Konsep Mol Dan Perhitungan Kimia

KONSEP MOL DAN PERHITUNGAN KIMIA

Banyaknya partikel dinyatakan dalam satuan mol. Satuan mol sekarang dinyatakan sebagai jumlah par-tikel (atom, molekul, atau ion) dalam suatu zat. Para ahli sepakat bahwa satu mol zat mengandung jumlah partikel yang sama dengan jumlah partikel dalam 12,0 gram isotop C-12 yakni 6,02 x 10²³ partikel. Jumlah partikel ini disebut Bilangan Avogadro (NA = Number Avogadro) atau dalam bahasa Jerman Bilangan Loschmidt (L).

Jadi, definisi satu mol adalah sebagai berikut.

Satu mol zat menyatakan banyaknya zat yang mengan-dung  jumlah partikel yang sama dengan jumlah partikeldalam 12,0 gram isotop C-12.

Misalnya:

1. 1 mol unsur Na mengandung 6,02 x 10²³ atom Na.

2. 1 mol senyawa air mengandung 6,02 x 10²³ molekul air.

3. 1 mol senyawa ion NaCl mengandung 6,02 x 10²³ ion Na⁺ dan 6,02 x 10²³ ion Cl^–.

Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel

Hubungan mol dengan jumlah partikel dapat dirumuskan:

kuantitas (dalam mol) =  jumlah partikel / NA

                                                atau

                                    jumlah partikel = mol x NA

Contoh soal:

Suatu sampel mengandung 1,505 x 10²³ molekul Cl₂, berapa mol kandungan Cl₂ tersebut?

Jawab:

Kuantitas (dalam mol) Cl₂ =  jumlah partikel Cl₂ / NA

                                           =  1,505 x 10²³ / 6,02 x 10²³        

                                           = 0,25 mol

Hubungan Mol dengan Massa

Sebelum membahas hubungan mol dengan massa, kalian harus ingat terlebih dahulu tentang  Massa Atom Relatif (Ar) dan Massa Molekul Relatif (Mr). Masih ingat kan? Kalau begitu kita cek ingatan kalian dengan mengerjakan soal dibawah ini.

1. Hitung Mr H₂SO₄ (Ar H = 1, S = 32, dan O = 16)!
2. Diketahui massa atom relatif (Ar) beberapa unsur sebagai berikut.

    Ca = 40

    O  = 16

    H  = 1

Tentukan massa molekul relatif (Mr) senyawa Ca(OH)₂!

Sudah ingat kan? Maka kita langsung ke materi selanjutnya yaitu mengenai massa molar.

Massa molar menyatakan massa yang dimiliki oleh 1 mol zat, yang besarnya sama dengan Ar atau Mr.

Untuk unsur:

1 mol unsur = Ar gram, maka dapat dirumuskan:

Massa 1 mol zat = Ar zat dinyatakan dalam gram

                                    atau

Massa molar zat tersebut = besar Ar zat gram/mol

Untuk senyawa:

1 mol senyawa = Mr gram, maka dapat dirumuskan:

Massa 1mol zat = Mr zat dinyatakan dalam gram

                                    atau

Massa molar zat tersebut = besar Mr zat gram/mol

Jadi perbedaan antara massa molar dan massa molekul relatif adalah pada satuannya. Massa molar memiliki satuan gram/mol sedangkan massa molekul relatif tidak memiliki satuan.

Hubungan antara mol dengan massa adalah:

Kuantitas (dalam mol) = Massa senyawa atau unsur (gram) / Massa molar senyawa atau   unsur (gram/mol).

                                       

Hubungan Mol dengan Volume

a.      Gas pada keadaan standar

Pengukuran kuantitas gas tergantung suhu dan tekanan gas. Jika gas diukur pada keadaan standar, maka volumenya disebut volume molar. Volume molar adalah volume 1 mol gas yang diukur pada keadaan standar. Keadaan standar yaitu keadaan pada suhu 0 °C (atau 273 K) dan tekanan 1 atmosfer (atau 76 cmHg atau 760 mmHg) atau disingkat STP (Standard Temperature and Pressure).

Besarnya volume molar gas dapat ditentukan dengan persamaan gas ideal:  PV= nRT

P = tekanan = 1 atm

n = mol = 1 mol gas

T = suhu dalam Kelvin = 273 K

R= tetapan gas = 0,082 liter atm/mol K

Maka:

  P V = nRT

V =1 x 0,082 x 273

V = 22,389

V = 22,4 liter

Jadi, volume standar = V_STP = 22,4 Liter/mol.

Dapat dirumuskan:  V = n x V_m

n     = jumlah mol

V_m  =  V_STP = volume molar

Contoh soal:

1) Berapa kuantitas (dalam mol) gas hidrogen yang volumenya 6,72 liter, jika diukur pada suhu 0 °C dan tekanan 1 atm?

Jawab:

Kuantitas (dalam mol) H₂ =  volume H₂/ V_STP

                                           =   6,72 L / 22,4 mol/L                                                     

                                         =   0,3 mol

2) Hitung massa dari 4,48 liter gas C₂H₂ yang diukur pada keadaan standar!

Jawab:

Kuantitas (dalam mol) C₂H₂  = volume C₂H₂ / V_STP       

                                                =  4,48 / 22, 4

                                                = 0,2 mol

Massa C₂H₂ = mol x Massa molar C₂H₂

                   = 0,2 mol x 26 gram/mol

                   = 5,2 gram

3) Hitung volume dari 3,01 x 10²³ molekul NO₂ yang diukur pada suhu 0 °C dan tekanan 76 cmHg!

Jawab:

kuantitas (dalam mol) NO₂ = jumlah partikel /NA   

                                            =  3,01 x 10²³ partikel / 6,02 x 10²³ partikel/mol

                                            = 0,5 mol

Volume NO₂  = mol x V_STP

                        = 0,5 mol x 22,4 L/mol

                        = 11,2 liter

b.      Gas pada keadaan nonstandar

Jika volume gas diukur pada keadaan ATP (Am-bient Temperature and Pressure) atau lebih dikenal keadaan non–STP maka menggunakan rumus:

P V =  n R T

P = tekanan, satuan P adalah atmosfer (atm)

V = volume, satuan Vadalah liter

n  = mol, satuan nadalah mol

R  = tetapan gas = 0,082 liter atm / mol K

T  = suhu, satuan T adalah Kelvin (K)

Contoh soal:

Tentukan volume 1,7 gram gas amonia yang diukur pada suhu 27 °C dan tekanan 76 cmHg!

Jawab:

n = massa amonia / massa molar amonia     

  =   1,7 gram / 17 gram/mol

  = 0,1 mol

P               = (76 cmHg / 76 cmHg)   x 1 atm = 1 atm                

T               = (t + 273) K = 27 + 273 = 300 K

P V           = n R T

1 atm × V = 0,1 mol × 0,082 L atm / mol K × 300 K

V              = 2,46 L

Hubungan mol dengan massa, bilangan Avogadro dan volume dapat diringkas dalam bagan dibawah ini.

Perhitungan Kimia dalam Reaksi Kimia

Pada materi sebelumnya telah dijelaskan bahwa perbandingan koefisien menyatakan perbandingan jumlah partikel dan perbandingan volume, sedangkan mol merupakan jumlah partikel dibagi bilangan Avogadro. Perbandingan koefisien menyatakan perbandingan jumlah partikel, maka perbandingan koefisien juga merupakan perbandingan mol.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa:

Perbandingan koefisien = perbandingan volume

                                       = perbandingan jumlah partikel

                                       = perbandingan mol

Misalnya pada reaksi: N_2(g) + 3 H_2(g)  →   NH_3(g)

a. Perbandingan volume N_2(g): H_2(g: NH_3(g)= 1 : 3 : 2

b. Perbandingan jumlah partikel N_2(g) : H_2(g)  : NH_3(g) = 1 : 3 : 2

c. Perbandingan mol N_2(g) : H_2(g)  : NH_3(g) = 1 : 3 : 2

Contoh Soal

a. Pada reaksi pembentukan gas amonia (NH₃) dari gas nitrogen dan hidrogen, jika gas nitrogen yang direaksikan adalah 6 mol, maka tentukan:

1) jumlah mol gas hidrogen yang diperlukan;

2) jumlah mol gas amonia yang dihasilkan!

Jawab:

1) N_2(g) + 3 H_2(g)   →    2 NH_3(g)

    Mol H₂ = ( koefisien H₂ / koefisien N₂ ) x  mol N₂

                 = (3/1) x 6 = 18 mol

2) mol NH₃ = (koefisien NH₃ / koefisien N₂) x mol N₂

                    = (2/1) x 6 = 12 mol

Pereaksi pembatas

Jika di dalam sebuah kotak tersedia 6 mur dan 10 baut, maka kita dapat membuat 6 pasang mur-baut. Baut tersisa 4 buah, sedangkan mur telah habis. Dalam reaksi kimia, jika perbandingan mol zat-zat pereaksi tidak sama dengan perbandingan koefisiennya, maka ada pereaksi yang habis terlebih dulu. Pereaksi seperti ini disebut pereaksi pembatas.

Contoh soal:

Pada reaksi 0,5 mol gas N₂ dengan 2,5 mol gas H₂ menurut persamaan reaksi:

N_2(g) + 3 H_2(g)   →    2 NH_3(g)

Tentukan:

a. pereaksi pembatasnya;

b. berapa gram zat yang tersisa?

(Ar N = 14 dan H = 1)!

Jawab:

Mencari mol pereaksi yang bersisa dan yang habis bereaksi

                          N_2(g)     +        3 H_2(g)      

Mula-mula       : 0,5 mol          2,5 mol

Yang bereaksi : 0,5 mol          1,5 mol

Setelah reaksi  : 0 mol             1,0 mol

Pereaksi yang bersisa adalah H₂ sebanyak 1,0 mol

Massa H₂ yang sisa     = mol sisa x Mr

                                    = 1,0 × 2

                                    = 2 gram

 Kadar Zat

Pada saat adikmu sakit panas, ibumu menyuruh mem-beli alkohol 70% di apotik. Apakah kamu tahu apa artinya alkohol 70%? Maksudnya dalam 100 mL larutan mengandung 70 mL alkohol dan 30 mL air. Begitu pula jika kamu membeli suatu produk makanan kemasan yang mengandung vitamin C 1%. Maksudnya dalam 100 gram makanan mengandung 1 gram vitamin C. Kadar zat umumnya dinyatakan dalam persen massa (% massa). Untuk mendapatkan persen massa dapat menggunakan rumus:

% X dalam zat =  ( massa X / massa zat )   x 100%

Contoh soal:

1. Hitung massa kafein yang terkandung dalam secangkir kopi (200 gram) yang kadarnya 0,015%!

Jawab:

% massa kafein = (massa kafein / massa kopi) x 100%

0,015%              = (massa kafein / 200 ) x 100%

Massa kafein     = 0,03 %

         2. Tentukan persen C dalam glukosa (C₆H₁₂O₆), jika diketahui Ar C= 12, O= 16, dan H= 1!

Jawab:

% massa C = (( jumlah atom C x Ar C) / Mr glukosa) / 100%

                   = ((6 x 12) / 180) / 100 %

Rumus Empiris dan Rumus Molekul

Rumus kimia dibagi dua, yaitu rumus empiris dan rumus molekul. Rumus empiris adalah rumus kimia yang menggambarkan perbandingan mol terkecil dari atom-atom penyusun senyawa.

Salah satu cara menentukan rumus empiris dan rumus molekul dapat dilakukan langkah-langkah sebagai berikut.

Persen massa → mol setiap unsur → perbandingan mol dari unsur-unsur → data Mr → rumus empiris → rumus molekul.

Rumus molekul adalah rumus sebenarnya dari suatu senyawa. Rumus molekul dapat ditentukan jika massa molekul relatif diketahui. Contoh soal berikut ini merupakan salah satu cara menentukan rumus empiris dan rumus molekul.

Contoh soal:

Seorang teknisi kimia membakar 4,5 gram sampel senya-wa organik yang mengandung C, H, dan O. Jika gas oksigen yang digunakan murni ternyata menghasilkan 6,6 gram CO₂dan 2,7 gram H₂O. Tentukan:

1. rumus empiris senyawa organik tersebut (ArC = 12, O = 16, dan H = 1);

2. rumus molekul senyawa organik tersebut jika diketahui Mr-nya = 30!

Jawab:

1. Massa C dalam CO₂

  = (( jumlah atom C x Ar C) / Mr CO₂) x massa CO₂

         = ((1 x 12) / 44) x 6,6 gram = 1,8 gram

         Kuantitas (dalam mol) C

         = massa C / Ar C

         = 1,8 / 12 = 0,15 mol

         Massa H dalam H₂O

         = ((jumlah H x Ar H) / Mr H₂O) x massa H₂O

         = ((2 x 1) / 18) x 2,7 gram

         = 0,3 gram

         Kuantitas (dalam mol) H

         = massa H / Ar H

         = 0,3 / 1 = 0,3 mol

Massa O = massa sampel – massa C – massa H

               = 4,5 – 1,8 – 0,3 = 2,4 gram

Kuantitas (dalam mol) O

         = massa O / Ar O

         = 2,4 / 16 = 0,15 mol

Perbandingan mol C : mol H : mol O = 0,15 : 0,3 : 0,15

                                                            = 1 : 2 : 1

Jadi, rumus empiris senyawa karbon tersebut adalah CH₂O.

Rumus empiris = (CH₂O)n

maka: Mr = (CH₂O)n

            30 = (12 + (2 x 1) + 16)n

            30 = 30n

              n =1

Jadi, rumus molekul senyawa karbon tersebut adalah (CH₂O)₁= CH₂O atau asam formiat.

Garam Hidrat

Kamu tentu pernah mendengar gips (CaSO₄.2H₂O) yang digunakan untuk menyambung tulang atau garam inggris/ garam epsom (MgSO₄.7H₂O) yang digunakan untuk obat pencuci perut. Kedua senyawa tersebut merupakan contoh garam hidrat. Garam hidrat adalah garam yang mengikat air. Jika garam hidrat melepaskan air kristal yang terikat disebut garam anhidrat. Cara mencari jumlah air kristal yang terikat pada garam hidrat adalah dengan rumus:

x =  mol H₂O / mol garam hidrat

Contoh soal:

Sebanyak 8,6 gram garam hidrat dipanaskan hingga semua air kristalnya menguap dan membentuk 6,8 gram CaSO₄. Jika ArCa = 40, O = 16, S = 32, dan H = 1, maka tentukan

rumus garam hidrat tersebut!

Jawab:

Kuantitas CaSO₄ = massa CaSO₄ / Mr CaSO₄

                             = 6,8 / 136 = 0,05 mol

Massa air = massa garam hidrat – massa garam anhidrat

                = 8,6 – 6,8 = 1,8 gram

Kuantitas air    =  massa air / Mr air

                        = 1,8 / 18 = 0,1 mol

x       = mol H₂O / mol CaSO₄

         = 0,1 / 0,05

         = 2

Jadi, rumus garam hidratnya adalah CaSO₄. 2H₂O