Bab 4 : Stoikiometri

                                                   STOICHIOMETRY

Daftar Isi

1 Massa Relatif

1.1 Skala Massa Relatif

1.2 Massa isotop relatif

1.3 Massa Atom Relatif, Ar

1.4 Massa Molekul Relatif, Mr

1.5 Massa rumus Relatif

2 Mol dan Konstanta Avogadro

2.1 Mol

2.2 Konstanta Avogadro

2.3 Mol Gas

3 Penentuan Massa Atom Relatif dengan Spektrometri Massa

3.1 Spektrometer Massa

3.2 Spektra Massa Atom

4 Spektra Massa Molekul

5 Rumus Empiris dan Rumus Senyawa

6 Rumus Molekul

7 Rumus Empiris dan Mr Hidrokarbon

1. Massa Relatif

• Massa relatif atom, molekul, dan ion diperoleh dari membadingkannya dengan massa satu atom isotop karbon-12,

1. Skala Massa Relatif

• Massa relatif suatu partikel =12 x mass of the particle : mass of one atom of 12C

2. Massa isotop relatif

• Massa isotop relatif dari suatu isotop =12 x mass of one atom of the isotop : mass of one atom of 12C

• Massa isotop relatif dari isotop hampir sama dengan jumlah nukleonnya. Misalnya, massa isotop relatif 21Ne = 20,994 ≈ 21.

• Jumlah nueleon dari sebuah isotop dapat digunakan sebagai perkiraan massa isotop relatif untuk perhitungan.

3. Massa Atom Relatif, Ar

• Sebagian besar unsur terdiri dari campuran isotop. Rata-rata massa isotop relatif atom harus digunakan untuk perhitungan.

• Massa atom relatif suatu unsur.

Ar=12 x average mass of one atom of the element : mass of one atom of 12C

• Jika suatu unsur terdiri dari dua isotop, Y dan Z, massa atom relatif dari unsur tersebut.

• Kelimpahan isotop adalah persentase Isotop yang ditemukan dalam unsur yang terjadi secara alami.

Misalnya, kelimpahan 35C1 = 75,53%. Ini berarti bahwa 75,53% atom klor adalah 35C1.

• Massa atom relatif dapat dihitung dari banyaknya isotop. Jika suatu unsur terdiri dari dua isotop, Y dan Z, massa atom relatif dari unsur tersebut,

• Unsur buatan manusia seperti americium (Z = 95) dan technctium (Z = 43) tidak memiliki massa atom relatif. Unsur-unsur ini tidak ditemukan di Bumi. Isotop yang ada dalam sampel tergantung pada metode pembuatannya.

4. Massa Molekul Relatif, Mr

• Massa molekul relatif suatu zat molekul.

Mr=12 x average mass of one molecule of the substance : mass of one atom of 12C

• Massa molekul relatif = jumlah massa atom relatif dari semua atom yang ditunjukkan dalam rumus molekul

• Misalnya, massa molekul relatif H2O

= 1.008 + 1.008 + 15.999 = 18.015 = 18.02 (four significant figures).

5. Massa rumus Relatif

• Massa rumus relatif suatu zat

=12 x average mass of all the atoms in the formula : mass of one atom of 12C

• Massa rumus relatif = jumlah massa atom relatif dari semua atom yang ditunjukkan dalam rumus

Misalnya, massa rumus relatif CuSO4.5H2O

= 63.55 + 32.06 + 4(15.999) + 5(1.008 + 1.008 + 15.999) 

= 249.68 = 249.7 (empat angka signifikan).

• Dalam perhitungan massa rumus relatif ion, muatan ion diabaikan.

Misalnya, massa rumus relatif OH-

= 15.999 + 1.008 = 17.007 = 17.01 (empat angka signifikan).

2. Mol dan Konstanta Avogadro

1. Mol

• Satu mol zat adalah jumlah zat yang mengandung jumlah partikel yang sama dengan jumlah atom dalam 12 gram isotop 12C.

• Massa dari satu mol atom suatu unsur

= massa atom relatif unsur dalam gram = Ar gram

Ini dikenal sebagai massa molar unsur.

• Misalnya, massa atom relatif nitrogen = 14. Dengan demikian massa molar atom nitrogen adalah 14 g.

• Jumlah mol atom dalam suatu sampel unsur adalah

= mass in grams of the element : molar mass of the element

• Massa satu mol molekul suatu zat = massa molekul relatif zat dalam gram = Mr gram

Ini dikenal sebagai massa molar zat.

Misalnya, massa molekul relatif amonia, NH3 = 17. Oleh karena itu satu mol molekul amonia memiliki massa 17 g.

2. Konstanta Avogadro

• Jumlah partikel dalam satu mol zat apa pun adalah konstanta yang dikenal sebagai konstanta Avogadro (L).

• Konstanta Avogadro, L = 6.02 x 10-23 mol-1.

• Jumlah partikel dalam sampel = jumlah mol x konstanta Avogadro

• Konstanta Avogadro dapat ditemukan dari percobaan elektrolisis (lihat Bab 7).

• Hubungan antara mol dengan massa zat adalah

mol= mass in grams of the sample : molar mass of the substance

3. Mol Gas

• Volume gas yang sama, diukur pada kondisi suhu dan tekanan yang sama, mengandung jumlah mol yang sama (dan karenanya jumlah molekul yang sama). Ini dikenal sebagai hukum Avogadro.

• Misalnya, jumlah mol dan molekul dalam 10 cm3 O2 = jumlah mol dan molekul dalam 10 cm3 CH4.

• Pada s.t.p., satu mol molekul gas menempati volume 22,4 dm3. Volume ini dikenal sebagai volume molar gas

• S.t.p. berarti 'Suhu dan tekanan standar' - yaitu sekitar 101 kPa dan 273 K (0°C) (lihat Volume Gas Molar di Bab 5).

3. Penentuan Massa Atom Relatif dengan Spektrometri Massa

1. Spektrometer Massa

• Massa relatif atom ditentukan oleh spektrometer massa. Gambar 1.1 menunjukkan diagram yang disederhanakan dari spektrometer massa.

• Sampel unsur ditempatkan di ruang penguapan, di mana ia menguap menjadi atom gas.

• Atom-atom gas kemudian diionisasi oleh kawat panas di ruang ionisasi untuk menjadi ion positif gas.

• Dalam ruang akselerasi, ion positif dipercepat oleh medan listrik menuju pelat Y. Medan listrik ini dihasilkan oleh tegangan tinggi antara pelat X dan Y.

• Ion positif kemudian dibelokkan oleh medan magnet. Ion dengan massa kecil paling banyak dibelokkan dan muncul di dekat A dalam diagram. Ion dengan massa besar paling tidak dibelokkan dan muncul di dekat B dalam diagram.

• Detektor ion menentukan

1. di mana, pada AB, ion muncul, dan

2. berapa banyak ion yang muncul.

Data ini dimasukkan ke dalam komputer yang kemudian mencetak spektrum massa elemen (Gbr 1.2). Massa relatif dari ion (= massa isotop relatif dari atom) kemudian dapat dihitung.

• Dalam praktiknya, detektor ion disimpan dalam posisi tetap. Medan magnet bervariasi sehingga ion dari massa berbeda tiba di detektor pada waktu yang berbeda.

• Sebuah pompa mempertahankan kevakuman di dalam spektrometer massa karena setiap molekul udara di dalamnya akan menghalangi pergerakan ion.

2. PECTRUM MASSA ATOM

• Informasi berikut dapat diperoleh dari spektrum massa suatu unsur:

1. isotop yang ada dalam unsur;

2. massa isotop relatif dari masing-masing isotop;

3. kelimpahan setiap isotop.

Dengan informasi ini, massa atom relatif suatu unsur dapat dihitung.

• Contoh spektrum massa suatu unsur ditunjukkan pada Gambar 1.2, untuk unsur besi.

1. Spektrum massa besi menunjukkan bahwa besi alami terdiri dari empat isotop: 54Fe, 56Fe, 57Fe dan 58Fe.

Ketinggian setiap garis sebanding dengan kelimpahan setiap isotop. Dalam contoh ini, 56Fe adalah yang paling berlimpah dari empat isotop.

2. Dalam praktiknya, komputer juga akan mencetak massa isotop relatif relatif dan kelimpahan untuk setiap isotop (Tabel 1.1).

3. Informasi dalam Tabel 1.1 kemudian dapat digunakan untuk menghitung massa atom relatif besi:

4. Spektra Massa Molekul

• Ketika molekul suatu zat dianalisis dalam spektrometer massa, ion positif dihasilkan (seperti dari atom). Ion positif menghasilkan spektrum massa.

• Spektrum massa molekul mengandung dua jenis garis:

1. garis karena seluruh molekul. Garis ini adalah massa relatif terbesar yang merupakan massa molekul relatif.

2. garis lain yang dihasilkan dari fragmen molekul. Fragmen ini diproduksi ketika molekul pecah di dalam spektrometer massa.

• Spektrum massa etanol ditunjukkan pada Gambar 1.4.

1. Garis dengan massa terbesar (massa = 46) disebabkan oleh keseluruhan molekul. Karenanya, massa molekul relatif etanol = 46. Perhatikan bahwa garis ini memiliki kelimpahan kecil karena sebagian besar molekul terpecah menjadi fragmen-fragmen di dalam spektrometer massa.

2. Garis-garis lain dalam spektrum massa karena fragmen molekul etanol, diproduksi ketika molekul etanol pecah di ruang ionisasi. Fragmen terbentuk ketika satu atau lebih ikatan kovalen putus - seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.2.

• Jika salah satu unsur dalam molekul terdiri dari dua isotop atau lebih, maka lebih dari satu garis diproduksi oleh keseluruhan molekul.

• Contohnya adalah spektrum massa bromometana, CH3Br (Gambar 1.5). Karbon hampir semuanya 12C dan hidrogen hampir semuanya 1H. Tetapi bromine terdiri dari 79Br dan 81Br dengan kelimpahan sama Karena itu spektrum massa bromometana mengandung dua garis karena CH3Br:

5. Rumus Empiris dan Rumus Senyawa

• Rumus empiris suatu senyawa menunjukkan perbandingan atom-atom setiap unsur dalam senyawa. Contohnya adalah rumus empiris asam etanoat yaitu CH2O. Rumus ini menunjukkan bahwa asam etanoat terdiri dari unsur-unsur karbon, hidrogen dan oksigen dan bahwa atom-atomnya dalam rasio satu atom karbon: dua atom hidrogen; satu atom oksigen.

• Rumus empiris suatu senyawa dapat ditemukan dari massa unsur-unsur yang bergabung bersama. Jumlah mol atom dari setiap unsur yang bergabung bersama kemudian dapat dikalibrasi dari massa atom relatif. Rasio mol setiap unsur memberikan rumus empiris.

• Rumus empiris juga dapat ditemukan dari persentase komposisi suatu senyawa.

6. Rumus Molekul

• Banyak zat terdiri dari molekul. Molekul terdiri dari sejumlah kecil atom yang bergabung bersama oleh ikatan kovalen. Rumus molekul menunjukkan semua atom dari setiap unsur yang terkandung dalam satu molekul. Misalnya, rumus molekul butana adalah C4H10. Ini berarti satu molekul butana mengandung empat atom karbon dan sepuluh atom hidrogen. Perhatikan bahwa rumus empiris butana, yang hanya menunjukkan rasio atom, adalah C2H5.

Contoh-contoh rumus molekul meliputi H2O (air), H2, (gas hidrogen), CO2 (gas karbon dioksida) dan C2H4O2, (asam etanoat).

• Rumus molekul adalah kelipatan sederhana dari rumus empiris,

• rumus molekul = n x rumus empiris di mana n = 1,2,3 dll.

• Rumus molekul dapat dihitung dari data rumus empiris dan massa molekul relatif.

7. Rumus Empiris dan Mr Hidrokarbon

• Hidrokarbon terbakar dalam oksigen sesuai dengan persamaan berikut

CxHy(g) + ( x + y/4) O2(g) 🡪 xCO2(g) + y/2 H2O(g)

• Di bawah kondisi ruangan atau s.t.p., produk air adalah cairan. Oleh karena itu volume air dapat diabaikan dibandingkan dengan volume gas CxHy, O2 dan CO2 dalam persamaan.

• Volume gas yang sama, di bawah kondisi suhu dan tekanan yang sama, mengandung jumlah molekul yang sama. Oleh karena itu, jika 1 cm3 CxHy sepenuhnya dibakar dalam oksigen,

volume oksigen yang digunakan = (x + y/4) cm3

volume CO2 yang dihasilkan = x cm3

volume air yang dihasilkan (sebagai cairan) = 0 cm3

• Gas karbon dioksida dapat diserap sepenuhnya oleh soda kapur. Oleh karena itu ketika produk gas hasil pembakaran dilewatkan di atas soda kapur, penurunan volume gas = volume karbon dioksida.

Sumber : A Level Chemistry-JGR Brigs