BAHAN PRESENTASI MATAKULIAH KIMIA
SEMESTER GANJIL TA 2020/2021
DISUSUN OLEH
MAWADDATUR RAHMAH
2010951035
DOSEN PENGAMPU :
Darwison, MT
Eka Putra Waldi. Dr. M.Eng
Referensi :
Chang, R. and Goldsby, K.A.(2016), Chemistry, Twelfth edition, Mc.Graw-Hill education, Florida State University. Tujuan Pembelajaran :
|
Untuk menentukan rumus empiris senyawa dengan syarat jika diketahui persen komposisinya dan memungkinkan kita untuk mengidentifikasi senyawa secara eksperimental. Dengan cara analisis kimia untuk mengetahui jumlah gram setiap unsur yang terkandung dalam suatu senyawa dengan massa tertentu dan mengonversi jumlah dalam gram menjadi jumlah dalam mol untuk setiap unsur. Akhirnya, dengan menggunakan metodenya kita menemukan rumus empiris dari senyawa tersebut.
Contoh : Massa CO₂ dan H₂O yang dihasilkan dapat ditentukan dengan mengukur peningkatan massa dari masing-masing absorber CO₂ dan H₂O. Misalkan dalam satu percobaan pembakaran 11,5 g etanol menghasilkan 22,0 g CO₂ dan 13,5 g H₂O. Kita dapat menghitung massa karbon dan hidrogen dalam 11,5 g sampel etanol sebagai berikut:
massa O = massa sampel - (massa C + massa H)
= 11,5 g - (6,00 g + 1,51 g) = 4,00 g O
Jumlah mol setiap unsur dalam 11,5 gram sampel etanol adalah
rumus etanol : C₀,₅₀H₁,₅O₀,₂₅ → C₂H₆O.
empiris → "hanya berdasarkan
pengamatan dan pengukuran."
Penentuan Rumus Molekul
Rumus yang dihitung dari persen komposisi massa selalu merupakan rumus empiris karena subskrip dalam rumus selalu direduksi menjadi bilangan bulat terkecil.dan untuk mengetahui rumus molekulnya kita harus mengetahui massa molar senyawa.
Contoh
: Sampel senyawa mengandung 1,52 g nitrogen (N) dan 3,47 g oksigen (O). Massa
molar dari senyawa ini adalah antara 90 g dan 95 g. Tentukan rumus molekul dan
massa molar akurat dari senyawa tersebut.
Pertama, tentukan rumus empiris
dengan mengubah gram menjadi mol
N₀,₁₀₈O₀,₂₁₇ →
NO₂
Tentukan massa molar dari rumus
empiris NO₂ kemudian tentukan rasio antara massa molar dengan massa molar
empiris
massa molar empiris = 14,01 g + 2(16,00 g) = 46,01 g
Massa molar adalah dua kali massa
molar empiris. Ini berarti bahwa ada dua satuan NO₂ dalam setiap molekul
senyawa, dan rumus molekulnya adalah (NO₂)₂ atau N₂O₄.
*Dalam menentukan rumus molekul dari
rumus empiris, kita hanya perlu mengetahui perkiraan massa molar dari senyawa
tersebut. Alasannya adalah bahwa massa molar yang sesungguhnya merupakan kelipatan
integral (1x, 2x, 3x,...) dari massa molar empiris. Oleh karena itu, rasio
(massa molar / massa molar empiris) akan selalu dekat dengan bilangan bulat.
3.7
Reaksi Kimia dan Persamaan Kimia
Reaksi kimia adalah suatu proses di mana suatu zat (atau senyawa) diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru. Untuk berkomunikasi satu sama lain tentang reaksi kimia, para ahli kimia telah menemukan cara standar untuk menggambarkan reaksi kimia menggunakan level simbolik persamaan kimia. Persamaan kimia menggunakan simbol-simbol kimia untuk menunjukkan peristiwa yang terjadi pada level mikroskopik atom, molekul dan ion selama reaksi kimia. Pada bagian ini kita akan belajar bagaimana menulis persamaan kimia dan menyetarakannya.
Menulis Persamaan Kimia
Pikirkan
peristiwa yang terjadi ketika gas hidrogen (H₂) terbakar di udara (yang
mengandung oksigen atau O₂) menghasilkan air (H₂O). Reaksi ini dapat digambarkan
dengan persamaan kimia
H₂ + O₂ →
H₂O
+ = bereaksi dengan
→ = menghasilkan
Dibaca : "Molekul
hidrogen bereaksi dengan molekul oksigen menghasilkan air."
Reaksi diasumsikan berlangsung dari kiri ke kanan
seperti tanda panah.
Namun persamaan tersebut tidak lengkap karena ada dua kali lebih
banyak atom oksigen di sisi kiri panah (dua) dari pada sisi kanan (satu). Untuk menyetarakan kita harus
memiliki jumlah atom yang sama setelah reaksi berakhir seperti sebelum
reaksi. Kita dapat menyetarakan Persamaan tersebut dengan menempatkan koefisien
yang tepat (dalam kasus ini 2) di depan H₂ dan H₂O:
2H₂ | + O₂ | → | 2H₂O |
Dua molekul | Satu molekul | → | Dua molekul |
2 mol | 1 mol | → | 2 mol |
2(2,02 g) = 4,04 g | 32,00 g | → | 2(18,02 g) = 36,04 g |
36,04 g reaktan | 36,04 g produk |
kita menyebut H₂ dan O₂ dalam
Persamaan sebagai reaktan, yang merupakan bahan awal dalam reaksi kimia. Air
adalah produk, yang merupakan senyawa yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi
kimia. Jadi, Persamaan kimia hanyalah gambaran singkat dari suatu reaksi kimia.
Dalam persamaan kimia, biasanya reaktan ditulis di sebelah kiri dan produk di
sebelah kanan tanda panah:
Reaktan → Produk
Untuk informasi, ahli kimia sering menunjukkan keadaan fisik (wujud zat) reaktan dan produk dengan menggunakan huruf g, l, dan s untuk menunjukkan wujud gas, cair, dan padat.
Sebagai contoh, : 2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g)
Mengetahui keadaan (wujud) reaktan
dan produk sangat berguna ketika bekerja di laboratorium. Jika keadaan fisik
reaktan dan produk tidak diberikan, orang yang belum berpengalaman mungkin
mencoba untuk mereaksikan zat padat dengan padat yang memungkinkan terjadinya
proses pada tingkat mikroskopik.
Menyetarakan Persamaan Kimia
Setelah kita mengidentifikasi semua reaktan dan produk dan
telah menulis rumus kimia yang benar untuk masing-masing, kita
mengelompokkannya secara konvensional — reaktan di sebelah kiri tanda panah dan
produk di sebelah kanan. Persamaan yang ditulis pada titik ini cenderung tidak
setara; yaitu, jumlah masing-masing jenis atom pada satu sisi tanda panah
berbeda dari jumlah di sisi yang lain. Secara umum, kita dapat menyetarakan
persamaan kimia dengan langkah-langkah berikut:
1. Identifikasi semua reaktan dan
produk dan tuliskan rumus kimia yang benar di sisi kiri dan sisi kanan tanda
panah.
2. Mulailah menyetarakan persamaan
dengan mencoba koefesien yang berbeda untuk membuat jumlah atom dari setiap
unsur sama pada kedua sisi tanda panah. Kita dapat mengubah koefisien (angka
yang merupakan rumus dinitrogen tetraoksida, kedua senyawa ini benar-benar
didepan rumus kimia) tetapi bukan subskrip (angka indeks bawah dalam rumus kimia).
Mengubah subskrip akan mengubah identitas senyawa. Misalnya, 2NO₂ berarti
“dua molekul nitrogen dioksida,” tetapi jika kita mengalikan subskrip, kita
memiliki N₂O₄, yang berbeda.
3. Pertama-tama, carilah unsur-unsur
yang hanya muncul sekali di setiap sisi tanda panah dengan jumlah atom yang
sama di setiap sisi: Rumus yang mengandung unsur-unsur ini harus memiliki
koefisien yang sama. Oleh karena itu, tidak perlu menyetarakan koefisien
unsur-unsur ini pada langkah ini. Selanjutnya, carilah unsur-unsur yang muncul
hanya sekali pada setiap sisi tanda panah tetapi dalam jumlah atom yang tidak
sama. Setarakan unsur-unsur ini. Akhirnya, unsur-unsur yang setara muncul dalam
dua atau lebih rumus kimia pada kedua sisi tanda panah.
4. Periksa persamaan setara tersebut
untuk memastikan bahwa kita memiliki jumlah total yang sama untuk setiap jenis
atom di kedua sisi tanda panah persamaan.
Contoh :
Di laboratorium, sejumlah kecil gas oksigen
dapat disiapkan dengan memanaskan kalium klorat (KClO₃). Produknya adalah gas
oksigen (O₂) dan kalium klorida (KCl).
1.
Identifikasi semua reaktan dan
produk dan tuliskan rumus kimia yang benar di sisi kiri dan sisi kanan tanda
panah.
KClO₃ → KCl
+ O₂
2.
Mulailah menyetarakan persamaan
dengan mencoba koefesien yang berbeda untuk membuat jumlah atom dari setiap
unsur sama pada kedua sisi tanda panah.
2KClO₃ → KCl + 3O₂
(Untuk penyederhanaan, kita menghilangkan keadaan fisik
reaktan dan produk.) Ketiga unsur (K, Cl, dan O) hanya muncul sekali pada
setiap sisi tanda panah, tetapi hanya untuk K dan Cl kita memiliki jumlah atom
yang sama pada kedua sisi tanda panah. Dengan demikian, KClO₃ dan KCl
harus memiliki koefisien yang sama. Langkah selanjutnya adalah membuat jumlah
atom O sama pada kedua sisi tanda panah. Karena ada tiga atom O di sebelah kiri
dan dua atom O di sebelah kanan tanda panah, kita dapat menyetarakan atom O
dengan menempatkan 2 di depan KClO₃ dan 3 di depan O₂.
3. Akhirnya, kita menyetarakan atom K dan Cl dengan menempatkan
2 di depan KCl:
2KClO₃ → 2KCl
+ 3O₂
4.
Sebagai pemeriksaan terakhir, kita
dapat menyusun neraca untuk reaktan dan produk di mana angka dalam tanda kurung
menunjukkan jumlah atom dari setiap unsur:
Reaktan |
Produk |
K
(2) |
K
(2) |
Cl
(2) |
Cl
(2) |
O
(6) |
O
(6) |
Perhatikan bahwa persamaan ini juga
bisa disetarakan dengan koefisien yang dikalikan 2 (untuk KClO₃), 2 (untuk
KCl), dan 3 (untuk O₂); sebagai contoh,
4KClO₃ → 4KCl + 6O₂
Namun, ini adalah praktik umum untuk menggunakan sekumpulan koefisien jumlah-total yang paling sederhana untuk menyetarakan persamaan. Persamaan ini sesuai dengan perjanjian ini.
3.8
Jumlah Reaktan Dan Produk
Untuk menginterpretasi suatu reaksi secara kuantitatif, kita
perlu menerapkan pengetahuan kita tentang massa molar dan konsep mol.
Stoikiometri adalah studi kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi
kimia.
Meskipun satuan yang diberikan untuk reaktan (atau produk)
adalah mol, gram, liter (untuk gas), atau beberapa satuan lainnya, kita
menggunakan mol untuk menghitung jumlah produk yang terbentuk dalam suatu
reaksi. Pendekatan ini disebut metode mol, yang berarti bahwa koefisien
stoikiometri dalam persamaan kimia dapat diartikan sebagai jumlah mol dari
setiap zat. Misalnya, amonia dalam industri disintesis dari hidrogen dan
nitrogen sebagai berikut:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Koefisien stoikiometri menunjukkan bahwa satu
molekul N₂ bereaksi dengan tiga molekul H₂ membentuk dua
molekul NH₃. Oleh karena itu, jumlah mol relatif sama dengan jumlah
molekul relatif:
N₂(g) |
+ 3H₂(g) |
→ |
2NH₃(g) |
1 molekul |
3 molekul |
2 molekul |
|
6,022 x 10²³ molekul |
3(6,022 x 10²³ molekul) |
3(6,022 x 10²³ molekul) |
|
1 mol |
1 mol |
1 mol |
Dengan demikian, persamaan ini juga dapat dibaca sebagai
"1 mol gas N₂ bereaksi dengan 3 mol
gas H₂ menghasilkan 2 mol gas NH₃." Dalam perhitungan
stoikiometri, kita mengatakan bahwa tiga mol H₂ setara dengan dua
mol NH₃, ditulis
3
mol H₂ ≃ 2 mol NH₃
≃ = setara atau setara stokiometrik
Contoh :
6,0
mol H₂ bereaksi sepenuhnya dengan N₂ membentuk NH₃.
Untuk menghitung jumlah NH₃ yang dihasilkan dalam mol, kita
menggunakan faktor konversi yang memiliki H₂ dalam penyebut dan
menulis
Sekarang asumsikan 16,0 g H₂ bereaksi sepenuhnya dengan N₂ membentuk NH₃. Berapa gram NH₃ yang akan terbentuk? Untuk melakukan perhitungan ini, kita mencatat bahwa hubungan antara H₂ dan NH₃ adalah rasio mol dari persamaan setara. Jadi kita harus terlebih dahulu mengkonversi gram H₂ ke mol H₂, kemudian ke mol NH₃, dan akhirnya ke gram NH₃. Langkah-langkah konversi adalah
gram H₂ → mol H₂ → mol NH₃ → gram NH₃
Pertama, kita mengubah 16,0 g H₂ menjadi jumlah mol H₂, menggunakan massa molar H₂ sebagai faktor konversi:
Akhirnya,
kita menghitung massa NH₃ yang dihasilkan dalam gram menggunakan
massa molar NH₃ sebagai faktor konversi
Demikian pula, kita dapat menghitung massa dalam gram N₂ yang dikonsumsi dalam reaksi ini. Langkah-langkah konversi adalah
gram H₂ → mol H₂ → mol N₂ → gram N₂
Dengan
menggunakan hubungan 1 mol N₂ ≃ 3
mol H₂, kita menulis
Pendekatan
umum untuk memecahkan masalah stoikiometri dirangkum berikutnya.
1.
Tuliskan persamaan kimia yang setara
untuk reaksi.
2.
Konversi jumlah reaktan yang
diberikan (dalam satuan gram atau satuan lainnya) ke jumlah mol.
3.
Gunakan rasio mol dari persamaan
setara untuk menghitung jumlah mol produk yang terbentuk.
4.
Konversi mol produk menjadi gram
(atau satuan lainnya) produk.
Kadang-kadang
kita mungkin diminta untuk menghitung jumlah reaktan yang diperlukan untuk
membentuk jumlah produk tertentu. Dalam kasus tersebut, kita dapat membalikkan
langkah-langkah tersebut seperti pada gambar dibawah :
3.9 Pereaksi Pembatas
Ketika seorang kimiawan mengerjakan suatu reaksi, reaktan biasanya tidak terdapat dalam jumlah stoikiometri yang tepat, yaitu, dalam proporsi yang ditunjukkan oleh persamaan setara. Karena tujuan dari suatu reaksi adalah menghasilkan jumlah maksimum senyawa yang berguna dari bahan awal, seringkali satu reaktan diberikan berlebih untuk memastikan bahwa reaktan yang lebih mahal sepenuhnya diubah menjadi produk yang diinginkan. Akibatnya, beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksi. Reaktan yang digunakan pertama kali dalam reaksi disebut pereaksi pembatas, karena jumlah maksimum produk yang terbentuk tergantung pada berapa banyak jumlah awal reaktan ini. Ketika reaktan ini digunakan semua (habis bereaksi), tidak ada lagi produk yang dapat terbentuk. Reagen berlebih adalah pereaksi yang terdapat dalam jumlah yang berlebih dari yang diperlukan untuk bereaksi dengan sejumlah tertentu pereaksi pembatas.
sintesis
industri metanol (CH₃OH) dari karbon monoksida dan hidrogen pada suhu tinggi:
CO(g)
+ 2H₂(g) → CH₃OH(g)
Misalkan
awalnya kita memiliki 4 mol CO dan 6 mol H₂ (Gambar 3.9). Salah satu cara untuk
menentukan yang mana dari dua reaktan menjadi pereaksi pembatas adalah dengan
menghitung jumlah mol CH₃OH yang diperoleh berdasarkan jumlah awal CO dan H₂.
Dari definisi sebelumnya, kita melihat bahwa hanya pereaksi pembatas yang akan
menghasilkan jumlah produk yang lebih sedikit. Dimulai dengan 4 mol CO,lalu
dilanjutkan dengan 6 mol H₂( kita menemukan jumlah mol CH₃OH yang dihasilkan)
Dalam
perhitungan stoikiometri yang melibatkan pereaksi pembatas, langkah pertama
adalah memutuskan reaktan mana yang merupakan pereaksi pembatas. Setelah
pereaksi pembatas telah diidentifikasi, sisa masalah dapat dipecahkan sebagaimana
diuraikan dalam diatas.
3.10
Hasil Reaksi (Yield)
Jumlah
pereaksi pembatas yang ada pada awal reaksi menentukan hasil teoritis (yield teoritis)
dari reaksi, yaitu jumlah produk yang akan dihasilkan jika semua pereaksi
pembatas habis bereaksi. Jadi, yield teoritis adalah yield maksimum yang dapat
diperoleh, yang diprediksi dari persamaan kimia yang setara.
Untuk menentukan seberapa efisien suatu reaksi yang
diberikan, para ahli kimia sering mencari persen yield (% yield),
yang menggambarkan proporsi yield aktual terhadap yield teoretis. Persen yield
dihitung sebagai berikut:
Persen yield (% yield) dapat berkisar antara kurang dari 1 persen hingga 100 persen. Para ahli kimia berusaha untuk memaksimalkan persen yield dalam suatu reaksi. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi persen yield (% yield) termasuk suhu dan tekanan.
Video Mengenai Hasil Reaksi (Yield)
Periksa
Reaktan | Produk |
Al (4) | Al (4) |
O (6) | O (6) |
(a) Strategi
Penyelesaian
sehingga
sehingga
(b) Strategi
Penyelesaian
Persen hasil diberikan oleh
1. Setarakan persamaan berikut
(a) C + O2 à CO
(b) CO + O2 à CO2
(c) H2 + Br2 à HBr
(d) NaOH + H2SO4 à Na2SO4 + H2O
Jawab :
Kita dapat membuat jumlah atom dari setiap unsur sama pada kedua sisi tanda panah dengan menempatkan menpatkan koefesien. Dan kita dapat membuktikannya dengan menghitung jumlah ataom pada unsur yang berjumlah sama pada reaktan dan produknya.
a)
2C + O2 à 2CO
b)
2CO + O2 à 2CO2
c) H2 + Br2 à 2HBr
d)
2NaOH
+ H2SO4 à Na2SO4 + 2 H2O
2. Manakah
dari persamaan berikut yang paling mewakili reaksi yang ditunjukkan pada
diagram?
(a) 8A + 4B à
C + D
(b) 4A + 8B à
4C + 4D
(c) 2A + B à
C + D
(d) 4A + 2B à
4C + 4D
(e) 2A + 4B à
C + D
Jawab :
Pada
diagram menunjukkan reaksi 8A + 4B → 4C + 4D sehingga jika kita sederhanakan
akan diperoleh 2A + B → C + D (c)
3. Hidrogen fluorida digunakan dalam pembuatan Freon (yang
menghancurkan ozon di stratosfer) dan dalam produksi logam aluminium. Itu
disiapkan oleh reaksi
CaF2 + H2SO4 à
CaSO4 + 2HF
Dalam satu proses, 6,00 kg CaF2 diperlakukan dengan kelebihan H2SO4 dan menghasilkan 2,86 kg HF. Hitung persentase hasil HF. Ar Ca = 40,08, F = 19, H = 1, S = 32,07, O = 16
Diketahui : massa 6,00 kg CaF2
2,86 kg HF
Ar
Ca = 40,08, F = 19, H = 1, S = 32,07, O = 16
Ditanya : presentase HF
Jawab :
1.
Setarakan reaksi (reaski sudah
setara)
CaF2 + H2SO4 à CaSO4 + 2HF
2.
Tentukan mol HF, dengan melakukan perbandingan
mol. Untuk mengetahui mol HF terlebih dulu tentukan mol CaF2
Mol CaF2
= massa/ Mr = 6/78.08 = 0.077 mol
Mol HF = koef HF/koef CaF2 x mol CaF2 = 2/1 x 0.077 mol = 0.154 mol
3. Setelah itu hitung massa HF secara teori
Massa
HF teori = mol x Mr = 0,154 x 20 = 3,08
kg
4.
Melalui perhitungan teori, seharusnya massa HF yang
didapatkan adalah 3,08 kg, tapi pada kenyataannya massa HF yang didapat hanya
sebesar 2,86 kg sehingga kadar dari HF tersebut dapat ditentukan dengan cara
membandingkan massa sebenarnya dengan massa teoritis:
% yield HF = massa HF sebenarnya/massa HF teori x 100%
= 2.86/3.08 x 100%
= 92,85 %
Terima kasih atas penjelasannya
BalasHapus