KIMIA Kelas 10 Bagian 2 | Bahan Ajar SMK
Direktorat Pembinaan SMK
Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
Republik Indonesia
2016
KIMIA
SMK TEKNOLOGI REKAYASA
Penulis:
Bayu Triwibowo
Catur Rini Widyastuti
SMA
Kelas X
Hak Cipta pada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Dilindungi Undang-Undang
Milik Negara
Tidak Diperdagangkan
Penulis:
Bayu Triwibowo
Catur Rini Widyastuti
Kotak Katalog dalam terbitan (KDT)
2017
Disusun dengan huruf Times New Roman, 12 pt
KATA PENGANTAR
Undang-Undang Dasar Negara Republik Indonesia Tahun 1945 Pasal 31 ayat (3)
mengamanatkan bahwa Pemerintah mengusahakan dan menyelenggarakan satu sistem
pendidikan nasional, yang meningkatkan keimanan dan ketakwaan serta akhlak mulia
dalam rangka mencerdaskan kehidupan bangsa, yang diatur dengan undang-undang. Atas
dasar amanat tersebut telah diterbitkan Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 20
Tahun 2003 tentang Sistem Pendidikan Nasional
Implementasi dari undang-undang Sistem Pendidikan Nasional tersebut yang
dijabarkan melalui sejumlah peraturan pemerintan, memberikan arahan tentang perlunya
disusun dan dilaksanakan delapan standar nasional pendidikan, diantaranya adalah
standar sarana dan prasarana. Guna peningkatan kualitas lulusan SMK maka salah satu
sarana yang harus dipenuhi oleh Direktorat Pembinaan SMK adalah ketersediaan bahan
ajar siswa khususnya bahan ajar Peminatan C1 SMK sebagai sumber belajar yang
memuat materi dasar kejuruan
Kurikulum yang digunakan di SMK baik kurikulum 2013 maupun kurikulum
KTSP pada dasarnya adalah kurikulum berbasis kompetensi. Di dalamnya dirumuskan
secara terpadu kompetensi sikap, pengetahuan dan keterampilan yang harus dikuasai
peserta didik serta rumusan proses pembelajaran dan penilaian yang diperlukan oleh
peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diinginkan. Bahan ajar Siswa Peminatan
C1 SMK ini dirancang dengan menggunakan proses pembelajaran yang sesuai untuk
mencapai kompetensi yang telah dirumuskan dan diukur dengan proses penilaian yang
sesuai.
Sejalan dengan itu, kompetensi keterampilan yang diharapkan dari seorang
lulusan SMK adalah kemampuan pikir dan tindak yang efektif dan kreatif dalam ranah
abstrak dan konkret. Kompetensi itu dirancang untuk dicapai melalui proses
pembelajaran berbasis penemuan (discovery learning) melalui kegiatan-kegiatan
berbentuk tugas (project based learning), dan penyelesaian masalah (problem solving
based learning) yang mencakup proses mengamati, menanya, mengumpulkan informasi,
mengasosiasi, dan mengomunikasikan. Khusus untuk SMK ditambah dengan
kemampuan mencipta . Bahan ajar ini merupakan penjabaran hal-hal yang harus
dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan
pendekatan kurikulum yang digunakan, peserta didik diajak berani untuk mencari
sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Bahan ajar ini
i
merupakan edisi ke-1. Oleh sebab itu Bahan Ajar ini perlu terus menerus dilakukan
perbaikan dan penyempurnaan.
Kritik, saran, dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi
berikutnya sangat kami harapkan; sekaligus, akan terus memperkaya kualitas penyajian
bahan ajar ini.Atas kontribusi itu, kami ucapkan terima kasih. Tak lupa kami
mengucapkan terima kasih kepada kontributor naskah, editor isi, dan editor bahasa atas
kerjasamanya. Mudah-mudahan, kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan
dunia pendidikan menengah kejuruan dalam rangka mempersiapkan Generasi Emas
seratus tahun Indonesia Merdeka (2045).
Jakarta, Agustus 2017
Direktorat Pembinaan SMK
ii
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Daftar Isi ............................................................................................................................ iiii
Daftar Gambar .................................................................................................................... iv
Daftar Tabel ....................................................................................................................... ivi
Pendahuluan ...................................................................................................................... ivii
BAB 1 KONSEP MOL DAN HUKUM–HUKUM DASAR KIMIA DALAM
PERHITUNGAN ................................................................................................................ 1
A. Massa Molekul Relatif .................................................. Error! Bookmark not defined.
B. Persamaan Reaksi .......................................................... Error! Bookmark not defined.
C. Hukum Dasar Kimia....................................................................................................... 9
D. Rumus Empiris dan Rumus Molekul ........................................................................... 18
E. Senyawa Hidrat (Air Kristal) ........................................................................................ 20
F. Konsep Mol .................................................................................................................. 22
G. Konsentrasi Larutan ..................................................................................................... 26
H. Perhitungan Kimia ....................................................................................................... 28
MENGENAL PARA TOKOH PENEMU HUKUM DASAR KIMIA ............................. 31
UJI KOMPETENSI .......................................................................................................... 36
BAB 2 ELEKTROKIMIA ................................................................................................ 44
A. Sel Volta ....................................................................................................................... 45
B. Elektrolisis .................................................................................................................... 62
C. Korosi ........................................................................................................................... 68
MENGENAL PARA TOKOH PENEMU HUKUM DASAR KIMIA............................. 77
UJI KOMPETENSI .......................................................................................................... 91
BAB 3 KONSEP REAKSI KIMIA .................................................................................. 99
A. Asam dan Basa ........................................................................................................... 989
B. Reaksi Reduksi dan Reaksi Oksidasi ..................................................................... 13836
UJI KOMPETENSI ........................................................................................................ 143
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 14950
GLOSARIUM ................................................................................................................. 150
INDEX ...................................................................................................................... 150155
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Peta konsep .................................................................................................... 2
Gambar 1.2. Penimbangan dalam pengukuran massa atom ................................................ 2
Gambar 1.3. Proses fotosintesis tumbuhan ......................................................................... 8
Gambar 1.4. Antoine Laurent Lavoisier ............................................................................ 10
Gambar 1.5. Percobaan Lavoisier ..................................................................................... 11
Gambar 1.6. Joseph Louis Proust...................................................................................... 11
Gambar 1.7. Dalton ........................................................................................................... 14
Gambar 1.8. Gay Lussac ................................................................................................... 16
Gambar 1.9. Skema hubungan antara jumlah mol dengan jumlah partikel ..................... 23
Gambar 1.10. Antoine Laurent Lavoisier .......................................................................... 31
Gambar 1.11. Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro............................................... 34
Gambar 2.1. Peta konsep .................................................................................................. 44
Gambar 2.2. Rangkaian Sel Galvani atau Sel Volta ......................................................... 46
Gambar 2.3. Sel galvani atau sel volta antara Zn dan Larutan CuSO4 ............................. 47
Gambar 2.4. Susunan baterai kering................................................................................ 57
Gambar 2.5. Susunan baterai alkalin ............................................................................... 58
Gambar 2.6. Susunan baterai kancing ............................................................................. 58
Gambar 2.7. Korosi pada pagar ....................................................................................... 68
Gambar 2.8. Proses korosi pada material logam ............................................................. 69
Gambar 2.9. Korosi permukaan ....................................................................................... 71
Gambar 2.10. Korosi Galvanis .......................................................................................... 71
Gambar 2.11. Korosi Tegangan ........................................................................................ 72
Gambar 2.12. Korosi celah .............................................................................................. 72
Gambar 2.13. Korosi sumuran ......................................................................................... 73
Gambar 2.14. Korosi erosi ............................................................................................... 74
Gambar 2.15. Korosi pelarutan selektif ........................................................................... 74
Gambar 2.16. Korosi antar batas butir............................................................................. 76
Gambar 2.17. Svente Arrhennius ..................................................................................... 77
Gambar 2.18. Laboratorium Arrhenius ............................................................................ 78
Gambar 2.19. Johannes Nicolaus Brønsted ..................................................................... 81
Gambar 2.20. University of Copenhagen ........................................................................ 83
iv
Gambar 2.21. Thomas Martin Lowry ............................................................................... 84
Gambar 2.22. Gilbert Newton Lewis ................................................................................ 87
Gambar 3.1. Peta konsep .................................................................................................. 99
Gambar 3.2. Bahan Makanan yang Mengandung Asam................................................. 100
Gambar 3.3. Produk Bersifat Basa dalam Kehidupan Sehari-hari................................... 101
Gambar 3.4. Garam ......................................................................................................... 101
Gambar 3.5. Teori Asam Lewis........................................................................................ 105
Gambar 3.6. Teori Asam Basa Lewis ............................................................................... 106
Gambar 3.7. Asam Anorganik dan Asam Organik ........................................................... 108
Gambar 3.8. Kertas Lakmus ........................................................................................... 115
Gambar 3.9. Identifikasi Kertas Lakmus .......................................................................... 115
Gambar 3.10. Sumber Indikator Alami ........................................................................... 116
Gambar 3.11. Indikator pH Kertas .................................................................................. 117
Gambar 3.12. Skala pH Berdasarkan Warna ................................................................... 117
Gambar 3.13. Warna Larutan Indikator pH .................................................................... 118
Gambar 3.14. Indikator PP berwarna pink saat basa dan tak berwarna saat asam ....... 118
Gambar 3.15. pH Meter .................................................................................................. 119
Gambar 3.16. Skala Kesetimbangan Asam Basa ............................................................. 123
Gambar 3.17. Metode Titrasi .......................................................................................... 126
Gambar 3.18. Titik Ekuivalen Titrasi ............................................................................... 127
Gambar 3.19. Kurva titrasi asam kuat (titrat) dengan basa kuat (titran) ....................... 128
Gambar 3.20. Kurva titrasi asam lemah dengan basa kuat ............................................ 129
Gambar 3.21. Kurva titrasi asam kuat dengan basa lemah ............................................ 130
Gambar 3.22. Kurva titrasi asam lemah dengan basa lemah ......................................... 130
Gambar 3.23. Penerapan asam basa dalam bidang pertanian ....................................... 135
Gambar 3.24. Bahan untuk menetralkan pH Basa .......................................................... 139
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Hasil Penelitian Proust ...................................................................................... 12
Tabel 1.2 Perbandingan Nitrogen dan Oksigen dalam Senyawanya ................................ 15
Tabel 1.3.Data penelitian Gay Lussac .............................................................................. 16
Tabel 1.4 Beberapa Data Hasil Percobaan Volume Gas Yang Bereaksi .......................... 16
Tabel 1.5 Beberapa Contoh Senyawa Hidrat .................................................................... 21
Tabel 1.6 Massa Molar Beberapa Zat ............................................................................... 22
Tabel 2.1 Deret volta ........................................................................................................ 50
Tabel 2.2 Nilai Potensial Standar Elektroda ..................................................................... 53
Tabel 3.1 Senyawa Asam Lemah dan Asam Kuat .......................................................... 109
Tabel 3.2 Senyawa Basa Lemah dan Basa Kuat ............................................................. 111
Tabel 3.3 Hasil Pengamatan Beberapa Indikator Asam Basa Alami .............................. 116
Tabel 3.4 Indikator Asam Basa ....................................................................................... 120
vi
PENDAHULUAN
A. Deskripsi
Buku Kimia untuk SMK Teknologi dan Rekayasa Kelas X terdiri dari dua modul,
yaitu modul 1 untuk semester 1 dan modul 2 untuk semester 2. Modul ini merupakan
modul 2, yang akan mempelajari konsep-konsep dasar ilmu kimia, meliputi Reaksi
Oksidasi Reduksi; Hukum Dasar Ilmu Kimia dan Hitungan Kimia; serta Elektrokimia.
B. Prasyarat
Untuk mempelajari modul ini tidak diperlukan prasyarat mata pelajaran tertentu.
C. Petunjuk Penggunaan Modul
•
Pelajari daftar isi serta peta konsep tiap materi dengan cermat dan teliti, untuk
mengetahui kedudukan tiap konsep.
•
Perhatikan langkah-langkah dalam melakukan pekerjaan dengan benar untuk
mempermudah dalam memahami suatu proses pekerjaan, sehingga diperoleh hasil
yang maksimal.
•
Pahami setiap materi teori dasar yang akan menunjang penguasaan suatu pekerjaan
dengan membaca secara teliti. Apabila terdapat evaluasi, maka kerjakan evaluasi
tersebut sebagai sarana latihan.
•
Jawablah tes formatif dengan jawaban yang singkat dan jelas serta kerjakan sesuai
dengan kemampuan Anda setelah mempelajari modul ini.
•
Bila terdapat penugasan, kerjakan tugas tersebut dengan baik dan jika perlu
konsultasikan hasil tersebut pada guru atau instruktur.
•
Catatlah kesulitan yang Anda dapatkan dalam modul ini untuk ditanyakan pada guru
pada saat kegiatan tatap muka. Bacalah referensi yang lain yang berhubungan
dengan materi modul agar Anda mendapatkan pengetahuan tambahan.
D. Tujuan Akhir
Setelah mempelajari modul ini diharapkan anda dapat:
1. Menjelaskan tentang konsep Reaksi Oksidasi Reduksi
2. Menjelaskan tentang konsep Hukum Dasar Ilmu Kimia dan Hitungan Kimia
3. Menjelaskan tentang konsep Elektrokimi
vii
BAB 1
KONSEP MOL DAN HUKUM–HUKUM DASAR KIMIA
DALAM PERHITUNGAN
Konsep mol
Massa
molekul
relatif
Persamaan
reaksi
Hukumhukum
dasar
kimia
Rumus
empiris
dan
rumus
moleku
l
Senyawa
hidrat
Konsentra
si larutan
Perhitung
an kimia
Molaritas
Molalitas
Mol dan
fraksi
Gambar 1.1. Peta konsep konsep mol dan hukum-hukum dasar kimia dalam perhitungan
Setelah mempelajari bab 1 ini, saudara diharapkan dapat menjelaskan tentang
massa molekul relatif, persamaan reaksi umum, persenyawaan hidrat, perhitungan konsep
larutan hingga hukum-hukum dasar kimia yang mendasari materi itu semua.
A. MASSA RELATIF
Pada awal Abad-20 telah ditemukan peralatan yang sangat peka. Hal tersebut
menyebabkan para ahli kimia melakukan percobaan tentang massa satu atom.
Berdasarkan percobaan, dihasilkan hasil pengukuran untuk:
1. Massa satu atom H= 1,66 x 10-24 gram
2. Massa satu atom O= 2,70 x 10-23 gram
3. Massa satu atom C= 1,99 x 10-23 gram
1
Dari data tersebut dapat dilihat bahwa massa satu atom sangatlah kecil. Para
ilmuwan sepakat menggunakan besaran Satuan Mass (sma) atau Atomic Massa Unit
(amu) atau biasanya disebut juga satuan Dalton. Ukuran atom kecil sekali sehingga tidak
memungkinkan menentukan massa atom dengan cara menimbangnya dengan neraca.
Sumber: http://chemistryeducenter.blogspot.co.id
Gambar 1.2. Penimbangan dalam pengukuran massa atom
Para Ilmuwan atau yang ahli di bidang kimia menggunakan isotope karbon C-12
sebagai standar dengan massa atom relative sebesar 12. Massa atom relatif tersebut
menyatakan perbandingan massa rata–rata satu atom suatu unsur terhadap 1/12 massa
atom C-12. Pernyataan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:
1 satuan massa atom (amu)= 1/12 massa 1 atom C-12
Contoh soal 1:
Massa atom rata–rata oksigen sebesar 1,33 kali massa atom karbon C-12. Maka massa
atom relative dari oksigen adalah...
Jawab:
ArO
= 1,33 x Ar C-12
= 1,33 x 12
= 15,96
2
Para ilmuwan membandingkan massa atom yang berbeda–beda dengan
menggunakan skala massa atom relatif dengan “Ar”.
Para ahli membuat kesepakatan untuk menggunakan C-12 atau isotope 12C sebagai
standar karena mempunyai kestabilan inti yang inert dibanding dengan atom lainnya.
Massa atom relatif suatu unsur (Ar) merupakan bilangan yang menyatakan perbandingan
massa satu atom tersebut dengan 1/12 massa satu atom C-12.
Apabila pernyataan tersebut dituliskan dalam persamaan yaitu sebagai berikut:
Ar X=
massa atom rata-rata X
1
massa atom karbon-12
12
Contoh soal 2:
Apabila diketahui massa 1 atom oksigen 2,7 x 10-23 gram, Ar atom O apabila massa atom
C=1,99 x 10-23 gram adalah…
Jawab:
Ar atom O =
massa 1 atom O
1
massa
12
=
1 atom karbon C-12
2,7 x 10-23
1
x
12
1,99 x 10-23
=16,283
Besarnya harga Ar juga ditentukan oleh harga rata–rata isotop tersebut. Sebagai
contoh, di dalam terdapat 35Cl dan 37Cl dengan perbandingan 75% dan 25% maka Ar Cl
dapat dihitung dengan cara:
Ar Cl
= (75% x 35) + (25% x 37)
= 35,5
Ar merupakan angka perbandingan sehingga tidak mempunyai satuan.
Molekul merupakan gabungan dari beberapa unsur dengan perbandingan tertentu.
Unsur–unsur yang sama bergabung membentuk molekul unsur, sedangkan unsur–unsur
yang berbeda membentuk molekul senyawa. Massa molekul relative adalah perbandingan
massa molekul (Mr). Massa molekul relatif adalah perbandingan massa molekul unsur
atau senyawa terhadap 1/12 x massa atom C-12. Secara matematis dapa dinyatakan
menjadi:
Mr (unsur)=
massa molekul unsur
1
x massa atom karbon-12
12
3
Mr (senyawa)=
massa molekul senyawa
1
x massa atom karbon-12
12
Massa molekul dapat dihitung dengan menjumlahkan Ar dari atom-atom
pembentuk molekul tersebut.
Mr = ∑ Ar atom penyusun
Contoh:
Mr H2O = (2 x Ar H) + (1 x Ar O)
= (2 x 1) + (1 x 16)
= 18
Mr (NH4)2SO4 = (2 x Ar N) +(8 x Ar H) + (1 x Ar S) + (4 x Ar O)
= (2 x 14) + (8 x 1) + (1 x 32) + (4 x 16)
= 28 + 8 + 32 + 64
= 132
SOAL LATIHAN
Hitunglah massa molekul relatif senyawa- senyawa berikut:
1. SO3
6. Na2CO3
2. CO2
7. Ca3(PO4)2
3. NH3
8. CaC2O4
4. CH4
9. urea
5. Fe2O3
10. Amonium Nitrat
B. PERSAMAAN REAKSI
Persamaan reaksi menggambarkan suatu reaksi kimia yang terdiri atas rumus
kimia pereaksi (reaktan) dan hasil reaksi (produk) disertai koefisiennya masing –
masing.Persamaan reaksi yang sempurna disebut juga persamaan reaksi yang telah
setara.Syarat – syarat suatu persamaan reaksi yang setara adalah sebagai berikut.
1. Jenis unsur–unsur sebelum dan sesudah reaksi selalu sama.
2. Jumlah masing–masing atom sebelum dan sesudah reaksi selalu sama (memenuhi
hukum kekekalan massa).
4
3. Perbandingan koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol (khusus yang
berwujud gas perbandingan koefisien juga menyatakan perbandingan volume
asalkan suhu dan tekanannya sama).
4. Pereaksi (reaktan) dan hasil reaksi (produk) dinyatakan dengan rumus kimia yang
benar. Pada reaksi kimia atau perubahan kimia, zat-zat yang mengalami perubahan
disebut zat pereaksi (reaktan) dan zat-zat hasil perubahan disebut hasil reaksi
(produk).
xA
+
yB
→
(zat ruas kiri)
zC
(zat ruas kanan)
(reaktan)
(produk)
(pereaksi)
(hasil reaksi)
Keterangan: x, y z adalah koefisien reaksi.
Wujud zat–zat yang terlibat reaksi harus dinyatakan dalam tanda kurung setelah
rumus kimia.
Dalam rangka penyetaraan persamaan reaksi kita diperbolehkan mengubah jumlah
rumus kimia (jumlah molekul atau satuan rumus) tetapi tidak boleh mengubah rumus
kimia zat–zat yang terlibat persamaan reaksi.Jumlah satuan rumus kimia disebut
koefisien.Selain menggambarkan rumus kimia, persamaan reaksi yang sempurna juga
menunjukkan wujud zat yang terlibat dalam reaks. Wujud zat dalam persamaan reaksi
disingkat dengan:
(s)
: solid (zat padat)
(l)
: liquid (zat cair)
(aq)
: aqueous (larutan dalam air)
(g)
: gas
Contoh:
Ca(s) + 2H2O (l) →Ca(OH)2(aq) + H2(g)
Dibaca: unsur kalsium dalam bentuk padat bereaksi dengan dua buah molekul air dalam
bentuk cair menghasilkan kalsium hidroksida (zat terlarut dalam air) dan hidrogen
dalam bentuk gas.
Persamaan reaksi disetarakan terlebih dahulu agar disebut persamaan reaksi yang
sempurna. Beberapa syarat disebut persamaan reaksi setara adalah:
1. Pereaksi dan hasil reaksi dinyatakan dengan rumus kimia yang benar
5
2. Memenuhi hukum kekekalan massa yang ditunjukkan oleh jumlah atom-atom
sebelum reaksi (di sebelah kiri tanda panah) harus sama dengan jumlah atomatom sesudah reaksi (di sebelah kanan tanda panah)
3. Wujud zat-zat yang terlibat reaksi harus dinyatakan dalam tanda kurung setelah
rumus.
Contoh soal 3:
Setarakan persamaan reaksi berikut.
a. N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g)
b. C2H6 (g) + O2 (g)→ CO2 (g) + H2O (l)
Jawab:
a. N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g)
Dapat dilihat bahwa persamaan reaksi tersebut belum setara
➢ Unsur atom N diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 1 atom N
➢ Unsur atom H diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 3 atom H
Agar persamaan reaksi tersebut menjadi setara, maka:
➢ Tuliskan angka 2 (sebagai koefisien reaksi) di depan NH3
➢ Tuliskan angka 3 (sebagai koefisien reaksi) di depan H2
Persamaan reaksi akan menjadi:
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
b. C2H6 (g) + O2 (g)→ CO2 (g) + H2O (l)
Dapat dilihat bahwa persamaan reaksi tersebut belum setara
➢ Unsur atom C diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 1 atom C
➢ Unsur atom H diruas kiri terdapat 6 atom, di ruas kanan terdapat 2 atom H
➢ Untuk atom O diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 3 atom C
Agar persamaan reaksi tersebut menjadi setara, maka:
➢ Tuliskan angka 2 (sebagai koefisien reaksi) di depan CO2
➢ Tuliskan angka 3 (sebagai koefisien reaksi) di depan H2O
➢ Tuliskan angka 7/2 (sebagai koefisien reaksi) di depan O2
Persamaan reaksi akan menjadi:
C2H6 (g) + 7/2 O2 (g)→ 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)
Agar koefisien tersebut berupa bilang bulat maka seluruh koefisien dikalikan 2,
persamaan reaksi menjadi:
2 C2H6 (g) + 7 O2 (g)→ 4 CO2 (g) + 6 H2O (l)
6
SOAL LATIHAN
1. Setarakan persamaan reaksi berikut!
a. C3H4 + O2→ CO2 + H2O
b. Fe2O3 + HBr → FeBr3 + H2O
c. Al + HCl → AlCl3 + H2
d. Zn + H2SO4→ ZnSO4 + H2
e. I2 + NaOH → NaI + NaIO3 + H2O
2. Setarakan reaksi berikut!
a. Na (s)
+ H2O(l)
NaOH (aq) + H2 (g)
b. Ba(OH)2 (aq) + P2O5 (s)
c. Zn (s) + HNO3 (aq)
Ba3(PO4)2(s) + H2O (l)
Zn(NO3)2 (aq) + NH4NO3 (s) + H2O(l)
d. CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)
e. Fe2O3 (s) + H2SO4 (aq) Fe2(SO4)3 (aq) + H2O (l)
7
PENGETAHUAN UMUM
PERSAMAAN REAKSI DALAM ILMU BIOLOGI
Reaksi Dan Proses Fotosintesis Pada Tumbuhan
Sumber: www.gudangbiologi.com
Gambar 1.3. Proses fotosintesis pada tumbuhan
Fotosintesis merupakan kata yang berasal dari bahasa Yunani, yakni foto dan
synthesis. Foto sendiri diartikan sebagai cahaya sedangkan synthesis merupakan kata
yang bermakna menggabungkan atau penggabungan. Kata fotosintesis sering digunakan
dala lingkup kajian ilmu biologi. Apa sebenarnya fotosintesis tersebut? Secara sederhana,
ia bisa diartikan sebagai proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan
berwarna hijau dengan melibatkan cahaya matahari di dalamnya. Selain matahari, proses
fotosintesis ini juga melibatkan beberapa enzim. Proses fotosintesis ini biasa dilakukan
oleh tumbuh-tumbuhan, beberapa jenis alga dan juga bakteri dalam rangka menghasilkan
energi yang akan digunakan dalam berbagai aktifitas. Energi tersebut biasa juga disebut
dengan nutrisi.
Daun pada tumbuhan memiliki fungsi utama yakni sebagai tempat terjadinya
proses fotosintesis. Sebenarnya, fotosintesis tak hanya penting bagi tumbuhan tetapi juga
bagi semua makhluk hidup yang menghuni bumi. Mengapa? Sebab oksigen yang ada di
8
bumi ini sebagian besar diproduksi oleh tumbuhan. Hal inilah yang menjadikan
pepohonan sering dijuluki paru-paru planet bumi. Organisme yang melakukan proses
fotosintesis dikenal dengan nama fototrof. Fotosintesis sebenarnya merupakan salah satu
cara asimilasi karbon sebab pada proses fotosintesis, karbon bebas kemudian diikat
sehingga menjadi gula.
Proses fotosintesis pada terdapat pada tumbuhan hijau yang bersifat autotrof
yakni bisa menyusun makanannya sendiri. Melalui daun, tumbuhan menyerap molekul
karbondioksida juga air dalam rangka menghasilkan gula dan juga oksigen. Kedua
senyawa tersebut kemudian akan digunakan sebagai penyokong pertumbuhannnya.
Adapun persamaan rekaksi yang terjadi dalam proses fotosintesis adalah sebagai berikut:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Tumbuhan yang melakukan proses fotosintesis memerlukan bantuan cahaya
matahari. Mereka mampu menyerap cahaya tersebut sebab mereka memiliki zat hijau
daun atau klorofil. Klorofil ini sendiri ada di dalam bagian organel bernama kloroplast.
Pada bagian daun tumbuhan, terdapat dua lapisan sel yang dinamai denegan mesofil. pada
bagian ini terdapat kurang lebih setengah juta kloroplast yang tersebar di setiap
millimeter persegi. Cahaya matahari selanjutnya akan melewati lapisan epidermis yang
tanpa warna kemudian melaju menuju mesofil. Pada bagian inilah sebagian besar
kegiatan fotosintesis berlangsung.
C. HUKUM DASAR KIMIA
Terdapat empat hukum dasar kimia yang dipakai dalam perhitungan kimia.
Keempat hukum dasar tersebut adalah sebagai berikut:
1. Hukum Kekekalan Massa.
2. Hukum Perbandingan Tetap.
3. Hukum Perbandingan Berganda.
4. Hukum Perbandingan Volume.
Keempat hukum dasar kimia tersebut akan dijelaskan lebih lanjut dalam bahasan
berikut ini.
9
1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.4. Antoine laurent lavoisier
Hukum kekekalan massa ini ditemukan oleh Antoine Laurent Lavoisier (17431794). Lavoisier adalah seorang ahli kimia yang berkebangsaan Inggris. Dia menyelidiki
hubungan massa zat sebelum dan setelah reaksi. Lavoisier melakukan penelItiannya
dengan cara menimbang zat-zat sebelum bereaksi kemudian menimbang hasil-hasil reaksi
tersebut. Penelitiannya ternyata menghasilkan massa zat sebelum dan setelah bereaksi
selalu sama.
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.5. Percobaan lavoisier
Penelitian yang dilakukan Lavoisier yaitu mereaksikan cairan merkuri dengan gas
oksigen dalam suatu wadah di
dalam ruang tertutup. Reaksi tersebut menghasilkan
merkuri oksida yang berwarna merah. Jika merkuri oksida yang berwarna merah tersebut
10
dipanaskan kembali, senyawa tersebut akan terurai menghasilkan sejumlah cairan
merkuri dan gas oksigen dengan jumlah yang sama seperti semula.
Pada reaksi kimia biasanya disertai perubahan–perubahan materi yang umumnya
berlangsung dalam sistem terbuka. Pada sistem terbuka tersebut, ada hasil reaksi yang
meninggalkan sistem (misalnya pada pembakaran kertas) atau pada proses yang masuk ke
dalam sistem (misalnya pada proses fermentasi aerob yang memerlukan oksigen dari luar
sistem). Hal tersebut menyebabkan seakan–akan massa zat sebelum dan setelah reaksi
menjadi tidak sama. Lavoisier melakukan penelitian yang membuktikan bahwa massa
sebelum dan setelah reaksi adalah sama.
Kesimpulan penelitian Lavoisier menghasilkan hukum yang dikenal dengan
“Hukum Kekekalan Massa”. Hukum tersebut berbunyi:
“Dalam reaksi kimia, massa zat – zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”
Contoh:
Hidrogen
+
(8g)
Oksigen
→
air
(64 g)
(72 g)
2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.6. Joseph louis proust
Senyawa merupakan suatu zat yang dibentuk oleh dua unsur atau lebih, misalnya
senyawa karbondioksida (CO2). Karbondioksida dibentuk oleh dua unsur yaitu unsur
karbon dan unsur oksigen. Untuk menyelidiki perbandingan pada unsur pembentuk
11
senyawa, seorang ahli kimia Perancis yang bernama Joseph Louis Proust (1754–1826)
melakukan penelitian yaitu mencoba menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk
membentuk senyawa air. Hasil dari penelitian Proust dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Hasil Penelitian Proust
Massa Hidrogen
yang Direaksikan
(g)
1
2
1
2
Massa Oksigen
yang
Direaksikan (g)
8
8
9
16
Massa Air
yang
Terbentuk (g)
9
9
9
18
Sisa
Hidrogen
atau Oksigen
(g)
1 g hidrogen
1 g oksigen
-
Berdasarkan Tabel 1.1. maka dapat dilihat bahwa untuk setiap 1 gram gas
hidrogen bereaksi dengan 8 gram oksigen menghasilkan 9 gram senyawa air. Hal tersebut
membuktikan bahwa massa hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam senyawa air
memiliki perbandingan yang tetap yaitu 1:8. Perbandingan tersebut berlaku untuk
berapapun banyaknya air yang terbentuk. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh
Proust, terbentuklah suatu teorinya yang sering dikenal dengan sebutan “Hukum
Perbandingan Tetap”. Hukum tersebut berbunyi:
“Perbandingan massa unsur–unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap”
Contoh soal 4:
Apabila Kun mereaksikan 8 gram hidrogen dengan 80 gram oksigen, berapa massa air
yang terbentuk?
Jawab:
Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen= 1:8.
Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen yang dicampurkan= 8:80
Perbandingan massahidrogen dan oksigen adalah selalu tetap, sehingga untuk 8 gram
hidrogen yang bereaksi memerlukan oksigen sebanyak 8 x 8 gram oksigen= 64 gram
oksigen.
Pada soal ini oksigen yang dicampurkan tidak bereaksi sempurna karena masih
terdapat sisa oksigen sebanyak (80–64) gram= 16 gram. Setelah mengetahui massa
oksigen dan hidrogen yang bereaksi maka kita bisa menghitung massa air yang terbentuk
dari 8 gram hidrogen dan 64 gram oksigen yaitu sebanyak 72 gram air dengan sisa
oksigen sebanyak 16 gram.
Reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut:
12
H2
+
O2
→
perbandingan massa
1
8
9
awal reaksi
8
80
-
yang bereaksi
8
64
72
yang tersisa
-
16
72
H2O
Hukum Proust dapat dijabarkan lagi untuk menentukan kadar unsur atau massa
unsur dalam senyawa yang terbentuk. Penjabaran tersebut adalah sebagai berikut:
Bentuk umum senyawa AxBy dapat dijabarkan menjadi:
% A dalam senyawa AxBy =
Massa B dalam senyawa AxBy =
x . ArA
. %AxBy
Mr AxBy
n . ArB
. massa AxBy
Mr AxBy
Dari persamaan di atas dapat diturunkan kadar zat dalam campuran, cuplikan, atau
mineral, atau bijih, yaitu sebagai berikut:
% zat dalam campuran=
Banyaknya zat tersebut
x 100%
Banyaknya campuran
Contoh soal 5:
Berapa kadar Ca dalam 100 gram CaCO3? (Ar: C= 12, O= 16, Ca= 40)
Jawab:
Massa Ca = (Ar Ca/Mr CaCO3) x massa CaCO3
= 40/100 x 100 gram
= 40 gram
Kadar Ca
= massa Ca/Massa CaCO3 x 100%
= 40/100 x 100%
= 40%
Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan mengenai sifat–sifat suatu senyawa
yaitu sebagai berikut:
1. Tergolong zat tunggal
2. Homogen
3. Dapat diuraikan menjadi dua jenis zat atau lebih dengan cara kimia
4. Terdiri atas dua jenis atau lebih unsur dengan perbandingan tertentu.
5. Mempunyai sifat-sifat tertentu yang berbeda dari sifat unsur-unsur penyusunnya
(sifat unsur penyusun senyawa tidak nampak lagi).
13
3. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.7. Dalton
Dalam senyawa kimia, rumus kimia menunjukkan komposisi kimianya. Dalam
suatu senyawa misalnya gula, tiga unsur bergabung dan masing-masing menyumbangkan
atom tertentu untuk membentuk suatu senyawa. Pada senyawa air terdapat dua unsur
pembentuk senyawa yaitu unsur hidrogen dan oksigen. Unsur yang sama dapat
membentuk senyawa yang berbeda–beda, misalnya unsur belerang dan oksigen dapat
membentuk senyawa SO3 dan SO4. Contoh lainnya misalnya unsur hidrogen dan oksigen
dapat membentuk senyawa H2O dan H2O2.
Seorang ahli fisika dan kimia serta guru sekolah dari Inggris yang bernama Dalton
menyelidiki perbandingan unsur–unsur pembentuk senyawa pada setiap senyawa dan
mendapatkan suatu pola keteraturan. Pola tersebut dinamakan sebagai hukum
perbandingan berganda. Hukum tersebut berbunyi:
“Apabila suatu unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, massa salah
satu unsur tersebut tetap (sama), maka perbandingan massa unsur yang lain dalam
senyawa–senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana”.
Contoh:
Nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa–senyawa N2O, NO, N2O3, dan
N2O4 dengan komposisi massa yang terlihat dalam tabel berikut ini.
14
Tabel 1.2. Perbandingan Nitrogen dan Oksigen dalam senyawanya
Senyawa
N2O
NO
N2O3
N2O4
Massa Nitrogen
(g)
56
28
56
56
Massa Oksigen
(g)
32
32
96
128
Perbandingan
7:4
7:8
7:12
7:16
Dari Tabel 1.2. dapat dilihat bahwa massa unsur N dibuat tetap atau sama
sebanyak 7 gram maka perbandingan massa oksigen dalam masing–masing senyawa
N2O, NO, N2O3, dan N2O4 secara berurutan adalah 4:8:12:16 atau 1:2:3:4.
4. Hukum Perbandingan Volume (Gay Lussac)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.8. Gay lussac
Sebelum Gay Lussac melakukan penelitian tentang perbandingan volume dari
berbagai gas yang terlibat pada reaksi, sudah ada penemuan ilmuwan yang menemukan
bahwa gas hidrogen dapat bereaksi dengan gas oksigen membentuk air.Perbandingan
volume gas hidrogen dan oksigen dalam reaksi tersebut tetap, yaitu 2:1. Kemudian pada
tahun 1808, Joseph Gay Lussac, seorang ilmuwan Perancis, berhasil melakukan
penelitian tentang volume gas yang terlibat pada berbagai reaksi dengan menggunakan
berbagai macam gas.
15
Data penelitian yang dilakukan oleh Gay Lussac dapat dilihat pada tabel 1.3.
Tabel 1.3. Data penelitian Gay Lussac
Percobaan ke-
1
2
3
Volume gas
oksigen yang
direaksikan (L)
1
2
3
Volume gas
hidrogen yang
direaksikan (L)
2
4
6
Volume uap air
yang dihasilkan
(L)
2
4
6
Gay Lussac mengatakan bahwa 2 volume gas hidrogen bereaksi dengan 1 volume
gas oksigen membentuk 2 volume uap air. Pada reaksi pembentukan uap air tersebut, agar
reaksi sempurna, maka untuk setiap 2 volume gas hidrogen diperlukan 1 volume gas
oksigen, menghasilkan 2 volume uap air.
“Semua gas yang direaksikan dengan hasil reaksi, diukur pada suhu dan
tekanan yang sama atau (T,P) sama”
Bunyi dari hukum Gay Lussac adalah sebagai berikut:
𝑽𝟏
Keterangan:
𝒏𝟏
=
𝑽𝟐
𝒏𝟐
dengan P dan T tetap
P = tekanan gas (atm)
T = suhu (K)
V= volume gas (L)
N= banyaknya gas (mol)
Berikut ini diberikan data hasil percobaan volume gas yang bereaksi pada
suhu dan tekanan yang sama. Coba Saudara perhatikan apakah hasil percobaan
tersebut memenuhi hukum perbandingan volume Gay Lussac. Data percobaan
tersebut adalah sebagai berikut.
Tabel 1.4. Beberapa Data Hasil Percobaan Volume Gas Yang Bereaksi
No. Volume gas yang
bereaksi
1.
Hidrogen + Oksigen
1L + 0.5 L
2.
Nitrogen + Hidrogen
2L+6L
Hasil Reaksi
Uap air
IL
Amonia
4L
Perbandingan
Volume
2:1:2
1:3:2
16
3.
Hidrogen +Klor
1L+1L
Hidrogen klorida
2L
1:1:2
4.
Etilena + Hidrogen
1L+1L
Etana
1L
1:1:1
Berdasarkan data percobaan yang terdapat dalam Tabel 1.4.,
perbandingan volume gas yang bereaksi dan hasil reaksi, berbanding sebagai
bilangan bulat. Data percobaan yang terdapat dalam tabel tersebut sesuai
dengan hukum perbandingan volume atau sering dikenal dengan hukum Gay
Lussac. Bunyi dari hukum tersebut adalah sebagai berikut.
“Pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan volume gas–gas yang
bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat”.
SOAL LATIHAN
Unsur besi dan belerang dapat membentuk dua jenis senyawa yaitu FeS dan Fe2S3.
Ambillah sebanyak 112 gram serbuk besi dan 64 gram belerang, kemudian reaksikan
kedua unsur tersebut. Kemudian ambillah 224 gram serbuk besi dan 192 gram belerang,
kemudian reaksikanlah. Setelah itu tuliskan hasil pengamatan dari reaksi tersebut ke
dalam tabel berikut ini:
Senyawa
FeS
Fe2S3
Massa Besi
(g)
112
224
Massa Belerang
(g)
64
96
Perbandingan
Pertanyaan: berapakah perbandingan antara belerang dalam FeS dan Fe2S3?
Berdasarkan tabel tersebut, kesimpulan apakah yang dapat diambil?
Coba lakukan pada senyawa lain (misalnya pada H2O dan H2O2) & dikerjakan secara
berkelompok dan diskusikan!
D. RUMUS EMPIRIS DAN RUMUS MOLEKUL
Perbandingan massa dan kadar dalam suatu senyawa dapat ditentukan dari
molekulnya. Persamaannya yaitu sebagai berikut:
Kadar unsur=
jumlah atom xAr unsur
Mr senyawa
17
Penentuan Rumus Empiris dan Rumus Molekul
➢ Rumus kimia menunjukkan jenis atom unsur dan jumlah relatif masing–masing
unsur yang terdapat dalam zat. Banyaknya unsur yang terdapat dalam zat.
Banyaknya unsur yang terdapat dalam zat ditunjukkan dengan angka indeks.
➢ Rumus kimia dapat berupa rumus empiris dan rumus molekul.
➢ Rumus empiris, rumus yang menyatakan perbandingan terkecil atom–atom dari
unsur–unsur yang menyusun senyawa.
➢ Rumus molekul, rumus yang menyatakanjumlah atom–atom dari unsur–unsur yang
menyusun satu molekul senyawa.
➢ Massa atom relatif dari molekul adalah sebagai berikut:
Rumus molekul
= (Rumus Empiris)n
Mr Rumus Molekul
n
= n x (Mr Rumus Empiris)
= bilangan bulat
Penentuan rumus empiris dan rumus molekul suatu senyawa dapat menggunakan
langkah–langkah sebagai berikut:
1. Mencari massa (presentase) tiap unsur penyusun senyawa
2. Mengubah ke satuan mol,
3. Perbandingan mol tiap unsur merupakan rumus empiris,
4. Mencari rumus molekul dengan cara sebagai berikut:
(Mr rumus empiris)n= Mr rumus molekul, n dapat dihitung,
5. Mengalikan n yang diperoleh dari hitungan dengan rumus empiris.
Contoh Soal 6:
Suatu senyawa terdiri dari unsur P dan O dengan komposisi unsur P sebesar 43,7% dan O
sebesar 56,3%. Apabila massa senyawa 200 gram dan Ar: P =31 dan O =16, rumus
molekul senyawa tersebut adalah…
Jawab:
Massa masing–masing unsur adalah 87,4 gram dan 112,6 gram.
Perbandingan mol P: mol O =
87,4 112,6
:
16
31
= 2,82: 7,04
= 1: 2,5
18
= 2:5
Jadi, rumus molekul dari senyawa tersebut adalah P2O5
Contoh soal 7:
Suatu senyawa kimia X terdiri dari unsur karbon, hidrogen, dan nitrogen. Jumlah persen
unsur karbon, hidrogen, dan nitrogen adalah 60% C, 5% hidrogen, dan 35% N. Mr
senyawa X tersebut adalah 80 (Ar: C= 12, H= 1, N= 14). Massa senyawa X adalah 100
gram. Rumus empiris dan rumus molekul senyawa X tersebut adalah…
Jawab:
Massa C: H: N= 60: 5: 35
Perbandingan mol C: mol H: mol N= 5: 5: 35= 2: 2: 1
Maka rumus empiris senyawa tersebut adalah C2H2N
(Mr rumus empiris)n= Mr rumus molekul
(C2H2N)n= 80
(24+2+14)n= 80
40n= 80
n =2
Jadi, rumus molekul senyawa tersebut adalah (C2H2N)2= C4H4N2
SOAL LATIHAN
1. Tentukan rumus empiris dari senyawa yang tersusun 31,25 % kalsium, 18,75 %
karbon dan sisanya oksigen (Ar Ca= 40, C= 12, O= 16)?
2. Sebanyak 11 gram suatu senyawa organik dibakar sempurna menghasilkan 44 gram
CO2 dan 9 gram H2O (Ar C= 12, O= 16, H= 1). Jika bobot molekul senyawa sama
dengan 88. Tuliskan rumus molekulnya?
E. SENYAWA HIDRAT (AIR KRISTAL)
Hidrat merupakan senyawa kristal padat yang di dalamnya terkandung air kristal
(H2O). Rumus kimia senyawa kristal padat sudah diketahui, sehingga penentuan rumus
hidrat merupakan penentuan jumlah molekul air kristal (H2O) atau nilai x. Penulisan
senyawa hidrat secara umum adalah sebagai berikut:
Rumus kimia senyawa kristal padat: x.H2O
19
Salah satu contoh senyawa hidrat adalah garam kalsium sulfat yang memiliki
rumus kimia adalah CaSO4.2H2O, artinya dalam setiap satu mol CaSO4 terdapat 2 mol
H2O.Beberapa contoh senyawa hidrat adalah sebagai berikut pada Tabel 1.5. berikut.
Tabel 1.5. Beberapa Contoh Senyawa Hidrat
Nama Senyawa
Natrium sulfat
pentahidrat
Magnesium sulfat
heptahidrat
Natrium karbonat
dekahidrat
Kalsium sulfat dihidrat
Asam oksalat dihidrat
Tembaga (II) sulfat
pentahidrat
Jumlah Molekul Air
Kristal
5
7
10
2
2
5
Rumus Kimia
Na2SO4.5H2O
MgSO4.7H2O
Na2CO3.10H2O
CaSO4.2H2O
H2C2O4.2H2O
CuSO4.5H2O
Contoh Soal 8:
Sebuah senyawa tembaga (II) sulfat hidrat 10 gram dipanaskan sampai semua air
kristalnya menguap. Massa tembaga (II) sulfat padat yang terbentuk 6,4 gram. Rumus
senyawa hidrat tersebut adalah… (Ar: Cu= 63,5; S= 32; O= 16; H= 1)
Jawab:
Langkah-langkah penentuan rumus hidrat tersebut adalah:
1. Misalkan rumus hidrat CuSO4.xH2O
2. Tuliskan persamaan reaksinya.
3. Tentukan mol zat sebelum dan setelah reaksi.
4. Hitung nilai x, dengan menggunakan perbandingan mol CuSO4: mol H2O
CuSO4.xH2O (s) → CuSO4 (s) + xH2O
10 gram
6,4 gram
3,6 gram
Perbandingan, mol CuSO4: mol H2O= 0,02: 0,10.
Perbandingan, mol CuSO4: mol H2O= 1: 5
Jadi, rumus kimia hidrat dari tembaga (II) sulfat yaitu CuSO4.5H2O
Contoh soal 9:
20
Ada suatu garam berhidrat (BaCl2.xH2O) yang memiliki massa 24,4 gram. Garam
tersebut dipanaskan menghasilkan zat yang tersisa adalah 20,8 gram. Rumus kimia dari
garam berhidrat tersebut adalah… (Ar: Ba= 137; Cl= 35,5; O= 16; H= 1)
Jawab:
BaCl2.xH2O → BaCl2 + xH2O
24,4 g
20,8 g
3,6 g
Perbandingan, mol BaCl2: mol H2O = 0,05: 0,01
= 1: 2
Jadi, rumus kimia dari senyawa hidrat tersebut adalah BaCl2.2H2O.
SOAL LATIHAN
Kadar air kristal dalam suatu hidratdari Na2CO3 sebesar 14,5 %.
Tentukan rumus hidratnya! (Ar: Na= 23; C= 12; O= 16; H= 1)
F. KONSEP MOL
Jika Saudara mereaksikan satu atom
karbon (C) dengan satu molekul
oksigen (O2), akan terbentuk satu molekul CO2. Akan tetapi sebenarnya yang Saudara
reaksikan bukan satu atom karbon dengan satu molekul oksigen, melainkan sejumlah
besar atom karbon dan sejumlah besar molekul oksigen. Oleh karena itu, jumlah atom
atau jumlah molekul yang bereaksi begitu besarnya, maka untuk menyatakannya,
para ahli kimia menggunakan “mol” sebagai satuan jumlah partikel (molekul, atom,
atau ion).
Satu mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang mengandung partikel zat itu
sebanyak atom yang terdapat dalam 12,000 gram atom karbon-12.
Jadi, dalam satu mol suatu zat terdapat 6,022 x 1023 partikel. Nilai 6,022 x
1023 partikel per mol disebut sebagai tetapan Avogrado, dengan lambang L atau N.
Dalam kehidupan sehari – hari, mol dapat dianalogikan sebagai “lusin”. Apabila lusin
menyatakan jumlah 12 buah, mol menyatakan jumlah 6,022 x 1023 partikel zat.Kata
partikel pada NaCl, H2O, dan N2 dapat dinyatakan dengan ion dan molekul,
sedangkan pada unsur seperti Zn, C, dan Al dapat dinyatakan dengan atom.
Hubungan antara jumlah mol (n) dengan jumlah partikel, yang secara
matematik dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jumlah partikel= n x N
21
Di mana:
n= jumlah mol
N= bilangan Avogrado
Sehingga dapat dinyatakan pada gambar berikut:
Gambar 1.9. Skema hubungan antara jumlah mol dengan jumlah partikel
1. Massa Molar (Mr)
Massa satu mol zat dinamakan massa molar (lambang Mr). Besarnya massa
molar zat adalah massa atom relative atau massa molekul relative zat yang dinyatakan
dalam satuan gram per mol.
Massa molar= Mr atau Ar zat (g/mol)
Berikut ini merupakan tabel beberapa contoh massa molar beberapa zat.
Tabel 1.6. Massa Molar Beberapa Zat
Nama Zat
Rumus
Ar dan Mr
Massa Molar
Oksigen
O2
32
32 gram/mol
Karbon
C
12
12 gram/mol
Massa suatu zat merupakan perkalian massa molarnya (g/mol) dengan mol
zat tersebut (n). Jadi hubungan mol suatu zat dengan massanya dapat dinyatakan
sebagai berikut.
Massa molar
= massa: mol
Massa
= mol x Mr/Ar
22
2. Volume Molar (Vm)
Volume satu mol zat dalam wujud gas dinamakan volume molar, yang
dilambangkan dengan Vm.
Avogrado dalam percobaannya mendapat kesimpulan bahwa 1 L gas oksigen
o
pada 0 C dan tekanan 1 atm mempunyai massa 1,4286 gram atau dapat diyatakan
bahwa pada tekanan 1 atm:
1 L gas O2= 1,4286/32 mol
1 L gas O2= 1/22,4 mol
1 mol gas O2= 22,4 L
Berdasarkan Hukum Avogrado dapat disimpulkan sebagai berikut:
1 mol gas O2= 22,4 L
Sesuai dengan Hukum Avogrado yang menyatakan bahwa pada suhu dan
tekanan yang sama, volume gas yang sama mengandung jumlah molekul yang sama
atau banyaknya mol dari tiap–tiap gas volumenya sama. Berdasarkan hukum tersebut
berlaku volume 1 mol setiap gas dalam keadaan standar ( suhu 0 0C dan tekanan 1
atm) sebagai berikut.
Volume gas dalam keadaan standar= 22,4 L.
3. Volume Gas pada Keadaan Tidak Standar Persamaan Gas Ideal
Apabila
gas
yang
akan
diukur
bersifat
ideal,
persamaan
yang
menghubungkan jumlah mol (n) gas, tekanan, suhu, dan volume yaitu:
Hukum gas ideal: P.V= n.R.T
Di mana:
P = tekanan (satuan atmosfir, atm)
V = volume (satuan liter, L)
n = jumlah mol gas (satuan mol)
R = tetapan gas (0,08205 L.atm/mol K)
T = suhu mutlak ( satuan Kelvin K)
Dari persamaan gas ideal dapat diturunkan atau dalam bentuk lain menjadi
persamaan:
V=
n.R.T
P
P=
n.R.T
V
Untuk menentukan volume 1 mol gas ideal pada keadaan standar yaitu pada 1
atm dan 273 K adalah sebagai berikut:
23
n.R.T
P
atm
1 mol x 0,08205 L
K x 273 K
mol
=22,4 L
V=
1 atm
V=
Contoh soal 10:
Tentukan volume dari 8,8 gram gas CO2 yang diukur pada tekanan 2 atm dan suhu 30
o
C!
Jawab:
MolCO2 =
Volume CO2 =
massaCO2 8,8
=
= 0,2 mol
Mr CO2
44
nRT 0,2 x0,082x303
=
= 4,96 L
P
2
Dengan konversi gas pada suhu dan tekanan yang sama
Berdasarkan hukum Avogrado, perbandingan gas–gas yang jumlah molnya sama
memiliki volume sama. Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan berikut
ini:
V1 n1
=
V2 n2
Di mana:
N1= mol gas 1
V1= volume gas 1
N2= mol gas 2
V2= volume gas 2
Contoh soal 11:
Suatu gas metana (CH4) memiliki massa 8 gram dan diukur pada keadaan sama
dengan 6 gram gas NO yang mempunyai volume 10 L. Berapakah volume gas
metana tersebut? (Ar: H= 1, C= 12, N= 14, O= 16)
Jawab:
Mr CH4
= 16
Mol CH4
= 8/16 = 0,5 mol
Mol NO
= 6/20 = 0,1 mol
V1
=
V2
V1
10 L
V1
=
n1
n2
0,5 mol
0,1 mol
=
0,5 mol
0,1 mol
x 10 L
24
= 50 L
SOAL LATIHAN
1. Hitung jumlah partikel dari:
a. 0,1 mol tembaga
b. 2 mol gas nitrogen dioksida
c. 0,25 mol besi
d. 0,5 mol natrium klorida
2. Hitung jumlah mol dari:
a. 1,204 x 1023 atom karbon
b. 1,505 x 1022 molekul air
c. 3,01 x 1023 atom magnesium
d. 9,03 x 1021 molekul aluminium klorida
G. KONSENTRASI LARUTAN
1. Molaritas (M)
Kuantitas zat yang terdapat dalam suatu larutan dapat diketahui dengan
menggunakan konsentrasi larutan yang dinyatakan dalam molaritas (M).molaritas
tersebut menyatakan banyaknya mol zat dalam 1 liter larutan. Pernyataan tersebut
dapat dinyatakan dalam persamaan matematis sebagai berikut:
M=
massa 1000
x
V
Mr
Di mana:
M
= molaritas (M)
Massa
= dalam satuan gram
Mr
= massa molar (satuan g/mol)
V
= volume (satuan mL)
Contoh soal 12:
Tentukan molaritas apabila 8 gram NaOH dilarutkan dalam:
a. 4 L air
b. 500 mL air
25
Jawab:
Mr NaOH= 40 maka mol NaOH= 8/40= 0,2 mol
a. M
= mol x 1000/V= 0,1 x 1000/2000= 0,05 mol/L
b. M
= massa /Mr x 1000/V
= 8/40 x 1000/500
= 0,4 mol/L
2. Molalitas (m)
Molalitas (dilambangkan dengan m) menyatakan jumlah mol zat terlarut
dalam1000 gram pelarut dan dapat dirumuskan sebagai berikut:
molalitas=
mol zat terlarut
,𝑚
1000 gram pelarut
Contoh soal 13:
40 gram metil alkohol (Mr= 32) dilarutkan dalam 1750 gram air. Hitungmolalitas
larutan ini!
Jawab:
Jumlah mol zat terlarut= 40/32= 1,25 mol
Molalitas= 1,25/1,750= 0,714 m
3. Mol dan Fraksi Mol
1 mol mengandung sejumlah tertentu molekul-molekul, atom-atom, elektronelektronatau partikel-partikel khusus yang lain.
Dalam sistem satuan SI, 1 mol mengandung kira-kira 6,023 x 1023
molekul,dan disebut 1 gram mole (dengan notasi gmol). Dari sini kita dapat
mencariberapa
partikel
terdapat
dalam
1
kg
mol,
atau
dengan
sistim
TeknikAmerika/pound mole (dengan notasi 1 lbmol).
1 kg mol= 1000 mol mengandung 6,023 x 1023 molekul.
1 lbmol mengandung 6,023 x 454 x 1023 molekul.
Untuk mengkonversikan sejumlah mole ke massa, digunakan berat molekul
n gmol=
massa (g)
g
)
Mr (
gmol
26
n lbmol=
Fraksi mol dan % mol
massa (lb)
lb
)
Mr (
lbmol
Fraksi mol merupakan perbandingan mol antara zat terlarut dengan jumlah
molsemua komponen.
Fraksi mol A=
mol A
mol total campuran
%
Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
Republik Indonesia
2016
KIMIA
SMK TEKNOLOGI REKAYASA
Penulis:
Bayu Triwibowo
Catur Rini Widyastuti
SMA
Kelas X
Hak Cipta pada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Dilindungi Undang-Undang
Milik Negara
Tidak Diperdagangkan
Penulis:
Bayu Triwibowo
Catur Rini Widyastuti
Kotak Katalog dalam terbitan (KDT)
2017
Disusun dengan huruf Times New Roman, 12 pt
KATA PENGANTAR
Undang-Undang Dasar Negara Republik Indonesia Tahun 1945 Pasal 31 ayat (3)
mengamanatkan bahwa Pemerintah mengusahakan dan menyelenggarakan satu sistem
pendidikan nasional, yang meningkatkan keimanan dan ketakwaan serta akhlak mulia
dalam rangka mencerdaskan kehidupan bangsa, yang diatur dengan undang-undang. Atas
dasar amanat tersebut telah diterbitkan Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 20
Tahun 2003 tentang Sistem Pendidikan Nasional
Implementasi dari undang-undang Sistem Pendidikan Nasional tersebut yang
dijabarkan melalui sejumlah peraturan pemerintan, memberikan arahan tentang perlunya
disusun dan dilaksanakan delapan standar nasional pendidikan, diantaranya adalah
standar sarana dan prasarana. Guna peningkatan kualitas lulusan SMK maka salah satu
sarana yang harus dipenuhi oleh Direktorat Pembinaan SMK adalah ketersediaan bahan
ajar siswa khususnya bahan ajar Peminatan C1 SMK sebagai sumber belajar yang
memuat materi dasar kejuruan
Kurikulum yang digunakan di SMK baik kurikulum 2013 maupun kurikulum
KTSP pada dasarnya adalah kurikulum berbasis kompetensi. Di dalamnya dirumuskan
secara terpadu kompetensi sikap, pengetahuan dan keterampilan yang harus dikuasai
peserta didik serta rumusan proses pembelajaran dan penilaian yang diperlukan oleh
peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diinginkan. Bahan ajar Siswa Peminatan
C1 SMK ini dirancang dengan menggunakan proses pembelajaran yang sesuai untuk
mencapai kompetensi yang telah dirumuskan dan diukur dengan proses penilaian yang
sesuai.
Sejalan dengan itu, kompetensi keterampilan yang diharapkan dari seorang
lulusan SMK adalah kemampuan pikir dan tindak yang efektif dan kreatif dalam ranah
abstrak dan konkret. Kompetensi itu dirancang untuk dicapai melalui proses
pembelajaran berbasis penemuan (discovery learning) melalui kegiatan-kegiatan
berbentuk tugas (project based learning), dan penyelesaian masalah (problem solving
based learning) yang mencakup proses mengamati, menanya, mengumpulkan informasi,
mengasosiasi, dan mengomunikasikan. Khusus untuk SMK ditambah dengan
kemampuan mencipta . Bahan ajar ini merupakan penjabaran hal-hal yang harus
dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan
pendekatan kurikulum yang digunakan, peserta didik diajak berani untuk mencari
sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Bahan ajar ini
i
merupakan edisi ke-1. Oleh sebab itu Bahan Ajar ini perlu terus menerus dilakukan
perbaikan dan penyempurnaan.
Kritik, saran, dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi
berikutnya sangat kami harapkan; sekaligus, akan terus memperkaya kualitas penyajian
bahan ajar ini.Atas kontribusi itu, kami ucapkan terima kasih. Tak lupa kami
mengucapkan terima kasih kepada kontributor naskah, editor isi, dan editor bahasa atas
kerjasamanya. Mudah-mudahan, kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan
dunia pendidikan menengah kejuruan dalam rangka mempersiapkan Generasi Emas
seratus tahun Indonesia Merdeka (2045).
Jakarta, Agustus 2017
Direktorat Pembinaan SMK
ii
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Daftar Isi ............................................................................................................................ iiii
Daftar Gambar .................................................................................................................... iv
Daftar Tabel ....................................................................................................................... ivi
Pendahuluan ...................................................................................................................... ivii
BAB 1 KONSEP MOL DAN HUKUM–HUKUM DASAR KIMIA DALAM
PERHITUNGAN ................................................................................................................ 1
A. Massa Molekul Relatif .................................................. Error! Bookmark not defined.
B. Persamaan Reaksi .......................................................... Error! Bookmark not defined.
C. Hukum Dasar Kimia....................................................................................................... 9
D. Rumus Empiris dan Rumus Molekul ........................................................................... 18
E. Senyawa Hidrat (Air Kristal) ........................................................................................ 20
F. Konsep Mol .................................................................................................................. 22
G. Konsentrasi Larutan ..................................................................................................... 26
H. Perhitungan Kimia ....................................................................................................... 28
MENGENAL PARA TOKOH PENEMU HUKUM DASAR KIMIA ............................. 31
UJI KOMPETENSI .......................................................................................................... 36
BAB 2 ELEKTROKIMIA ................................................................................................ 44
A. Sel Volta ....................................................................................................................... 45
B. Elektrolisis .................................................................................................................... 62
C. Korosi ........................................................................................................................... 68
MENGENAL PARA TOKOH PENEMU HUKUM DASAR KIMIA............................. 77
UJI KOMPETENSI .......................................................................................................... 91
BAB 3 KONSEP REAKSI KIMIA .................................................................................. 99
A. Asam dan Basa ........................................................................................................... 989
B. Reaksi Reduksi dan Reaksi Oksidasi ..................................................................... 13836
UJI KOMPETENSI ........................................................................................................ 143
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 14950
GLOSARIUM ................................................................................................................. 150
INDEX ...................................................................................................................... 150155
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Peta konsep .................................................................................................... 2
Gambar 1.2. Penimbangan dalam pengukuran massa atom ................................................ 2
Gambar 1.3. Proses fotosintesis tumbuhan ......................................................................... 8
Gambar 1.4. Antoine Laurent Lavoisier ............................................................................ 10
Gambar 1.5. Percobaan Lavoisier ..................................................................................... 11
Gambar 1.6. Joseph Louis Proust...................................................................................... 11
Gambar 1.7. Dalton ........................................................................................................... 14
Gambar 1.8. Gay Lussac ................................................................................................... 16
Gambar 1.9. Skema hubungan antara jumlah mol dengan jumlah partikel ..................... 23
Gambar 1.10. Antoine Laurent Lavoisier .......................................................................... 31
Gambar 1.11. Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro............................................... 34
Gambar 2.1. Peta konsep .................................................................................................. 44
Gambar 2.2. Rangkaian Sel Galvani atau Sel Volta ......................................................... 46
Gambar 2.3. Sel galvani atau sel volta antara Zn dan Larutan CuSO4 ............................. 47
Gambar 2.4. Susunan baterai kering................................................................................ 57
Gambar 2.5. Susunan baterai alkalin ............................................................................... 58
Gambar 2.6. Susunan baterai kancing ............................................................................. 58
Gambar 2.7. Korosi pada pagar ....................................................................................... 68
Gambar 2.8. Proses korosi pada material logam ............................................................. 69
Gambar 2.9. Korosi permukaan ....................................................................................... 71
Gambar 2.10. Korosi Galvanis .......................................................................................... 71
Gambar 2.11. Korosi Tegangan ........................................................................................ 72
Gambar 2.12. Korosi celah .............................................................................................. 72
Gambar 2.13. Korosi sumuran ......................................................................................... 73
Gambar 2.14. Korosi erosi ............................................................................................... 74
Gambar 2.15. Korosi pelarutan selektif ........................................................................... 74
Gambar 2.16. Korosi antar batas butir............................................................................. 76
Gambar 2.17. Svente Arrhennius ..................................................................................... 77
Gambar 2.18. Laboratorium Arrhenius ............................................................................ 78
Gambar 2.19. Johannes Nicolaus Brønsted ..................................................................... 81
Gambar 2.20. University of Copenhagen ........................................................................ 83
iv
Gambar 2.21. Thomas Martin Lowry ............................................................................... 84
Gambar 2.22. Gilbert Newton Lewis ................................................................................ 87
Gambar 3.1. Peta konsep .................................................................................................. 99
Gambar 3.2. Bahan Makanan yang Mengandung Asam................................................. 100
Gambar 3.3. Produk Bersifat Basa dalam Kehidupan Sehari-hari................................... 101
Gambar 3.4. Garam ......................................................................................................... 101
Gambar 3.5. Teori Asam Lewis........................................................................................ 105
Gambar 3.6. Teori Asam Basa Lewis ............................................................................... 106
Gambar 3.7. Asam Anorganik dan Asam Organik ........................................................... 108
Gambar 3.8. Kertas Lakmus ........................................................................................... 115
Gambar 3.9. Identifikasi Kertas Lakmus .......................................................................... 115
Gambar 3.10. Sumber Indikator Alami ........................................................................... 116
Gambar 3.11. Indikator pH Kertas .................................................................................. 117
Gambar 3.12. Skala pH Berdasarkan Warna ................................................................... 117
Gambar 3.13. Warna Larutan Indikator pH .................................................................... 118
Gambar 3.14. Indikator PP berwarna pink saat basa dan tak berwarna saat asam ....... 118
Gambar 3.15. pH Meter .................................................................................................. 119
Gambar 3.16. Skala Kesetimbangan Asam Basa ............................................................. 123
Gambar 3.17. Metode Titrasi .......................................................................................... 126
Gambar 3.18. Titik Ekuivalen Titrasi ............................................................................... 127
Gambar 3.19. Kurva titrasi asam kuat (titrat) dengan basa kuat (titran) ....................... 128
Gambar 3.20. Kurva titrasi asam lemah dengan basa kuat ............................................ 129
Gambar 3.21. Kurva titrasi asam kuat dengan basa lemah ............................................ 130
Gambar 3.22. Kurva titrasi asam lemah dengan basa lemah ......................................... 130
Gambar 3.23. Penerapan asam basa dalam bidang pertanian ....................................... 135
Gambar 3.24. Bahan untuk menetralkan pH Basa .......................................................... 139
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Hasil Penelitian Proust ...................................................................................... 12
Tabel 1.2 Perbandingan Nitrogen dan Oksigen dalam Senyawanya ................................ 15
Tabel 1.3.Data penelitian Gay Lussac .............................................................................. 16
Tabel 1.4 Beberapa Data Hasil Percobaan Volume Gas Yang Bereaksi .......................... 16
Tabel 1.5 Beberapa Contoh Senyawa Hidrat .................................................................... 21
Tabel 1.6 Massa Molar Beberapa Zat ............................................................................... 22
Tabel 2.1 Deret volta ........................................................................................................ 50
Tabel 2.2 Nilai Potensial Standar Elektroda ..................................................................... 53
Tabel 3.1 Senyawa Asam Lemah dan Asam Kuat .......................................................... 109
Tabel 3.2 Senyawa Basa Lemah dan Basa Kuat ............................................................. 111
Tabel 3.3 Hasil Pengamatan Beberapa Indikator Asam Basa Alami .............................. 116
Tabel 3.4 Indikator Asam Basa ....................................................................................... 120
vi
PENDAHULUAN
A. Deskripsi
Buku Kimia untuk SMK Teknologi dan Rekayasa Kelas X terdiri dari dua modul,
yaitu modul 1 untuk semester 1 dan modul 2 untuk semester 2. Modul ini merupakan
modul 2, yang akan mempelajari konsep-konsep dasar ilmu kimia, meliputi Reaksi
Oksidasi Reduksi; Hukum Dasar Ilmu Kimia dan Hitungan Kimia; serta Elektrokimia.
B. Prasyarat
Untuk mempelajari modul ini tidak diperlukan prasyarat mata pelajaran tertentu.
C. Petunjuk Penggunaan Modul
•
Pelajari daftar isi serta peta konsep tiap materi dengan cermat dan teliti, untuk
mengetahui kedudukan tiap konsep.
•
Perhatikan langkah-langkah dalam melakukan pekerjaan dengan benar untuk
mempermudah dalam memahami suatu proses pekerjaan, sehingga diperoleh hasil
yang maksimal.
•
Pahami setiap materi teori dasar yang akan menunjang penguasaan suatu pekerjaan
dengan membaca secara teliti. Apabila terdapat evaluasi, maka kerjakan evaluasi
tersebut sebagai sarana latihan.
•
Jawablah tes formatif dengan jawaban yang singkat dan jelas serta kerjakan sesuai
dengan kemampuan Anda setelah mempelajari modul ini.
•
Bila terdapat penugasan, kerjakan tugas tersebut dengan baik dan jika perlu
konsultasikan hasil tersebut pada guru atau instruktur.
•
Catatlah kesulitan yang Anda dapatkan dalam modul ini untuk ditanyakan pada guru
pada saat kegiatan tatap muka. Bacalah referensi yang lain yang berhubungan
dengan materi modul agar Anda mendapatkan pengetahuan tambahan.
D. Tujuan Akhir
Setelah mempelajari modul ini diharapkan anda dapat:
1. Menjelaskan tentang konsep Reaksi Oksidasi Reduksi
2. Menjelaskan tentang konsep Hukum Dasar Ilmu Kimia dan Hitungan Kimia
3. Menjelaskan tentang konsep Elektrokimi
vii
BAB 1
KONSEP MOL DAN HUKUM–HUKUM DASAR KIMIA
DALAM PERHITUNGAN
Konsep mol
Massa
molekul
relatif
Persamaan
reaksi
Hukumhukum
dasar
kimia
Rumus
empiris
dan
rumus
moleku
l
Senyawa
hidrat
Konsentra
si larutan
Perhitung
an kimia
Molaritas
Molalitas
Mol dan
fraksi
Gambar 1.1. Peta konsep konsep mol dan hukum-hukum dasar kimia dalam perhitungan
Setelah mempelajari bab 1 ini, saudara diharapkan dapat menjelaskan tentang
massa molekul relatif, persamaan reaksi umum, persenyawaan hidrat, perhitungan konsep
larutan hingga hukum-hukum dasar kimia yang mendasari materi itu semua.
A. MASSA RELATIF
Pada awal Abad-20 telah ditemukan peralatan yang sangat peka. Hal tersebut
menyebabkan para ahli kimia melakukan percobaan tentang massa satu atom.
Berdasarkan percobaan, dihasilkan hasil pengukuran untuk:
1. Massa satu atom H= 1,66 x 10-24 gram
2. Massa satu atom O= 2,70 x 10-23 gram
3. Massa satu atom C= 1,99 x 10-23 gram
1
Dari data tersebut dapat dilihat bahwa massa satu atom sangatlah kecil. Para
ilmuwan sepakat menggunakan besaran Satuan Mass (sma) atau Atomic Massa Unit
(amu) atau biasanya disebut juga satuan Dalton. Ukuran atom kecil sekali sehingga tidak
memungkinkan menentukan massa atom dengan cara menimbangnya dengan neraca.
Sumber: http://chemistryeducenter.blogspot.co.id
Gambar 1.2. Penimbangan dalam pengukuran massa atom
Para Ilmuwan atau yang ahli di bidang kimia menggunakan isotope karbon C-12
sebagai standar dengan massa atom relative sebesar 12. Massa atom relatif tersebut
menyatakan perbandingan massa rata–rata satu atom suatu unsur terhadap 1/12 massa
atom C-12. Pernyataan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:
1 satuan massa atom (amu)= 1/12 massa 1 atom C-12
Contoh soal 1:
Massa atom rata–rata oksigen sebesar 1,33 kali massa atom karbon C-12. Maka massa
atom relative dari oksigen adalah...
Jawab:
ArO
= 1,33 x Ar C-12
= 1,33 x 12
= 15,96
2
Para ilmuwan membandingkan massa atom yang berbeda–beda dengan
menggunakan skala massa atom relatif dengan “Ar”.
Para ahli membuat kesepakatan untuk menggunakan C-12 atau isotope 12C sebagai
standar karena mempunyai kestabilan inti yang inert dibanding dengan atom lainnya.
Massa atom relatif suatu unsur (Ar) merupakan bilangan yang menyatakan perbandingan
massa satu atom tersebut dengan 1/12 massa satu atom C-12.
Apabila pernyataan tersebut dituliskan dalam persamaan yaitu sebagai berikut:
Ar X=
massa atom rata-rata X
1
massa atom karbon-12
12
Contoh soal 2:
Apabila diketahui massa 1 atom oksigen 2,7 x 10-23 gram, Ar atom O apabila massa atom
C=1,99 x 10-23 gram adalah…
Jawab:
Ar atom O =
massa 1 atom O
1
massa
12
=
1 atom karbon C-12
2,7 x 10-23
1
x
12
1,99 x 10-23
=16,283
Besarnya harga Ar juga ditentukan oleh harga rata–rata isotop tersebut. Sebagai
contoh, di dalam terdapat 35Cl dan 37Cl dengan perbandingan 75% dan 25% maka Ar Cl
dapat dihitung dengan cara:
Ar Cl
= (75% x 35) + (25% x 37)
= 35,5
Ar merupakan angka perbandingan sehingga tidak mempunyai satuan.
Molekul merupakan gabungan dari beberapa unsur dengan perbandingan tertentu.
Unsur–unsur yang sama bergabung membentuk molekul unsur, sedangkan unsur–unsur
yang berbeda membentuk molekul senyawa. Massa molekul relative adalah perbandingan
massa molekul (Mr). Massa molekul relatif adalah perbandingan massa molekul unsur
atau senyawa terhadap 1/12 x massa atom C-12. Secara matematis dapa dinyatakan
menjadi:
Mr (unsur)=
massa molekul unsur
1
x massa atom karbon-12
12
3
Mr (senyawa)=
massa molekul senyawa
1
x massa atom karbon-12
12
Massa molekul dapat dihitung dengan menjumlahkan Ar dari atom-atom
pembentuk molekul tersebut.
Mr = ∑ Ar atom penyusun
Contoh:
Mr H2O = (2 x Ar H) + (1 x Ar O)
= (2 x 1) + (1 x 16)
= 18
Mr (NH4)2SO4 = (2 x Ar N) +(8 x Ar H) + (1 x Ar S) + (4 x Ar O)
= (2 x 14) + (8 x 1) + (1 x 32) + (4 x 16)
= 28 + 8 + 32 + 64
= 132
SOAL LATIHAN
Hitunglah massa molekul relatif senyawa- senyawa berikut:
1. SO3
6. Na2CO3
2. CO2
7. Ca3(PO4)2
3. NH3
8. CaC2O4
4. CH4
9. urea
5. Fe2O3
10. Amonium Nitrat
B. PERSAMAAN REAKSI
Persamaan reaksi menggambarkan suatu reaksi kimia yang terdiri atas rumus
kimia pereaksi (reaktan) dan hasil reaksi (produk) disertai koefisiennya masing –
masing.Persamaan reaksi yang sempurna disebut juga persamaan reaksi yang telah
setara.Syarat – syarat suatu persamaan reaksi yang setara adalah sebagai berikut.
1. Jenis unsur–unsur sebelum dan sesudah reaksi selalu sama.
2. Jumlah masing–masing atom sebelum dan sesudah reaksi selalu sama (memenuhi
hukum kekekalan massa).
4
3. Perbandingan koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol (khusus yang
berwujud gas perbandingan koefisien juga menyatakan perbandingan volume
asalkan suhu dan tekanannya sama).
4. Pereaksi (reaktan) dan hasil reaksi (produk) dinyatakan dengan rumus kimia yang
benar. Pada reaksi kimia atau perubahan kimia, zat-zat yang mengalami perubahan
disebut zat pereaksi (reaktan) dan zat-zat hasil perubahan disebut hasil reaksi
(produk).
xA
+
yB
→
(zat ruas kiri)
zC
(zat ruas kanan)
(reaktan)
(produk)
(pereaksi)
(hasil reaksi)
Keterangan: x, y z adalah koefisien reaksi.
Wujud zat–zat yang terlibat reaksi harus dinyatakan dalam tanda kurung setelah
rumus kimia.
Dalam rangka penyetaraan persamaan reaksi kita diperbolehkan mengubah jumlah
rumus kimia (jumlah molekul atau satuan rumus) tetapi tidak boleh mengubah rumus
kimia zat–zat yang terlibat persamaan reaksi.Jumlah satuan rumus kimia disebut
koefisien.Selain menggambarkan rumus kimia, persamaan reaksi yang sempurna juga
menunjukkan wujud zat yang terlibat dalam reaks. Wujud zat dalam persamaan reaksi
disingkat dengan:
(s)
: solid (zat padat)
(l)
: liquid (zat cair)
(aq)
: aqueous (larutan dalam air)
(g)
: gas
Contoh:
Ca(s) + 2H2O (l) →Ca(OH)2(aq) + H2(g)
Dibaca: unsur kalsium dalam bentuk padat bereaksi dengan dua buah molekul air dalam
bentuk cair menghasilkan kalsium hidroksida (zat terlarut dalam air) dan hidrogen
dalam bentuk gas.
Persamaan reaksi disetarakan terlebih dahulu agar disebut persamaan reaksi yang
sempurna. Beberapa syarat disebut persamaan reaksi setara adalah:
1. Pereaksi dan hasil reaksi dinyatakan dengan rumus kimia yang benar
5
2. Memenuhi hukum kekekalan massa yang ditunjukkan oleh jumlah atom-atom
sebelum reaksi (di sebelah kiri tanda panah) harus sama dengan jumlah atomatom sesudah reaksi (di sebelah kanan tanda panah)
3. Wujud zat-zat yang terlibat reaksi harus dinyatakan dalam tanda kurung setelah
rumus.
Contoh soal 3:
Setarakan persamaan reaksi berikut.
a. N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g)
b. C2H6 (g) + O2 (g)→ CO2 (g) + H2O (l)
Jawab:
a. N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g)
Dapat dilihat bahwa persamaan reaksi tersebut belum setara
➢ Unsur atom N diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 1 atom N
➢ Unsur atom H diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 3 atom H
Agar persamaan reaksi tersebut menjadi setara, maka:
➢ Tuliskan angka 2 (sebagai koefisien reaksi) di depan NH3
➢ Tuliskan angka 3 (sebagai koefisien reaksi) di depan H2
Persamaan reaksi akan menjadi:
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
b. C2H6 (g) + O2 (g)→ CO2 (g) + H2O (l)
Dapat dilihat bahwa persamaan reaksi tersebut belum setara
➢ Unsur atom C diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 1 atom C
➢ Unsur atom H diruas kiri terdapat 6 atom, di ruas kanan terdapat 2 atom H
➢ Untuk atom O diruas kiri terdapat 2 atom, di ruas kanan terdapat 3 atom C
Agar persamaan reaksi tersebut menjadi setara, maka:
➢ Tuliskan angka 2 (sebagai koefisien reaksi) di depan CO2
➢ Tuliskan angka 3 (sebagai koefisien reaksi) di depan H2O
➢ Tuliskan angka 7/2 (sebagai koefisien reaksi) di depan O2
Persamaan reaksi akan menjadi:
C2H6 (g) + 7/2 O2 (g)→ 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)
Agar koefisien tersebut berupa bilang bulat maka seluruh koefisien dikalikan 2,
persamaan reaksi menjadi:
2 C2H6 (g) + 7 O2 (g)→ 4 CO2 (g) + 6 H2O (l)
6
SOAL LATIHAN
1. Setarakan persamaan reaksi berikut!
a. C3H4 + O2→ CO2 + H2O
b. Fe2O3 + HBr → FeBr3 + H2O
c. Al + HCl → AlCl3 + H2
d. Zn + H2SO4→ ZnSO4 + H2
e. I2 + NaOH → NaI + NaIO3 + H2O
2. Setarakan reaksi berikut!
a. Na (s)
+ H2O(l)
NaOH (aq) + H2 (g)
b. Ba(OH)2 (aq) + P2O5 (s)
c. Zn (s) + HNO3 (aq)
Ba3(PO4)2(s) + H2O (l)
Zn(NO3)2 (aq) + NH4NO3 (s) + H2O(l)
d. CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)
e. Fe2O3 (s) + H2SO4 (aq) Fe2(SO4)3 (aq) + H2O (l)
7
PENGETAHUAN UMUM
PERSAMAAN REAKSI DALAM ILMU BIOLOGI
Reaksi Dan Proses Fotosintesis Pada Tumbuhan
Sumber: www.gudangbiologi.com
Gambar 1.3. Proses fotosintesis pada tumbuhan
Fotosintesis merupakan kata yang berasal dari bahasa Yunani, yakni foto dan
synthesis. Foto sendiri diartikan sebagai cahaya sedangkan synthesis merupakan kata
yang bermakna menggabungkan atau penggabungan. Kata fotosintesis sering digunakan
dala lingkup kajian ilmu biologi. Apa sebenarnya fotosintesis tersebut? Secara sederhana,
ia bisa diartikan sebagai proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan
berwarna hijau dengan melibatkan cahaya matahari di dalamnya. Selain matahari, proses
fotosintesis ini juga melibatkan beberapa enzim. Proses fotosintesis ini biasa dilakukan
oleh tumbuh-tumbuhan, beberapa jenis alga dan juga bakteri dalam rangka menghasilkan
energi yang akan digunakan dalam berbagai aktifitas. Energi tersebut biasa juga disebut
dengan nutrisi.
Daun pada tumbuhan memiliki fungsi utama yakni sebagai tempat terjadinya
proses fotosintesis. Sebenarnya, fotosintesis tak hanya penting bagi tumbuhan tetapi juga
bagi semua makhluk hidup yang menghuni bumi. Mengapa? Sebab oksigen yang ada di
8
bumi ini sebagian besar diproduksi oleh tumbuhan. Hal inilah yang menjadikan
pepohonan sering dijuluki paru-paru planet bumi. Organisme yang melakukan proses
fotosintesis dikenal dengan nama fototrof. Fotosintesis sebenarnya merupakan salah satu
cara asimilasi karbon sebab pada proses fotosintesis, karbon bebas kemudian diikat
sehingga menjadi gula.
Proses fotosintesis pada terdapat pada tumbuhan hijau yang bersifat autotrof
yakni bisa menyusun makanannya sendiri. Melalui daun, tumbuhan menyerap molekul
karbondioksida juga air dalam rangka menghasilkan gula dan juga oksigen. Kedua
senyawa tersebut kemudian akan digunakan sebagai penyokong pertumbuhannnya.
Adapun persamaan rekaksi yang terjadi dalam proses fotosintesis adalah sebagai berikut:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Tumbuhan yang melakukan proses fotosintesis memerlukan bantuan cahaya
matahari. Mereka mampu menyerap cahaya tersebut sebab mereka memiliki zat hijau
daun atau klorofil. Klorofil ini sendiri ada di dalam bagian organel bernama kloroplast.
Pada bagian daun tumbuhan, terdapat dua lapisan sel yang dinamai denegan mesofil. pada
bagian ini terdapat kurang lebih setengah juta kloroplast yang tersebar di setiap
millimeter persegi. Cahaya matahari selanjutnya akan melewati lapisan epidermis yang
tanpa warna kemudian melaju menuju mesofil. Pada bagian inilah sebagian besar
kegiatan fotosintesis berlangsung.
C. HUKUM DASAR KIMIA
Terdapat empat hukum dasar kimia yang dipakai dalam perhitungan kimia.
Keempat hukum dasar tersebut adalah sebagai berikut:
1. Hukum Kekekalan Massa.
2. Hukum Perbandingan Tetap.
3. Hukum Perbandingan Berganda.
4. Hukum Perbandingan Volume.
Keempat hukum dasar kimia tersebut akan dijelaskan lebih lanjut dalam bahasan
berikut ini.
9
1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.4. Antoine laurent lavoisier
Hukum kekekalan massa ini ditemukan oleh Antoine Laurent Lavoisier (17431794). Lavoisier adalah seorang ahli kimia yang berkebangsaan Inggris. Dia menyelidiki
hubungan massa zat sebelum dan setelah reaksi. Lavoisier melakukan penelItiannya
dengan cara menimbang zat-zat sebelum bereaksi kemudian menimbang hasil-hasil reaksi
tersebut. Penelitiannya ternyata menghasilkan massa zat sebelum dan setelah bereaksi
selalu sama.
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.5. Percobaan lavoisier
Penelitian yang dilakukan Lavoisier yaitu mereaksikan cairan merkuri dengan gas
oksigen dalam suatu wadah di
dalam ruang tertutup. Reaksi tersebut menghasilkan
merkuri oksida yang berwarna merah. Jika merkuri oksida yang berwarna merah tersebut
10
dipanaskan kembali, senyawa tersebut akan terurai menghasilkan sejumlah cairan
merkuri dan gas oksigen dengan jumlah yang sama seperti semula.
Pada reaksi kimia biasanya disertai perubahan–perubahan materi yang umumnya
berlangsung dalam sistem terbuka. Pada sistem terbuka tersebut, ada hasil reaksi yang
meninggalkan sistem (misalnya pada pembakaran kertas) atau pada proses yang masuk ke
dalam sistem (misalnya pada proses fermentasi aerob yang memerlukan oksigen dari luar
sistem). Hal tersebut menyebabkan seakan–akan massa zat sebelum dan setelah reaksi
menjadi tidak sama. Lavoisier melakukan penelitian yang membuktikan bahwa massa
sebelum dan setelah reaksi adalah sama.
Kesimpulan penelitian Lavoisier menghasilkan hukum yang dikenal dengan
“Hukum Kekekalan Massa”. Hukum tersebut berbunyi:
“Dalam reaksi kimia, massa zat – zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”
Contoh:
Hidrogen
+
(8g)
Oksigen
→
air
(64 g)
(72 g)
2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.6. Joseph louis proust
Senyawa merupakan suatu zat yang dibentuk oleh dua unsur atau lebih, misalnya
senyawa karbondioksida (CO2). Karbondioksida dibentuk oleh dua unsur yaitu unsur
karbon dan unsur oksigen. Untuk menyelidiki perbandingan pada unsur pembentuk
11
senyawa, seorang ahli kimia Perancis yang bernama Joseph Louis Proust (1754–1826)
melakukan penelitian yaitu mencoba menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk
membentuk senyawa air. Hasil dari penelitian Proust dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Hasil Penelitian Proust
Massa Hidrogen
yang Direaksikan
(g)
1
2
1
2
Massa Oksigen
yang
Direaksikan (g)
8
8
9
16
Massa Air
yang
Terbentuk (g)
9
9
9
18
Sisa
Hidrogen
atau Oksigen
(g)
1 g hidrogen
1 g oksigen
-
Berdasarkan Tabel 1.1. maka dapat dilihat bahwa untuk setiap 1 gram gas
hidrogen bereaksi dengan 8 gram oksigen menghasilkan 9 gram senyawa air. Hal tersebut
membuktikan bahwa massa hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam senyawa air
memiliki perbandingan yang tetap yaitu 1:8. Perbandingan tersebut berlaku untuk
berapapun banyaknya air yang terbentuk. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh
Proust, terbentuklah suatu teorinya yang sering dikenal dengan sebutan “Hukum
Perbandingan Tetap”. Hukum tersebut berbunyi:
“Perbandingan massa unsur–unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap”
Contoh soal 4:
Apabila Kun mereaksikan 8 gram hidrogen dengan 80 gram oksigen, berapa massa air
yang terbentuk?
Jawab:
Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen= 1:8.
Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen yang dicampurkan= 8:80
Perbandingan massahidrogen dan oksigen adalah selalu tetap, sehingga untuk 8 gram
hidrogen yang bereaksi memerlukan oksigen sebanyak 8 x 8 gram oksigen= 64 gram
oksigen.
Pada soal ini oksigen yang dicampurkan tidak bereaksi sempurna karena masih
terdapat sisa oksigen sebanyak (80–64) gram= 16 gram. Setelah mengetahui massa
oksigen dan hidrogen yang bereaksi maka kita bisa menghitung massa air yang terbentuk
dari 8 gram hidrogen dan 64 gram oksigen yaitu sebanyak 72 gram air dengan sisa
oksigen sebanyak 16 gram.
Reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut:
12
H2
+
O2
→
perbandingan massa
1
8
9
awal reaksi
8
80
-
yang bereaksi
8
64
72
yang tersisa
-
16
72
H2O
Hukum Proust dapat dijabarkan lagi untuk menentukan kadar unsur atau massa
unsur dalam senyawa yang terbentuk. Penjabaran tersebut adalah sebagai berikut:
Bentuk umum senyawa AxBy dapat dijabarkan menjadi:
% A dalam senyawa AxBy =
Massa B dalam senyawa AxBy =
x . ArA
. %AxBy
Mr AxBy
n . ArB
. massa AxBy
Mr AxBy
Dari persamaan di atas dapat diturunkan kadar zat dalam campuran, cuplikan, atau
mineral, atau bijih, yaitu sebagai berikut:
% zat dalam campuran=
Banyaknya zat tersebut
x 100%
Banyaknya campuran
Contoh soal 5:
Berapa kadar Ca dalam 100 gram CaCO3? (Ar: C= 12, O= 16, Ca= 40)
Jawab:
Massa Ca = (Ar Ca/Mr CaCO3) x massa CaCO3
= 40/100 x 100 gram
= 40 gram
Kadar Ca
= massa Ca/Massa CaCO3 x 100%
= 40/100 x 100%
= 40%
Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan mengenai sifat–sifat suatu senyawa
yaitu sebagai berikut:
1. Tergolong zat tunggal
2. Homogen
3. Dapat diuraikan menjadi dua jenis zat atau lebih dengan cara kimia
4. Terdiri atas dua jenis atau lebih unsur dengan perbandingan tertentu.
5. Mempunyai sifat-sifat tertentu yang berbeda dari sifat unsur-unsur penyusunnya
(sifat unsur penyusun senyawa tidak nampak lagi).
13
3. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.7. Dalton
Dalam senyawa kimia, rumus kimia menunjukkan komposisi kimianya. Dalam
suatu senyawa misalnya gula, tiga unsur bergabung dan masing-masing menyumbangkan
atom tertentu untuk membentuk suatu senyawa. Pada senyawa air terdapat dua unsur
pembentuk senyawa yaitu unsur hidrogen dan oksigen. Unsur yang sama dapat
membentuk senyawa yang berbeda–beda, misalnya unsur belerang dan oksigen dapat
membentuk senyawa SO3 dan SO4. Contoh lainnya misalnya unsur hidrogen dan oksigen
dapat membentuk senyawa H2O dan H2O2.
Seorang ahli fisika dan kimia serta guru sekolah dari Inggris yang bernama Dalton
menyelidiki perbandingan unsur–unsur pembentuk senyawa pada setiap senyawa dan
mendapatkan suatu pola keteraturan. Pola tersebut dinamakan sebagai hukum
perbandingan berganda. Hukum tersebut berbunyi:
“Apabila suatu unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, massa salah
satu unsur tersebut tetap (sama), maka perbandingan massa unsur yang lain dalam
senyawa–senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana”.
Contoh:
Nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa–senyawa N2O, NO, N2O3, dan
N2O4 dengan komposisi massa yang terlihat dalam tabel berikut ini.
14
Tabel 1.2. Perbandingan Nitrogen dan Oksigen dalam senyawanya
Senyawa
N2O
NO
N2O3
N2O4
Massa Nitrogen
(g)
56
28
56
56
Massa Oksigen
(g)
32
32
96
128
Perbandingan
7:4
7:8
7:12
7:16
Dari Tabel 1.2. dapat dilihat bahwa massa unsur N dibuat tetap atau sama
sebanyak 7 gram maka perbandingan massa oksigen dalam masing–masing senyawa
N2O, NO, N2O3, dan N2O4 secara berurutan adalah 4:8:12:16 atau 1:2:3:4.
4. Hukum Perbandingan Volume (Gay Lussac)
Sumber: id.wikipedia.org
Gambar 1.8. Gay lussac
Sebelum Gay Lussac melakukan penelitian tentang perbandingan volume dari
berbagai gas yang terlibat pada reaksi, sudah ada penemuan ilmuwan yang menemukan
bahwa gas hidrogen dapat bereaksi dengan gas oksigen membentuk air.Perbandingan
volume gas hidrogen dan oksigen dalam reaksi tersebut tetap, yaitu 2:1. Kemudian pada
tahun 1808, Joseph Gay Lussac, seorang ilmuwan Perancis, berhasil melakukan
penelitian tentang volume gas yang terlibat pada berbagai reaksi dengan menggunakan
berbagai macam gas.
15
Data penelitian yang dilakukan oleh Gay Lussac dapat dilihat pada tabel 1.3.
Tabel 1.3. Data penelitian Gay Lussac
Percobaan ke-
1
2
3
Volume gas
oksigen yang
direaksikan (L)
1
2
3
Volume gas
hidrogen yang
direaksikan (L)
2
4
6
Volume uap air
yang dihasilkan
(L)
2
4
6
Gay Lussac mengatakan bahwa 2 volume gas hidrogen bereaksi dengan 1 volume
gas oksigen membentuk 2 volume uap air. Pada reaksi pembentukan uap air tersebut, agar
reaksi sempurna, maka untuk setiap 2 volume gas hidrogen diperlukan 1 volume gas
oksigen, menghasilkan 2 volume uap air.
“Semua gas yang direaksikan dengan hasil reaksi, diukur pada suhu dan
tekanan yang sama atau (T,P) sama”
Bunyi dari hukum Gay Lussac adalah sebagai berikut:
𝑽𝟏
Keterangan:
𝒏𝟏
=
𝑽𝟐
𝒏𝟐
dengan P dan T tetap
P = tekanan gas (atm)
T = suhu (K)
V= volume gas (L)
N= banyaknya gas (mol)
Berikut ini diberikan data hasil percobaan volume gas yang bereaksi pada
suhu dan tekanan yang sama. Coba Saudara perhatikan apakah hasil percobaan
tersebut memenuhi hukum perbandingan volume Gay Lussac. Data percobaan
tersebut adalah sebagai berikut.
Tabel 1.4. Beberapa Data Hasil Percobaan Volume Gas Yang Bereaksi
No. Volume gas yang
bereaksi
1.
Hidrogen + Oksigen
1L + 0.5 L
2.
Nitrogen + Hidrogen
2L+6L
Hasil Reaksi
Uap air
IL
Amonia
4L
Perbandingan
Volume
2:1:2
1:3:2
16
3.
Hidrogen +Klor
1L+1L
Hidrogen klorida
2L
1:1:2
4.
Etilena + Hidrogen
1L+1L
Etana
1L
1:1:1
Berdasarkan data percobaan yang terdapat dalam Tabel 1.4.,
perbandingan volume gas yang bereaksi dan hasil reaksi, berbanding sebagai
bilangan bulat. Data percobaan yang terdapat dalam tabel tersebut sesuai
dengan hukum perbandingan volume atau sering dikenal dengan hukum Gay
Lussac. Bunyi dari hukum tersebut adalah sebagai berikut.
“Pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan volume gas–gas yang
bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat”.
SOAL LATIHAN
Unsur besi dan belerang dapat membentuk dua jenis senyawa yaitu FeS dan Fe2S3.
Ambillah sebanyak 112 gram serbuk besi dan 64 gram belerang, kemudian reaksikan
kedua unsur tersebut. Kemudian ambillah 224 gram serbuk besi dan 192 gram belerang,
kemudian reaksikanlah. Setelah itu tuliskan hasil pengamatan dari reaksi tersebut ke
dalam tabel berikut ini:
Senyawa
FeS
Fe2S3
Massa Besi
(g)
112
224
Massa Belerang
(g)
64
96
Perbandingan
Pertanyaan: berapakah perbandingan antara belerang dalam FeS dan Fe2S3?
Berdasarkan tabel tersebut, kesimpulan apakah yang dapat diambil?
Coba lakukan pada senyawa lain (misalnya pada H2O dan H2O2) & dikerjakan secara
berkelompok dan diskusikan!
D. RUMUS EMPIRIS DAN RUMUS MOLEKUL
Perbandingan massa dan kadar dalam suatu senyawa dapat ditentukan dari
molekulnya. Persamaannya yaitu sebagai berikut:
Kadar unsur=
jumlah atom xAr unsur
Mr senyawa
17
Penentuan Rumus Empiris dan Rumus Molekul
➢ Rumus kimia menunjukkan jenis atom unsur dan jumlah relatif masing–masing
unsur yang terdapat dalam zat. Banyaknya unsur yang terdapat dalam zat.
Banyaknya unsur yang terdapat dalam zat ditunjukkan dengan angka indeks.
➢ Rumus kimia dapat berupa rumus empiris dan rumus molekul.
➢ Rumus empiris, rumus yang menyatakan perbandingan terkecil atom–atom dari
unsur–unsur yang menyusun senyawa.
➢ Rumus molekul, rumus yang menyatakanjumlah atom–atom dari unsur–unsur yang
menyusun satu molekul senyawa.
➢ Massa atom relatif dari molekul adalah sebagai berikut:
Rumus molekul
= (Rumus Empiris)n
Mr Rumus Molekul
n
= n x (Mr Rumus Empiris)
= bilangan bulat
Penentuan rumus empiris dan rumus molekul suatu senyawa dapat menggunakan
langkah–langkah sebagai berikut:
1. Mencari massa (presentase) tiap unsur penyusun senyawa
2. Mengubah ke satuan mol,
3. Perbandingan mol tiap unsur merupakan rumus empiris,
4. Mencari rumus molekul dengan cara sebagai berikut:
(Mr rumus empiris)n= Mr rumus molekul, n dapat dihitung,
5. Mengalikan n yang diperoleh dari hitungan dengan rumus empiris.
Contoh Soal 6:
Suatu senyawa terdiri dari unsur P dan O dengan komposisi unsur P sebesar 43,7% dan O
sebesar 56,3%. Apabila massa senyawa 200 gram dan Ar: P =31 dan O =16, rumus
molekul senyawa tersebut adalah…
Jawab:
Massa masing–masing unsur adalah 87,4 gram dan 112,6 gram.
Perbandingan mol P: mol O =
87,4 112,6
:
16
31
= 2,82: 7,04
= 1: 2,5
18
= 2:5
Jadi, rumus molekul dari senyawa tersebut adalah P2O5
Contoh soal 7:
Suatu senyawa kimia X terdiri dari unsur karbon, hidrogen, dan nitrogen. Jumlah persen
unsur karbon, hidrogen, dan nitrogen adalah 60% C, 5% hidrogen, dan 35% N. Mr
senyawa X tersebut adalah 80 (Ar: C= 12, H= 1, N= 14). Massa senyawa X adalah 100
gram. Rumus empiris dan rumus molekul senyawa X tersebut adalah…
Jawab:
Massa C: H: N= 60: 5: 35
Perbandingan mol C: mol H: mol N= 5: 5: 35= 2: 2: 1
Maka rumus empiris senyawa tersebut adalah C2H2N
(Mr rumus empiris)n= Mr rumus molekul
(C2H2N)n= 80
(24+2+14)n= 80
40n= 80
n =2
Jadi, rumus molekul senyawa tersebut adalah (C2H2N)2= C4H4N2
SOAL LATIHAN
1. Tentukan rumus empiris dari senyawa yang tersusun 31,25 % kalsium, 18,75 %
karbon dan sisanya oksigen (Ar Ca= 40, C= 12, O= 16)?
2. Sebanyak 11 gram suatu senyawa organik dibakar sempurna menghasilkan 44 gram
CO2 dan 9 gram H2O (Ar C= 12, O= 16, H= 1). Jika bobot molekul senyawa sama
dengan 88. Tuliskan rumus molekulnya?
E. SENYAWA HIDRAT (AIR KRISTAL)
Hidrat merupakan senyawa kristal padat yang di dalamnya terkandung air kristal
(H2O). Rumus kimia senyawa kristal padat sudah diketahui, sehingga penentuan rumus
hidrat merupakan penentuan jumlah molekul air kristal (H2O) atau nilai x. Penulisan
senyawa hidrat secara umum adalah sebagai berikut:
Rumus kimia senyawa kristal padat: x.H2O
19
Salah satu contoh senyawa hidrat adalah garam kalsium sulfat yang memiliki
rumus kimia adalah CaSO4.2H2O, artinya dalam setiap satu mol CaSO4 terdapat 2 mol
H2O.Beberapa contoh senyawa hidrat adalah sebagai berikut pada Tabel 1.5. berikut.
Tabel 1.5. Beberapa Contoh Senyawa Hidrat
Nama Senyawa
Natrium sulfat
pentahidrat
Magnesium sulfat
heptahidrat
Natrium karbonat
dekahidrat
Kalsium sulfat dihidrat
Asam oksalat dihidrat
Tembaga (II) sulfat
pentahidrat
Jumlah Molekul Air
Kristal
5
7
10
2
2
5
Rumus Kimia
Na2SO4.5H2O
MgSO4.7H2O
Na2CO3.10H2O
CaSO4.2H2O
H2C2O4.2H2O
CuSO4.5H2O
Contoh Soal 8:
Sebuah senyawa tembaga (II) sulfat hidrat 10 gram dipanaskan sampai semua air
kristalnya menguap. Massa tembaga (II) sulfat padat yang terbentuk 6,4 gram. Rumus
senyawa hidrat tersebut adalah… (Ar: Cu= 63,5; S= 32; O= 16; H= 1)
Jawab:
Langkah-langkah penentuan rumus hidrat tersebut adalah:
1. Misalkan rumus hidrat CuSO4.xH2O
2. Tuliskan persamaan reaksinya.
3. Tentukan mol zat sebelum dan setelah reaksi.
4. Hitung nilai x, dengan menggunakan perbandingan mol CuSO4: mol H2O
CuSO4.xH2O (s) → CuSO4 (s) + xH2O
10 gram
6,4 gram
3,6 gram
Perbandingan, mol CuSO4: mol H2O= 0,02: 0,10.
Perbandingan, mol CuSO4: mol H2O= 1: 5
Jadi, rumus kimia hidrat dari tembaga (II) sulfat yaitu CuSO4.5H2O
Contoh soal 9:
20
Ada suatu garam berhidrat (BaCl2.xH2O) yang memiliki massa 24,4 gram. Garam
tersebut dipanaskan menghasilkan zat yang tersisa adalah 20,8 gram. Rumus kimia dari
garam berhidrat tersebut adalah… (Ar: Ba= 137; Cl= 35,5; O= 16; H= 1)
Jawab:
BaCl2.xH2O → BaCl2 + xH2O
24,4 g
20,8 g
3,6 g
Perbandingan, mol BaCl2: mol H2O = 0,05: 0,01
= 1: 2
Jadi, rumus kimia dari senyawa hidrat tersebut adalah BaCl2.2H2O.
SOAL LATIHAN
Kadar air kristal dalam suatu hidratdari Na2CO3 sebesar 14,5 %.
Tentukan rumus hidratnya! (Ar: Na= 23; C= 12; O= 16; H= 1)
F. KONSEP MOL
Jika Saudara mereaksikan satu atom
karbon (C) dengan satu molekul
oksigen (O2), akan terbentuk satu molekul CO2. Akan tetapi sebenarnya yang Saudara
reaksikan bukan satu atom karbon dengan satu molekul oksigen, melainkan sejumlah
besar atom karbon dan sejumlah besar molekul oksigen. Oleh karena itu, jumlah atom
atau jumlah molekul yang bereaksi begitu besarnya, maka untuk menyatakannya,
para ahli kimia menggunakan “mol” sebagai satuan jumlah partikel (molekul, atom,
atau ion).
Satu mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang mengandung partikel zat itu
sebanyak atom yang terdapat dalam 12,000 gram atom karbon-12.
Jadi, dalam satu mol suatu zat terdapat 6,022 x 1023 partikel. Nilai 6,022 x
1023 partikel per mol disebut sebagai tetapan Avogrado, dengan lambang L atau N.
Dalam kehidupan sehari – hari, mol dapat dianalogikan sebagai “lusin”. Apabila lusin
menyatakan jumlah 12 buah, mol menyatakan jumlah 6,022 x 1023 partikel zat.Kata
partikel pada NaCl, H2O, dan N2 dapat dinyatakan dengan ion dan molekul,
sedangkan pada unsur seperti Zn, C, dan Al dapat dinyatakan dengan atom.
Hubungan antara jumlah mol (n) dengan jumlah partikel, yang secara
matematik dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jumlah partikel= n x N
21
Di mana:
n= jumlah mol
N= bilangan Avogrado
Sehingga dapat dinyatakan pada gambar berikut:
Gambar 1.9. Skema hubungan antara jumlah mol dengan jumlah partikel
1. Massa Molar (Mr)
Massa satu mol zat dinamakan massa molar (lambang Mr). Besarnya massa
molar zat adalah massa atom relative atau massa molekul relative zat yang dinyatakan
dalam satuan gram per mol.
Massa molar= Mr atau Ar zat (g/mol)
Berikut ini merupakan tabel beberapa contoh massa molar beberapa zat.
Tabel 1.6. Massa Molar Beberapa Zat
Nama Zat
Rumus
Ar dan Mr
Massa Molar
Oksigen
O2
32
32 gram/mol
Karbon
C
12
12 gram/mol
Massa suatu zat merupakan perkalian massa molarnya (g/mol) dengan mol
zat tersebut (n). Jadi hubungan mol suatu zat dengan massanya dapat dinyatakan
sebagai berikut.
Massa molar
= massa: mol
Massa
= mol x Mr/Ar
22
2. Volume Molar (Vm)
Volume satu mol zat dalam wujud gas dinamakan volume molar, yang
dilambangkan dengan Vm.
Avogrado dalam percobaannya mendapat kesimpulan bahwa 1 L gas oksigen
o
pada 0 C dan tekanan 1 atm mempunyai massa 1,4286 gram atau dapat diyatakan
bahwa pada tekanan 1 atm:
1 L gas O2= 1,4286/32 mol
1 L gas O2= 1/22,4 mol
1 mol gas O2= 22,4 L
Berdasarkan Hukum Avogrado dapat disimpulkan sebagai berikut:
1 mol gas O2= 22,4 L
Sesuai dengan Hukum Avogrado yang menyatakan bahwa pada suhu dan
tekanan yang sama, volume gas yang sama mengandung jumlah molekul yang sama
atau banyaknya mol dari tiap–tiap gas volumenya sama. Berdasarkan hukum tersebut
berlaku volume 1 mol setiap gas dalam keadaan standar ( suhu 0 0C dan tekanan 1
atm) sebagai berikut.
Volume gas dalam keadaan standar= 22,4 L.
3. Volume Gas pada Keadaan Tidak Standar Persamaan Gas Ideal
Apabila
gas
yang
akan
diukur
bersifat
ideal,
persamaan
yang
menghubungkan jumlah mol (n) gas, tekanan, suhu, dan volume yaitu:
Hukum gas ideal: P.V= n.R.T
Di mana:
P = tekanan (satuan atmosfir, atm)
V = volume (satuan liter, L)
n = jumlah mol gas (satuan mol)
R = tetapan gas (0,08205 L.atm/mol K)
T = suhu mutlak ( satuan Kelvin K)
Dari persamaan gas ideal dapat diturunkan atau dalam bentuk lain menjadi
persamaan:
V=
n.R.T
P
P=
n.R.T
V
Untuk menentukan volume 1 mol gas ideal pada keadaan standar yaitu pada 1
atm dan 273 K adalah sebagai berikut:
23
n.R.T
P
atm
1 mol x 0,08205 L
K x 273 K
mol
=22,4 L
V=
1 atm
V=
Contoh soal 10:
Tentukan volume dari 8,8 gram gas CO2 yang diukur pada tekanan 2 atm dan suhu 30
o
C!
Jawab:
MolCO2 =
Volume CO2 =
massaCO2 8,8
=
= 0,2 mol
Mr CO2
44
nRT 0,2 x0,082x303
=
= 4,96 L
P
2
Dengan konversi gas pada suhu dan tekanan yang sama
Berdasarkan hukum Avogrado, perbandingan gas–gas yang jumlah molnya sama
memiliki volume sama. Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan berikut
ini:
V1 n1
=
V2 n2
Di mana:
N1= mol gas 1
V1= volume gas 1
N2= mol gas 2
V2= volume gas 2
Contoh soal 11:
Suatu gas metana (CH4) memiliki massa 8 gram dan diukur pada keadaan sama
dengan 6 gram gas NO yang mempunyai volume 10 L. Berapakah volume gas
metana tersebut? (Ar: H= 1, C= 12, N= 14, O= 16)
Jawab:
Mr CH4
= 16
Mol CH4
= 8/16 = 0,5 mol
Mol NO
= 6/20 = 0,1 mol
V1
=
V2
V1
10 L
V1
=
n1
n2
0,5 mol
0,1 mol
=
0,5 mol
0,1 mol
x 10 L
24
= 50 L
SOAL LATIHAN
1. Hitung jumlah partikel dari:
a. 0,1 mol tembaga
b. 2 mol gas nitrogen dioksida
c. 0,25 mol besi
d. 0,5 mol natrium klorida
2. Hitung jumlah mol dari:
a. 1,204 x 1023 atom karbon
b. 1,505 x 1022 molekul air
c. 3,01 x 1023 atom magnesium
d. 9,03 x 1021 molekul aluminium klorida
G. KONSENTRASI LARUTAN
1. Molaritas (M)
Kuantitas zat yang terdapat dalam suatu larutan dapat diketahui dengan
menggunakan konsentrasi larutan yang dinyatakan dalam molaritas (M).molaritas
tersebut menyatakan banyaknya mol zat dalam 1 liter larutan. Pernyataan tersebut
dapat dinyatakan dalam persamaan matematis sebagai berikut:
M=
massa 1000
x
V
Mr
Di mana:
M
= molaritas (M)
Massa
= dalam satuan gram
Mr
= massa molar (satuan g/mol)
V
= volume (satuan mL)
Contoh soal 12:
Tentukan molaritas apabila 8 gram NaOH dilarutkan dalam:
a. 4 L air
b. 500 mL air
25
Jawab:
Mr NaOH= 40 maka mol NaOH= 8/40= 0,2 mol
a. M
= mol x 1000/V= 0,1 x 1000/2000= 0,05 mol/L
b. M
= massa /Mr x 1000/V
= 8/40 x 1000/500
= 0,4 mol/L
2. Molalitas (m)
Molalitas (dilambangkan dengan m) menyatakan jumlah mol zat terlarut
dalam1000 gram pelarut dan dapat dirumuskan sebagai berikut:
molalitas=
mol zat terlarut
,𝑚
1000 gram pelarut
Contoh soal 13:
40 gram metil alkohol (Mr= 32) dilarutkan dalam 1750 gram air. Hitungmolalitas
larutan ini!
Jawab:
Jumlah mol zat terlarut= 40/32= 1,25 mol
Molalitas= 1,25/1,750= 0,714 m
3. Mol dan Fraksi Mol
1 mol mengandung sejumlah tertentu molekul-molekul, atom-atom, elektronelektronatau partikel-partikel khusus yang lain.
Dalam sistem satuan SI, 1 mol mengandung kira-kira 6,023 x 1023
molekul,dan disebut 1 gram mole (dengan notasi gmol). Dari sini kita dapat
mencariberapa
partikel
terdapat
dalam
1
kg
mol,
atau
dengan
sistim
TeknikAmerika/pound mole (dengan notasi 1 lbmol).
1 kg mol= 1000 mol mengandung 6,023 x 1023 molekul.
1 lbmol mengandung 6,023 x 454 x 1023 molekul.
Untuk mengkonversikan sejumlah mole ke massa, digunakan berat molekul
n gmol=
massa (g)
g
)
Mr (
gmol
26
n lbmol=
Fraksi mol dan % mol
massa (lb)
lb
)
Mr (
lbmol
Fraksi mol merupakan perbandingan mol antara zat terlarut dengan jumlah
molsemua komponen.
Fraksi mol A=
mol A
mol total campuran
%