Stoikiometri

By LB & DW_Kimia ITB

BAB ISTOIKIOMETRI

Stoikiometri :Kajian tentang hubungan-hubungan kuantitatif dalam reaksi kimia


Hukum-Hukum Dasar

Hukum Kekekalan Massa (Lavoisier, 1783)Hukum Perbandingan Tetap (Proust, 1799)Hukum Kelipatan Perbandingan (Dalton, 1803)Hukum Penyatuan volume (Gay-Lussac, 1808)Hukum Avogadro (1811)


Hukum Kekekalan Massa

“Pada setiap reaksi kimia, massa zat-zat yang bereaksi adalah sama dengan massa produk reaksi.”

Contoh :

Dalam versi modern : Setiap reaksi kimia tidak dapat dideteksi perubahan massa

2 16 18

Hidrogen Oksigen Air

g g g

+ →


Bukti :

Menurut Einstein :

Pada pembentukkan 900 gram air, 1,33x10-10 gram diubah menjadi energi

6 12 10

100 900cHidrogen Oksigen Air H x J

g g

°+ → ∆ =

( )2

26 8

610

16

10

12 10 3 10

12 101,33 10

9 10

1,33 10 (kecil sekali)

E mc

x m x

xm x kg

x

m x g

−

−

=

=

= =

=


Hukum Perbandingan Tetap (Proust)

“Pada setiap reaksi kimia, massa zat yang bereaksi dengan sejumlah tertentu zat lain, selalu tetap.”Contoh :

Air mengandung hidrogen 11,19%1:8

oksigen 88,81%


Hukum Kelipatan Perbandingan (Dalton)

“Bila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, maka perbandingan massa dari unsur yang satu, yang bersenyawa dengan sejumlah tertentu zat lain, merupakan bilangan yang mudah dan bulat.”

Contoh :


Untuk tiap 1 bagian Nitrogen, massa O dalam senyawa I, II, dan III adalah 0,57 : 1,14 : 1,74 atau 1 : 2 : 3

Senyawa % N % O Massa NMassa O

IIIIII

63,746,736,9

36,353,3

63,11

1:0,571:1,141:1,74


Hukum Penyatuan Volume (Gay-Lussac)

“Pada kondisi suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan gas-gas produk reaksi merupakan bilangan yang

mudah dan bulat.”Contoh :

volvolvol

amonianitrogenhidrogen

volvolvol

airuapOksigenHidrogen

2 1 3

2 1 2

→+

→+


Hukum Avogadro

“Pada suhu dan tekanan yang sama, volume yang sama dari semua gas mengandung sejumlah molekul yang sama.”Contoh :

molekulmolekulmolekul

volvolvol

airoksigenhidrogen

2 1 2

2 1 2

→+


:1 1 misal molekul bola=

ada teori yang dilanggar, yaitu Teori Dalton

bahwa atom tak dapat dibelah-belah

÷

misal : 1 molekul = 2 bola

( )tidak ada teori yang dilanggar

2


Teori Atom Dalton1. Materi terdiri dari partikel yang tak dapat dibagi-

bagi lagi.2. Atom suatu unsur tertentu adalah sama dalam

semua hal dan berbeda dari atom unsur lain.3. Jika atom-atom bergabung membentuk

senyawa, perbandingan atom-atom ini merupakan angka yang sederhana.

• Menurut hipotesis Avogadro :( )Hmassa molekul relatif=2xRapat Uap R

gas-gas pada umumnya diatomik

dan

Kelemahan Teori Atom Dalton

Postulat 1 dengan ditemukannya penembakan atom nitrogen oleh neutron menghasilkan atom karbon dan tritium Postulat 2 dengan ditemukannya isotop-isotop di alamPostulat 3 dengan ditemukannya senyawa yang tidak sederhana contoh C6H7N3O11 By LB & DW_Kimia ITB


Massa Atom Relatif (Ar)“Sejak 1961 ditetapkan isotop C-12 sebagai

dasar penentuan Ar.”

12 121

−=

Catomsatumassa

unsuratomsatumassaAr


2. Penentuan Massa atom realtif untuk:Kelimpahan isotopMassa isotop relatif

Contoh :31

69Ga dan 3171Ga dengan kelimpahan berturut-

turut 60% dan 40%.Ar Ga yang tepat

60 4069 71 69,8

100 100x x

= + = ÷ ÷


Mol

Contoh :Mr NaOH = 40maka massa molar NaOH = 40 g/mol (Massa satu mol zat/ Mm)Yang artinya, 1 mol NaOH = 40 g

( )( )

massa gmol

gmassa molar mol

=

Mol

Satuan untuk menyatakan jumlah partikel (atom, ion, atau molekul)1 mol = 12 gram masa atom C-12 1 mol = bilangan avogadro (6,02 X 1023)



1. Penerapan konsep mol pada gasa) Persamaan gas ideal : PV = nRTb) Pada keadaan STP (T=0°C;P=1 atm), volume

satu mol gas = 22,4 LContoh : Suatu gas sebanyak 11,09 g menempati wadah 5,6 L pada STP. Hitung massa molar!Jawab : 5,6

5,6 1 0,2522, 4

11,090, 25

( / )

11,09 44 /

0, 25

LL x mol mol

L

gmol

massa molar g mol

massa molar g mol

≈ =

=

∴ = =


2. Penerapan konsep mol pada larutan

Contoh : hitung kemolaran larutan yang mengandung 24,5 g H2SO4 dalam 2 L larutan!Jawab:

mol mmolmolar

liter mL= =

24,50,25

98 /

0, 250,125

2M

gmol mol

g mol

molC M

L

= =

= =


Persen komposisi

Contoh :Hitung % Na dalam Na2SO4 (Ar Na = 23; S = 32; O = 16)Jawab :

x % x 100%

jumlah atom Arunsur

Mr=

2 23% 100% 32,4%

142

xNa x= =


Rumus senyawa1. Rumus empiris : perlu data Macam unsur dalam senyawa % komposisi unsur Massa atom relatif unsur yang

bersangkutan2. Rumus molekul : perlu data RE (Rumus Empiris) Massa molekul dari hasil eksperimen

Urutan Menentukan Rumus Empiris Suatu Senyawa

Tentukan Massa setiap unsurMembagi massa unsur tersebut dengan massa molar sehingga diperoleh perbandingan mol setiap unsurMengubah perbandingan mol yang diperoleh menjadi bilangan sederhana



Menentukan Rumus Empiris

Contoh :Tentukan rumus molekul suatu senyawa dengan persen komposisi, H=2,38%; C=42,86%; N=16,67%; O=38,09%. Massa molekul relatif 168±0,5


Macam unsurLambang unsur%massaArJumlah mol dlm 100 g senyawa

Perbandingan mol

KarbonC42,86%1242,86123,573

HidrogenH2,38%12,3812,382

NitrogenN16,67%1416,67141,191

OksigenO38,09%1638,09162,382


Menentukan Rumus Molekul

Rumus empiris: C3H2NO2

(3x12+2x1+1x14+2x16)n = 168±0,5 n ≈ 2

Jadi, RM : C6H4N2O4


Reaksi Kimia

1. Reaksi sintesis2. Reaksi penetralan3. Reaksi redoks4. Reaksi metatesis5. Reaksi lainnya: adisi, substitusi,

eliminasi, fotosintesis, dll.

Penyetaraan Persamaan Reaksi Sederhana

Diketahui rumus zat pereaksi dan produkJumlah atom setiap unsur dalam pereaksi sama dengan jumlah atom unsur dalam produkKoefisien rumus diubah menjadi bilangan bulat terkecil



Bilangan Oksidasi (biloks)1. Dalam senyawa, biloks flour sama dengan

-1 : HF; F = -1

2. Senyawa netral, biloks sama dengan nol ;H2SO4 = 0

3. Senyawa bermuatan, biloks sama dengan muatan ion ; SO4

2- = -2

4. Unsur bebas, biloks sama dengan nol; H2 = 0


Bilangan Oksidasi (biloks)

5. Unsur gol IA dan IIA dalam senyawa diberi biloks sesuai dengan golongannya ; KMnO4; K=+1

6. Tiap hidrogen dalam senyawa, biloks sama dengan +1; H2SO4; H = 2x1 = +2, kecuali dalam senyawa hidrida -1, contohnya NaH

7. Tiap oksigen dalam senyawa, biloks sama dengan -2. H2SO4 ; O = 4x(-2) = -8, kecuali dalam peroksida -1, dalam OF2 sama dengan +2

Catatan: Posisi nomor 1, 6, dan 7 harus sesuai dengan urutannya, tidak boleh ditukar-tukar, karena dapat menyebabkan perhitungan biloks bagi unsur yang akan ditentukan menjadi salah


Penyetaraan Reaksi Redoks

1. Cara setengah reaksi2. Cara perubahan biloks


Cara perubahan biloks

1. Tulis pereaksi dan hasil reaksiCr2O7

2- + H2SO3 Cr3+ + HSO4-

2. Tandai unsur-unsur yang mengalami perubahan biloks untuk tiap atomCr2O7

2- + H2SO3 Cr3+ + HSO4-

+6 +4 +3 +6


3. Setarakan jumlah atom yang mengalami perubahan biloks di ruas kiri dan kanan persamaan reaksiCr2O7

2- + H2SO3 2Cr3+ + HSO4-

+12 +4 +6 +6


4. Hitung jumlah berkurang dan bertambahnya biloksCr2O7

2- + H2SO3 2Cr3+ + HSO4-

6+12 +4 +6 +6

2


5. Samakan jumlah berkurang dan bertambahnya bilangan oksidasi (cari KPK)Cr2O7

2- + H2SO3 2Cr3+ + HSO4-

6 x (1)2 x (3)

Cr2O72- + 3H2SO3 2Cr3+ + 3HSO4

-

Catatan: angka yang di dalam kurung adalah faktor pengali


6. Samakan jumlah muatan di ruas kiri dan kanan dengan menambahkan H+ bila

larutan bersifat asam, OH- bila bersifat basaCr2O7

2- + 3H2SO3 2Cr3+ + 3HSO4-

-2 + 0 = -2 +6 – 3 = +3

Asam : 5H+ + Cr2O7

2- + 3H2SO3 2Cr3+ + 3HSO4-

Basa :Cr2O7

2- + 3H2SO3 2Cr3+ + 3HSO4- + 5OH-


7. Tambahkan H2O untuk menyamakan jumlah atom H di ruas yang kekurangan atom H

Asam : 5H+ + Cr2O7

2- + 3H2SO3 2Cr3++ 3HSO4-

5H++Cr2O72-+3H2SO3 2Cr3++3HSO4

-+4H2OBasa :Cr2O7

2- + 3H2SO3 2Cr3+ + 3HSO4- + 5OH-

Cr2O72- + 3H2SO3 +H2O 2Cr3+ + 3HSO4

- + 5OH-

11H = 3H =

6H = 8H =


Ekivalen

Ekivalen asam-basa Satu ekivalen asam adalah masa (dalam

gram)sejumlah asam yang dapat menghasilkan satu mol H+

Satu ekivalen basa adalah masa (dalam gram) sejumlah basa yang dapat meghasilkan satu mol OH- atau yang dapat menetralkan satu mol H+

Contoh :


HCl H+ + Cl-

1 mol 1 mol1 mol H+ = 1 ekiv1 mol HCl ~ 1 ekiv1 mol HCl = 36,5 gramJadi, massa 1 ekiv HCl = 36,5 gram

H2SO4 2H+ + SO42-

1 mol 2 mol2 mol H+ = 2 ekiv1 mol H2SO4 ~ 2 ekiv1 mol H2SO4 = 98 gramJadi, massa 1 ekiv H2SO4 = 49 gram


H3PO4+ NaOH Na2HPO4 +H2O

Massa : 98 g 80 gMr : 98 40Mol : 1 mol 2 molEkiv : 2 ekiv 2 ekivCatatan: tanda panah ke bawah berarti senyawa

yang telah diketahui, sedangkan tanda panah ke atas menunjukkan yang dicari (massa NaOH)

Kesimpulan:ekiv asam = ekiv basa


Ekivalen redoksSatu ekivalen oksidator/reduksi adalah masa sejumlah zat tertentu yang dapat menerima satu mol elektronContoh : Fe3+ + e Fe2+

1 mol Fe3+ = 1 mol elektron 1 mol Fe3+ ~ 1 ekiv (tergantung

senyawa yang dibentuk)Satu ekivalen reduktor/oksidasi adalah masa sejumlah zat tertentu yang dapat melepaskan satu mol elektronContoh : Cu Cu2+ + 2e

1 mol Cu = 2 mol elektron1 mol Cu ~ 2 ekiv


Dalam reaksi redoks

1. Jumlah elektron yang diterima = jumlah elektron yang dilepaskan8H+ + MnO4

- + 5e Mn2+ + 4H2O

5Fe2+ 5Fe3+ + 5e2. Jumlah ekivalen oksidator = jumlah

ekivalen reduktor0,1 ekiv MnO4

- = 0,1 ekiv Fe2+


V2O5 2VO

+10 6 +4

Mr V2O5 = 1821 mol V2O5 = 182 grammassa 1 ekiv V2O5 = (182/6) gram

massa 1 mol oksidator3. massa 1 ekiv oksidator =

jumlah mol elektron yang diterima


Fe FeO

0 2 +2

Ar Fe = 561 mol Fe = 56 grammassa 1 ekiv Fe = (56/2) gram

massa 1 mol reduktor4. massa 1 ekiv reduktor =

jumlah mol elektron yg dilepaskan


Pereaksi pembatas

Pereaksi yang habis bereaksi disebut pereaksi pembatasContoh : 2 Zn + O2 2 ZnOMassa : 28,6 g 7,44Ar : 65,4 16Mol : 0,438 0,232Dibagikoefisien : 0,219 0,232


Setelah dibagi dengan koefisien masing-masing, zat dengan mol terkecil merupakan pereaksi pembatas atau yg habis bereaksi. Dalam hal ini Zn.Jadi, mol ZnO = mol Zn

= 0,438 molmassa ZnO =

0,438mol(65,4+16)gram/mol= 35,6 gram


Persen Hasilmassa produk nyata

% hasil = 100%massa produk menurut perhitungan

x

Contoh

Etilena, C2H4 sebanyak 3,86 gram dibakar dengan 11,84 gram O2 di udara. Jika CO2 yang terbentuk 6,96 gram. Hitunglah persen hasil CO2


Penyelesaian : C2H4 + 3O2 2CO2+2H2O

Massa : 3,86 g 11,84 gMr : 28 32Mol : 0,1378 0,37DibagiKoefisien : 0,1378 0,123



Jadi, pereaksi pembatas, O2, sehingga menurut perhitungan :massa CO2 =

massa hasil eksperimen CO2 = 6,96 gshg,

2 g0,37 mol x 44 10,85 gram

3 molx = ÷

6,96% hasil = 100% 64%

10,85x =


Perhatikan reaksi antara hidrogen, H2 dengan Nitrogen, N2 menghasilkan ammonia, NH3

H2(g)+N2(g) NH3(g)Jika gas hidrogen yang direaksikan berlebih dan gas nitrogen sebanyak 42, 0 gram. Maka massa ammonia yang terbentuk adalah ….(Ar N = 14, H = 1)


Reaksi yang terjadi pada soda kue (NaHCO3) dengan krim tartar (KHC4H4O6) adalah sebagai berikutKHC4H4O6 + NaHCO3KNaC4H4O6 + H2O + CO2. Suatu resep menyarankan penggunaan dua sendok makan (24,0 gram) krim tartar, maka soda kue yang diperlukan agar keduanya tepat habis bereaksi adalah….(Ar Na = 23, H = 1, C = 12, O = 16, K = 39)


Rumus sederhana dari suatu senyawa yang mengandung Mg 21,9% P 27,8%, dan O 50,3% adalah….Mg2P3O5 c. Mg2P2O7 e. Mg3(PO4)2

MgP2O4 d. MgPO4

Education

Stoikiometri