Materi konsep mol dan stoikiometri

  Baiklah anak anak berikut adalah materi tentang konsep mol dan stoikiometri,  tolong di pelajari dan jika masih bingung tolong tanyakan.

KONSEP MOL DAN STOIKIOMETRI

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menggunakan istilah tertentu untuk menyatakan jumlah. Sebagai contoh, istilah sepasang menyatakan jumlah sebanyak 2; satu lusin setara dengan 12; dan satu rim sama dengan 500. Masing-masing istilah tersebut adalah satuan untuk pengukuran dan hanya sesuai untuk benda tertentu. Tidak pernah kita membeli satu rim anting-anting atau satu pasang kertas. Demikian halnya dalam ilmu kimia. Ketika para ilmuwan membicarakan tentang atom dan molekul, dibutuhkan satuan yang sesuai dan dapat digunakan untuk ukuran atom dan molekul yang sangat kecil. Satuan ini disebut mol. Dalam materi ini, akan dibahas mengenai konsep mol yang mendasari perhitungan kimia (stoikiometri).

 A. KONSEP MOL  
Dalam tabel periodik, dapat diketahui nomor massa yang menyatakan massa atom relatif suatu atom (Ar). Karena ukurannya sangat kecil, untuk menentukan massa suatu atom digunakan atom unsur lain sebagai pembanding, yaitu atom 12C.

1. Massa Atom Relatif (Ar) Dalam perhitungan kimia tidak digunakan massa absolut tetapi digunakan massa atom relatif (Ar). Massa atom relatif (Ar) adalah perbandingan massa rata-rata satu atom suatu unsur terhadap 1/12 massa atom 12C atau 1 sma (satuan massa atom) = 1,66 x 10-24 gram. Contoh: Ar H = 1,0080 sma dibulatkan 1 Ar C = 12,01 sma dibulatkan 12 Ar N = 14,0067 sma dibulatkan 14 Ar O = 15,9950 sma dibulatkan 16 Daftar massa atom relatif (Ar) dapat dilihat dalam tabel periodik

2. Massa Molekul Relatif (Mr) Massa molekul relatif (Mr) merupakan bilangan yang menyatakan perbandingan massa satu molekul suatu senyawa terhadap 1/12 massa atom 12C. Massa molekul realtif (Mr) sama dengan jumlah massa atom relatif (Ar) dari semua atom penyusunnya. Contoh: Mr H2O = (2 x Ar H) + (1 X Ar O) = (2 x 1) + (1 x 16) = 18 Mr CO(NH2)2 = (1 x Ar C) + (1 x Ar O) + (2 x Ar N) + (4 x Ar H) = (1 x 12) + (1 X 16) + (2 X 14) + (4 x 1) = 60 3. Mol (n) Atom merupakan bagian terkecil yang menyusun suatu unsur, sedangkan molekul merupakan bagian terkecil yang menyusun suatu senyawa. Atom dan molekul selanjutnya disebut partikel elementer. Satuan internasional untuk atom dan molekul adalah mol. Satu mol zat adalah jumlah zat yang mengandung partikel elementer sebanyak bilangan Avogadro (L), yaitu 6,02 x 1023. Jumlah mol dinyatakan dengan lambang n. 1 mol unsur = 6,02 x 1023 atom unsur tersebut 1 mol senyawa = 6,02 x 1023 molekul senyawa tersebut

Sehingga n =  jumlah partikel /(6,02 X 1023 )
sebagai contoh :
1 mol H2O = 1 X (6,02 X 1023 )
Berarti dalam  1 mol H2O terdapat 6,02 X 1023

4. Massa Molar
Massa satu mol unsur atau massa satu mol senyawa disebut massa molar. Massa satu mol unsur sama dengan massa atom relatif (Ar) atom tersebut dalam gram, sedangkan massa satu mol senyawa sama dengan massa molekul relatif (Mr) senyawa tersebut dalam gram

Sehingga n ( mol ) = massa ( gram )/ Ar atau Mr ( gram/mol  )


Contoh lain, pada tabel periodik, kita dapat melihat bahwa massa satu atom tembaga adalah 63,55 sma dan massa satu atom belerang adalah 32,07 sma. Sementara, massa satu atom oksigen adalah 16,00 sma, sedangkan massa satu atom hidrogen adalah 1,008 sma. Dengan demikian, massa satu molekul CuSO4.5H2O adalah sebagai berikut:
Mr CuSO4.5H2O = 1 x Ar Cu + 1 x Ar S + 4 x Ar O + 5 x Mr H2O
= 1 x Ar Cu + 1 x Ar S + 4 x Ar O + 5 x (2 x Ar H + 1 X Ar O)
= 1 x 63,55 + 1 x 32,07 + 4 x 16,00 + 5 x (2 x 1,008 + 1 x 16,00)
=  249,700 sma

5. Volum Molar
  Volum molar adalah volum satu mol gas. Satu mol gas mengandung 6,02 x 1023 molekul. Berarti, setiap gas yang jumlah molekulnya sama, jumlah molnya juga sama. Sesuai dengan hukum Avogadro, pada temperatur (T) dan tekanan (P) yang sama, semua gas dengan volum (V) yang sama mengandung jumlah mol (n) yang sama

Penerapan Hukum Avogadro Pada Berbagai Keadaan
a. Keadaan pada Temperatur dan Tekanan Standar (STP = Standard Temperature and Pressure)
  Berdasarkan hipotesis Avogadro dan persamaan gas ideal, volum 1 mol setiap gas pada keadaan standar (STP), yaitu pada P = 1 atm dan T = 0°C = 273 K adalah 22,4 liter.




Sehingga n ( mol )  = volume/ 22,4 (liter/mol )


Sebagai contoh :
Tentukan volum dari 5 mol gas karbon dioksida (CO2) yang diukur pada STP.
Berarti Volume =  5 X 22,4 Liter = 112

b. Keadaan pada Temperatur dan Tekanan Bukan Standar
Pada keadaan bukan standar, volum molar dihitung dengan persamaan gas ideal PV = nRT (T dalam Kelvin)
c. Keadaan pada Temperatur dan Tekanan Gas Lain yang Diketahui
Pada temperatur dan tekanan sama, gas-gas yang volumnya sama memiliki jumlah mol yang sama, sehingga perbandingan volum pada temperatur dan suhu yang sama akan sama dengan perbandingan molnya.

Jadi , V1/ V2  =  n1/n2
V1 = volum gas 1 V2 = volum gas 2 n1 = jumlah mol gas 1 n2 = jumlah mol gas 2

B. STOIKIOMETRI

Stoikiometri berasal dari bahasa Yunani, yaitu dari kata stoicheion yang 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).
1. Komposisi Zat
Perbandingan massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap, sehingga dapat dihitung persentase unsur-unsur dalam suatu senyawa. Persentase unsur-unsur dalam suatu senyawa didasarkan pada perbandingan jumlah massa atom relatif (Ar) unsur tertentu dengan massa molekul relatif (Mr) senyawa tersebut. Contoh soal § Tentukan persentase unsur C, H, dan O dalam glukosa (C6H12O6) (Ar C = 12, H = 1, dan O = 16).



2. Penentuan Rumus Empiris dan Rumus Molekul
Rumus empiris merupakan rumus perbandingan paling sederhana dari atom-atom berbagai unsur dalam senyawa. Langkah-langkah menentukan rumus empiris suatu senyawa: a. Menentukan massa setiap unsur dalam senyawa b. Membagi massa setiap unsur dengan massa atom relatifnya sehingga diperoleh perbandingan mol setiap unsur c. Mengubah perbandingan mol menjadi bilangan sederhana Rumus molekul menggambarkan jumlah atom tiap unsur yang membentuk molekul senyawa. Rumus molekul merupakan kelipatan dari rumus empirisnya. Apabila rumus empiris dan massa molekul relatif diketahui, maka rumus molekul dapat ditentukan. Contoh soal § Sebanyak 1,5 gram suatu senyawa mengandung 0,3 gram hidrogen dan 1,2 gram karbon. Jika massa molekul relatif senyawa tersebut adalah 30, tentukan rumus empiris dan rumus molekulnya.



 Perbandingan jumlah mol C : jumlah mol H = 0,1 : 0,3 = 1: 3 sehingga rumus empiris senyawa tersebut adalah CH3 atau CH3 Massa molekul relatif (Mr) senyawa = 30 (CH3)n = 30 (Ar C + 3 Ar H) n = 30 (12 + 3) n = 30 15 n = 30 sehingga n = 2 Jadi, rumus molekul senyawa tersebut adalah (CH3)n atau C2H6
3. Perhitungan Kimia
Sesuai Hukum Perbandingan Volum (Gay Lussac), perbandingan volume gas-gas sesuai dengan koefisien masing-masing gas. Karena perbandingan volum sesuai dengan perbandingan mol, maka dapat dikatakan bahwa perbandingan jumlah mol zat sesuai dengan perbandingan koefisien masing-masing zat. Koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah partikel dari zat yang terlibat dalam reaksi. Oleh karena 1 mol setiap zat mengandung jumlah partikel yang sama, maka perbandingan jumlah partikel sama dengan perbandingan jumlah mol. Jadi, koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi.
Perhatikan reaksi berikut:
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
koefisien reaksinya menyatakan bahwa 1 molekul N2 bereaksi dengan 3 molekul H2 membentuk 2 molekul NH3 atau 1 mol N2 bereaksi dengan 3 mol H2 menghasilkan 2 mol NH3. Dengan pengertian tersebut, maka banyaknya zat yang diperlukan atau dihasilkan dalam reaksi kimia dapat dihitung dengan menggunakan persamaan reaksi setara. Apabila jumlah mol salah satu zat yang bereaksi diketahui, maka jumlah mol zat yang lain dalam reaksi itu dapat ditentukan dengan menggunakan perbandingan koefisien reaksinya. Untuk menyelesaikan perhitungan kimia, langkah-langkahnya sebagai berikut: a) Menuliskan persamaan reaksi dan menyetarakan koefisiennya. b) Mengubah satuan zat yang diketahui menjadi mol. c) Mencari mol zat yang ditanyakan dengan cara membandingkan koefisien. d) Mengubah satuan mol menjadi satuan lain yang diinginkan. Contoh soal § Aluminium larut dalam larutan asam sulfat menghasilkan larutan aluminium sulfat dan gas hidrogen. Persamaan reaksinya: 2 Al(s) + 3 H2SO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g) Tentukan jumlah mol gas hidrogen dan mol larutan aluminium sulfat yang dihasilkan jika digunakan 0,5 mol aluminium.


4. Pereaksi Pembatas
Di dalam suatu reaksi kimia, perbandingan mol zat-zat pereaksi yang ditambahkan tidak selalu sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini menyebabkan ada zat pereaksi yang akan habis bereaksi lebih dahulu. Pereaksi demikian disebut pereaksi pembatas. Contoh soal § Satu mol larutan natrium hidroksida (NaOH) direaksikan dengan satu mol larutan asam sulfat (H2SO4) sesuai reaksi: 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) ®Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)
Tentukan: a. pereaksi pembatas b. pereaksi yang sisa c. mol Na2SO4 dan mol H2O yang dihasilkan Maka
NaOH : H2SO4 = 2 : 1, ja H2di tiap dua bagian NaOH akan bereaksi dengan satu bagian H2SO4 Karena jumlah NaOH dan H2SO4 tidak memenuhi perbandingan, maka ada pereaksi yang habis bereaksi dan ada pereaksi yang tersisa. NaOH : H2SO4 = 2 : 1, jadi tiap dua mol NaOH membutuhkan satu mol H2SO4 atau tiap satu mol NaOH membutuhkan 0,5 mol H2SO4