hydrogen klorida adalah 1 : 1 : 2. BERARTI, PERBANDINGAN JUMLAH MOLEKUL HIDROGEN : KLORIN : hydrogen klorida yang terlibat dalam reaksi adalah 1 : 1 : 2. Jika dimisalkan rumus molekul gas hydrogen adalah Hx, klorin Cly dan hydrogen klorida HaClb (x, y, a, dan b haruslah bilangan bulat), maka persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

Nilai paling sederhana untuk x dan y yang membuat persamaan di atas setara adalah x =2 dan y =2 (tidak mungkin nilai x atau y = 1, sebab jika x atau y = 1, maka nilai a atau b merupakan pecahan, yaitu 0,5). Dengan x = 2, maka nilai a = 1. Dengan y = 2, maka nilai b = 1.

Jadi, jika rumus molekul hydrogen adalah H2, dan klorin Cl2, maka rumus molekul hydrogen klorida adalah HCL. Persamaan (3.1) di atas menjadi:

Contoh 2

Reaksi antara gas hydrogen dengan gas oksigen membentuk uap air. Menurut percobaan, perbandingan volum gas hydrogen : oksigen : uap air adalah 2 : 1 : 2. Berarti perbandingan jummlah molekul hydrogen : Oksigen : uap air yang terlibat dalam raksi adalah 2 : 1 : 2. Misalkan rumus molekul gas hydrogen adalah Hx, oksigen Oy dan air HaOb, maka persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

Dengan rumus molekul hydrogen H2 (x = 2; dari contoh 1), maka nilai a adalah 2. Nilai paling sederhana untuk y adalah 2, dan dengan demikian nilai b = 1. Jadi, jika rumus molekul hydrogen adalah H2 dan oksigen O2, maka rumus molekul air adalah H2O

Persamaan (3.2) di atas menjadi:

Dengan cara yang sama dapat ditentukan rumus molekul berbagai unsure dan senyawa yang lain. Selain itu, hokum perbandingan volum dan hipotesis Avogadro merupakan dasar perhitungan bagi reaksi gas. Perhatikanlah contoh soal berikut.

Contoh soal 3.1

Dua liter gas nitrogen (N2), tepat bereaksi  dengan 3 liter gas oksigen (O2), membentuk 2 liter gas X, semuanya diukur pada suhu (T) dan tekanan (P) yang sama,. Tentukanlah rumus molul ga X itu!

Jawab

Misalkan rumus molekul gas X itu NaOb, oleh karena perbandingan volum gas merupakan koefisien reaksi, maka persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

Untuk kesetaraan atom N, 2a = 4, atau a = 2. Untuk kesetaraan atom O, 2b = 6, atau b = 3. Jadi, rumus molekul gas X adalah N2O3

Contoh soal 3.2

Gas etana, suatu hidrokarbon dengan rumus molekul C2H6, terbakar menurut persamaan sebagai berikut

Hitunglah volum oksigen yang diperlukan untuk membakar 6 liter C2H6

Jawab

Perbandingan volum O2 : C2H6 = 7 : 2 (sama dengan koefisien reaksi). Jika volum C2H6 = 6 liter maka volum O2 = 7/2 x 6 liter = 2 liter. Jadi, untuk membakar 6 liter C2H6 (T, P) diperlukan 21 liter O2 (T, P)

Contoh soal 3.3

Suatu senyawa hidrokarbon (CxHy) yang berwujud gas terbakar menurut persamaan

Dari suatu percobaan diketahui bahwa untuk membakar 5 liter (T, P) hidrokarbon itu diperlukan 12,5 liter (T, P) oksigen dan dihasilkan 10 liter (T, P) karbon dioksida. Tentukanlah rumus molekul hidrokarbon tersebut

Jawab

Perbandingan volum CxHy : O2 : CO2  = 5 : 12,5 : 10  = 2 : 5 : 4. Karena perbandingan volum merupakan koefisien reaksi, maka persamaan reaksinya menjadi,

Untuk kesetaraan atom oksigen, maka koefisien H2O haruslah 2 (= 10 – 8). Dengan demikian persamaan setara untuk reaksi itu adalah

Untuk kesetaraan atom C, maka 2x = 4 atau x = 2. Untuk kesetaraan atom H, maka 2y = 4 atau y = 2. Jadi, rumus molekul hidrokarbon itu adalah C2H2