Data Loading...
prototypemodulkimdas Flipbook PDF
prototypemodulkimdas
239 Views
12 Downloads
FLIP PDF 1.3MB
E-MODUL KIMIA DASAR I
e-Modul Kimia Dasar I
Massa Atom, Massa Molar, dan Rumus Senyawa
Oleh: Fitri Aldresti, S.Pd., M.Pd.
efsd
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS RIAU 2020
i
e-Modul Kimia Dasar I
ii
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat serta taufik dan hidayah-Nya. Sehingga penulis dapat menyelesaikan emodul Kimia Dasar I ini. Untuk menyelesaikan e-modul ini adalah suatu hal yang mustahil apabila penulis tidak mendapatkan bantuan dan kerja sama dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung hingga terselesaikannya makalah ini. Penulis berharap semoga e-modul ini bermanfaat bagi pembaca khususnya mahasiswa mata kuliah Kimia Dasar I. Apabila terdapat kekurangan dalam pembuatan bahan ajar ini penulis mohon kritik dan saran karena penulis menyadari e-modul ini masih jauh dari kesempurnaan.
Pekanbaru, Oktober 2020
Penulis
e-Modul Kimia Dasar I
iii DAFTAR ISI Kata Pengantar ................................................................................................................. ii Daftar Isi .........................................................................................................................iii I. Pendahuluan A. Standar Kompetensi............................................................................................... 4 B. Deskripsi Singkat ................................................................................................... 4 C. Waktu ..................................................................................................................... 4 D. Prasyarat ................................................................................................................ 4 E. Petunjuk Penggunaan Modul ................................................................................. 4 II. Kegiatan Pembelajaran ............................................................................................... 1 A. Massa Atom dan Massa Atom Relatif ................................................................... 6 1. Tujuan Pembelajaran ................................................................................... 6 2. Uraian Materi ............................................................................................... 6 3. Rangkuman ................................................................................................ 20 4. Tugas Individu ........................................................................................... 20 5. Tes Formatif I ............................................................................................ 21 Glosarium ...................................................................................................................... 21 Daftar Pustaka................................................................................................................ 22 Kunci Jawaban Tes Formatif ......................................................................................... 22
e-Modul Kimia Dasar I
4 PENDAHULUAN A. Capaian Pembelajaran Memahami hal-hal yang mendasari stoikiometeri, yaitu: hukum dasar kimia, atom dan molekul, konsep mol dan tetapan Avogadro, rumus senyawa, reaksi kimia serta kemolaran dan ekivalensi. B. Deskripsi Singkat E-modul ini membekali mahasiswa mengenai topik massa atom, massa molar, dan rumus senyawa. Pengetahuan massa sebuah atom adalah penting karena sangat berhubungan dengan pekerjaan di laboratorium dan industri. Tetapi atom merupakan partikel yang luar biasa sangat kecil sekali. Bahkan secuil debu terkecil yang masih terlihat mata mengandung sekitar 1016 atom. Bagaimana ilmuwan menggunakan akalnya untuk menentukan massa 1 atom? Dengan mengetahui massa atom kita dapat menentukan massa molar suatu senyawa. Dengan mengetahui massa molar suatu unsur atau senyawa kita dapat menentukan jumlah atom, atau molekul atau ion yang terdapat pada senyawa tersebut tanpa menghitungnya satu persatu. C. Waktu Alokasi waktu: 2 x 3 SKS ( 2x3x50 menit). D. Prasyarat Untuk mempelajari e-modul ini diharapkan mahasiswa telah memahami topik Materi dan Sifat-Sifatnya. E. Petunjuk Penggunaan Modul Agar e-modul ini dapat anda pahami, ikutilah petunjuk penggunaan e-modul berikut ini. 1. Pahamilah capaian pembelajaran pada e-modul, dan uraian materi pada setiap kegiatan pembelajaran. 2. Kerjakan latihan soal untuk lebih memahami materi yang diuraikan dalam setiap kegiatan pembelajaran.
e-Modul Kimia Dasar I
5 3. Kerjakan tes formatif yang terdapat di setiap akhir kegiatan pembelajaran ini untuk menguji ketercapaian tujuan pembelajaran. 4. Apabila anda telah memperoleh nilai di atas 80, silahkan lanjutkan ke e-modul selanjutnya.
e-Modul Kimia Dasar I
6 KEGIATAN PEMBELAJARAN A. Massa Atom, Massa Molar, dan Rumus Senyawa 1. Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari topik ini, maka: •
Mahasiswa mampu menjelaskan konsep massa atom, massa molar dan rumus senyawa.
•
Mahasiswa mampu menentukan massa atom rata-rata dari data spektroskopi massa
•
Mahasiswa mampu menentukan massa 1 mol unsur dan senyawa dari data massa atom
•
Mahasiswa mampu menentukan hubungan massa dengan mol suatu unsur dan senyawa
•
Mahasiswa mampumenganalisis hubungan subscript dan mol dalam rumus senyawa
•
Mahasiswa mampu menggunakan konsep mol pada perhitungan rumus senyawa.
•
Mahasiswa mampu menentukan kadar suatu unsur dalam suatu senyawa
2. Uraian Materi a.
Massa Atom dan Massa Atom Relatif Bagaimana cara menentukan berapa buah biji kacang hijau jika anda membeli
kacang hijau yang massanya 1 kg? (masyarakat lebih sering memakai istilah berat dibandingkan massa, yang betulnya massa)? Pertanyaan ini analog dengan berapa jumlah atom pada isotop C-12 jika massanya 12 g? Anda tidak mungkin menimbang secara langsung satu atom, bukan? Anda tidak mungkin bisa memegang dan menimbang secara langsung 1 atom, tetapi anda bisa memegang dan menimbang satu biji kacang hijau. Tidak ada timbangan untuk menimbang 1 atom!. Bagaimana ilmuwan menggunakan akalnya untuk menentukan massa 1 atom?
e-Modul Kimia Dasar I
7 Massa atom tergantung pada jumlah elektron, proton dan netron yang terdapat pada suatu atom. Pengetahuan massa sebuah atom adalah penting karena sangat berhubungan dengan pekerjaan di laboratorium dan industri. Tetapi atom merupakan partikel yang luar biasa sangat kecil sekali. Bahkan secuil debu terkecil yang masih terlihat mata mengandung sekitar 1016 atom ! Dengan demikian, jelas kita tidak dapat menimbang satu atom dengan timbangan analitik yang ada di laboratorium (satuan mg), tetapi adalah mungkin menentukan massa satu atom relatif dengan atom lainnya secara eksperimen. Massa sebuah atom sangat kecil. Bagaimana ilmuwan memperoleh datanya? Sebuah atom isotop Carbon-12 mempunyai massa 12 amu (atomic mass unit). Data ini diperoleh dari spektroskopi massa. Massa molar karbon-12 adalah 12 g (mengandung 6,02 x 1023 atom karbon-12). Berapa gramkah 1 amu? Timbangan yang tersedia di laboratorium dalam satuan mg atau g. Kita bekerja di laboratorium dalam skala g atau mg bahkan dalam skala ton dalam industri, bukan dalam skala amu. Bagaimana hubungan satuan “amu” dengan satuan “g”? Pada kegiatan 1 ini kita mempelajari rumus struktur, rumus formula, rumus molekul serta hubungannya dengan massa atom dan molekul. Hubungan ini akan membantu kita memahami komposisi unsur pada senyawa. Langkah pertama menentukan massa atom adalah menandai nilai massa satu atom dari unsur agar dapat digunakan sebagai standar.Persetujuan internasional, massa atom adalah massa dari atom dalam satuan “atomic mass unit”(amu). Satu amu didefinisikan sebagai massa dari seperduabelas massa satu atom Carbon-12.Dengan demikian dapat dikatakan bahwa massa atom relatif disingkat “Ar” adalah massa atom dibandingkan dengan 1/12 massa atom C-12. Secara matematika dapat ditulis sebagai berikut:
Dari persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa massa rata-rata atom X = Ar amu. Bagaimanakah cara menentukan massa rata-rata suatu atom? Massa atom rata-rata Jika kita melihat sistem periodik kita akan menemukan bahwa massa atom karbon tidak 12 amu tetapi 12,01 amu. Alasan perbedaan ini adalah kebanyakan unsur terjadi di
e-Modul Kimia Dasar I
8 alam (termasuk karbon) mempunyai lebih dari satu isotop. Ini berarti bahwa jika kita mengukur massa atom suatu unsur kita harus merata-ratakan massa campuran isotopnya yang terdapat di alam. Sebagai contoh secara alami kelimpahan isotop Carbon-12 yang ditemukan adalah 98,90%, sedangkan Carbon-13 adalah 1,10%. Dengan demikian, isotop Carbon-12 sangat jauh lebih banyak dibandingkan isotop Carbon-13 (Gambar 1). Massa atom Carbon-13 telah ditentukan yaitu 13,00335 amu, sedangkan massa atom Carbon-12 adalah 12,00000 amu. Dengan demikian, massa rata-rata atom Carbon adalah (0,9890 x 12,00000 amu) + (0,0110 x 13,00335 amu) = 12,01 amu. Ini penting untuk dimengerti arti massa atom Carbon 12,01 amu. Artinya adalah massa rata-rata satu atom Carbon adalah 12,01 amu. Yang ditemukan di alam adalah massa atom 12,00000 amu dan yang lainnya adalah 13,00334 amu dan tidak pernah ditemukan 12,01 amu. Dari mana data kelimpahan isotop dan massa isotop ditemukan?
Gambar 1. Lambang karbon dan isotop karbon
Metoda yang akurat untuk menentukan massa atom adalah dengan spektrometer massa. Pada spektrometer massa sampel dalam bentuk gas dihujani aliran elektron berenergi tinggi. Data yang keluar dari alat spektrometer massa adalah kelimpahan isotop dan massa isotop. Spektrometer massa pertama dikembangkan pada tahun 1920-an oleh ahli fisika Inggris FW Aston. Pada awalnya ditentukan keberadaan isotop Neon-20 (massa atom 19,9924 amu dan kelimpahan 90,92%) dan Neon-22 (massa atom 21,9914 amu dengan kelimpahan 8,82%). Ketika spektrometer massa yang lebih sensitif tersedia, hal yang mengejutkan ditemukan isotop Neon yang ke tiga dengan massa atom 20,9940 amu dengan kelimpahan 0,257%. (Gambar 2). Contoh ini mengilustrasikan begitu sangat penting eksperimen yang akurat. Eksperimen awalnya gagal mendeteksi Neon-21 karena kelimpahannya hanya 0,257%, artinya hanya 26 buah Ne-21 dalam 10.000 atom Ne. Bagaimana menentukan massa satu molekul? Massa molekul dapat ditemukan dengan cara yang mirip seperti menentukan massa atom yaitu menggunakan spektrometer
e-Modul Kimia Dasar I
9 massa. Massa molekul dapat juga dihitung dengan menjumlahkan massa atom yang terikat pada molekul tersebut. Contoh latihan ke-1 merupakan perhitungan yang berhubungan dengan kelimpahan isotop.
Gambar 2. Spektrum massa tiga isotop Ne (Changet al., 2011:69)
Massa atom banyak unsur telah ditentukan secara akurat dan dinyatakan dalam 5 sampai 6 angka bermakna. Pada sistem periodik dicantumkan massa atom relatif. Sistem periodik modern dapat diunduh pada perangkat android melalui aplikasi play store (buka play store ketik kata kunci “table periodic”, pilih tabel periodik 2019, dapat dipilih Sistem periodik terbaru). Pada sistem periodik tersebut massa atom rata-rata ditulis sampai 6 angka dibelakang koma. Lebih teliti bukan? Pada tabel sistem periodik yang dimuat di bagian belakang cover buku ini, massa atom ditulis hanya 3 sampai 4 angka bermakna (dua di belakang koma). Untuk penyerderhanaan, kata "massa rata-rata" tidak ditulis pada sistem periodik. Makna angka ini adalah massa rata-rata 1 atom unsur atau kita sederhanakan menjadi massa 1 atom unsur. Massa atom ini dibandingkan dengan massa 1/12 isotop C-12 sehinggan dinamakan massa atom relatif (Ar) Contoh Soal Latihan 1 Tembaga (Cu), merupakan logam yang telah dikenal sejak zaman dahulu (Gambar 3). Tembaga digunakan pada kabel listrik dan uang koin. Massa atom dari dua isotop stabil tembaga adalah Cu-63 (69,09 %) dan Cu65 (30,91%) berturut-turut adalah 62,93 amu dan
e-Modul Kimia Dasar I
10 64,9278 amu. Hitung massa rata-rata atom Cu. Berapakah massa atom relatifnya (Ar Cu)? Konsep Masing-masing isotop berkontribuasi ke massa atom rata-rata berdasarkan kelimpahannya (persentasenya) Strategi pemecahan Massa rata-rata atom Cu = (0,6909)(62,93 amu) + 0,3091)(64,9278 amu) = 63,55 amu
ArCu =
= 63,55
Penguatan konsep Massa rata-rata atom tentu massa diantara dua isotop tersebut. Massa rata-rata atom Cu tentu lebih dekat ke 62,93 amu dibandingkan ke 64,9278 amu. Massa atom relatif tidak punya satuan karena dibandingkan dengan 1/12 massa atom C-12.
Gambar 3. Tembaga (Cu) dan Struktur Ttembaga.
Pertanyaan lanjutan Tentukanlah massa 1 atom Cu. Tentukanlah massa 100 atom Cu. Tentukanlah massa 3,01 x 1023 atom Cu. Tentukanlah massa 6,01 x 1023 atom Cu . Tentukanlah massa 1 mol atom Cu. Tentukanlah massa 2 mol atom Cu.
b.
Bilangan Avogadro dan Massa Molar
Dalam situasi nyata di laboratorium dan industri, kita berurusan dengan makroskopik yaitu
zat
yang
dapat
dilihat dan dipegang sedangkan sampel mengandung
sejumlah besar atom. Oleh karena itu, mudah untuk memiliki satuan khusus yang menggambarkan sejumlah besar atom. Ide satuan yang merupakan notasi jumlah objek tertentu bukanlah halbaru. Sebagai contoh 1 pasang (2 item), 1 lusin (12 item), 1 gross (144 item), 1 kodi (20 item) dan 1 rim (500 item). Semua satuan ini sangat
kita
kenal. Ahli menggunakan satuan mole disingkat mol yang merupakan satuan SI untuk jumlah zat. Definisi SI mol merujuk ke jumlah atom yang terdapat tepat pada 12 g isotop Carbon-12. Berapakah angkanya? Angka sesungguhnya telah ditentukan secara eksperimen. Telah banyak eksperimen yang dilakukan untuk menentukannya. Angka
e-Modul Kimia Dasar I
11 yang baru-baru ini diterima adalah 6,0221415 x 1023, dibulatkan menjadi 6,022 x 1023. Angka ini dikenal sebagai bilangan Avogadro, penghargaan kepada ilmuwan Italia Amedeo Avogandro. Dengan demikian, 1 lusin jeruk terdapat 12 jeruk, 1 mol Carbon mengandung 6,022 x 1023 atom Ca, 1 mol tembaga mengandung 6,022 x 1023 atom Cu. Seberapa besar bilangan Avogadro sulit untuk dibayangkan. Sebagai ilustrasi 6,022 x 1023 jeruk dapat menutupi permukaan bumi yang tebalnya 9 mi ke udara! Menghitung 1 lusin jeruk sangat sebentar, tetapi berapa lama kita menghitung jeruk sebanyak 6,022 x 1023 jika setiap detik kita dapat menghitung hanya 10 jeruk? Dengan demikian, angka 6,022 x 1023 merupakan angka yang sangat besar dan sangat cocok digunakan sebagai satuan jumlah atom, molekul, ion yang ukurannya sangat kecil sekali. Gambar 4 memperlihatkan sampel yang mengandung 1 mol dari unsur dan senyawa.
Gambar 4. Satu mol O2, H2O dan NaCl (Brown et al.,2012:89).
Kita telah mengetahui bahwa massa 1 mol Carbon-12 adalah 12 g dan mengandung 6,022 x 1023 atom. Massa 1 mol Carbon-12 ini dinamakan massa molar. Lebih umum lagi dapat dinyatakan bahawa massa molar adalah massa 1 mol unsur atau massa 1 mol senyawa. Dari data spektrometer massa, massa 1 atom Natrium adalah 22,99 amu, tentu massa molarnya 22,99 g. Massa 1 atom Phophorus adalah 30,97 amu, tentu massa molarnya adalah 30,97 g. Dengan demikian, jika kita mengetahui massa 1 atom suatu unsur kita akan dapat menentukan massa molarnya (massa 1 mol ) unsur tersebut. Data massa 1 (satu) atom suatu unsur dapat dilihat pada sistem periodil modern.
e-Modul Kimia Dasar I
12 Dari data massa molar dan bilangan Avogadro, kita dapat menghitung massa 1 atom dalam satuan gram. Sebagai contoh kita mengetahui massa molar Carbon-12 adalah 12 g dan terdapat 6,022 x 1023 atom Carbon-12. Berapakah massa 1 atom Carbon-12 ? Pertanyaan ini analog dengan 1 kg jeruk terdapat 8 jeruk, berapa massa 1 jeruk? Dengan demikian, massa 1 atom Carbon-12 adalah
` Bagaimanakah hubungan “amu” dengan “gram”? Karena massa setiap atom Carbon-12 tepat 12 amu, maka hubungan amu dan gram adalah sebagai berikut
Dengan demikian,1 gram = 6,022 x 1023 amu
Dengan demikian, 1 gram = 6,022 x 1023 amu, tentu 1 amu =0,000 000 000 000 000 000 000 00166 gram. Seberapa besar 1 amu? Suatu kenyataan yang luar biasa. Angka yang sangat kecil. Tidak ada satu timbanganpun di dunia ini yang dapat menimbang 1 amu. Timbangan analitik yang terdapat di laboratorium hanya dapat menimbang benda dalam satuan mg dengan empat di belakang koma. Notasi bilangan Avogadro (1 mol X = 6,02 x 1023 atom X, atau 1 mol X= 6,02 x 1023 molekul X) dan massa molar (1 mol X = massa molar X) dapat digunakan sebagai faktor konversi. Faktor konversi ini menghubungkan antara massa dan mol dari atom dan antara mol dan jumlah atom atau jumlah molekul. Kita menggunakan faktor konversi dalam perhitungan, dimana X adalah simbol unsur.
Penggunaan faktor konversi ini dapat dilihat pada contoh latihan ke-2. Contoh Soal Latihan 2 Seng (Zn) adalah logam seperti perak yang digunakan untuk membuat kuningan dan diplating ke besi untuk
e-Modul Kimia Dasar I
13 mencegah korosi (Gambar 5). Berapa mol Zn pada 45,9 g Zn? (Ar Zn adalah 65,39). Konsep Apa arti Ar Zn=65,39? Artinya adalah 1. Massa 1 atom Zn = 65,39 amu Faktor konversinya adalah
atau
2. Massa 1 mol Zn = 65,39 g Apa faktor konvesi untuk mengubah g ke mol? Faktor konversi mana yang dipilih? Strategi pemecahan g Zn→ ? mol Zn 45,9 g Zn x Dengan demikian, 45,9 g Zn adalah 0,702 mol Zn Penguatan konsep 45,9 g Zn adalah lebih kecil dari massa molar Zn, kita memang mengharapkan hasil lebih kecil dari 1 mol. Pertanyaan kedua Berapa jumlah atom pada 45,9 g Zn? Konsep 1. mol Zn = 6,022x1023 atom Zn Faktor konversinya
atau Apa faktor konversi untuk mengubah mol ke atom ? Strategi Mol Zn→? Atom Zn 0,702 mol Zn x atom Zn
Penguatan konsep
Gambar 5. Seng (Zn) dan Struktur Kristalnya
e-Modul Kimia Dasar I
14 Jumlah 1 mol Zn adalah 6,022x1023 atom Zn. Karena jumlah atom Zn kurang dari satu mol, maka jumlah atomnya kurang dari 6,022x1023 buah. Pertanyaan lanjutan Berapa jumlah atom pada 0,5 mol Cu? Berapa mol 03,011 x 1023 atom Cu? Berapa jumlah atom pada 0,1 mol Cu? Berapa atom pada 1 mol Cu Berapa massa 1 mol Cu Berapa atom pada 10 mol Cu
c.
Hubungan subscript dengan Mol pada Rumus Molekul dan Rumus Senyawa Ahli kimia menggunakan rumus kimia (simbol kimia) untuk menyatakan
komposisi pada senyawa molekul dan senyawa ion. Pada setiap rumus kimia suatu senyawa tidak hanya menyatakan unsur yang terdapat dalam suatu senyawa tetapi juga menyatakan perbandingan atom-atom yangberikatan. Pada bagian ini kita terutama membahas dua tipe rumus kimia yaitu rumus molekul dan rumus empiris. Rumus senyawa ion merupakan rumus empiris. Dengan demikian, kita mengenal rumus molekul, rumus empiris dan rumus senyawa ion. Selain itu kita mengenal juga rumus struktur. Rumus molekul Suatu rumus molekul memperlihatkan secara pasti jumlah dari atom unsur yang berikatan membentuk molekul melalui ikatan kovalen. Sebagai contoh rumus molekul hidrogen adalah H2, rumus molekul oksigen adalah O2, rumus molekul ozon adalah O3, rumus molekul air adalah H2O. Oksigen dan ozon adalah allotrope yaitu molekul yang berbeda dari atom yang sama. Sifat ozon berbeda dengan oksigen. Contoh lain, allotrope adalah diamond dan grafit. Sifat diamond sangat berbeda dengan grafit. Agar mudah memahami rumus molekul kita menggunakan model molekul. Rumus molekul hidrogen peroksida, zat yang digunakan sebagai antiseptik dan sebagai zat pemutih untuk tekstil adalah H2O2. Formula ini menunjukkan bahwa setiap molekul peroksida terdiri dari 2 atom hidrogen dan 2 atom oksigen. Rasio atom hidrogen dengan atom oksigen dalam molekul ini adalah 2: 2 atau 1:1. Rumus empiris dari hidrogen peroksida adalah HO. Dengan demikian, rumus empiris memberi tahu kita atom-atom yang terikat dan rasio paling sederhana dari atomatomnya. Sebagai contoh lain, perhatikan senyawa hydrazine (N2H4), yang
e-Modul Kimia Dasar I
15 digunakan sebagai bahan bakar roket. Rumus empiris hydrazine adalah NH2. Meskipun rasio nitrogen terhadap hidrogen adalah 1:2 di kedua rumus molekul (N2H4) dan rumus empiris (NH2). Hanya rumus molekul hydrazine yang memberi tahu kita yang sebenarnya jumlah atom N (dua) dan atom H (empat) yang ada terikat pada 1 molekul hydrazine. Untuk kebanyakan molekul, rumus molekul dan rumus empiris adalah satu dan sama. Beberapa contoh adalah air (H2O), amonia (NH3), karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4). Rumus empiris adalah rumus kimia paling sederhana. Rumus ini ditulis dengan mengurangi subscript dalam rumus molekul ke bilangan bulat paling kecil.Rumus molekul adalah rumus yang memberitahu kita jumlah dan jenis atom yang sesungguhnya terikat pada suatu molekul. Jika kita mengetahui rumus molekulnya, kita dapat menentukan rumus empirisnya, tetapi tidak sebaliknya. Apakah perbedaan rumus empiris dengan rumus molekul? Rumus senyawa ion Senyawa ion yang berujud padat akan membentuk kristal dengan partikel-partikel terkecil ion positip dan ion negatip.Partikel-partikel ini bersusun selang seling melalui ikatan ion yang kuat. Setiap ion positip akan dikelilingi oleh ion negatif dan begitu pula sebaliknya Senyawa ion tidak terdiri dari satuan molekul terpisah. Senyawa ion, misalnya natrium klorida (NaCl) terdiri dari sejumlah ion Na+ dan ion Cl- yang sama. Ion-ion diatur dalam ruang tiga dimensi (Gambar13). Pada NaCl, rasio kation dan anion adalah 1:1 sehingga senyawa ini netral. Dengan demikian, NaCl adalah rumus empiris untuk natrium klorida. Dalam senyawa ionik lainnya,struktur sebenarnya mungkin berbeda, tetapi pengaturan kation dan anion adalah sedemikian rupa sehingga senyawa netral. Muatan pada kation dan anion tidak ditunjukkan dalam rumus senyawa ion. Agar senyawa ion menjadi netral secara listrik, jumlah muatan kation dan anion di setiap satuan rumus harus nol. Rumus senyawa ionik merupakan rumus paling sederhana yang dikenal dengan rumus empiris. Dengan demikian, subscript harus selalu direduksi menjadi rasio terkecil. Kita menggunakan istilah massa formula (massa rumus) untuk senyawa ion sebagai pengganti massa molekul untuk senyawa kovalen. Satuan formula NaCl terdiri dari 1 ion Na+ dan 1 ion Cl-. Dengan demikian, massa formula NaCl adalah massa satuan formula. Apakah hubungan subscript dengan mol pada senyawa ion dan rumus molekul? Marilah diperhatikan contoh latihan ke-3.
e-Modul Kimia Dasar I
16 Contoh Soal Latihan 3 Metana (CH4) adalah komponen utama gas alam (Gambar 12). Gas ini terdapat pada tabung gas elpiji. Berapakah mol karbon terdapat pada 32 g metana ? Konsep CH4 adalah rumus molekul 1 mol CH4 = 1 mol C + 4 mol H = 12 g + 4 g = 16 g Strategi pemecahan 32 g CH4→? mol CH4→? mol C
Penguatan konsep Subscript pada rumus molekul menunjukan perbandingan mol. Selalu perhatikan dengan seksama subscript pada rumus molekul. Pada CH4 terdapat 1 mol C dan 4 mol H. Jika C 2 mol tentu H 8 mol, jika C 10 mol tentu H 40 mol dan seterusnya.
Gambar 6. Gas Alam
Pertanyaan lanjutan Berapa mol hidrogen pada 32 g metana? Berapa g hidrogen pada 10 mol metana? Berapa atom C pada 32 g metana? Berapa gram karbon pada 8 g metana? Berapa atom hidrogen pada 8 g metana? Berapa mol hidrogen pada 8 g metana? Berapa atom hidrogen pada 16 g metana? Berapa mol karbon pada 4 g metana? Berapa mol C pada 1 molekul metana? Berapa atom H pada 1 molekul metana? Berapa atom C pada 2 molekul metana? Berapa persen massa C pada metana? Berapa persen massa H pada metana?
d.
Persen Komposisi Senyawa
Seperti yang telah kita lihat rumus suatu senyawa menceritakan jumlah atom dari setiap unsur pada satuan dari senyawa. Rumus senyawa memberikan informasi jumlah atom masing-masing unsur dalam satu satuan senyawa. Persen komposisi unsur dalam suatu senyawa dapat membuktikan kemurnian dari senyawa tersebut. Kita bisa menghitung berapa persendari total massa senyawa disumbangkan oleh masing-masing unsur dari rumus senyawa dan membandingkan hasilnya dengan komposisi persen yang diperoleh secara eksperimen. Persen komposisi suatu unsur pada suatu senyawa adalah
e-Modul Kimia Dasar I
17 persen massa dari setiap unsur pada senyawa tersebut. Komposisi persen diperoleh dengan membagi massa setiap unsur dengan massa molar dari senyawa dan mengalikan dengan 100 persen. Persen komposisi unsur pada peroksida dan vitamin C dimuat pada contoh latihan ke-4. Contoh Soal Latihan 3 Hidrogen peroksida (H2O2) adalah cairan bening, agak lebih kental dibandingkan air (Gambar 14). H2O2 merupakan oksidator kuat, memiliki sifat antibakteri, anti-jamur. Tentukanlah berapa persen hidrogen, berapa persen oksigen pada hidrogen peroksida? Konsep Subscript (indek) pada menunjukkan mol.
rumus
kimia
Perhatikan rumus peroksida dan struktur molekulnya. 1 mol H2O2 = 2 mol H + 2 mol O =
2(1,01) gram H + 2(16) gram
=
2,02 g H + 32 g O = 34,02 g
Stategi pemecahan Persentasi O tentu massa Oksigen dibagi massa keseluruhan dan dijadikan persen (perseratus). Begitu juga persentase H.
Penguatan konsep Jika kita menggunakan rumus empiris HO, kita memperoleh angka persentase komposisi massa yang sama. Hal ini karena rumus molekul dan rumus empiris menggambarkan persen kompo-sisi massa unsur. Dengan demikian, persen komposisi unsur pada suatu senyawa dapat menentukan rumus empiris. Pertanyaan lanjutan Asam cuka (CH3COOH) sering ditambahkan pada miso dan soto untuk menambah cita rasa. Tentukan komposisi
Gambar 7. Hidrogen Peroksida dan Struktur Molekulya
e-Modul Kimia Dasar I
18 dalam persen massa karbon, hidrogen dan oksigen pada asam cuka.
Pada kenyataannya kita dapat menghitung rumus empiris dari senyawa jika kita mengetahui persen komposisinya yang diperoleh secara eksperimen. Langkah-langkah menentukan rumus empiris adalah menentukan massa setiap unsur yang terdapat pada suatu senyawa, kemudian merubah angka tersebut ke mol dari setiap unsur pada senyawa tersebut. Bagaimana para ahli menentukan rumus empiris etanol menggunakan alat seperti pada Gambar 16? Ketika etanol dibakar dalam alat tersebut, CO2 dan H2O hasil pembakaran diserap oleh absorben pada pipa U. Kenaikan massa pipa U adalah massa CO2 dan H2O yang dihasilkan akibat pembakaran etanol.
Gambar 8. Alat menentukan rumus empiris etanol (Chang et al., 2011:73) Suatu eksperimen pembakaran 11,5 g etanol menghasilkan 22 g CO2 dan 13,5 gram H2O. Kita dapat menghitung massa karbon dan hidrogen yang berasal dari 11,5 g sampel sebagai berikut.
Dengan demikian, 11,5 g etanol mengandung 6,00 g C dan 1,51 H, tentu massa oksigen = massa sampel -(massa C + massa H) = 11,5 g- (6,00 g + 1,51 g)= 4,06
e-Modul Kimia Dasar I
19 Jumlah mol C H dan O adalah sebagai berikut
Subscript pada rumus kimia harus bilangan bulat dan sederhana. Angka mol di atas dibagi dengan angka terkecil yaitu 0,25. Oleh sebab itu, rumus empiris etanol
adalah C2H6O.
diartikan berdasarkan
rumus
Kata “empiris”pada “observasi
dan
rumus empiris dapat
pengukuran”. Dengan
demikian,
empiris ditentukan dari analisis komposisi unsur penyusun senyawa
secara eksperimen. Bagaimana menentukan rumus molekul? Data persen komposisi massa selalu menghasilkan rumus empiris karena subscript pada rumus empiris selalu bilangan
terkecildan
harus mengetahui
bulat. Untuk menentukan
rumus molekul kita
massa molar perkiraan dari senyawatersebut disamping
rumus empirisnya. Kita dapat menggunakan massa molar untuk menemukan rumus molekul seperti contoh berikut Contoh Soal Latihan 4 Suatu sampel senyawa mengandung 1,52 g Nitrogen (N) dan 3,47 g Oksigen (O). Massa molar senyawa ini antara 90 g dan 95 g. Tentukanlah rumus molekul senyawa tersebut. Konsep Untuk menentukan rumus molekul kita harus menentukan rumus empiris terlebih dahulu. Subscript menunjukkan mol pada rumus empiris dan rumus molekul Strategi pemecahan
Subscript pada formula N0,108O0,217 dijadikan bilangan bulat dan sederhana dengan cara membagi subscript dengan 0,108. Rumus empiris yang diperoleh adalah NO2
e-Modul Kimia Dasar I
20 Massa molar empiris adalah 14, 01 g + 2(16,00 g) = 46,01 g Perbandingan massa molar dengan massa molar empiris adalah
Dengan demikian, massa molarnya 2 kali massa molar empirisnya. Ini berarti ada 2 unit NO2. Dengan demikian, rumus molekulnya adalah N2O4. Massa molar sesungguhnya adalah 2 kali massa molar empiris yaitu 2x 46,01g = 92,02 g. Angka ini terletak antara 90 g dan 95 g. Massa molar adalah perkalian bilangan bulat dari massa molar empiris. Oleh sebab itu, perbandingan massa molar dengan massa molar empiris selalu bilangan bulat.
3. Rangkuman Definisi SI mol merujuk ke sejumlah atom yang terdapat tepat pada 12 g isotop Carbon12. Angka yang baru-baru ini diterima adalah 6,0221415 x 1023, dibulatkan menjadi 6,022 x 1023. Kita dapat mengetahui hubungan g dan amu (1 g = 6,022 x 1023 amu) berdasarkan data massa molar Carbon-12 adalah 12 g dan terdapat 6,022 x 1023 atom Carbon-12. Rumus empiris memberi tahu kita atom-atom yang terikat dan rasio paling sederhana dari atom-atomnya. Rumus molekul adalah rumus yang memberitahu kita jumlah dan jenis atom yang sesungguhnya terikat pada suatu molekul. Persen komposisi suatu unsur pada suatu senyawa adalah persen massa dari setiap unsur pada senyawa tersebut 4. Tugas Individu Setelah mempelajari materi dan contoh soal yang telah dipaparkan sebelumnya, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut. 1. Seberapa besar bilangan Avogadro? Jika anda dapat menghitung 10 biji beras setiap 1 detik, hitunglah: a. Berapa lama yang anda butuhkan untuk menghitung 100 buah beras? b. Berapa jam menghitung 1.000.000 biji beras? c. Berapa tahun menghitung 6,02 x 1023 buah biji beras? d. Cukupkah umur anda untuk menghitung jawaban c?
e-Modul Kimia Dasar I
21 2. Massa atom dua isotop stabil boron, B-10 (19,78%) dan B-11 (80,22%) berturut-turut adalah 10,0129 amu dan 11,0093 amu. Hitunglah massa rata-rata atom Boron 3. 2,5 gram sampel senyawa organik yang terdiri dari unsur C, H, O dan N dibakar, hasilnya ditampung dan dianalisa, ternyata menghasilkan 4,477 gram gas CO2 dan 1,5705 gram uap air. Dari 0,5gram sampel senyawa yang sama semua nitrogen diubah menjadi gas NH3, dan diperoleh volumenya 0,58 L pada keadaan dimana 3,2gram gas O2 mempunyai volume 10 L. Tentukan rumus empiris senyawa organik tersebut. Tes Formatif I Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar dan ! 1.
Sulfur adalah unsur nonlogam yang berwarna kuning. Bentuk paling umum Sulfur berada sebagai molekul oktatomik cyclo-S8. Pada batu bara dapat terkandung belerang. Ketika batu bara dibakar sulfur diubah ke sulfur oksida dan selanjutnya ke asam sulfat yang mengakibatkan fenomena hujan asam. Oleh sebab itu, batu bara yang mengandung sulfur dapat menurunkan nilai jualnya. Berapa atom terdapat pada 25,1 g Sulfur? Berapa molekul pada 25 g Sulfur
2.
Anda tentu pernah mencicipi kopi dan teh bukan? Pada teh dan kopi terdapat kafein atau trimethylxanthine (C8H10N4O2) suatu senyawa stimulan (Gambar 9). Hitunglah massa satu molekul kafein.
3.
Vitamin C (asam askorbat) dapat digunakan untuk penyobatan sariawan. Struktur molekul vitamin C dimuat pada Gambar 15. Komposisi vitamin C adalah 40,92 % karbon (C), 4,58% hidrogen (H), dan 54,50% (O). Tentukanlah rumus empirisnya.
Glosarium •
Massa atom adalah massa dari atom dalam satuan “atomic mass unit” (amu).
•
Satu amu didefinisikan sebagai massa dari seperduabelas massa satu atom Carbon12.
•
Rumus empiris adalah rumus yang menunjukkan jumlah dan tipe atom dalam senyawa dengan perbandingan terendah dan bilangan bulat.
e-Modul Kimia Dasar I
22 •
Rumus molekul adalah rumus yang menunjukkan jumlah dan jenis atom sesungguhnya pada molekul.
•
Massa molekul adalah jumlah massa atom pada molekul tersebut.
•
Massa molar molekul merupakan massa 1 mol molekul tersebut. Massa molar adalah massa 1 mol zat.
•
Rumus senyawa ionik merupakan rumus paling sederha-na yang dikenal dengan rumus empiris
Daftar Pustaka Brown,Theodore L; JR, H. Eugene Lemay; Bursten, Bruce E; Murphy, Catherine J; Woodward, Patrick M. (2012). Chemistry the Cental Science, 12th ed. USA: Pearson Education Inc. Chang, Raymond; Overby, Jason (2011). General Chemistry, The Essential Concept. New York: McGraw-Hill Gilbert JK, Treagust D (2009). Multiple Reprentation In Chemical Education. Springer. Holden NE and Bohlke (2011). IUPAC Periodic Table of The Isotop. Chemistry International. vol 33. No.4. Jespersen, Neil D; Brady, James E; Hyslop, Alison (2012). Chemistry, The Molecular Nature Of Matter. New York : John Wiley & Sons. Kunci Jawaban Tes Formatif I 1.
Konsep 1 mol S = 32,07 g S 1 mol S = 6,022 x 1023 atom S 1 mol S8 = 32,07 g x 8 = 256,56 g S8 1 mol S8 = 6,022 x 1023 molekul S8 Strategi Pemecahan g S → ? mol S→? atom S 25,1 g S x x 23 = 4,71 x 10 atom Dengan demikian, 4,71 x 1023 atom S terdapat pada 25,1 g Sulfur 25g S8 → ? mol S8→? Molekul S8 25,1 g S8 x
x
e-Modul Kimia Dasar I
23 = 0,59 x 1023 molekul S8 Dengan demikian, 0,59 x 1023 molekul S8 terdapat pada 25,1 g Sulfur
2.
Konsep Pada satu molekul C8H10N4O2 terdapat 8 atom, 10 atom H, 4 atom N dan 2 atom O. Strategi pemecahan Untuk menghitung massa molekul kita perlu jumlah massa dari atom-atom pada molekul tersebut. Massa 1 molekul C8H10N4O2 = 8(12,01 amu) + 10(1,008 amu) + 4(14,01 amu) + 2(16,00 amu) = 194,20 amu
3.
Konsep Subscript pada rumus kimia menunjukkan perbandingan mol. Subscript adalah bilangan bulat dan sederhana. Strategi pemecahan persen massa pada data diubah ke mol rumus empirisnya CxHyOz