Hukum Dasar Kimia di Sekitar Kita, Ciri, Jenis, Reaksi, Hukum dan Penyelesaian Kasus

Hukum Dasar Kimia di Sekitar Kita | Ciri-ciri, Jenis, dan Cara Menuliskan Reaksi Kimia | Empat Hukum Dasar Kimia | Hukum Dasar Kimia untuk Menyelesaikan Kasus dalam Kehidupan Sehari-Hari |

Ciri-Ciri, Jenis, dan Cara Menuliskan Reaksi Kimia

Perubahan Energi Panas dan Cahaya

Salah satu contohnya adalah reaksi pembakaran. Pengertian reaksi pembakaran yaitu reaksi antara bahan kimia dengan gas oksigen. Contoh reaksi pembakaran misalnya pembakaran fosfor (P₄) sebagai bahan pembuat kembang api. Sifat fosfor (P₄) sangat reaktif sehingga saat bertemu gas oksigen (O₂) langsung bereaksi menghasilkan panas dan cahaya terang. Mari kita lihat persamaan reaksi pembakaran fosfor.

1 P₄ (s) + 5 O₂ (g) à 2 P₂O₅ (g)

Persamaan reaksi kimia pembakaran fosfor tersebut belumlah setara karena jumlah atom-atom sejenis di sebelah kiri maupun sebelah kanan tanda panah tidak sama. Atom P di sebelah kiri tanda panah berjumlah empat, sedangkan di sebelah kanan berjumlah dua. Atom O di sebelah kiri tanda panah ada dua sedangkan di sebelah kanan ada lima.

Bila akan menuliskan persamaan reaksi setara, pastikan jumlah atomatom sebelum dan sesudah reaksi sama. Untuk itu kita dapat memberi koefisien reaksi yaitu angka yang terletak di depan setiap zat. Yang boleh kita ubah adalah koefisien reaksi namun rumus molekul tidak boleh berubah. Manakah koefisien reaksi? Perhatikan persamaan reaksi berikut.

1 P₄ (s) + 5 O2 (g) à 2 P₂O₅ (g)

Setelah menambahkan koefisien reaksi maka jumlah atom P baik di sebelah kiri maupun di sebelah kanan ada empat sedangkan jumlah atom O sebanyak sepuluh.

Perubahan Warna

Keadaan ini dijumpai misalnya pada reaksi perkaratan atau korosi pada benda yang terbuat dari besi. Sama ketentuannya dalam menulis persamaan reaksi kimia setara maka persamaan reaksi perkaratan pada besi adalah karena besi (Fe) bereaksi dengan gas Oksigen (O₂) dan air (H₂O) menghasilkan lapisan karat yang tipis dan berwarna kemerahan yaitu Fe₂O₃.xH₂O. Persamaan reaksi kimia setara ditulis sebagai berikut.

4 Fe (s) + 3 O₂ (g) + 2x H₂O (l) à 2 Fe₂O₃.xH₂O (s)

Melihat persamaan reaksi itu tentu Kalian sudah memahami yang manakah koefisien reaksi. Salah satu koefisien reaksi ditulis dengan huruf “x” di depan molekul H₂O. Huruf “x“ merupakan koefisien reaksi berupa angka yang besarnya sesuai dengan masing-masing rumus kimia senyawa karat.

Pembentukan Endapan

Contohnya adalah endapan berwarna putih (CaCO₃) yang ditemui pada reaksi air kapur (Ca(OH)₂) yang ditambahkan soda kue (NaHCO₃) ke dalamnya. Persamaan reaksi kimia lengkapnya adalah sebagai berikut.

Ca(OH)₂ (aq) + NaHCO₃ (s) à CaCO₃ (s) + NaOH (aq) + H₂O (l)

Timbulnya Gas

Contoh reaksi kimia yang menghasilkan gas antara lain gas karbon dioksida (CO₂) yang dijumpai saat melakukan fermentasi anaerob. Reaksi seperti ini dijumpai pada pembuatan pupuk organik cair. Persamaan reaksi kimia setaranya yaitu:

C₆H₁₂O₆ (l) à 2 C₂H₅OH (l) + 2 CO₂ (g)

Adapun reaksi pembusukan sampah organik dari sisa tanaman dan hewan oleh bakteri desulfovibrio atau desulfuromonas dilepaskan gas hidrogen sulfida (H₂S). Persamaan reaksi kimia yang setara ditulis sebagai berikut.

2 CH₂O (g) + 2 H⁺ (aq) + SO₄ ^2– (aq) à H₂S (g) + 2 CO₂ (g) + 2 H₂O (g)

Empat Hukum Dasar Kimia

Hasil percobaan dan kesimpulan yang sudah Kalian dapatkan itu adalah konsep reaksi pembakaran yang pernah dilakukan oleh ilmuwan bernama Robert Boyle. Meskipun terkenal dengan hukum Boyle yang membahas tentang gas, Boyle juga melakukan percobaan membakar logam magnesium. Hasil percobaan membuktikan bahwa massa hasil pembakaran (magnesium oksida) lebih besar ketimbang massa logam magnesium sebelum dibakar.

Selanjutnya Boyle meminta rekannya yang bernama Mikhail Lomonosov untuk mengulangi percobaan tersebut. Ternyata hasil percobaan sama dengan hasil yang sudah Boyle lakukan. Oleh karena itu pada tahun 1753 Lomonosov menyatakan bahwa teori flogiston salah.

Sebelum orang mengenal teori yang benar terkait reaksi pembakaran saat ini ternyata ada teori yang dipercayai oleh para ilmuwan pada masa itu selama lebih dari 100 tahun. Teori yang dimaksud adalah teori flogiston.

Pada tahun 1774, Joseph Priestley seorang ilmuwan berusaha membuktikan kebenaran teori flogiston dengan cara membakar logam merkuri. Hasil pembakaran berupa senyawa merkuri oksida yang kemudian dipanaskan lagi. Hasil pembakarannya adalah gas yang dinamai oleh Priestley yaitu deplogisticated gas yang sifatnya berbeda dari senyawa sebelumnya. Kendati demikian Priestly belum berhasil memahami hasil temuannya.

Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Pada tahun 1780-an, seorang ilmuwan Prancis Antoine Laviosier yang dikenal sebagai bapak kimia modern menyangkal keberadaan flogiston. Ia melakukan eksperimen dengan cara menggunakan deplogisticated gas hasil temuan Joseph Priestley. Antoine Lavoisier menamai deplogisticated gas sebagai gas oksigen. Laviosier menunjukkan bahwa proses pembakaran membutuhkan oksigen yaitu gas dengan massa tertentu yang dapat diukur dengan menimbang wadah tertutup. Oksigen terlibat dalam reaksi pembakaran. Kesimpulan dari eksperimennya menyatakan bahwa zat bernama flogiston dalam proses pembakaran itu tidak pernah ada.

Terkait perhitungan pada eksperimen Lavoisier ternyata gabungan massa merkuri dan oksigen sama dengan massa merkuri oksida. Berkat temuannya ini Lavoisier menjadi orang pertama yang mencetuskan prinsip kekekalan massa dalam reaksi kimia. Menurutnya reaksi kimia dapat menyusun ulang unsur-unsur yang ada dalam zat-zat yang bereaksi, tetapi tidak menghancurkan massa yang terlibat dalam reaksi tersebut. Jadi massa zat tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan. Hasil akhir reaksi menyatakan bahwa dalam ruang tertutup maka zat-zat akan memiliki massa yang sama dengan zat-zat penyusunnya. Inilah yang disebut Hukum kekekalan massa. Bagaimana perhitungannya? Ayo perhatikan contoh berikut.

Seorang siswa memanaskan 10 gram serbuk Zn dengan 2 gram serbuk belerang (S). Hasil percobaan menunjukkan bahwa terbentuk endapan hitam ZnS sebanyak 6,08 gram dan sisa serbuk Zn yang tidak bereaksi adalah 5,92 gram.

1. Tulislah persamaan reaksi kimia setara yang terjadi.
2. Ciri-ciri reaksi kimia yang manakah yang tepat untuk kasus ini?
3. Kesimpulan apakah yang Kalian peroleh?

Pembahasan:

1.  Zn (s) + S (s) à ZnS (s)
2. Perubahan warna
3. Zn (s) + S (s) à ZnS (s)

10 g 2 g 6,08 g

Sisa Zn adalah 5,92 g maka Zn yang bereaksi adalah (10 – 5,92) = 4,08 g

Massa zat sebelum bereaksi = (4,08 + 2) g = 6,08 g

Massa zat sesudah bereaksi = 6,08

Kesimpulan: dalam ruang tertutup maka massa zat baik sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.

Penemuan Lavoisier terhadap hukum kekekalan massa membawa revolusi kimia tentang pentingnya suatu pengukuran. Setelah Lavoisier mengemukakan hukum kekekalan massa yang ditulis dalam bukunya Traite Elementaire de Chimie maka ahli-ahli kimia mulai terinspirasi untuk menyelidiki aspek kuantitatif dari reaksi kimia. Dengan demikian lahirlah hukum kimia berikutnya yaitu hukum perbandingan tetap.

Massa Atom Relatif dan Massa Molekul Relatif

Atom berukuran sangat kecil sehingga kita tidak bisa menimbang sebuah atom. Meski demikian kita bisa menentukan massa atom suatu unsur dengan cara membandingkannya dengan atom unsur yang lain. Oleh karena itu diperlukan unsur yang dapat dijadikan pembanding.

Dengan demikian massa atom suatu unsur mempunyai istilah massa atom relatif yang diberi notasi Ar. Massa atom relatif merupakan massa atom rata-rata unsur tersebut terhadap 1/12 massa atom C dengan nomor atom 12. Jadi Ar merupakan perbandingan. Dalam bentuk persamaan matematis ditulis sebagai berikut.

Ar = massa rata-rata atom unsur X/ 1/12 massa atom unsur C-12

Menurut Dalton, baik atom-atom sejenis maupun yang berbeda jenis dapat bergabung membentuk molekul. Nah jika demikian maka bagaimana caranya menentukan masa molekul? Dalam hal ini yang dihitung adalah massa molekul relatif yang diberi notasi Mr. Perhatikan molekul air (H₂O) yang disusun dari 2 atom H dan 1 atom O. Atom H memiliki Ar 1 sedangkan atom O mempunyai Ar 16 sehingga jika Kalian gabungkan diperoleh perhitungan berikut.

Mr = 2 × Ar H + 1 × Ar O

= 2 × (1) + 1 (16)

 = 18

Hubungan massa satu mol zat terhadap massa molekul rata-rata relatif

Terkait hubungan massa satu mol zat terhadap massa molekul relatif rata-rata zat tersebut mari kita pelajari sifat lain dari bilangan Avogadro yang sudah diulas pada bagian terdahulu. Perhatikan contoh berikut.

Contoh 1

Berapakah massa 2 mol air jika diketahui Ar H = 1 dan Ar O = 16? Uraian jawaban Massa molekul relatif rata-rata dari air (H2O) dihitung sebagai berikut.

Mr H2O = 2 × Ar H + 1 × Ar O

= 2 × 1 + 1 × 16 = 18 (tanpa satuan)

Maka massa satu mol air adalah 18 gram.

Jadi massa 2 mol air adalah 2 × 18 = 36 gram.

Contoh 2

Berapakah jumlah mol dari 138 gram C₂H₅OH jika diketahui bahwa Ar H=1; Ar C=12; Ar O =16.

Uraian jawaban Mr C₂H₅OH = 2 × Ar C + 6 × Ar H + 1 × Ar O

= 2 × 12 + 6 × 1 + 1 × 16 = 46 (tanpa satuan)

Jika massa satu mol C₂H₅OH adalah 46 gram maka sebanyak 138 gram C₂H₅OH adalah 3 mol.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa: 1 mol zat setara dengan Ar atau Mr zat

Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Setelah mengingat kembali massa atom mari kita mempelajari hukum dasar kimia selanjutnya yaitu Hukum perbandingan tetap yang dikemukakan oleh Joseph Proust. Hukum ini lahir dari eksperimen terhadap air yang massa atom hidrogen dan massa atom oksigennya diubah-ubah. Jika 9 gram air terurai maka akan diperoleh 1 gram hidrogen dan 8 gram oksigen. Jika 18 gram air diuraikan maka akan dihasilkan 2 gram hidrogen dan 16 gram oksigen. Demikian juga jika 2 gram hidrogen dicampur dengan 8 gram oksigen lalu campuran dibakar maka didapatkan 9 gram air dan sisa hidrogen yang tidak bereaksi sebesar 1 gram. Hasil eksperimen Proust menyatakan bahwa pada berbagai massa hidrogen dan massa oksigen yang bereaksi maka perbandingan massa atom H terhadap massa atom O selalu 1 : 8.

Karbon dioksida terdiri dari satu atom karbon dan dua atom oksigen. Jika massa atom karbon adalah 12 dan massa oksigen adalah 32 maka berapa perbandingan massa atom karbon terhadap oksigen. Perhatikan contoh perhitungan berikut.

Sebanyak 2,8 gram kalsium oksida dihasilkan dari pemanasan batu kapur yang mengandung 0,8 gram oksigen. Saat 1 gram oksigen direaksikan dengan kalsium maka 3,5 gram kalsium oksida diperoleh. Buktikan bahwa keadaan ini memenuhi hukum perbandingan tetap.

Pembahasan

1. Percobaan : 1. Massa kalsium oksida (g) : 2,8. Massa oksigen (g) : 0,8. Massa kalsium (g) : 2,8 – 0,8 = 2. Perbandingan kalsium : oksigen : 2 : 0,8 = 2,5
2. Percobaan : 2. Massa kalsium oksida (g) : 3,5. Massa oksigen (g) : 1. Massa kalsium (g) : 3,5 – 1 = 2,5. Perbandingan kalsium : oksigen : 2,5 : 1 = 2,5

Terbukti bahwa perbandingan massa unsur-unsur yang menyusun kalsium oksida yaitu unsur kalsium dan unsur oksigen berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana yaitu 2,5 : 2,5 = 1 : 1.

Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Hukum perbandingan tetap didukung oleh teori atom Dalton. Teori yang dikemukakan oleh John Dalton ini menyatakan atom-atom sejenis membentuk unsur kimia. Unsur tidak dapat diuraikan melalui reaksi kimia. Sedangkan senyawa kimia disusun dari unsur-unsur yang berbeda. Adapun unsur-unsur yang sama dapat menyusun lebih dari satu senyawa yang berbeda. Pada aspek kuantitatif hukum perbandingan berganda merupakan pengembangan hukum perbandingan tetap. Hukum ini dikemukakan oleh Dalton sehingga dikenal sebagai Hukum Dalton. lihatlah contoh berikut.

Nitrogen membentuk beberapa senyawa dengan oksigen. Pada senyawa yang disebut gas tertawa bahwa 2,62 gram nitrogen bergabung dengan 1,50 gram oksigen. Sementara pada senyawa polutan, sebanyak 0,655 gram nitrogen bergabung dengan 1,50 gram oksigen. Tunjukkan bahwa data-data ini menunjukkan hukum perbandingan berganda!

Pembahasan

1. Senyawa: 1. Nama senyawa : Gas tertawa. Massa N (g) : 2,62. Massa O (g) : 1,50
2. Senyawa : 2. Nama senyawa : Senyawa polutan. Massa N (g) :  0,655. Massa O (g) : 1,50

Senyawa 1: perbandingan massa N : massa O = 2,62 : 1,5

Senyawa 2: perbandingan massa N : massa O = 0,655 : 1,5

Dari kedua senyawa tersebut terlihat bahwa: Perbandingan massa atom O senyawa 1 terhadap massa atom O senyawa 2 = 1,5 : 1,5 = 1 : 1

Perbandingan massa atom N pada senyawa 1 terhadap massa atom N senyawa 2 = 2,62 : 0,655 = 1 : 4 merupakan bilangan bulat dan sederhana.

Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac) Perkembangan hukum dasar kimia berikutnya dikemukakan oleh Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850) ahli kimia dari Perancis. Dalam eksperimennya ia menemukan bahwa 199,89 bagian volume hidrogen dikonsumsi untuk setiap 100 bagian volume oksigen. Oleh karena itu perbandingan volume gas hidrogen terhadap gas oksigen saat membentuk uap air adalah 2 : 1 sesuai persamaan berikut.

Hidrogen + Oksigen à air

2 H₂ (g) + 1 O₂ (g) à 2 H₂O (g)

2 volume 1 volume

Rasio bilangan bulat yang serupa untuk reaksi antara pasangan gas lainnya juga menjadi bagian dari penemuan Gay Lussac.

Contoh 1

Gas hidrogen klorida (HCl) bereaksi dengan gas amonia (NH3) dalam perbandingan volume 1 : 1 menghasilkan uap amonium klorida menurut persamaan reaksi:

hidrogen klorida + amonia à amonium klorida

1 HCl (g) + 1 NH3 (g) à NH4Cl (g)

1 volume 1 volume

Contoh 2

Gas amonia mengalami penguraian saat dipanaskan maka akan dihasilkan tiga bagian volume hidrogen dan satu bagian volume nitrogen.

Amonia à hidrogen + nitrogen

2 NH3 (g) à 3 H2 (g) + 1 N2 (g)

3 volume 1 volume

Hukum Dasar Kimia untuk Menyelesaikan Kasus dalam Kehidupan Sehari-Hari

Pada bagian awal bab ini Kalian sudah membaca artikel tentang bagaimana lahan rawa pasang surut diubah menjadi hamparan padi. Lahan rawa memiliki tingkat keasaman tanah yang rendah sehingga tanaman sulit tumbuh di atasnya. Oleh karena itu keasaman tanah harus dinetralkan oleh kapur, contohnya dolomit. Kebutuhan kapur per hektar lahan dapat dihitung dengan cara menentukan terlebih dahulu tingkat keasaman tanah pada keadaan awal. Tingkat keasaman ini dinyatakan dalam pH. Apakah pH itu? Sebelum mengerjakan penyelesaian kasus tersebut ayo pelajari dan analisis informasi terkait pH atau tingkat keasaman pada bagian intisari berikut.

pH adalah ukuran untuk menyatakan tingkat keasaman dalam suatu larutan. Pada kasus ini air rawa adalah larutan. Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut.

1. Alat ukur untuk menentukan pH pada air rawa adalah pHmeter digital.
2. Cara penulisan pH adalah p ditulis sebagai huruf kecil sedangkan H ditulis sebagai huruf kapital. H singkatan dari ion Hidrogen (H+ ). Ion H adalah atom H yang melepaskan 1 elektron p singkatan dari Bahasa Jerman yaitu potenz yang artinya power atau kekuatan.
3. Skala pH dari angka 0 hingga 14 pada nilai Kair = 10–14. Skala pH tanpa satuan.
4. Nilai pH 7 merupakan keadaan netral sehingga pH di bawah 7 adalah kondisi asam sementara pH di atas 7 bersifat basa.
5. Tingkat keasaman dihitung berdasarkan jumlah ion hidrogen (H⁺ ) dalam larutan. Dalam hal ini pH mengukur jumlah ion hidrogen dari suatu molekul asam yang larut di dalamnya. Pada kasus ini molekul asam dalam air rawa dianggap asam humat yang diberi notasi umum misalnya HA. Asam humat melarutkan ion hidrogen (H⁺ ) ke dalam air rawa.
6. Jumlah ion hidrogen dinyatakan dalam satuan M (molar). Molar merupakan konsentrasi larutan yang menyatakan jumlah mol zat yang terlarut dalam 1 liter larutan. Dalam hal ini larutan adalah air rawa. Sedangkan asam humat adalah zat yang terlarut dalam air rawa tersebut.
7. Untuk memudahkan penulisan maka tingkat keasaman dinyatakan dalam bentuk logaritma basis 10 dengan persamaan berikut. pH = – log [H⁺ ] [H⁺ ] = 10^–pH Misalnya jika pH = 2 maka: 2 = – log [H⁺ ] [H⁺ ] = 10^–2 M (artinya 0,01 mol ion hidrogen dalam 1 liter air rawa).