STOIKIOMETRI DAN APLIKASINYA

STOIKIOMETRI DAN APLIKASINYA STOIKIOMETRI DAN APLIKASINYA DALAM PERHITUNGAN DALAM PERHITUNGAN ANALISIS VOLUMETRIANALISIS VOLUMETRI

I Made Sukarna, Msi

Jurdik Kimia FMIPA UNY

Memahami cara penentuan massa atom dan massa molekul relatif dengan spektrometer massa dan melakukan perhitungan kimia dengan pendekatan faktor konversi, serta perhitungan kimia dalam analisis volumetri.

Kompetensi DasarKompetensi Dasar

Menghitung massa atom relatif suatu unsur dari kelimpahan relatif isotopnya atau spektrum massanya.

Menentukan rumus empiris dan molekul suatu senyawa dari komposisi unsur-unsurnya dengan menggunakan massanya.

Melakukan perhitungan kimia dengan mengunakan massa zat-zat dan volume gas-gas yang bereaksi, serta konsep mol, dengan faktor konversi.

Melakukan perhitungan kimia menggunakan volume dan konsentrasi larutan-larutan

Melakukan perhitungan volumetri pada titrasi : Asam dan basa dan Redoks

INDIKATOR

Satuan Massa Atom Satuan Massa Atom

Seiring dengan perkembangan teori dan model atom, ahli fisika dan kimia mulai memikirkan massa satu atom beserta satuannya

Model atom Thomson

Model atom Rhuterford

Model atom Bohr

Model atom Mekanika Kuantum

MODEL ATOM

Satuan Massa Atom (1)Satuan Massa Atom (1)

Ahli kimia John Dalton, orang pertama yang mengusulkan satuan untuk menyatakan massa satu atom

Francis Aston, penemu SPEKTRO-METER MASSA, akhirnya menggunakan 1/16 dari massa satu atom oksigen-16 sebagai satuan massa satu atom

Sebelum 1961, - Satuan massa atom (sma) untuk fisika (the

physical atomic mass unit (amu), didefinisikan sebagai 1⁄16 dari massa satu atom oksigen-16 (16O),

- Satuan massa atom (sma) untuk kimia (chemical atomic mass unit (amu), didefinisikan sebagai 1⁄16 dari rata-rata massa isotop oksigen.

Atomic Mass Unit (2)Atomic Mass Unit (2)

Jadi, sebelum 1961, baik ahli fisika maupun kimia menggunakan simbul amu=sma sebagai satuan massa atom. Kita kadang-kadang masih mendapatkan penggunaan satuan ini dalam scientific literature sekarang.

Tetapi (sejak 1961), satuan standar yang diterima adalah satuan massa atom yang diseragamkan (the unified atomic mass unit (symbol u), dengan 1 u = 1,000 317 9 amu (physical scale) = 1,000 043 amu (chemical scale).


Satuan massa atom yang diseragamkan [The unified atomic mass unit (u)], atau kadang-kadang dikatakan satuan massa atom universal (universal mass unit), adalah satuan terkecil dari massa yang digunakan untuk menyatakan massa atom dan massa molekul.

1 u didefinisikan sebagai 1/12 dari massa karbon-12 (12C) yang tidak terikat, pada keadaan dasar, dan keadaan diamnya. Jadi massa 1 12C adalah tepat 12 u.– 1 u = 1/NA gram = 1/ (1000 NA) kg (di sini, NA

adalah Avogadro's number)– 1 u = 1.660538782(83)×10-27 kg



Massa atom sering ditulis dengan tanpa satuan dan kemudian dinyatakan dengan the unified atomic mass unit.

Literatur biochemistry and biology molekuler (khususnya untuk protein), "dalton" digunakan untuk menyatakan massa molekul, dengan simbul Da, atau "kDa", (1 kDa = 1000 dalton), sebagai pengganti u.

The unified atomic mass unit (u), atau dalton, bukan satuan massa SI, walaupun demikian satuan itu diterima untuk digunakan.

MASSA ATOM RELATIFMASSA ATOM RELATIF

Massa atom relatif suatu Massa atom relatif suatu unsur adalah massa unsur adalah massa rata-rata suatu atom rata-rata suatu atom unsur itu berdasarkan unsur itu berdasarkan kelimpahan nuklidanya, kelimpahan nuklidanya, relatif terhadap massa relatif terhadap massa nuklida karbon-12 yang nuklida karbon-12 yang ditetapkan 12,00 satuan ditetapkan 12,00 satuan masa atom (sma = amu masa atom (sma = amu = u).= u).

MASSA ATOM RELATIF (1)MASSA ATOM RELATIF (1)

1 sma = amu = u didefinisikan sebagai 1/12 dari massa karbon-12 (12C) yang tidak terikat, pada keadaan dasar, dan keadaan diamnya

Berdasarkan harga 1 sma = amu = u, maka massa atom relatif Berdasarkan harga 1 sma = amu = u, maka massa atom relatif (Ar ) suatu unsur didefinisikan sebagai bilangan yang (Ar ) suatu unsur didefinisikan sebagai bilangan yang menyatakan angkabanding antara massa rata-rata satu atom menyatakan angkabanding antara massa rata-rata satu atom unsur itu dengan 1/12 massa satu atom karbon-12 dalam unsur itu dengan 1/12 massa satu atom karbon-12 dalam keadaan tidak terikat, keadaan dasar, dan diam.keadaan tidak terikat, keadaan dasar, dan diam.

1/12 massa satu atom karbon-12 = 1 sma = 1u 1/12 massa satu atom karbon-12 = 1 sma = 1u ((International Union of Pure and Applied Chemistry in 1961)..

MASSA ATOM RELATIF (2)MASSA ATOM RELATIF (2)

1212

1

Cmassax

unsuratomsaturataratamassaAr

Bagaimana menentuka

n ?

Penentuan Massa Rata-rata Atom Relatif thd C-12Spektometer Massa (Mass Spectrometer, MS)

Hubungan jari-jari gerakan melingkar ion-ion positif dengan angkabanding massa ion positif terhadap muatannya (e) adalah : E

rH

e

m

2

22

++

Menghasilkan spektra massa

Spektra MassaSpektra Massa Atom Atom

Isotop Massa Relatif Isotop

Persentase Kelimpahan

54Fe 53.9396 5.82

56Fe 55.9349 91.66

57Fe 56.9354 2.19

58Fe 57.9333 0.33

Ar Fe = (53,94 x 5,82 + 55,94 X 91,66 + 56,94 X 2,19 + 57,93 X 0,33) X

1/100 = 55,8

massa relatif (m/e)

keli

mp

ah

an

53 54 55 56 57 58 59

Spektra massaSpektra massa molekulmolekul

massa relatif (m/e)

keli

mp

ah

an

CH3CH2+

CH3CH+

CH3OH+

CH3CH2O+

CH3CH2+OH-

Garis dengan massa paling besar (massa = 46) adalah karena molekul keseluruhan. Oleh karena itu massa molekul relatif dari etanol = 46.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Hasil fragmen dari molekul Etanol

Ikatan yang putus ditunjukkan

dengan tanda panah

Fragmen yang dihasilkan pada spektrum massa

Massa relatif

45 31 29 28

Massa relatif (m/e)

Kel

impa

han

96 94

►Spektrum massa dari CH3Br

Spektra massa unsur di dalam molekul yang Spektra massa unsur di dalam molekul yang Isotopnya terdiri dari dua atau lebih nuklidaIsotopnya terdiri dari dua atau lebih nuklida

Ion dalam spektrum massa

Massa relatif

12C1H379Br+

12C1H381Br+

9496

Latihan Latihan Penentuan Ar dan Mr dengan data Spektra Massa.Penentuan Ar dan Mr dengan data Spektra Massa.

1. Gambar disamping menunjukkanspektrum massa unsur Rubidium dengan simbol Rb. - Tuliskan lambang nuklida

dari isotop yang ada di dalam Rubidium ?

- Berapa persentase kelimpahan dari masing- masing isotop ?- Hitunglah massa atom relatif Rubidium !

Isotop Tinggi(satuan)

Persentase

85Rb 18 72%

87Rb 7 28%

20

15

10

5

85 87

Massa relatif (m/e)

Ke

tingg

ian

6,85

100

)2887()7285(

xxAr

Massa relatif (m/e)

Kel

imp

ahan

35 37 38 39 40 4134 3633

Hidrogen hampir semuanya berupa 1H. Klorin terdiri dari : 35Cl dan 37Cl

Jadi Hidrogen klorida terdiri dari 2 molekul : 1H35Cl dan 1H37Cl. Ke duan molekul ini mengasilkan garis dengan massa 36 dan 38 pada spektrum massa.

Molekul itu juga mengalami pemutusan dalam spektrometer massa : 35Cl+ dan 37Cl+

2. Spektrum massa hidrogen klorida ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Jelaskan spektrum massa itu.

Massa relatif353637

38

Rumus ion35Cl+

1H35Cl+

37Cl+

1H37Cl

Massa Relatif

1 2 3 4 17 18 19 20

Rumus Ion

3. Air terdiri dari isotop : 1H, 2H, dan 16O.

a. Tulskan rumus dari semua molekul H2O yang berbeda dalam air.

b. Pilihlah dariolekul-molekul ini yang memiliki massa paling besar.

c. Suatu sampel air dianalisis dengan menggunakan spektrometer massa. Tuliskan rumus ion-ion yang menghasilkan delapan puncak spektrum massa sebagai berikut :

1H1H16O, 1H2H16O, 2H2H16O

Massa Relatif

1 2 3 4 17 18 19 20

Rumus Ion 1H+ 2H+

1H1H+

1H2H+ 1H16O+

4. Senyawa Z memiliki komposisimassa: 66,7 % karbon,22,2 % oksigen, dan 11,1 % hidrogen. Spektrum massa Z ditunjukkan pada Gambar.

- Tentukan rumus empiris Z. - Gunakan spektrum massa untuk menentukan rumus molekul Z, - Jelaskan rumus struktur Z yang mungkin dan - Jelaskan rumus puncak-puncak yang diberi nomor dalam spektrum massa.

Kelimpahan

Massa relatif (m/e)

43

2915

5772

10 20 30 40 50 60 70 80

15

43

29

5772

(C4H8O)

(CH3-CH2-CO-CH3)

(CH3+) =15 (CH3-CH2

+) = 29 (+CO-CH3) = 43 (+CH2-CO-CH3) = 57

Bagaimana menentukan komposisi senyawa Bagaimana menentukan komposisi senyawa Z : 66,7 % massa karbon, 22,2 % oksigen, Z : 66,7 % massa karbon, 22,2 % oksigen, dan 11,1 % hidrogen ?.dan 11,1 % hidrogen ?.

Compounds containing C, H and O are routinely analyzed through combustion in a chamber like this– C is determined from the mass of CO2 produced

– H is determined from the mass of H2O produced

– O is determined by difference after the C and H have been determined

Konsep MolKonsep Mol

History (1)History (1) Nama mol (mole) diberikan oleh Johnathan Van Gorveatte

yang berasal dari bahasa German (Mol) pada tahun 1893. Di Inggris istilah itu pertama kali muncul tahun 1897, yang merupakan singkatan dari molecule (German Molekül). Dia mengunakan istilah mol (mole) untuk menyatakan “gram molecular mass” suatu zat. Contoh, 1 mol asam klorida (HCl) massanya 36,5 grams (massa atom Cl: 35,5 u, H: 1,0 u).

Sebelum tahun 1959, IUPAP dan IUPAC menggunakan oksigen untuk mendefinisikan mol (mole),

- Ahli kimia mendefinisikan mol sebagai jumlah atom oksigen yang ada pada 16 g oksigen,

- Ahli fisika menggunakan definisi yang sama tetapi dengan hanya berdasarkan nuklida oxygen-16 (16O).

Kedua organisasi itu setuju pada tahun 1959/1960 untuk mendefinisikan mol (mole) sebagai berikut:– The mole is the amount of substance of a

system which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram of carbon-12; its symbol is "mol“.

Definisi ini diadopsi oleh ICPM (International Committee for Weights and Measures) pada tahun 1967, dan pada tahun 1971 definisi itu diadopsi oleh CGPM (General Conference on Weights and Measures) yang ke-14.

History (2)History (2)

Pada tahun 1980 ICPM mengklarifikasi definisi mol itu, dengan mendefinisikan bahwa atom-atom karbon-12 adalah tidakterikat dan dalam keadaan dasarnya (ground state).


A mole is the amount of substance of a system, which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram (or 12 grams) of carbon-12, where the carbon-12 atoms are unbound, at rest and in their ground state.

Jumlah atom-atom di dalam 0,012 kilogram karbon-12 dikenal sebagai tetapan Avogadro (Avogadro constant), dan ditentukan secara empiris. Harga tetapan Avogadro yang diterima adalah 6,02214179(30)×1023 mol-1.

Menurut SI, mol (mole) tidak berdimensi, tetapi dimensi miliknya adalah “jumlah zat” ("amount of substance“).

Oleh karena adanya hubungan antara satuan massa atom (atomic mass unit(u)) dengan bilangan Avogadro, maka mol (mole) dapat juga didefinikan sebagai:

That quantity of a substance whose mass in grams is the same as its formula weight.Contoh, besi mempunyai massa atom relatif 55,845 u, jadi satu mol besi mempunyai massa 55,845 gram.


Avogadro’s NumberAvogadro’s Number

6.02 x 1023

1 mole of 12C has a mass of 12 g

Cara Menentukan bilangan Avogadro - Elektrolisis - Keradioaktifan

Mole DayMole Day Mole Day adalah hari raya tidak resmi yang

dirayakan oleh orang-orang kimia di Amerika Utara pada 23 Oktober antara jam 6:02 AM dan 6:02 PM. Waktu dan tanggal itu diturunkan dari tetapan Avogadro.

Mole Day aslinya ada dalam artikel yang dimuat di dalam The Science Teacher pada tahun 1980. Terinspirasi oleh artikel itu, Maurice Oehler, guru kimia SMA dari Praire du Chien, Wisconsin, mendirikan the National Mole Day Foundation (NMDF) pada 15 Mei 1991.

Banyak SMA di Amerika dan Canada merayakan Mole Day sebagai cara agar siswa-siswanya tertarik pada ilmu kimia, dengan mengadakan berbagai kegiatan yang berhubungan dengan kimia atau mol (mole).

Molar MassMolar Mass

• Massa molar adalah massa satu mol zat yang sesuai dengan massa atom relatif , massa molekul relatif,

atau massa rumus relatif zat itu dalam gram. Massa molar O2 = 32 gram mol-1, Massa molar NO2 = 46 gram mol-1.Massa 2 mol O2 = 2 mol x 32 gram mol-1 = 64 gram

• Massa molar merupakan jembatan antara mol (mole) dengan Massa (gram)

Mole RelationshipsMole Relationships

One mole of atoms, ions, or molecules contains Avogadro’s number of those particles

One mole of molecules or formula units contains Avogadro’s number times the number of atoms or ions of each element in the compound

• Soal hitungan kimia yang paling sering dijumpai adalah soal yang menuntut perhitungan, tetapi tidak terdapat rumus nyata yang dapat digunakan dalam memecahkan soal itu.

• Pemecahannya diperlukan satu atau lebih faktor konversi yaitu bagian yang dibentuk dari hubungan sah antara satuan besaran-besaran.

1 mol zat = Ar atau Mr gram

1

Massa 3 mol besi 3 mol besiFe mol 1

Fe gram 56x 168 g Fe

168 g Fe 168 g FeFe gram 56

Fe mol 1x 3 mol Fe

Ar atau Mr gram1 mol zat Ar atau Mr gram

Ar atau Mr gram

Stoichiometric Calculations (1)Stoichiometric Calculations (1)


From the mass of Substance A you can use the ratio of the coefficients of A and B to calculate the mass of Substance B formed (if it’s a product) or used (if it’s a reactant)

Stoichiometric Calculations (3)Stoichiometric Calculations (3)C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

OHgOHmol

OHgx

OHCmol

OHmolx

OHCg

OHCmolxOHCgOHGram 2

2

2

6126

2

6126

612661262 6,0

1

18

1

6

180

10,1

1 gram ? gramGunakan Faktor

Konversi

Gunakan Faktor

Konversi

Berapa gram klor terdapat dalam 80 gram CaCl2 ?.

Penyelesaian.

Soal ini dapat diselesaikan dengan pengubahan :

Gram CaCl2→ mol CaCl2→ mol Cl→ gram Cl

Jadi massa Cl dalam 80 gram CaCl2

gClmol

Clgx

CaClmol

Clmolx

CaClg

CaClmolxCaClg 12,51

1

5,35

1

2

111

180

22

22


Kalsium karbida (dalam perdagangan dikenal dengan nama karbit) digunakan untuk mengasilkan asetilena untuk pengelasan, dibuat dengan reaksi antara batu kapur dengan karbon pada suhu tinggi :

CaO(s) + C(s) → CO(g) + CaC2 (s).

(a). Berapa kg karbit dapat terjadi dari 1 kg CaO ?.

(b). Berapa kg karbon diperlukan untuk bereaksi dengan 1 kg CaO ?.

Pikirkan

Gunakan Faktor

Konversi

Stoikiometri Reaksi Larutan dan Stoikiometri Reaksi Larutan dan Aplikasinya dalam Analisis volumetriAplikasinya dalam Analisis volumetri Prasyarat Pengetahuan Konsentrasi larutan (molaritas, persen, bpj) dan

pembuatannya. Persamaan reaksi, penyetaraannya, dan arti koefisien

persamaan reaksi. Hitungan kimia

Aplikasi stoikiometri larutan adalah pada analisis volumetri yaitu analisis kimia kuantitatif yang dilakukan dengan jalan mengukur volum suatu larutan standar, yang tepat bereaksi dengan larutan yang dianalisis. Proses penambahan larutan standar ke dalam larutan yang akan ditentukan konsentrasinya disebut titrasi.

Ceritakanlah cara pembuatan

(a). 100 mL larutan NaOH 1,5 M dari kristal NaOH.

(b) 0,2 L larutan H2SO4 0,1 M dari H2SO4 18M.

(c) 100 mL larutan H3PO4 0,1M dari H3PO4 pekat yang kadarnya 85% massa dan kerapatan 1,70 g mL-1.

Pembuatan Larutan dengan Pembuatan Larutan dengan berbagai macam konsentrasi (1)berbagai macam konsentrasi (1)

Perhitungan hendaknya menerapkan FAKTOR KONVERSI

V1

V2

Pembuatan Larutan dengan Pembuatan Larutan dengan berbagai macam konsentrasi (2)berbagai macam konsentrasi (2)

PenimbanganMenghitung berat zat yang akan dilarutkan

PengenceranMenghitung volum zat yang akan diencerkan

V1M1 = V2M2

M = Mr

10density x berat x persen Menghitung molaritas (M) larutan, sebelum diencerkan, bila larutan itu pekat

Reaksi yang terjadi dalam analisis volumetri Reaksi yang terjadi dalam analisis volumetri harus memenuhi syarat antara lain :harus memenuhi syarat antara lain :

1. Reaksi kimia yang terjadi harus sederhana dan mudah ditulis persamaan reksinya.

2. Reaksi harus dapat berjalan cepat. Tetesan terakhir dari larutan standar harus sudah dapat menunjukkan reaksi sempurna. Kalau tidak akan terjadi kesalahan titrasi.

3. Reaksi harus kuantitatif, artinya reaksi dapat berlangsung sempurna menghasilkan hasil reaksi.

4. Pada saat reaksi sempurna (titik akhir titrasi) harus ada perubahan fisik atau sifat kimia yang dapat diamati. Titik akhir titrasi dapat diketahui dengan menambahkan larutan indikator ke dalam larutan yang dititrasi atau dapat pula disebabkan oleh warna larutan standarnya sendiri.

Apa ukuran reaksi ini sempurna?

ProblemProblem

Penyelesaiana. Konsentrasi NaOH =

b. Persamaan reaksinya adalah H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O

Konsentrasi H2SO4 dalam g dm-3 =

31

3

10,040

00,4

dmmolmolg

dmg

mol

gx

LxSOHmolNaOHdmmolx

cm

dmxcmx

NaOHmol

SOHmol

1

98)

025,0

1)10,0

1000

118

2

1( 42

33

3342

Larutan M1 mengandung 4,00 g NaOH per dm3. Larutan M2 mengandungH2SO4. Dalam suatu eksperimen, 25,0 cm3 larutan M2 bereaksi dengan18,0 cm3 larutan M1. Hitunglah a. Konsentrasi M2 dalam mol per dm3

b. Konsentrasi M2 dalam gram H2SO4 per dm3 danc. Jumlah gram dari ion SO4

2- dalam 1 dm3 larutan M2[H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32]

Gunakan

Faktor

Konversi

Gunakan Faktor

Konversi

Padatan FA2 adalah campuran Natrium karbonat, Na2CO3 dan

Natrium klorida, NaCl. Padatan FA2 5,00 g dilarutkan dalam larutan

250 cm3 dalam suatu bejana volumetrik dan 25,00 cm3 larutan itu

dititrasi dengan 0,120 mol dm-3 asam klorida menggunakan indikator

yang cocok. Larutan asam klorida sebanyak 34,80 cm3 diperlukan

untuk titrasi ini. Persamaan reaksinya adalah Na2CO3 + HCl →

NaHCO3 + NaCl. Berapakah persentase NaCl dalam padatan FA2.

Larutan M4 mengandung 0,12 mol dm-3 Na2CO3.Larutan M5 mengandung 0,2 mol dm-3 HCl.Dalam titrasi, 20,0 cm3 larutan M4 bereaksi dengan 12,0 cm3 larutan M5.Hitunglah jumlah mol HCl yang bereaksi dengan satu mol Na2CO3.Simpulkan persamaan reaksinya !

ProblemProblem

KIMIA MALLKIMIA MALL

Volum gas A(STP)

Volum gas B(STP)

Mol A

PartikelA

Massa A

Volum A

Massa permol

Angkabanding mol(koefisien persamaan reaksi)

Volum gas A(non STP)

Volum gas B(non STP)

Bilangan Avogadro

Molaritas Volum permol

Volum permol

Hukum gas Hukum gas

Massa B

PartikelB

Mol B

Volum B

Bilangan Avogadro Massa permol

Molaritas

Terima KasihTerima KasihSemoga BermanfaatSemoga Bermanfaat

STOIKIOMETRI DAN APLIKASINYA

Documents