Stoikiometri: Perbedaan antara revisi

Konten dihapus Konten ditambahkan
k Bot: Perubahan kosmetika
Perapihan artikel
Baris 1:
[[Berkas:Combustion reaction of methane.jpg|jmpl|400px|Sebuah diagram stoikiometris mengenai reaksi [[pembakaran]] [[metana]].]]
{{refimprove}}
Dalam ilmu [[kimia]], '''stoikiometri''' (kadang disebut '''stoikiometri reaksi''' untuk membedakannya dari ''[[stoikiometri komposisi]]''{{IPAc-en|ˌ|s|t|ɔɪ|k|i|ˈ|ɒ|m|ᵻ|t|r|i}}) adalah ilmu yang mempelajari dan menghitung hubungan kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia ([[persamaan kimia]]). Kata ini berasal dari [[bahasa Yunani kuno]] {{wiktgrc|στοιχεῖον}} ''stoikheionstoicheion'' ("elemen)" dan {{wiktgrc|μέτρον}} ''metriāmetron'' (ukuran)"pengukuran. Dalam bahasa Yunani [[patristik]], kata ''Stoichiometria'' digunakan [[Patriark Nikephoros I dari Konstantinopel|Nikephoros]] untuk merujuk pada jumlah baris dari [[Perjanjian Baru]] [[Kanon Alkitab|kanonik]] dan beberapa [[Apokrifa Alkitab|Apokrifa]].
 
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:
:{{chem|CH|4}} + 2 {{chem|O|2}} → {{chem|CO|2}} + 2 {{chem|H|2|O}}.
 
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.
Contoh:
<math>\rm{} \frac{2.00 \ g \ NaCl}{58.44 \ g \ NaCl \ mol^{-1}} = 0.034 \ mol</math>
 
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''.
<math>\rm{}\left(\frac{2.00 \ g \ NaCl}{1}\right)\left(\frac{1 \ mol \ NaCl}{58.44 \ g \ NaCl}\right) = 0.034 \ mol</math>
 
''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 relatif|massa molekul]] dari reaktan dan produk. Dalam praktiknya, karena keberadaan [[isotop]], [[massa molar]] digunakan sebagai gantinya ketika menghitung rasio massa.
<math>\rm{} \left(\frac{85 \ g \ Fe_2 O_3}{1}\right)\left(\frac{1 \ mol \ Fe_2 O_3}{160 \ g \ Fe_2 O_3}\right)\left(\frac{2 \ mol \ Al}{1 \ mol \ Fe_2 O_3}\right)\left(\frac{27 \ g \ Al}{1 \ mol \ Al}\right) = 28.6875 \ g \ Al</math>
 
== Definisi ==
Stoikiometri gas adalah suatu bentuk khusus, di mana reaktan dan produknya seluruhnya berupa gas. Dalam kasus ini, koefisien zat (yang menyatakan perbandingan [[mol]] dalam stoikiometri reaksi) juga sekaligus menyatakan perbandingan volume antara zat-zat yang terlibat.
Suatu '''jumlah stoikiometris''' <ref>''What’s in a Name? Amount of Substance, Chemical Amount, and Stoichiometric Amount'' Carmen J. Giunta Journal of Chemical Education 2016 93 (4), 583-586 {{DOI|10.1021/acs.jchemed.5b00690}}</ref> atau '''rasio stoikiometris''' dari suatu [[pereaksi]] adalah jumlah atau rasio optimal di mana, dengan asumsi bahwa reaksi berlangsung sampai selesai:
 
#Semua pereaksi dikonsumsi (habis bereaksi)
== Tahap Awal Stoikiometri ==
#Tidak ada kekurangan pereaksi
#Tidak ada kelebihan pereaksi (sisa)
 
== Tahap Awalawal Stoikiometristoikiometri ==
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 netralisasi. 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.
 
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.
 
== Massa Atom Relatif ==
 
Dalton mengenali bahwa penting untuk menentukan massa setiap atom karena massanya bervariasi untuk setiap jenis atom. Atom sangat kecil sehingga tidak mungkin menentukan massa satu atom. Maka ia memfokuskan pada nilai relatif massa dan membuat tabel massa atom (gambar 1.3) untuk pertamakalinya dalam sejarah manusia. Dalam tabelnya, massa unsur teringan, hidrogen ditetapkannya satu sebagai standar (H = 1). Massa atom adalah nilai relatif, artinya suatu rasio tanpa dimensi. Walaupun beberapa massa atomnya berbeda dengan nilai modern, sebagian besar nilai-nilai yang diusulkannya dalam rentang kecocokan dengan nilai saat ini. Hal ini menunjukkan bahwa ide dan percobaannya benar.
 
Kemudian kimiawan Swedia Jons Jacob Baron Berzelius (1779-1848) menentukan massa atom dengan oksigen sebagai standar (O = 100). Karena Berzelius mendapatkan nilai ini berdasarkan analisis oksida, ia mempunyai alasan yang jelas untuk memilih oksigen sebagai standar. Namun, standar hidrogen jelas lebih unggul dalam hal kesederhanaannya. Kini, setelah banyak diskusi dan modifikasi, standar karbon digunakan. Dalam metode ini, massa karbon 12C dengan 6 proton dan 6 neutron didefinisikan sebagai 12,0000. Massa atom dari suatu atom adalah massa relatif pada standar ini. Walaupun karbon telah dinyatakan sebagai standar, sebenarnya cara ini dapat dianggap sebagai standar hidrogen yang dimodifikasi.
 
Soal Latihan 1.1 Perubahan massa atom disebabkan perubahan standar. Hitung massa atom hidrogen dan karbon menurut standar Berzelius (O = 100). Jawablah dengan menggunakan satu tempat desimal.
 
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.
Jawab.
 
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 netralisasipenetralan]]. 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.
Massa atom hidrogen = 1 x (100/16) = 6,25 (6,3), massa atom karbon = 12 x (100/16)=75,0
 
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.<ref>{{cite book |last1=Richter |first1=J.B. |title=Anfangsgründe der Stöchyometrie … (in 3 vol.s) |trans-title=Rudiments of Stoichiometry … |date=1792 |publisher=Johann Friedrich Korn der Aeltere |location=Breslau and Hirschberg, (Germany) |volume= vol. 1 |page=121 |url=https://books.google.com/books?id=NhFQAAAAcAAJ&pg=RA1-PA121#v=onepage&q&f=false#v=onepage&q&f=false |language=German}} From p. 121: ''"Die Stöchyometrie (''Stöchyometria'') ist die Wissenschaft die quantitativen oder Massenverhältnisse … zu messen, in welchen die chemischen Elemente … gegen einander stehen."'' (Stoichiometry (''stoichiometria'') is the science of measuring the quantitative or mass relations in which the chemical "elements" exist in relation to each other.) [Catatan: pada hlm. 3–7, Richter menjelaskan bahwa "elemen" adalah zat murni, dan bahwa "elemen kimia" (''chymisches Element (Elementum chymicum)'') adalah zat yang tidak dapat diurai menjadi zat lain dengan cara fisik atau kimia yang dikenal. Jadi, misalnya, [[aluminium oksida]] adalah "unsur kimia" karena pada zaman Richter, senyawa tersebut tidak dapat diselesaikan lebih lanjut menjadi unsur-unsur penyusunnya.]</ref>
Massa atom hampir semua unsur sangat dekat dengan bilangan bulat, yakni kelipatan bulat massa atom hidrogen. Hal ini merupakan kosekuensi alami fakta bahwa massa atom hidrogen sama dengan massa proton, yang selanjutnya hampir sama dengan massa neutron, dan massa elektron sangat kecil hingga dapat diabaikan. Namun, sebagian besar unsur yang ada secara alami adalah campuran beberapa isotop, dan massa atom bergantung pada distribusi isotop. Misalnya, massa atom hidrogen dan oksigen adalah 1,00704 dan 15,9994. Massa atom oksigen sangat dekat dengan nilai 16 agak sedikit lebih kecil.
 
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.
Contoh Soal 1.2 Perhitungan massa atom. Hitung massa atom magnesium dengan menggunakan distribsui isotop berikut: 24Mg: 78,70%; 25Mg: 10,13%, 26Mg: 11,17%.
 
== Mengubah gram ke mol ==
Jawab:
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 [[mol|jumlah]] NaCl (natrium klorida) dalam 2 gram senyawa ini, maka dapat dikonversi dengan jalan:
 
:<math>\rm{} \frac{2.00 \mbox{ g \ NaCl}}{58.44 \mbox{ g \ NaCl \ mol}^{-1}} = 0.034 \ \text{mol}</math>
0,7870 x 24 + 0,1013 x 25 +0,1117 x 26 = 18,89+2,533+2,904 = 24,327(amu; lihat bab 1.3(e))
 
Dalam contoh di atas, ketika dituliskan dalam bentuk pecahan, satuan gram membentuk identitas multiplikatif, yang setara dengan satu (g/g&nbsp;=&nbsp;1), dengan jumlah yang dihasilkan dalam mol (unit yang dibutuhkan), seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut,
Massa atom Mg = 18,89 + 2,533 + 2,904 =24.327 (amu).
 
:<math>\rm{}\left(\frac{2.00 \mbox{ g \ NaCl}}{1}\right)\left(\frac{1 \mbox{ mol \ NaCl}}{58.44 \mbox{ g \ NaCl}}\right) = 0.034 \ \text{mol}</math>
Perbedaan kecil dari massa atom yang ditemukan di tabel periodik (24.305) hasil dari perbedaan cara dalam membulatkan angkanya.
 
== Proporsi molar ==
hitunglah massa dari gas metana 1,23 liter diukur pada suhu 25c dan tekanan 1 atm
Stoikiometri sering digunakan untuk menyeimbangkan persamaan kimia (stoikiometri reaksi). Sebagai contoh, dua gas [[molekul diatomik|diatomik]], [[hidrogen]] dan [[oksigen]], dapat bergabung untuk membentuk cairan, air, dalam [[reaksi eksoterm]]ik, seperti dijelaskan oleh persamaan berikut ini:
:2&nbsp;{{chem|H|2}} + {{chem|O|2}} → 2&nbsp;{{chem|H|2|O}}
 
Stoikiometri reaksi menggambarkan perbandingan molekul hidrogen, oksigen, dan air 2: 1: 2 dalam persamaan di atas.
== Kuantitas Materi dan Mol ==
 
Rasio molar memungkinkan konversi antara satu mol zat dan mol lainnya. Misalnya dalam reaksi
Metode kuantitatif yang paling cocok untuk mengungkapkan jumlah materi adalah jumlah partikel seperti atom, molekul yang menyusun materi yang sedang dibahas. Namun, untuk menghitung partikel atom atau molekul yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat sangat sukar. Alih-alih menghitung jumlah partikel secara langsung jumlah partikel, kita dapat menggunakan massa sejumlah tertentu partikel. Kemudian, bagaimana sejumlah tertentu bilangan dipilih? Untuk
:2&nbsp;{{chem|CH|3|OH}} + 3&nbsp;{{chem|O|2}} → 2&nbsp;{{chem|CO|2}} + 4&nbsp;{{chem|H|2|O}}
 
jumlah air yang akan dihasilkan oleh pembakaran 0.27 mol {{chem|CH|3|OH}} diperoleh dengan menggunakan rasio molar antara {{chem|CH|3|OH}} dan {{chem|H|2|O}} dari 2 menjadi 4.
menyingkat cerita, jumlah partikel dalam 22,4 L gas pada STP (0℃, 1atm) dipilih sebagai jumlah standar. Bilangan ini disebut dengan bilangan Avogadro. Nama bilangan Loschmidt juga diusulkan untuk menghormati kimiawan Austria Joseph Loschmidt (1821-1895) yang pertama kali dengan percobaan (1865).
 
:<math>\left(\frac{0.27 \mbox{ mol }\mathrm{CH_3OH}}{1}\right)\left(\frac{4 \mbox{ mol }\mathrm{H_2O}}{2 \mbox{ mol } \mathrm{CH_3OH}}\right) = 0.54\ \text{mol }\mathrm{H_2O}</math>
Sejak 1962, menurut SI (Systeme Internationale) diputuskan bahwam dalam dunia kimia, mol digunakan sebagai satuan jumlah materi. Bilangan Avogadro didefinisikan jumlah atom karbon dalam 12 g 126C dan dinamakan ulang konstanta Avogadro.
 
Istilah stoikiometri juga sering digunakan untuk proporsi [[mol]]ar unsur-unsur dalam senyawa stoikiometris (stoikiometri komposisi). Misalnya, stoikiometri hidrogen dan oksigen dalam H<sub>2</sub>O adalah 2:1. Dalam senyawa stoikiometris, the molar proportions are whole numbers.
Ada beberapa definisi “mol”:
 
== Rasio stoikiometris ==
(i) Jumlah materi yang mengandung sejumlah partikel yang terkandung dalam 12 g 12C. (ii) satu mol materi yang mengandung sejumlah konstanta Avogadro partikel.
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]],
:{{chem|Fe|2|O|3}} + 2&nbsp;{{chem|Al}} → {{chem|Al|2|O|3}} + 2&nbsp;{{chem|Fe}}
 
Persamaan ini menunjukkan bahwa 1&nbsp;mol {{nowrap|[[besi(III) oksida]]}} dan 2&nbsp;mol [[aluminum]] akan menghasilkan 1&nbsp;mol [[aluminium oksida]] dan 2&nbsp;mol [[besi]]. Maka untuk tepat mereaksikan 85.0&nbsp;g {{nowrap|besi(III) oksida}} (0.532&nbsp;mol), 28.7&nbsp;g (1.06&nbsp;mol) aluminium dibutuhkan.
(iii) Sejumlah materi yang mengandung 6,02 x 1023 partikel dalam satu mol.
 
:<math>m_\rmmathrm{Al} = \left(\frac{85.0 \mbox{ g }\ Fe_2 O_3mathrm{Fe_2O_3}}{1}\right)\left(\frac{1 \mbox{ mol }\ mathrm{Fe_2 O_3}}{160159.7 \mbox{ g }\ mathrm{Fe_2 O_3}}\right)\left(\frac{2 \mbox{ mol \ Al}}{1 \mbox{ mol }\ mathrm{Fe_2 O_3}}\right)\left(\frac{2726.98 \mbox{ g \ Al}}{1 \mbox{ mol \ Al}}\right) = 28.68757 \mbox{ g \ Al}</math>
== Satuan massa atom (sma) ==
 
== Referensi ==
Karena standar massa atom dalam sistem Dalton adalah massa hidrogen, standar massa dalam SI tepat 1/12 massa 12C. Nilai ini disebut dengan satuan massa atom (sma) dan sama dengan 1,6605402 x 10–27&nbsp;kg dan D (Dalton) digunakan sebagai simbolnya. Massa atom didefinisikan sebagai rasio rata-rata sma unsur dengan distribusi isotop alaminya dengan 1/12 sma 12C.
{{Reflist}}
* Zumdahl, Steven S. ''Chemical Principles''. Houghton Mifflin, New York, 2005, pp 148–150.
* Internal Combustion Engine Fundamentals, John B. Heywood
 
== Pranala luar ==
{{Library resources box
{{id}} [http://www.ilmukimia.org/2012/12/konsep-dasar-perhitungan-stoikiometri.html Konsep Perhitungan Stoikiometri]
|by=no
|onlinebooks=no
|others=no
|about=yes
|label=Stoichiometry}}
* {{en}} [https://web.archive.org/web/20070206060439/http://www.tech.plym.ac.uk/sme/ther305-web/Combust1.PDF Engine Combustion primer] dari Universitas Plymouth
* {{en}} [http://www.chemcollective.org/tutorials.php Free Stoichiometry Tutorials] dari Carnegie Mellon's ChemCollective
* {{en}} [http://chemistry-in-excel.jimdo.com/ Stoichiometry Add-In for Microsoft Excel] untuk perhitungan berat molekul, koefisien reaksi dan stoikiometri.
* {{en}} [http://www.thermobook.net/stoichiometry/ Reaction Stoichiometry Calculator] kalkulator stoikiometri reaksi daring gratis yang komprehensif.
* {{en}} [https://play.google.com/store/apps/details?id=net.thermobook.thermostoichiometryplus Stoichiometry Plus] kalkulator stoikiometri dan lainnya untuk Android.
* {{id}} [http://www.ilmukimia.org/2012/12/konsep-dasar-perhitungan-stoikiometri.html Konsep Perhitungan Stoikiometri]
 
[[Kategori:Stoikiometri| ]]