Seperti yang kita ketahui bahwa air adalah salah satu senyawa paling sederhana dan paling dijumpai serta paling penting. Bangsa Yunani kuno menganggap air adalah salah satu dari empat unsur penyusun segala sesuatu (disamping, tanah, udara, dan api). Bagian terkecil dari air adalah molekul air. Molekul adalah partikel yang sangat kecil, sehingga jumlah molekul dalam segelas air melebihi jumlah halaman buku yang ada di bumi ini.

Stoikiometri behubungan dengan hubungan kuantitatif antar unsur dalam satu senyawa dan antar zat dalam suatu reaksi. Istilah itu berasal dari Yanani, yaitu dari kata stoicheion, yang berarti unsur dan mentron yang artinya mengukur. Dasar dari semua hitungan stoikiometri adalah pengetahuan tentang massa atom dan massa molekul. Oleh karena itu, stoikiometri akan dimulai dengan membahas upaya para ahli dalam penentuan massa atom dan massa molekul.

Pengertian Stoikiometri

Baca Cepat tampilkan

Dalam ilmu kimia, stoikiometri (/ˌstɔɪkiˈɒmᵻtri/) adalah ilmu yang mempelajari dan menghitung hubungan kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia (persamaan kimia). Kata ini berasal dari bahasa Yunani kuno στοιχεῖον stoicheion “elemen” dan μέτρον metron “pengukuran. Dalam bahasa Yunani patristik, kata Stoichiometria digunakan Nikephoros untuk merujuk pada jumlah baris dari Perjanjian Baru kanonik dan beberapa Apokrifa.

Rumus Stoikiometri

Stoikiometri didasarkan pada hukum-hukum dasar kimia, yaitu hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap, dan hukum perbandingan berganda. Stoikiometri diilustrasikan melalui gambar berikut, dengan persamaan reaksi setara:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Di sini, satu molekul metana bereaksi dengan dua molekul gas oksigen untuk menghasilkan satu molekul karbon dioksida dan dua molekul air. Persamaan kimia khusus ini adalah contoh pembakaran sempurna. Stoikiometri mengukur hubungan kuantitatif ini, dan digunakan untuk menentukan jumlah produk dan reaktan yang diproduksi atau dibutuhkan dalam reaksi yang diberikan. Menggambarkan hubungan kuantitatif antara zat-zat ketika mereka berpartisipasi dalam reaksi kimia dikenal sebagai stoikiometri reaksi. Dalam contoh di atas, stoikiometri reaksi mengukur hubungan antara metana dan oksigen ketika mereka bereaksi membentuk karbon dioksida dan air.

Karena hubungan mol yang diketahui dengan massa atom, rasio yang diperoleh dengan stoikiometri dapat digunakan untuk menentukan jumlah massa dalam suatu reaksi yang dijelaskan oleh persamaan yang setimbang. Hal ini disebut sebagai stoikiometri komposisi.

Stoikiometri gas berkaitan dengan reaksi yang melibatkan gas, di mana gas berada pada suhu, tekanan, dan volume yang diketahui dan dapat dianggap gas ideal. Untuk gas, rasio volume idealnya sama dengan hukum gas ideal, tetapi rasio massa dari reaksi tunggal harus dihitung dari massa molekul dari reaktan dan produk. Dalam praktiknya, karena keberadaan isotop, massa molar digunakan sebagai gantinya ketika menghitung rasio massa.

Tahap Awal Stoikiometri

Di awal kimia, aspek kuantitatif perubahan kimia, yakni stoikiometri reaksi kimia, tidak mendapat banyak perhatian. Bahkan saat perhatian telah diberikan, teknik dan alat percobaan tidak menghasilkan hasil yang benar.

Salah satu contoh melibatkan teori flogiston. Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat terbakar (dari zat yang terbakar). Zat ini yang kemudian disebut ”flogiston”. Berdasarkan teori ini, mereka mendefinisikan pembakaran sebagai pelepasan flogiston dari zat terbakar.

Perubahan massa kayu bila terbakar cocok dengan baik dengan teori ini. Namun, perubahan massa logam ketika dikalsinasi tidak cocok dengan teori ini. Walaupun demikian flogistonis menerima bahwa kedua proses tersebut pada dasarnya identik. Peningkatan massa logam terkalsinasi adalah merupakan fakta. Flogistonis berusaha menjelaskan anomali ini dengan menyatakan bahwa flogiston bermassa negatif.

Filsuf dari Flanders Jan Baptista van Helmont (1579-1644) melakukan percobaan “willow” yang terkenal. Ia menumbuhkan bibit willow setelah mengukur massa pot bunga dan tanahnya. Karena tidak ada perubahan massa pot bunga dan tanah saat benihnya tumbuh, ia menganggap bahwa massa yang didapatkan hanya karena air yang masuk ke bijih. Ia menyimpulkan bahwa “akar semua materi adalah air”.

Berdasarkan pandangan saat ini, hipotesis dan percobaannya jauh dari sempurna, tetapi teorinya adalah contoh yang baik dari sikap aspek kimia kuantitatif yang sedang tumbuh. Helmont mengenali pentingnya stoikiometri, dan jelas mendahului zamannya.

Di akhir abad 18, kimiawan Jerman Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) menemukan konsep ekuivalen (dalam istilah kimia modern ekuivalen kimia) dengan pengamatan teliti reaksi asam basa, yakni hubungan kuantitatif antara asam dan basa dalam reaksi penetralan. Ekuivalen Richter, atau yang sekarang disebut ekuivalen kimia, mengindikasikan sejumlah tertentu materi dalam reaksi.

Satu ekuivalen dalam netralisasi berkaitan dengan hubungan antara sejumlah asam dan sejumlah basa untuk mentralkannya. Pengetahuan yang tepat tentang ekuivalen sangat penting untuk menghasilkan sabun dan serbuk mesiu yang baik. Jadi, pengetahuan seperti ini sangat penting secara praktis.

Istilah stoikiometri pertama kali digunakan oleh Richter pada tahun 1792 ketika volume pertama Stoichiometry or the Art of Measuring the Chemical Elements karangan Richter diterbitkan.

Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa, dan memberikan dasar konsep ekuivalen dengan percobaannya yang akurat dan kreatif. Jadi, stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi metodologi dasar kimia. Semua hukum fundamental kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan stoikiometri. Hukum-hukum fundamental ini merupakan dasar teori atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.

Hukum Dasar Stoikiometri

Berikut ini terdapat beberapa hukum dasar stoikiometri, terdiri atas:

Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama

Contoh:

S + O 2 → SO 2

2 gr 32 gr 64 gr

Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Perbandingan massa unsur dalam tiap senyawa adalah tetap

Contoh:

H 2 O → massa H : massa O = 2 : 16 = 1 : 8

Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Jika dua unsur dapat membentuk dua senyawa atau lebih, dan massa salah satu unsur sama, perbandingan massa unsur kedua berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana

Contoh :

Unsur N dan O dapat membentuk senyawa NO dan NO 2
Dalam senyawa NO, massa N = massa O = 14 : 16
Dalam senyawa NO 2 , massa N = massa O = 14 : 32
Perbandingan massa N pada NO dan NO 2 sama maka perbandingan massa O = 16 : 32 = 1 : 2

Hukum Gay lussac (perbandingan volume)

Volume gas-gas yang bereaksi dengan volume gas-gas hasil reaksi akan berbanding sebagai bilangan ( koefisien ) bulat sederhana jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama .

Rumus :

Hukum Avogadro

Gas-gas dalam volume yang sama akan mempunyai jumlah molekul yang sama jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama . dalam 1 mol zat mengandung 6,02 x 10 23 partikel , yang disebut bilangan avogadro.

Rumus:

Konsep Mol

Terdiri atas:

Massa Atom Relatif

Perbandingan massa suatu atom terhadap massa suatu atom C12

Massa Molekul Relatif

Perbandingan massa suatu molekul terhadap massa suatu atom C12

Pengertian Mol

Mol menyatakan jumlah zat. Mol diperkenalkan untuk memudahkan kita menghubungkan antara ukuran massa, ukuran volum, dan jumlah partikel suatu zat. Mol adalah satuan zat.

1 mol suatu unsur menyatakan banyaknya unsur tersebut sehingga

massanya (dalam gram) sama dengan Ar-nya (massa atom relatifnya)
jumlah partikelnya sebanyak 6,02 × 1023 atom
jika wujudnya gas, volumnya dalam keadaan STP 22,4 liter Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat dikatakan bahwa:

Pada keadaan tidak standar, volum gas mengikuti persamaan:

P.V = n.R.T

Volume Molar

Volume satu mol zat dalam wujud gas dinamakan volume molar, yang dilambangkan dengan Vm. Berapakah volume molar gas? Bagaimana menghitung volume sejumlah tertentu gas pada suhu dan tekanan tertentu?

Avogadro dalam percobaannya mendapat kesimpulan bahwa 1 L gas oksigen pada suhu 0° C dan tekanan 1 atm mempunyai massa 1,4286 g, atau dapat dinyatakan 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

Maka, berdasarkan hukum Avogadro dapat disimpulkan :

Sesuai dengan hukum Avogadro 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, maka berlaku volume 1 mol setiap gas dalam keadaan standar (STP) :

STP (Standard Temperature and Pressure) adalah suatu keadaan dengan suhu 0oC dan tekanan 1 atm. Pada keadaan STP, volume molar gas (Vm) = 22,4 liter/mol. Perumusan volume sebagai berikut.

V = n mol x 22,4 L/mol

Keterangan :

V = volume gas

N = jumlah mol gas

Sementara itu, RTP (Room Temperature and Pressure) adalah suatu keadaan dengan suhu 25oC dan tekanan 1 atm. Pada keadaan RTP, volume molar gas (Vm) = 24 liter/mol.

Perumusan volume sebagai berikut:

V = n mol x 24 L/mol

Keterangan:

V = volume gas

N = jumlah mol gas

Molaritas

Molaritas menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam satu liter larutan. Dalam stoikiometri, istilah larutan berarti gabungan dari zat pelarut dan zat terlarut.

Perhatikan bahwa :

larutan = terlarut + pelarut

Molaritas (M) dirumuskan sebagai berikut:

Mengubah Gram Ke Mol

Stoikiometri tidak hanya digunakan untuk menyeimbangkan persamaan kimia tetapi juga digunakan dalam konversi, misalnya, mengubah dari gram ke mol menggunakan massa molar sebagai faktor konversi, atau dari gram ke mililiter menggunakan kerapatan (densitas). Misalnya, untuk menentukan jumlah NaCl (natrium klorida) dalam 2 gram senyawa ini, maka dapat dikonversi dengan jalan:

Dalam contoh di atas, ketika dituliskan dalam bentuk pecahan, satuan gram membentuk identitas multiplikatif, yang setara dengan satu (g/g = 1), dengan jumlah yang dihasilkan dalam mol (unit yang dibutuhkan), seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut:

Proporsi Molar

Stoikiometri sering digunakan untuk menyeimbangkan persamaan kimia (stoikiometri reaksi). Sebagai contoh, dua gas diatomik, hidrogen dan oksigen, dapat bergabung untuk membentuk cairan, air, dalam reaksi eksotermik, seperti dijelaskan oleh persamaan berikut ini:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Stoikiometri reaksi menggambarkan perbandingan molekul hidrogen, oksigen, dan air 2: 1: 2 dalam persamaan di atas.

Rasio molar memungkinkan konversi antara satu mol zat dan mol lainnya. Misalnya dalam reaksi

2 CH₃OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 4 H₂O

jumlah air yang akan dihasilkan oleh pembakaran 0.27 mol CH₃OH diperoleh dengan menggunakan rasio molar antara CH₃OH dan H₂O dari 2 menjadi 4.

Istilah stoikiometri juga sering digunakan untuk proporsi molar unsur-unsur dalam senyawa stoikiometris (stoikiometri komposisi). Misalnya, stoikiometri hidrogen dan oksigen dalam H₂O adalah 2:1. Dalam senyawa stoikiometris, the molar proportions are whole numbers.

Rasio Stoikiometris

Stoikiometri juga digunakan untuk menemukan jumlah yang tepat dari satu reaktan untuk “sepenuhnya” bereaksi dengan reaktan lain dalam reaksi kimia – yaitu, jumlah stoikiometris yang akan menghasilkan tidak ada reaktan sisa ketika reaksi berlangsung. Contoh ditunjukkan di bawah ini menggunakan reaksi termit,

Fe₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Fe

Persamaan ini menunjukkan bahwa 1 mol besi(III) oksida dan 2 mol aluminum akan menghasilkan 1 mol aluminium oksida dan 2 mol besi. Maka untuk tepat mereaksikan 85.0 g besi(III) oksida (0.532 mol), 28.7 g (1.06 mol) aluminium dibutuhkan.

Contoh Soal Stoikiometri

1. Jika 2,7 gram aluminium (Ar Al =27) dilarutkan dalam 500 ml larutan H₂SO₄ menghaslikan aluminium sulfat dan gas hidrogen. Maka molaritas H₂SO₄…

A. 0,3 M
B. 0,6 M
C. 0,03 M
D. 0,06 M
E. 0,9 M

Pembahasan soal:

Massa Al =

H₂SO₄ 500 mL = 0,5 L

Persamaan reaksi :

2 Al + 3 H₂SO₄→ Al₂ (SO₄)₃+ 3H₂

0,1 mol 3/2 x 0,1 = 0,15 mol

Jadi,

2. Jika diketahui massa atom relatif Ar : N = 14; H = 1 dan tetapan Avogadro = 6 × 10²³, dalam 8 gram N₂H₄ terdapat atom nitrogen sebanyak…

A. 3 × 10²³ atom
B. 6× 10²² atom
C. 9× 10²³ atom
D. 12× 10²³ atom
E. 15× 10²² atom

Pembahasan soal :

3. Sebanyak 10 gram padatan kalium klorat dipanaskan dalam wadah tertutup, sehingga terjadi reaksi sesuai persamaan :

2 KClO₃(s) → 2 KCl(s)+ 3 O₂(g)

Massa zat yang dihasilkan adalah….

A. lebih besar dari 25 gram
B. lebih besar dari 10 gram
C. sama dengan 10 gram
D. lebih kecil dari 25 gram
E. lebih kecil dari 10 gram

Pembahasan soal :

Massa zat yang dihasilkan padatan kalium klorat adalah sama dengan yang direaksikan.

Sesuai dengan hukum kekekalan massa “Dalam sistem tertutup, massa zat

sebelum dan sesudah reaksi adalah sama“.

Demikian penjelasan artikel diatas semoga dapat bermanfaat bagi semua pembaca setia kami… terimakasih…

Baca Juga Artikel Lainnya: