PERHITUNGAN KIMIA

1. Kadar zat

Pada materi kimia sebelumnya tentang Struktur Atom, Ananda telah mengenal Ar atau massa atom relatif. Nah, pada kegiatan pembelajaran kali ini kita Kembali membahas tentang Ar ditambah tentang Mr (massa molekul relatif).

Massa Molekul Relatif (Mr) dan Massa Atom Relatif (Ar) menyatakan perbandingan massa atom unsur dengan massa atom C-12 atau secara matematik ditulis:

 

Massa atom relatif suatu unsur diperlukan untuk menentukan massa molekul relatif suatu senyawa baik yang berupa molekul unsur, molekul senyawa, dan senyawa ion. Massa molekul relatif dinyatakan dengan Mr.

Massa molekul relatif (Mr) dapat dinyatakan dengan menjumlahkan massa atom relatif (Ar) atom-atom unsur pembentuk senyawa.

 

Mr = ∑ Ar

 

Contoh :

Diketahui Ar H = 1; O = 16; S = 32; C = 12; N = 14.

Tentukan :

1. Mr H₂SO₄
2. Mr CO(NH₂)₂

 

Penyelesaian :

1. Mr H₂SO₄ = (2 x Ar H) + (1 x Ar S) + (4 x Ar O)

= (2 x 1) + (1 x 32) + (4 x 16)

= 2 + 32 + 64

= 98

1. 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)

= 12 + 16 + 28 + 4

= 60

2. Mol

Ananda, untuk menyatakan banyaknya suatu benda, sehari-hari dikenal satuan lusin, kodi, gros, dan rim. 1 lusin banyaknya 12, 1 gros banyaknya 144, 1 kodi banyaknya 20, dan 1 rim banyaknya 500. Nah, tahukah Ananda apa satuan zat dalam kimia?

Zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia tersebut mengandung partikel-partikel seperti atom, molekul, atau ion. Bayangkanlah bahwa 1 gram besi mengandung lebih dari 1020 butir-butir atom besi dan 1 mL air mengandung lebih dari 1020 molekul air, jadi sangat sulit menghitungnya.

Agar tidak mengalami kesulitan, maka jumlah partikel yang banyak itu diungkapkan dengan satuan jumlah. Para ahli kimia menyatakan satuan jumlah zat dalam kimia adalah mol. Bagaimana menentukan mol suatu zat? Ananda dapat melihat pada bagan Jembatan Mol berikut.

Keterangan :

n  : Jumlah mol (mol)

g  : Massa (gram)

V  : Volume (liter)

N  : Jumlah partikel (atom atau ion atau molekul)

M : Molaritas (M)

 

Volume gas bergantung pada suhu dan tekanan. Beberapa keadaan suhu dan tekanan yang biasa dijadikan acuan penentuan volume gas sebagai berikut.

 

1. Keadaan Standar

Kondisi dengan suhu 0 °C dan tekanan 1 atm (76 cmHg/760 mmHg) disebut keadaan standar dan dinyatakan dengan STP (Standard Temperature and Pressure). Rumus yang digunakan untuk mencari volume sama dengan yang tercantum pada Jembatan Mol.

 

2. Keadaan Kamar

Kondisi pengukuran gas pada suhu 25 °C dan tekanan 1 atm disebut keadaan kamar dan dinyatakan dengan RTP (Room Temperature and Pressure). Untuk mencari volume menggunakan persamaan gas ideal.

dengan:

P = tekanan gas (atm)

V  = volume gas (liter)

n  = jumlah mol gas (mol)

R  = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K

T  = suhu mutlak gas (K = 273 + suhu celcius)

 

3. Keadaan Tertentu dengan Suhu dan Tekanan yang Diketahui

Volume gas pada suhu dan tekanan yang diketahui dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gas yang disebut persamaan gas ideal. Persamaan gas ideal, yaitu PV = nRT, untuk menentukan volume gas menjadi:

dengan:

P = tekanan gas (atm)

V  = volume gas (liter)

n  = jumlah mol gas (mol)

R  = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K

T  = suhu mutlak gas (K = 273 + suhu celcius)

 

4. Keadaan yang Mengacu pada Keadaan Gas Lain

Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas hanya bergantung pada jumlah molnya. Hal ini sesuai dengan hipotesis Avogadro. Misalkan gas pertama dengan jumlah mol n1 dan volume V1 dan gas kedua dengan jumlah mol n2 dan volume V2, maka pada suhu dan tekanan yang sama berlaku:

     

 

3. Penentuan Rumus Kimia Senyawa

Ananda yang hebat, suatu senyawa mempunyai dua macam rumus yaitu Rumus Molekul (RM) dan Rumus Empiris (RE). Rumus Molekul adalah rumus sebenarnya dari senyawa, sedangkan Rumus Empiris adalah rumus paling sederhana dari senyawa.

1. Menentukan Rumus Empiris (RE) Berdasarkan Ar dan Mr

Dalam menentukan rumus empiris zat, perbandingan mol unsur-unsur dalam zat haruslah merupakan perbandingan paling sederhana.

Berdasarkan Ar, Mr, dan persentase unsur-unsur pembentuk senyawa, Ananda dapat menentukan rumus kimia senyawa dengan langkah-langkah sebagai berikut.

1. Tuliskan lambang unsur.
2. Tuliskan perbandingan % massanya.
3. Bagi % massa dengan Ar unsur tersebut, sehingga didapat perbandingan jumlah unsur-unsur.
4. Bagi dengan angka terkecil sehingga didapat perbandingan yang sederhana.

Agar lebih memahami, perhatikan contoh soal berikut.

Contoh Soal

Tentukan rumus empiris dari senyawa yang mengandung 59% natrium dan 41% belerang! (Ar Na = 23, S = 32).

Penyelesaian:

Perbandingan % massa Na dan S          = 59% : 41%

Perbandingan massa unsur Na dan S = 59 gram : 41 gram

Perbandingan mol unsur Na dan S       =  :

= 2,56 mol : 1,28 mol

Perbandingan unsur Na dan S                =  :

= 2 : 1

Rumus Empiris     = Na₂S

1. Menentukan Rumus Molekul (RM)

Rumus molekul atau rumus sebenarnya dari senyawa merupakan kelipatan dari rumus empirisnya.

Mr Rumus Molekul = n x Mr Rumus Empiris

atau

RM = (RE)n

 

Contoh soal

Suatu senyawa organik dengan Mr = 90 tersusun dari 40% karbon; 6,6% hidrogen; dan sisanya oksigen (Ar C=12; H = 1; O = 16). Tentukan rumus molekul senyawa tersebut!

Penyelesaian: C = 40%; H= 6,6% ; O= 53,4%

mol C : mol H : mol O      =  :  :

= 3,3 : 6,6 : 3,3

=  1   :  2  :  1

Rumus Empirisnya adalah : CH₂O

RM = (RE)n

90 = (CH₂O)n

90 = (Ar C + 2Ar H + Ar O)n

90 = (12 + (2×1) + 16)n

90 = (30)n

n =

n = 3

Jadi, Rumus Molekulnya adalah (CH₂O)₃ = C₃H₆O₃

4. Komposisi Zat

Ananda yang hebat, salah satu kegiatan penting dalam ilmu kimia adalah melakukan percobaan untuk mengidentifikasi zat. Ada dua kegiatan dalam identifikasi zat, yakni analisis kualitatif dan analisis kuantitatif. Analisis kualitatif digunakan untuk menentukan jenis komponen penyusun zat. Sedangkan analisis kuantitatif dilakukan untuk menentukan massa dari setiap komponen penyusun zat. Dengan mengetahui jenis dan massa dari setiap komponen penyusun zat, kita dapat mengetahui komposisi zat tersebut.

1. Komposisi Zat dalam persen massa

Komposisi zat dinyatakan dalam persen massa (% massa). Perhitungan persen massa untuk setiap komponen dapat menggunakan persamaan berikut.

 

Persen massa komponen penyusun zat =   x 100%

Contoh Soal

1. Seorang ahli kimia melakukan analisis terhadap sejumlah sampel zat. Ia menemukan bahwa sampel seberat 65 gram tersebut mengandung 48 gram karbon, 9 gram hidrogen, dan 8 gram oksigen. Nyatakan komposisi zat tersebut dalam persen massa!

Penyelesaian

Massa campuran (sampel) = 65 gram

Komponen Penyusun	Massa (gram)	Persen Massa
Karbon (C)	48	Persen Massa C   =  x 100% =  x 100% = 73,85%
Hidrogen (H)	9	Persen Massa H   =  x 100% =  x 100% = 13,85%
Oksigen (O)	8	Persen Massa O   =  x 100% =  x 100% = 13,85%

 

1. Analisis sampel menunjukkan terdapat 40% kalsium, 12% karbon, dan 48% oksigen. Jika diketahui massa sampel tersebut adalah 25 gram, tentukan massa dari masingmasing unsur dalam sampel!

Penyelesaian Massa zat (sampel) = 25 gram

Komponen Penyusun	Persen Massa (%)	Massa Komponen
Kalsium (Ca)	40	Massa Ca = Persen massa Ca x massa sampel = 40% x 25 gram =  x 25 gram = 10 gram
Karbon (C)	12	Massa C   = Persen massa C x massa sampel = 12% x 25 gram =  x 25 gram = 3 gram
Oksigen (O)	48	Massa O = Persen massa Ca x massa sampel = 48% x 25 gram =  x 25 gram = 12 gram

 

1. Komposisi (%) Unsur dalam Senyawa

Komposisi (%) unsur dalam senyawa ditentukan dari rumus kimianya. Untuk zat berupa senyawa, komposisinya secara teoritis dapat dinyatakan dalam persen massa unsur dalam senyawa dengan membandingkan Ar unsur dan Mr senyawa.

Persen massa unsur dalam senyawa (%) =  x 100%

Contoh Soal

Tentukan persen massa unsur C, H, dan O dalam senyawa glukosa (C₆H₁₂O₆)! (Ar C = 12, H = 1, dan O = 16)!

Penyelesaian

Mr C₆H₁₂O₆ = 180

Usur Penyusun Senyawa	Persen Massa
Karbon (C)	Persen massa unsur C (%) =   x 100% =   x 100% =  40%
Hidrogen (H)	Persen massa unsur H (%) =   x 100% =   x 100% =  6,7%
Oksigen (O)	Persen massa unsur O (%) =   x 100% =   x 100% =  53,3%

 

1. Menentukan Rumus Air Kristal (Rumus Kimia Hidrat)

Air kristal merupakan molekul air yang terjebak di dalam suatu kristal. Kristal merupakan zat padat yang memiliki bentuk teratur. Hidrat adalah zat padat yang mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari struktur kristalnya.

Contoh :

Terusi (CuSO₄ .5H₂O)                     : tembaga(II) sulfat pentahidrat

Gipsum (CaSO₄ .2H₂O)                  : kalsium sulfat dihidrat

Garam inggris (MgSO₄ .7H₂O)    : magnesium sulfat heptahidrat

Jumlah kristal air dalam suatu kristal dapat kita tentukan dengan beberapa cara, diantaranya:

1. Dengan memanaskan suatu kristal hingga air kristalnya terlepas setelah dipanaskan. Kristal tersebut ditimbang terlebih dahulu untuk mengetahui selisih beratnya dengan kristal yang sudah mengalami pemanasan. Dari selisih berat tersebut kita dapat menentukan jumlah air kristal.
2. Dengan menganalisis melalui reaksi kimia

Contoh Soal

Suatu hidrat tembaga(II) sulfat dipanaskan, ternyata beratnya berkurang sebanyak 36%. Tentukan rumus molekul hidrat tersebut! (Ar Cu=63,5; S=32; O=16; H=1)

Penyelesaian

Mr CuSO₄ = (1 x Ar Cu) + ( 1 x Ar S) + (4 x Ar O) = (1 x 63,5) + (1 x 32) + (4 x 16) = 159,5

Mr H₂O       = (2 x Ar H) + (1 x Ar O) = (2 x 1) + (1 x 16) = 18

 

CuSO4.xH2O	→	CuSO4	+	x H2O
100%		(100-36)%		36%
100%		64%	:	36%
Perbandingan mol	=	mol	:	mol
	=	0,4 mol	:	2 mol
Agar	=	1	:	x
maka	=		:
Perbandingan atom	=	1	:	5

 

Jadi, rumus senyawa hidrat tersebut adalah CuSO₄ . 5H₂O

 

2. Menggunakan persamaan reaksi dalam perhitungan kimia

Ananda yang hebat, untuk menyelesaikan perhitungan kimia pada suatu persamaan reaksi kimia membutuhkan penerapan hukum-hukum dasar kimia dan konsep mol.

Langkah umum perhitungan zat dalam reaksi adalah:

1. Ubah jumlah zat diketahui menjadi mol
2. Buat persamaan reaksi setara
3. Buat tabel MBS (Mula-mula, Bereaksi, Sisa)
4. Gunakan perbandingan koefisien sebagai perbandingan mol untuk menghitung jumlah zat yang ditanyakan, atau gunakan rumus:
5. Ubah mol zat ditanya menjadi besaran jumlah zat yang ditanyakan.

 

Perhatikan contoh berikut!

Padatan silikon bereaksi habis dengan gas klorin membentuk lelehan silikon tetraklorida menurut persamaan reaksi:

Si (s) + 2Cl₂ (g) → SiCl₄ (l)

1. Berapa mol gas klorin yang diperlukan untuk bereaksi habis dengan 30 gr silikon?
2. Berapa mol silikon tetraklorida yang dihasilkan? (Ar Si = 28, Cl= 35,5)

Langkah-langkah penyelesaian soal

Ubah mol zat diketahui dalam satuan mol:

n Si =  =  = 1,071 mol

Tabel:

Setarakan reaksi	:	Si (s)	+	2Cl2 (g)	→	SiCl4 (l)
Perbandingan koefisien	:	1	:	2	:	1
Mol zat mula-mula		= 1,071 mol		–		–
Mol zat yang bereaksi	:	1,071 mol		x 1,071 = 2,142 mol	–	x 1,071 = 1,071 mol	+
Mol zat sisa/ hasil	:	–		2,142 mol		1,071 mol