WEEK 3, 4 & 5 Bag 3:STOIKIOMETRI · PDF fileDiskripsi • Stoikiometri adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan kuantitatif/jumlah zat yang terlibat dalam reaksi kimia....

Bag 3:STOIKIOMETRI WEEK 3, 4 & 5

1

•Joko Sedyono

•Benyamin

Diskripsi

• Stoikiometri adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan kuantitatif/jumlah zat yang terlibat dalam reaksi kimia.

• Kata ini berasal dari bahasa Yunani stoikheion (elemen) dan metron (ukuran)

• Lingkup dari Stoikiometri adalah – Perbandingan jumlah unsur pembentuk senyawa

– Perbandingan jumlah zat yang terlibat dalam suatu reaksi dalam jumlah yang kompleks

• Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) adalah orang yang pertama kali meletakkan prinsip-prinsip dasar stoikiometri

2

Stoikiometri Pembentukan Senyawa

Hukum Perbandingan Tetap dalam Suatu senyawa

• Dasar dari stoikiometri adalah teori atom dalton yaitu:

– hukum perbandingan tetap dan

– hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia.

• Rumus kimia suatu senyawa yang ditunjukkan dengan

angka yang bulat, menunjukkan jumlah atom-atom yang

menyusun senyawa tersebut (hukum perbandingan

tetap). Sebagai contoh, karbonmonoksida (CO)

mempunyai perbandingan antara atom C dan atom

O sama dengan 1 : 1, yang berarti perbandingan atom

untuk membuat 1 molekul CO 1 atom C dan 1 atom O.

1 atom C + 1 atom O → 1 molekul CO

3

Massa Atom

• Massa atom terkait dengan jumlah sub atom yang

dimiliki oleh atom. Pada persoalan reaksi kimia di

laboratorium massa atom sangat diperlukan sebagai

satuan jumlah dari zat yang terlibat dalam reaksi.

• Atom adalah partikel yang sangat kecil sehingga massa

satu atom tidak bisa ditimbang. Massa atom ditentukan

dengan tetapan.

• Berdasarkan perjanjian internasional tetapan yang

digunakan adalah massa dari atom karbon isotop 12

(jumlah proton 6 dan neutron 6), dimana satu atom dari

karbon-12 memiliki massa yang tepat 12 satuan massa

atom (sma). Atau dengan kata lain 1 Satuan Massa

Atom dapat didefinisikan sebagai suatu massa yang

besarnya tepat sama dengan seperduabelas massa dari

satu atom karbon-12 4

Massa satu atom karbon-12 = 12 sma atau

1 sma = massa satu atom karbon-12/12

Massa dari atom lainnya dicari dengan membandingkan

dengan massa karbon-12.

Massa Atom rata-rata

Massa atom dari masing-masing unsur dalam tabel

sistem periodik tertera dalam bagian bawah. Massa ini

menunjukkan massa atom rata-rata yaitu massa yang

memperhitungkan semua isotop yang ditemukan di

alam.

6

C 12,01 Massa atom

C dialam ditemukan dengan bentuk

Karbon-12 dengan massa 12 sma se-

jumlah 98,90 % dan karbon-13 dengan

massa 13,00335 sma sejumlah 1,10 %.

5

Contoh Lain

Tembaga di alam ditemukan di alam memiliki 2 macam

isotop yang stabil yaitu

sejumlah 69,09 % dengan massa 62,93 sma

sejumlah 30,91 % dengan massa 64,9278 sma

Hitung massa atom rata-rata dari tembaga?

Cu63

29

Cu65

29

(62,93 sma x 0,6909) + (64,9278 sma x 0.3091)

= 63,5475 sma

6

Konsep Mol • Konsep atom dalton menyatakan perbandingan jumlah

atom pada senyawa adalah tetap, sedangkan atom pada kenyataannya berukuran kecil. Pada kenyataan di lapangan proses analisis kimia berlangsung pada sampel yang besar. Karena itu diperlukan suatu satuan khusus yang menyatakan jumlah atom yang sangat besar.

• Pada sistem SI mol (mole) adalah banyaknya suatu zat yang mengandung entitas dasar (atom, molekul atau partikel lain) sebanyak jumlah atom yang terdapat dalam tepat 12 gram karbon-12. Jumlah sebenarnya 12 gram atom karbon-12 melalui percobaan ditemukan sejumlah 6,0221367 X 1023 buah.

• Angka ini disebut bilangan avogadro dan pada umumnya angka ini dibulatkan 6,022 X 1023 sehingga dapat dikatakan

1 mol = 6,022 X 1023

7

`

8

• Karena mol adalah satuan jumlah dari atom atau

molekul maka perbandingan mol zat yang bereaksi akan

sama dengan jumlah atom zat yang bereaksi.

• Misalkan senyawa CCl4 (karbon tetra clorida),

molekulnya terbentuk dari 1 atom C (karbon) dan 4 atom

Klour, secara skematis perbandingan atom dan

molekulnya dapat dituliskan sebagai berikut:

1 mol C + 4 mol Cl 1 mol CCl4

9

atom atom molekul

Tugas a. Berapakah perbandingan mol dari karbon dan

klour untuk membentuk zat C2Cl6(Heksa kloroetana). C:Cl = 2:6

b. Berapakah mol atom karbon yang diperlukan untuk bergabung dengan 4,87 mol Cl agar membentuk zat C2Cl6. (2/6)x4,87=1,623

c. Berapakah mol atom karbon yang yang terdapat dalam 2,65 mol C2Cl6. 2x2,65=5,3mol

d. Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3) adalah jenis senyawa yang dipakai dalam membersihkan air di limbah pabrik. Jika tersedia sebanyak 4,5 mol molekul Al2(SO4)3, Hitunglah jumlah atom unsur-unsur penyusunnya. Al:2x4,5=9; S:3x4,5=13,5; O:12x4,5=54 10

Pengukuran Atom dalam Satuan Massa

• Analisis kimia di lab atau di lapangan membutuhkan

satuan selain satuan jumlah (mol). Dan satuan yang

digunakan adalah satuan massa.

• Seperti dalam konsep mol bahwa 1 mol karbon-12

mempunyai massa tepat 12 gram. Angka 12 ini

sama dengan nomor massanya dan menunjukkan

massa satu atomnya adalah 12sma. Dengan

demikian massa atom untuk tiap satu mol unsur

yang lain dapat juga diketahui dari nomor

massanya.

11

Contoh

Na memiliki massa atom relatif 22,99 sma, ini juga

menunjukkan bahwa massa atom Na per-mol (massa

molar) yakni adalah 22,99 g/mol.

Dengan demikian dapat kita cari hubungan antara

Mol (atom atau molekul), massa molar (g/mol) dan

massa (g).

12

molar massa / massa mol

molmolar x massa massa

PR1 1. a. Berapakah mol Si yang terdapat dalam 30,5 gram Si

b. Jika terdapat 3, 75 mol Si berapakah massa Si

2. Berapakah banyaknya mol Ca yang diperlukan untuk bereaksi dengan 2,5 mol Cl agar terbentuk senyawa CaCl2.

Latihan di kelas:

Berapa gram Ca harus bereaksi dengan 41,5 gram Cl

untuk menghasilkan CaCl2.

Jika diketahui massa atom relatif (Ar):

Si = 28,09

Ca =40,1

Cl = 35,5 .

Massa Ca=23,459g 13

PENGUKURAN SENYAWA • Sama halnya dengan unsur, pengukuran senyawa juga

dapat dinyatakan dalam satuan mol (satuan jumlah molekul) maupun satuan massa.

• Pengukuran massa molar senyawa dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom unsur penyusunnya sesuai rumus molekulnya (Perbandingan angka dalam rumus molekul menunjukkan perbandingan mol unsurnya). Penjumlahan ini menghasilkan angka massa molar molekul.

• Contoh senyawa CO2, massa molar molekul CO2 dapat dihitung dari;

massaC = 1mol x 12,01g/mol = 12,01g

massaO = 2mol x 16,00g/mol = 32,00g +

44,01g.

Dengan demikian massa molar molekul CO2 adalah

44,01g/mol. 14

PR1

3. Senyawa natrium karbonat (Na2CO3)

Jika massanya 132 gram berapa mol

senyawa tersebut.

Latihan di kelas: Jika terdapat 0,250 mol

berapa massanya.

15

Menghitung Massa Unsur dalam Senyawa

Untuk menghitung massa unsur dalam suatu

senyawa dapat dilakukan dengan beberapa cara;

– Yang pertama dengan mengetahui kontribusi

unsur dalam senyawa tersebut.

– Yang kedua dengan prosentase

16

Dengan kontribusi Massa unsur dalam suatu senyawa dapat dicari dari

Massa unsur riil

Misalkan diketahui massa senyawa H2O 100 gram, berapakah massa

oksigen dan hidrogennya

Langkah pertama adalah menghitung massa molar molekulnya.

massaH = 2molx1,01g/mol = 2,02g

massaO = 1molx16,00g/mol =16,00g +

18,02g

Massa molar molekul 18,02g/mol.

Dengan demikian massa atom H dan O yg riil di dlm H2O 100g dapat

dicari

Massa H = 2,02/18,02X100gr = 11,1 gram

Massa O =16,00/18,02X100gr = 88,9 gram

senyawaxmassamolekulmassa

unsurmassa

molar

17

Dengan komposisi (jumlah) persen

• Komposisi persen adalah jumlah suatu unsur dalam

senyawa dalam bentuk prosentase

• Massa unsur riil = komposisi % unsur x massa senyawa

%100molar

% X

molekulmassa

unsurmassakomposisi

18

Misalkan senyawa H2O bermassa 100 gram, Berapakah komposisi persen dan massa oksigen dan hidrogennya

Massa molekul H2O

H =2x 1,01 = 2,02

O =1x16,00 = 16,00 +

• 18,02~18

Sehingga Komposisi persen

H = 2/18X100% = 11,1 %

O =16/18X100% = 88,9 %

Menghitung massa atom

Massa H = 11,1%X100 gram = 11,1 gram

Massa O = 88,9%X100 gram = 88,9 gram 19

Contoh Persoalan

• Berapa komposisi persen dari masing-

masing zat untuk zat CHCl3

• Hitung massa dari

Fe dalam 15,0 gram Fe2O3

Na dalam 35 gram Na2CO3

Ar dari: C=12,01; H=1,01;Cl=35,45;Fe=55,85;

O=16,0;Na=22,99

20

Stoikiometri dalam Reaksi Kimia

• Reaksi kimia adalah suatu proses dimana zat

diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru.

• Proses berjalannya reaksi kimia dapat

dinyatakan dalam sebuah persamaan yang

disebut dengan persamaan reaksi.

• Suatu persamaan reaksi menggambarkan

sebuah informasi mengenai zat-zat yang terlibat

dalam reaksi baik secara kualitas maupun

kuantitas zat.

21

Menulis Persamaan Reaksi

• Persamaan reaksi menunjukkan 2 kelompok zat yaitu

– reaktan (pereaksi) yaitu zat material awal dalam

reaksi kimia

– Produk yaitu substansi yang terbentuk sebagai hasil

dari suatu reaksi kimia.

• Penulisan reaksi kimia dilakukan dengan aturan

disebelah kiri sebagai reaktan dan sebelah kanan

sebagai produk diantaranya diberi simbol anak panah.

Contoh

2H2 + O2 2H2O

Reaktan Produk

22

Menyetarakan Persamaan Reaksi

• Dalam kajian di stoikiometri persamaan reaksi harus

dalam keadaan setara/setimbang, yakni jika jumlah

atom antara unsur-unsur yang ada di sisi kiri dengan

yang ada di sisi kanan adalah sama.

• Apabila reaksi belum setimbang maka perlu

disetimbangkan dengan cara sebagai berikut;

– Tulis persamaan reaksi,

– Teliti kesetaraannya (jumlah atom-atom disebelah

kiri dan kanan) masing-masing unsurnya.

– Jika ada salah satu atom disisi kiri dan kanan yang

tidak setimbang maka tempatkan koefisien (angka)

di depan rumus molekulnya agar reaksinya

setimbang. 23

Contoh Reaksi larutan natrium karbonat (Na2CO3) bereaksi dengan

asam klorida (HCl) membentuk natrium klorida (NaCl), air

(H2O) dan karbondioksida (CO2). Hal ini dapat ditulis dalam

persamaan reaksi:

Na2CO3 + HCl NaCl + H2O + CO2

Untuk mengetahui apakah reaksi ini setimbang atau tidak

maka diperiksa jumlah atom masing-masing unsurnya.

Atom Sebelah Kiri Sebelah Kanan

Na 2 1

C 1 1

O 3 3

H 1 2

Cl 1 1

24

Dari sini persamaan reaksi belum setara sehingga perlu diseimbangkan dengan langkah sebagai berikut,

Atom Na yang tidak sama jumlahnya harus disamakan dengan cara menambahkan koofisien 2 di depan NaCl sehingga persamaan berubah menjadi

Na2CO3 + HCl 2NaCl + H2O + CO2

Penambahan koofisien 2 pada NaCl menyebabkan jumlah Cl tidak seimbang sehingga perlu diseimbangkan dengan cara memberi koofisien 2 didepan HCl dan persamaan reaksi berubah menjadi

Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2

Jika persamaan reaksi diatas diperiksa maka akan di dapat hasil sebagai berikut;

Persamaan Reaksi ini yang disebut reaksi yang setimbang

Atom Sebelah Kiri Sebelah Kanan

Na 2 2

C 1 1

O 3 3

H 2 2

Cl 2 2

25

PR1

Seimbangkan persamaan reaksi berikut: 4. a. LaCl3 + Na2CO3 La2(CO3)3 + NaCl

b. NH4Cl + Ba(OH)2 BaCl2 + NH3 + H2O

Latihan bebas

a. C8H18 + O2 CO2 + H2O

b. Mg + FeCl3 MgCl2 + Fe

a. ZnS + HCl ZnCl2 + H2S

b. HCl + Cr CrCl2 + H2

c. Al + Fe3O4 Al2O3 + Fe

26

Perhitungan Zat yang Terlibat dalam Suatu Reaksi

koefisien reaksi pada persamaan reaksi yang setara/setimbang menunjukkan jumlah perbandingan mol yang terlibat dalam reaksi, sehingga koofisien ini dapat digunakan untuk mengetahui jumlah zat yang terlibat dalam reaksi.

Untuk itu dilakukan: Memeriksa koefisien dalam keadaan setimbang.

Mengubah kuantitas ke dalam mol

Membandingkan mol zat yang terlibat dalam reaksi berdasarkan koefisien reaksi.

Mengubah mol ke dalam gram jika diperlukan.

27

Contoh Persoalan

Berapakah jumlah molekul oksigen (O2) yang dibutuhkan untuk pembakaran 1,80 mol alkohol C2H5OH jika reaksi tersebut akan menghasilkan CO2 dan H2O

Reaksi dapat ditulis

C2H5OH + O2 CO2 + H2O

Memeriksa kesetaraan reaksi

Reaksi diatas belum seimbang dan perlu diseimbangkan dan di dapat

C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O

Perbandingan koefisien dari reaksi ini jg menunjukkan perb. mol

C2H5OH : O2 : CO2 : H2O

= 1 : 3 : 2 : 3

Jika C2H5OH = 1,80 mol

Maka O2 = 3 x 1,80 = 5,4 mol O2

Apabila dalam persoalan diketahui satuan massa dalam bentuk gram harus diubah dahulu ke dalam bentuk mol.

28

Contoh Persoalan

Asitelin (C2H2) yang digunakan dalam api pembakar dalam

pengerjaan welding (pengelasan) dibuat dari reaksi antara

kalsium karbida (CaC2) dengan air dengan reaksi;

CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2

a. Jika tersedia 200 gram CaC2 berapa C2H2 yang akan

terbentuk.

b. Berapa mol air yang dibutuhkan jika kita ingin menghasilkan 70

gram C2H2

dimana Ar (O=16; H=1,008; C=12,01; Ca=40,1)

-Mol CaC2 =3,119mol, massa C2H2 =81,156g

-Mol air yg dibutuhkan = 5,38mol. 29

Pereaksi Pembatas

• Pada praktek pengerjaan reaksi kimia, jumlah zat yang direaksikan biasanya berlebih. Konsekuensinya beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksi.

• Reaktan yang pertama kali habis digunakan pada reaksi disebut pereaksi pembatas, sedang reaktan yang sisa sering disebut sebagai pereaksi berlebih.

30

Sebagai gambaran dalam reaksi kimia lihat contoh sebagai berikut;

Reaksi pembentukan H2O dapat terjadi dalam persamaan reaksi sebagai berikut;

2H2 + O2 2H2O

Jika tersedia 5 mol H2 dan 7 mol O2 tentukan reaksi pembatasnya dan berapa H2O yang akan terbentuk

Reaksi pembatas adalah reaksi yang akan habis tanpa sisa

Jika kita periksa satu persatu misalkan jika H2 yang habis (5 mol) maka O2 yang diperlukan

H2 : O2

= 2 : 1

jika H2 5 mol maka O2 yang dibutuhkan ½ x 5 = 2,5 mol O2 (mungkin)

Tapi jika O2 yang habis (7 mol)

maka H2 yang diperlukan 2/1 x 7 = 14 mol H2 (tidak mungkin, karena yg tersedia hanya 5mol). Maka yg habis terpakai adalah H2(karena 5 mol akan bereaksi dengan 2,5 mol O2) sehingga H2 disebut sebagai pereaksi pembatas. O2 yang digunakan hanya sebanyak 2,5 mol lainnya adalah sisa.

Sedang H2O yang akan dihasilkan 2/2 x 5 = 5 mol H2O 31

Contoh Persoalan

Reaksi pembuatan urea dari amonia

berlangsung sebagai berikut;

NH3 +CO2 (NH2)2CO +H2O

Pada suatu proses 637,2 g NH3 bereaksi

dengan 1142 g CO2.

a. Reaktan mana yang merupakan pereaksi

pembatas

b. Hitung massa (NH2)2CO yang terbentuk

32

Persamaan reaksi seimbangnya;

2NH3 +CO2 (NH2)2CO +H2O

Mol NH3 = 637,2g/massa molarNH3 =637,2/17,03 = 37, 42 mol NH3

Mol CO2 = 1142g/massa molarCO2= 1142/44,01 = 25, 95 mol CO2

Perbandingan mol NH3 : CO2 = 2:1

Jika 37, 42 mol NH3 habis, maka mol CO2 yang dibutuhkan CO2 ½ X 37, 42 = 17,71 mol CO2 sedangkan CO2 yang tersedia 25,95mol, maka CO2 bersisa (mungkin) sehingga NH3 yang merupakan reaksi pembatas

Jika 25, 95 mol CO2 habis maka mol NH3 yang dibutuhkan 2 X 25,95 = 51,90 mol NH3 (tidak mungkin).

Massa (NH2)2CO yang terbentuk mol (NH2)2CO x massa molar (NH2)2CO

Mol (NH2)2CO yang terbentuk = ½ X 37, 42 = 17,71 mol (NH2)2CO

Massa (NH2)2CO = mol (NH2)2CO X massa molar (NH2)2CO

= 17,71 x 60, 06

= 1124 gram (NH2)2CO

33