STOIKIOMETRI

Stoikiometri berasal dari bahasa Yunani, yaitu dari kata stoicheionyang berarti unsur dan metron yang berarti mengukur.  Stoikiometri membahas tentang hubungan massa antarunsur dalam suatu senyawa (stoikiometri senyawa) dan antarzat dalam suatu reaksi (stoikiometri reaksi). Pengukuran massa dalam reaksi kimia dimulai oleh Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794) yang menemukan bahwa pada reaksi kimia tidak terjadi perubahan massa (hukum kekekalan massa). Selanjutnya  Joseph Louis Proust (1754 – 1826) menemukan bahwa unsur-unsur membentuk senyawa dalam perbandingan tertentu (hukum perbandingan tetap). Selanjutnya dalam rangka menyusun teori atomnya, John Dalton menemukan hukum dasar kimia yang ketiga, yang disebut hukum kelipatan perbandingan. Ketiga hukum tersebut merupakan dasar dari teori kimia yang pertama, yaitu teori atom yang dikemukakan oleh John Dalton sekitar tahun 1803. Menurut Dalton, setiap materi terdiri atas atom, unsur terdiri atas atom sejenis, sedangkan senyawa terdiri dari atom-atom yang berbeda dalam perbandingan tertentu. Namun demikian, Dalton belum dapat menentukan perbandingan atom – atom dalam senyawa (rumus kimia zat). Penetapan rumus kimia zat dapat dilakukan berkat penemuan Gay Lussac dan Avogadro. Setelah rumus kimia senyawa dapat ditentukan, maka perbandingan massa antaratom (Ar) maupun antarmolekul (Mr) dapat ditentukan. Pengetahuan tentang massa atom relatif dan rumus kimia senyawa merupakan dasar dari perhitungan kimia.

3.1 TATA NAMA SENYAWA SEDERHANA

1). Tata Nama Senyawa Molekul ( Kovalen ) Biner. 

Senyawa biner adalah senyawa yang hanya terdiri dari dua jenis unsur.

Contoh : air (H ₂ O), amonia (NH ₃ )

a). Rumus Senyawa

Unsur yang terdapat lebih dahulu dalam urutan berikut, ditulis di depan.

B-Si-C-Sb-As-P-N-H-Te-Se-S-I -Br-Cl-O-F
Contoh :

Rumus kimia amonia lazim ditulis sebagai NH3 bukan H3N dan rumus kimia air lazim ditulis sebagai H2O bukan OH2.

b). Nama Senyawa

Nama senyawa biner dari dua jenis unsur non logam adalah rangkaian nama kedua jenis unsur tersebut dengan akhiran –ida (ditambahkan pada unsur yang kedua).

Contoh :

• HCl = hidrogen klorida
• H2S = hidrogen sulfida

Catatan : 

Jika pasangan unsur yang bersenyawa membentuk lebih dari sejenis senyawa, maka senyawa-senyawa yang terbentuk dibedakan dengan menyebutkan angka indeks dalam bahasa Yunani.

1 = mono 2 = di 3 = tri 4 = tetra

5 = penta 6 = heksa 7 = hepta 8 = okta

9 = nona 10 = deka

Angka indeks satu tidak perlu disebutkan, kecuali untuk nama senyawa karbon monoksida.

Contoh :

• CO = karbon monoksida (awalan mono untuk C tidak perlu)
• CO2 = karbon dioksida
• N2O = dinitrogen oksida
• NO = nitrogen oksida
• N2O3 = dinitrogen trioksida
• N2O4 = dinitrogen tetraoksida
• N2O5 = dinitrogen pentaoksida
• CS2 = karbon disulfida
• CCl4 = karbon tetraklorida

c). Senyawa yang sudah umum dikenal, tidak perlu mengikuti aturan di atas.

Contoh :

• H2O = air
• NH3 = amonia
• CH4 = metana

2). Tata Nama Senyawa Ion.

Kation = ion bermuatan positif (ion logam)

Anion = ion bermuatan negatif (ion non logam atau ion poliatom)

a). Rumus Senyawa

Unsur logam ditulis di depan.

Contoh :

rumus kimia natrium klorida ditulis NaCl bukan ClNa.
Rumus senyawa ion:

b X^a+ + a Y^b-→ X^bY^a

Rumus senyawa ion ditentukan oleh perbandingan muatan kation dan anionnya.

Kation dan anion diberi indeks sedemikian rupa sehingga senyawa bersifat netral (jumlah muatan positif = jumlah muatan negatif).

b). Nama Senyawa

Nama senyawa ion adalah rangkaian nama kation (di depan) dan nama anionnya (di belakang); sedangkan angka indeks tidak disebutkan.

Contoh :

• NaCl = natrium klorida
• CaCl2 = kalsium klorida
• Na2SO4 = natrium sulfat
• Al(NO3)3 = aluminium nitrat

Catatan : 

Ø Jika unsur logam mempunyai lebih dari sejenis bilangan oksidasi, maka senyawa-senyawanya dibedakan dengan menuliskan bilangan oksidasinya (ditulis dalam tanda kurung dengan angka Romawi di belakang nama unsur logam itu).

Contoh :

• Cu2O = tembaga(I) oksida
• CuO = tembaga(II) oksida
• FeCl2 = besi(II) klorida
• FeCl3 = besi(III) klorida
• Fe2S3 = besi(III) sulfida
• SnO = timah(II) oksida
• SnO2= timah(IV) oksida

3). Tata Nama Senyawa Terner.

Senyawa terner sederhana meliputi : asam, basa dan garam.

Reaksi antara asam dengan basa menghasilkan garam.

a). Tata Nama Asam.

Asam adalah senyawa hidrogen yang di dalam air mempunyai rasa masam.

Rumus asam terdiri atas atom H (di depan, dianggap sebagai ion H ⁺ ) dan suatu anion yang disebut sisa asam .

Catatan : perlu diingat bahwa asam adalah senyawa molekul, bukan senyawa ion.

Nama anion sisa asam = nama asam yang bersangkutan tanpa kata asam.

Contoh : H ₃ PO ₄

Nama asam = asam fosfat

Rumus sisa asam = PO _4^3- (fosfat)

b). Tata Nama Basa.

Basa adalah zat yang jika di dalam air dapat menghasilkan ion OH-

Pada umumnya, basa adalah senyawa ion yang terdiri dari kation logam dan anion

Nama basa = nama kationnya yang diikuti kata hidroksida .

Contoh : NaOH

Nama Basa = Natrium hidroksida

Rumus sisa basa = OH^-

c). Tata Nama Garam.

Garam adalah senyawa ion yang terdiri dari kation basa dan anion sisa asam .

Rumus dan penamaannya = senyawa ion.

Contoh:

• NaNO₂
• Mg₃(PO₄)₂

4). Tata Nama Senyawa Organik.

Senyawa organik adalah senyawa-senyawa C dengan sifat-sifat tertentu.

Senyawa organik mempunyai tata nama khusus, mempunyai nama lazim atau nama dagang ( nama trivial ).

Contoh:

CH₄ = metana

3.2 PERSAMAAN REAKSI

PERSAMAAN REAKSI MEMPUNYAI SIFAT

1.	Jenis unsur-unsur sebelum dan sesudah reaksi selalu sama
2.	Jumlah masing-masing atom sebelum dan sesudah reaksi selalu sama
3.	Perbandingan koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol (khusus yang berwujud gas perbandingan koefisien juga menyatakan perbandingan volume asalkan suhu den tekanannya sama)

Contoh: Tentukanlah koefisien reaksi dari

HNO₃ (aq) + H₂S (g) ®   NO (g) + S (s) + H₂O (l)

Cara yang termudah untuk menentukan koefisien reaksinya adalah dengan memisalkan koefisiennya masing-masing a, b, c, d dan e sehingga:

a HNO₃ + b H₂S ®   c NO + d S + e H₂O

Berdasarkan reaksi di atas maka

atom N : a = c (sebelum dan sesudah reaksi)
atom O : 3a = c + e ®  3a = a + e ®  e = 2a
atom H : a + 2b = 2e = 2(2a) = 4a ®  2b = 3a ®  b = 3/2 a
atom S : b = d = 3/2 a

Maka agar terselesaikan kita ambil sembarang harga misalnya a = 2 berarti: b = d = 3, dan e = 4 sehingga persamaan reaksinya :

2 HNO₃ + 3 H₂S ®  2 NO + 3 S + 4 H₂O

3.3 Hukum-Hukum Dasar Kimia

1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

“massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat setelah reaksi”

Contoh :

S_(s) +  O_2(g) →  SO_2(g)

1 mol S bereaksi dengan 1 mol O₂ membentuk 1 mol SO_2. 32 gram S bereaksi dengan 32 gram O₂ membentuk 64 gram SO₂. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang dihasilkan.

H_2(g) +  ½ O_2(g) →  H₂O_(l)

1 mol H₂ bereaksi dengan ½ mol O₂ membentuk 1 mol H₂O. 2 gram H₂ bereaksi dengan 16 gram O₂ membentuk 18 gram H₂O. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang terbentuk.

2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

“perbandingan massa unsur-unsur pembentuk senyawa selalu tetap, sekali pun dibuat dengan cara yang berbeda”

Contoh :

S_(s) +  O_2(g) →  SO_2(g)

Perbandingan massa S terhadap massa O₂ untuk membentuk SO₂adalah 32 gram S berbanding 32 gram O₂ atau 1 : 1. Hal ini berarti, setiap satu gram S tepat bereaksi dengan satu gram O₂membentuk 2 gram SO₂. Jika disediakan 50 gram S, dibutuhkan 50 gram O₂ untuk membentuk 100 gram SO₂.

H_2(g) +  ½ O_2(g) →  H₂O_(l)

Perbandingan massa H₂ terhadap massa O₂ untuk membentuk H₂O adalah 2 gram H₂ berbanding 16 gram gram O₂ atau 1 : 8. Hal ini berarti, setiap satu gram H₂ tepat bereaksi dengan 8 gram O₂membentuk 9 gram H₂O. Jika disediakan 24 gram O₂, dibutuhkan 3 gram H₂ untuk membentuk 27 gram H₂O.

3. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)

Hanya berlaku pada reaksi kimia yang melibatkan fasa gas

“pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas pereaksi dengan volume gas hasil reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana (sama dengan perbandingan koefisien reaksinya)”

Contoh :

N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g)

Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mL gas N₂ tepat bereaksi dengan 3 mL gas H₂ membentuk 2 mL gas NH₃. Dengan demikian, untuk memperoleh 50 L gas NH₃, dibutuhkan 25 L gas N₂ dan 75 L gas H₂.

CO_(g) +  H₂O_(g) →  CO_2(g) +  H_2(g)

Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mL gas CO tepat bereaksi dengan 1 mL gas H₂O membentuk 1 mL gas CO₂ dan 1 mL gas H₂. Dengan demikian, sebanyak 4 L gas CO membutuhkan 4 L gas H₂O untuk membentuk 4 L gas CO₂ dan 4 L gas H₂.

4. Hukum Avogadro

Hanya berlaku pada reaksi kimia yang melibatkan fasa gas

“pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah mol yang sama”

Hukum Avogadro berkaitan erat dengan Hukum Gay Lussac

Contoh :

N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g)

Perbandingan mol sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mol gas N₂ tepat bereaksi dengan 3 mol gas H₂ membentuk 2 mol gas NH₃. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 L gas N₂ tepat bereaksi dengan 3 L gas H₂ membentuk 2 L gas NH₃. Dengan demikian, jika pada suhu dan tekanan tertentu, 1 mol gas setara dengan 1 L gas, maka 2 mol gas setara dengan 2 L gas.Dengan kata lain, perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas.

Berikut ini diberikan beberapa contoh soal serta penyelesaian perhitungan kimia yang menggunakan hukum-hukum dasar kimia :

1. Serbuk kalsium sejumlah 20 gram (Ar Ca = 40) direaksikan dengan 20 gram belerang (Ar S = 32) sesuai dengan persamaan reaksi Ca + S → CaS. Zat apakah yang tersisa setelah reaksi selesai?Berapa massa zat yang tersisa setelah reaksi selesai?

Penyelesaian :

Perbandingan mol Ca terhadap S adalah 1 : 1. Hal ini berarti, setiap 40 gram Ca tepat bereaksi dengan 32 gram S membentuk 72 gram CaS. Perbandingan massa Ca terhadap S adalah 40 : 32 = 5 : 4.

Jika 20 gram S tepat habis bereaksi, dibutuhkan (5/4) x 20 = 25 gram Ca, untuk membentuk 45 gram CaS. Sayangnya, jumlah Ca yang disediakan tidak mencukupi.

Oleh karena itu, 20 gram Ca akan tepat habis bereaksi. Massa S yang diperlukan sebesar (4/5) x 20 gram = 16 gram. Dengan demikian, zat yang tersisa adalah belerang (S). Massa belerang yang tersisa adalah 20-16=4 gram.

2. Gas A₂ sebanyak 10 mL tepat habis bereaksi dengan 15 mL gas B₂ membentuk 10 mL gas A_xB_y pada suhu dan tekanan yang sama. Berapakah nilai x dan y?

Penyelesaian :

Perbandingan volume gas A₂ terhadap gas B₂ dan gas A_xB_y adalah 10 mL : 15 mL : 10 mL = 2 : 3 : 2. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Dengan demikian, persamaan reaksi menjadi :

2 A_2(g) +  3 B_2(g) → 2 A_xB_y

Nilai x = 2 dan nilai y = 3.

3. Gas amonia dapat dibuat dengan mereaksikan 100 mL gas nitrogen dan 150 mL gas hidrogen dengan reaksi N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g). Hitunglah volume gas amonia yang dihasilkan pada akhir reaksi!

Penyelesaian :

Perbandingan volume gas N₂ terhadap gas H₂ dan NH₃ sama dengan perbandingan koefisien reaksinya, yaitu 1 : 3 : 2.

Jika 100 ml gas N₂ tepat habis bereaksi, dibutuhkan 300 mL gas H₂. Sayangnya, jumlah gas H₂ yang disediakan tidak mencukupi.

Dengan demikian, 150 mL H₂ lah yang tepat habis bereaksi. Volume gas N₂ yang dibutuhkan sebesar (1/3) x 150 mL = 50 mL. Setelah reaksi selesai, masih tersisa 50 mL gas N₂. Volume gas NH₃ yang dihasilkan adalah sebesar (2/3) x 150 mL = 100 mL.

4. Pada suhu dan tekanan tertentu, sebanyak 0,5 L gas hidrogen (Ar H = 1) memiliki massa sebesar 0,05 gram. Berapakah volume gas oksigen yang dapat dihasilkan jika sebanyak 12,25 gram padatan KClO₃ dipanaskan? (Mr KClO₃ = 122,5)

Penyelesaian :

mol H₂ =  gram / Mr  =  0,05 / 2  =  0,025 mol

Persamaan reaksi pemanasan KClO₃ adalah sebagai berikut :

KClO_3(s) →  KCl_(s) +  3/2 O_2(g)

mol KClO₃ = gram / Mr  = 12,25 / 122,5 = 0,1 mol

Dengan demikian, mol O₂ = (3/2) x 0,1 mol = 0,15 mol

Pada suhu dan tekanan yang sama, Hukum Avogadro berlaku pada sistem gas. Perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Dengan demikian :

mol H₂ :  mol O₂ =  volume H₂ :  volume O­₂

0,025 : 0,15 =  0,5 : volume O₂

Volume O₂ = ( 0,15 x 0,5) / 0,025  =  3 L

5. Suatu campuran gas terdiri atas 2 mol gas N₂O₃ dan 4 mol gas NO. Jika campuran gas ini terurai sempurna menjadi gas nitrogen dan gas oksigen, berapakah perbandingan volume gas nitrogen terhadap gas hidrogen dalam campuran tersebut?

Penyelesaian :

Persamaan reaksi penguraian masing-masing gas adalah sebagai berikut :

N₂O_3(g) →  N_2(g) +  3/2 O_2(g)

NO_(g) →  ½ N_2(g) +  ½ O_2(g)

Sebanyak 2 mol gas N₂O₃ akan terurai dan menghasilkan 2 mol gas N₂ dan 3 mol gas O₂. Sementara itu, sebanyak 4 mol gas NO akan terurai dan menghasilkan 2 mol gas N₂ dan 2 mol gas O₂.

Dengan demikian, mol total gas N₂ yang terbentuk adalah 2 + 2 = 4 mol N₂. Mol total gas O₂ yang terbentuk adalah 3 + 2 = 5 mol O₂. Perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Jadi, perbandingan volume gas nitrogen terhadap gas hidrogen dalam campuran tersebut adalah 4 : 5.

3.4 KONSEP MOL

a) Definisi Mol

o Satu mol adalah banyaknya zat yang mengandung jumlah partikel yang = jumlah atom yang terdapat dalam 12 gram C-12.

o Mol merupakan satuan jumlah (seperti lusin,gros), tetapi ukurannya jauh lebih besar.

o Mol menghubungkan massa dengan jumlah partikel zat.

Hubungan mol dengan jumlah partikel, Kemolaran, Massa, Volum gas dapat digambarkan sebagai berikut:

o Jumlah partikel dalam 1 mol (dalam 12 gram C-12) yang ditetapkan melalui berbagai metode eksperimen dan sekarang ini kita terima adalah 6,02 x 10 ²³ (disebut tetapan Avogadro, dinyatakan dengan L ).

Contoh : 

1 mol air artinya : sekian gram air yang mengandung 6,02 x 10 ²³ molekul air.

1 mol besi artinya : sekian gram besi yang mengandung 6,02 x 10 ²³ atom besi.

1 mol asam sulfat artinya : sekian gram asam sulfat yang mengandung 6,02 x 10 ²³molekul H ₂ SO ₄ .

1 mol = 6,02 x 10 ²³ partikel
L = 6,02 x 10 ²³

b) Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel

Dirumuskan :

Keterangan : 
n = jumlah mol

 = jumlah partikel

c) Massa Molar (m _m )

o Massa molar menyatakan massa 1 mol zat .

o Satuannya adalah gram mol ^-1 .

o Massa molar zat berkaitan dengan Ar atau Mr zat itu, karena Ar atau Mr zat merupakan perbandingan massa antara partikel zat itu dengan atom C-12.

Contoh : 

zAr Fe = 56, artinya : massa 1 atom Fe : massa 1 atom C-12 = 56 : 12

Mr H ₂ O = 18, artinya : massa 1 molekul air : massa 1 atom C-12 = 18 : 12
Karena : 

1 mol C-12 = 12 gram (standar mol), maka :

Kesimpulan : 

Massa 1 mol suatu zat = Ar atau Mr zat tersebut (dinyatakan dalam gram).

Untuk unsur yang partikelnya berupa atom : m _m = Ar gram mol ^-1

Untuk zat lainnya : m _m = Mr gram mol ^-1

d) Hubungan Jumlah Mol (n) dengan Massa Zat (m)

Dirumuskan :

dengan :
m = massa
n = jumlah mol
m m = massa molar

e) Volum Molar Gas (V _m )

o Adalah volum 1 mol gas.

o Menurut Avogadro, pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas bervolum sama akan mengandung jumlah molekul yang sama pula.

o Artinya, pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas dengan jumlah molekul yang sama akan mempunyai volum yang sama pula.

o Oleh karena 1 mol setiap gas mempunyai jumlah molekul sama yaitu 6,02 x 10 ²³molekul, maka pada suhu dan tekanan yang sama, 1 mol setiap gas mempunyai volum yang sama.

o Jadi : pada suhu dan tekanan yang sama, volum gas hanya bergantung pada jumlah molnya.

Dirumuskan : 

dengan :
V = volum gas
n = jumlah mol
Vm = volum molar

Beberapa kondisi / keadaan yang biasa dijadikan acuan :

1) Keadaan Standar

Adalah suatu keadaan dengan suhu 0 ^o C dan tekanan 1 atm.

Dinyatakan dengan istilah STP ( Standard Temperature and Pressure ).

Pada keadaan STP, volum molar gas ( V _m ) = 22,4 liter/mol

2) Keadaan Kamar

Adalah suatu keadaan dengan suhu 25 ^o C dan tekanan 1 atm.

Dinyatakan dengan istilah RTP ( Room Temperature and Pressure ).

Pada keadaan RTP, volum molar gas ( V _m ) = 24 liter/mol

3) Keadaan Tertentu dengan Suhu dan Tekanan yang Diketahui

Digunakan rumus Persamaan Gas Ideal :

P = tekanan gas (atm); 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg

V = volum gas (L)
n = jumlah mol gas

R = tetapan gas (0,082 L atm/mol K)

T = suhu mutlak gas (dalam Kelvin = 273 + suhu Celcius)

4) Keadaan yang Mengacu pada Keadaan Gas Lain

Misalkan :
Gas A dengan jumlah mol = n ₁ dan volum = V ₁ 

Gas B dengan jumlah mol = n ₂ dan volum = V ₂

Maka pada suhu dan tekanan yang sama :

f) Kemolaran Larutan (M)

Kemolaran adalah suatu cara untuk menyatakan konsentrasi (kepekatan) larutan.

Menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam tiap liter larutan, atau jumlah mmol zat terlarut dalam tiap mL larutan .

Dirumuskan :

dengan :
M = kemolaran larutan

n = jumlah mol zat terlarut

V = volum larutan

Misalnya : larutan NaCl 0,2 M artinya, dalam tiap liter larutan terdapat 0,2 mol (= 11,7 gram) NaCl atau dalam tiap mL larutan terdapat 0,2 mmol (= 11,7 mg) NaCl.