Buku Kimia Dasar untuk Fisika.pdf

See discussions, stats, and author profiles for this publication at:https://www.researchgate.net/publication/298289372

KIMIA DASAR UNTUK FISIKA Book · July 2010

CITATIONS

READS

0

893

1 author:

Sudarlin Sudarlin Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga Yogyakarta 8 PUBLICATIONS 0 CITATIONS SEE PROFILE

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Computational Studies of Natural Compounds for DSSC ApplicationView project

Available from: Sudarlin Sudarlin Retrieved on: 30 September 2016

KIMIA DASAR UNTUK FISIKA

SUDARLIN

KIMIA DASAR UNTUK FISIKA

Penyusun Editor Edisi Cetakan

: Sudarlin : Sudarlin : Pertama : Pertama

LISENSI BUKU

This work is licensed under the Creative Commons Attribution NonCommercial 4.0 International License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ .

Omah Ilmu Alamat Telp Web Email

: Pogung Rejo, Sleman, Yogyakarta : 081226931661 : omah-ilmu.co.nr : [email protected]

Sudarlin, KIMIA DASAR UNTUK FISIKA/Sudarlin edisi pertama – Yogyakarta: Penerbit Buku, 2010 cetakan pertama, iv + 140 hal, 14.8 x 21 cm. Seri Buku Elektronik Kimia

ii

| Kimia Dasar untuk Fisika

Judul

PENGANTAR Fisika, biologi, kimia, astronomi, dan geologi dikenal sebagai ilmu sains, yaitu ilmu yang belajar tentang materi alam. Entah, itu materi hidup atau materi mati. Bedanya hanya sedikit. Fisika adalah ilmu yang mempelajari materi fisik dan perilakunya. Biologi adalah ilmu yang mempelajari materi hidup dan prosesnya. Kimia adalah ilmu yang mempelajari sifat dan perubahan materi fisik dan materi hidup. Astronomi adalah ilmu yang mempelajari materi di ruang angkasa dan fenomenanya. Geologi adalah ilmu yang mempelajari materi di bumi dan strukturnya. Andai ilmuwan zaman klasik ada pada zaman ini, mungkin mereka akan bingung harus diposisikan pada bidang ilmu yang mana karena mereka merasa telah mempelajari semuanya. Ilmuwan filsafat sains Yunani seperti Pythagoras, Demokritos, Plato, Aristoteles, dll dikenal sebagai orang yang ahli dalam berbagai bidang. Demikian halnya dengan ilmuwan sains dari Arab juga dikenal sebagai orang yang ahli dalam berbagai bidang. Al-Khindi ilmuwan yang hidup pada abad ke-9 dikenal sebagai ahli fisika, kimia, matematika, geografi, farmasi, dan kedokteran. Ibnu Sina seorang ahli kedokteran juga dikenal sebagai ahli farmasi, dan psikologi. Oleh karena itu, seseorang yang menggeluti bidang sains tertentu dituntut pula memiliki pemahaman pada bidang sains lainya, khusus konsep yang terkait langsung dengan bidangnya. Saintis biologi yang mempelajari proses respirasi perlu juga memahami bagaimana darah dapat mengikat oksigen. Demikian halnnya, saintis fisika yang belajar tentang listrik perlu juga memahami bagaimana Kimia Dasar untuk Fisika |

iii

materi dapat menghasilkan listrik, misal melalui reaksi redoks. Harapannya, pemahaman secara komprehensif tersebut akan mempermudah mahasiswa dalam memahami konsep sains. Buku ini diharapkan menjadi salah satu alat yang membantu mahasiswa memahami keterkaitan antara fisika dan kimia. Mudah-mudahan buku ini dapat membantu mahasiswa fisika dalam memahami konsep kimia yang terkait dengan bidang ilmunya. Penyusun Sudarlin

iv


DAFTAR ISI PENGANTAR ............................................................................................... i DAFTAR ISI ................................................................................................. v BAB 1 ANTARA KIMIA DAN FISIKA ................................................. 1 BAB 2 MATERI DAN PERUBAHANNYA .......................................... 6 A. Definisi Materi dan Wujudnya ................................................. 6 B. Materi Berdasarkan Penyusunnya ......................................... 9 C. Materi Berdasarkan Sifatnya ................................................. 10 D. Materi Berdasarkan Ukurannya........................................... 10 E. Sifat Fisika dan Kimia ............................................................... 11 F. Perubahan Fisika dan Kimia .................................................. 12 BAB 3 STRUKTUR ATOM DAN PARTIKELNYA........................ 14 A. Democritus: Partikel kecil tak dapat dibagi lagi ............ 14 B. Dalton: Tiap unsur memiliki atom yang identik............ 16 C. Thomson: Elektron .................................................................... 18 D. Rutherford: Inti atom dikelilingi elektron ....................... 22 BAB 4 STRUKTUR ATOM DAN SPEKTRUMNYA ...................... 27 A. Spektrum Garis Atom ............................................................... 27 B. Model Atom Bohr ....................................................................... 31 BAB 5 PARTIKEL ATOM DAN SIFATNYA.................................... 33 A. Nomor Atom dan Nomor Massa ........................................... 33 B. Isotop, Isoton dan Isobar ........................................................ 34 BAB 6 STRUKTUR ATOM DAN POSISI ELEKTRON ................. 38 A. Gelombang sebagai Partikel .................................................. 38 B. Partikel Sebagai Gelombang .................................................. 40 C. Posisi Elektron Sesuai dengan Mekanika Kuantum ..... 40 D. Turunan Fungsi Gelombang Adalah Bilangan Kuantum ........................................................................................ 41 E. Cara Menggunakan Bilangan Kuantum ............................. 46 BAB 7 HUKUM-HUKUM KIMIA DAN APLIKASINYA.............. 51 A. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoiser) ................. 51 B. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust) ............... 52 C. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton) ....... 55 D. Hukum Perbandingan Volum (Hukum Gay Lussac). ... 55 E. Hukum Avogadro........................................................................ 56 Kimia Dasar untuk Fisika |

v

BAB 8 REAKSI KIMIA DAN PERSAMAANNYA........................... 59 A. Reaksi Kimia ................................................................................. 59 B. Persamaan Reaksi Kimia ......................................................... 59 C. Menyetarakan Persamaan Reaksi........................................ 61 D. Contoh Reaksi Kimia ................................................................. 68 BAB 9 MASSA ATOM DAN MOLEKUL RELATIF ....................... 70 A. Massa Atom Relatif (Ar) .......................................................... 70 B. Massa Molekul Relatif (Mr) .................................................... 72 BAB 10 KONSEP MOL DAN PENGGUNAANNYA ...................... 74 A. Pengertian Mol ............................................................................ 74 B. Penggunaan Konsep Mol ......................................................... 75 BAB 11 STOIKIOMETRI KIMIA........................................................ 82 A. Kadar Zat ........................................................................................ 82 B. Rumus Molekul dan Kadar Unsur dalam Senyawa....... 83 C. Rumus Empiris dan Rumus Molekul .................................. 84 D. Menentukan Rumus Kimia Hidrat....................................... 86 E. Menentukan Jumlah Reaktan dan Produk ....................... 88 BAB 12 SIFAT DAN HUKUM-HUKUM GAS ................................. 92 A. Wujud Materi .............................................................................. 93 B. Sifat-Sifat Gas ............................................................................... 94 BAB 13 TEORI TUMBUKAN DAN ENERGI AKTIVASI REAKSI ................................................................................................... 110 A. Teori Tumbukan ...................................................................... 110 B. Energi Aktivasi ......................................................................... 111 BAB 14 REAKSI DAN PERHITUNGANNYA .............................. 114 A. Laju Reaksi ................................................................................. 114 B. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi........ 118 C. Konstanta Laju Reaksi ........................................................... 122 D. Orde Reaksi................................................................................ 123 E. Gabungan Rumus ..................................................................... 127

t F. Waktu Paruh (

½ )....................................................................

vi


130

BAB 1 ANTARA KIMIA DAN FISIKA Mahasiswa kimia belajar kimia dasar adalah sebuah keniscayaan yang memang harus dilakukan, tidak usah dipertanyakan. Tapi akan lain ceritanya, jika yang harus belajar kimia dasar adalah mahasiswa fisika, maka kita harus bertanya kenapa? Apa tujuannya? Sama saja, semua belajar tentang materi Fisika, biologi, kimia, astronomi, dan geologi dikenal sebagai ilmu sains, yaitu ilmu yang belajar tentang materi alam. Entah, itu materi hidup atau materi mati. Bedanya hanya sedikit. Fisika adalah ilmu yang mempelajari materi fisik dan perilakunya. Biologi adalah ilmu yang mempelajari materi hidup dan prosesnya. Kimia adalah ilmu yang mempelajari sifat dan perubahan materi fisik dan materi hidup. Astronomi adalah ilmu yang mempelajari materi di ruang angkasa dan fenomenanya. Geologi adalah ilmu yang mempelajari materi di bumi dan strukturnya. Andai ilmuwan zaman klasik ada pada zaman ini, mungkin mereka akan bingung harus diposisikan pada bidang ilmu yang mana karena mereka merasa telah mempelajari semuanya. Ilmuwan filsafat sains Yunani seperti Pythagoras, Demokritos, Plato, Aristoteles, dll dikenal sebagai orang yang ahli dalam berbagai bidang. Demikian halnya dengan ilmuwan sains dari Arab juga dikenal sebagai orang Kimia Dasar untuk Fisika |

1

yang ahli dalam berbagai bidang. Al-Khindi ilmuwan yang hidup pada abad ke 9 dikenal sebagai ahli fisika, kimia, matematika, geografi, farmasi, dan kedokteran. Ibnu Sina seorang ahli kedokteran juga dikenal sebagai ahli farmasi, dan psikologi. Penerus-penerus mereka pun, seperti Isacc Newton dikenal sebagai ahli fisika, matematika, dan kimia. Merie Curie dikenal sebagai ahli fisika dan kimia. Bahkan beberapa ilmuwan kontemporer seperti Eisntein, Planck, Rutherford, Bohr, dll juga dikenal sebagai orang yang memahami banyak disiplin ilmu. Tapi, ilmu-ilmu ini harus dibagi Iya…, itu bukan masalah. Ilmuwan kontemporer tentu memiliki alasan melakukan pembagian ilmu. Ilmu sains harus dibagi menjadi beberapa bidang ilmu karena kajiannya telah semakin kompleks. Pembagian ini bertujuan untuk mempermudah belajar pada tahap awal. Jika telah mendalami dengan baik, maka pada titik puncaknya nanti seorang ilmuwan akan memahami keterkaitan antar bidang ilmu. Jadi, pembagian ini tidak bertujuan untuk mendikotomikan ilmu sehingga membatasi keingintahuan dan wawasan.

2

Kaitan kimia dan fisika Jika melihat sisi sejarahnya, ilmu fisika lahir lebih dahulu dibandingkan ilmu kimia. Bahkan, beberapa ilmuwan fisika sempat merangkap sebagai ilmuwan kimia, seperti Lavoiser, Dalton, Merie Curie, Rutherford, Bohr, Einstein, dll. Awal perkembangan ilmu kimia juga sangat dibantu oleh perkembangan ilmu fisika, seperti konsep energi, | Kimia Dasar untuk Fisika

termodinamika, teori atom, mekanika kuantum, dll. Tidak berlebihan jika dikatakan ilmu fisika adalah ilmu dasar sains. Tapi, bukan berarti ilmu kimia tidak memberi kontribusi terhadap perkembangan ilmu fisika. Temuan dan isolasi berbagai jenis unsur radioaktif membantu ilmuwan fisika mempelajari radioaktivitas dan energi nuklir. Teknik pemurnian dan pemisahaannya senyawa kimia, sintesis berbagai polimer, dan bahan kimia lainnya membantu ilmuwan fisika mengembangkan fisika eksprimen. Identifikasi, penemuan, serta klasifikasi unsur-unsur dalam tabel periodik memudahkan ilmuwan fisika mengaplikasikan berbagai jenis material. Termasuk konsep elektrokimia memberikan sumbangsi besar tehadap perkembangan ilmu listrik. Perpaduan dua bidang sains ini telah melahirkan banyak konsep, teori, dan aplikasi yang bermanfaat bagi kesejahteraan manusia. Pada Titik puncak semua tahap konsep dan teori, kedua ilmu adalah ilmu ini saling melengkapi. Kajian mengenal Allah ilmu seperti fisika kuantum, kimia yang menciptakan, memiliki, kuantum, nuklir, kimia fisika, memelihara, serta fisika atom/molekul, optik, dll mengambil kembali adalah bidang ilmu yang segala sesuatu..!! dikembangkan berdasarkan konsep-konsep ilmu kimia dan fisika. Kedua konsep ilmu ini juga dipadukan dengan bidang yain lain, seperti biokimia, biofisika, astrofisika, geofisika, geokimia, pertambangan, forensik, dan lain-lain. Pada tahap aplikasi, ilmu kimia menyiapkan dan mengkarakterisasi bahan-bahan kimia, sementara itu ilmu fisika menggunakan bahan-bahan tersebut untuk dimodifikasi dan diaplikasikan. Listrik, magnet, laser, bahan Kimia Dasar untuk Fisika |

3

bakar/energi, mesin, material, alat-alat elektronik dan lain sebagainya merupakan contoh temuan yang terus mengalami perkembangan. Kedua ilmu ini saling melengkapi sehingga bisa berkembang beriringan. Meski demikian, tetap harus dipahami bahwa cabang ilmu yang lain juga memberi andil yang besar, khususnya matematika dan teknik. Hal ini memahamkan kepada tentang keterpaduan masing-masing ilmu. Setiap harus bisa diintegrasikan dan diiterkoneksikan, tanpa ada dikotomi konsep dan aplikasi. Titik puncak semua ilmu Titik puncak semua ilmu adalah bersujud kepada sang pencipta yang memiliki dan memelihara serta muara kembalinya segala sesuatu. Dialah Allah Rabbul ‘alamin yang Maha Agung. Apakah kamu tiada mengetahui, bahwa kepada

4

Allah-lah bersujud apa yang ada di langit, di bumi, matahari, bulan, bintang, gunung, pohon-pohonan, binatang-binatang melata dan sebagian besar dari manusia? (al-Hajj:18) Sains bukanlah tujuan hidup kita, dia hanya perangkat yang seharusnya menjadikan kita dekat kepadaNya. Tidak selayaknya kita angkuh dengan ilmu yang kita miliki, karena itu akan menjadikan kita jauh dariNya. Yang layak bagi kita adalah khusyuk dalam tasbih dan dzikir pada tiap waktu yang kita jalani. Sesungguhnya pada penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal, yaitu orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadaan berbaring....(Ali-Imran:190). Mungkin dalam perjalanan mengungkap sains ini, ada banyak hal yang bisa meragukan kita, seakan-akan semuanya terjadi begitu saja, serba kebetulan, seperti orang bermain | Kimia Dasar untuk Fisika

dadu. Bahkan tak takut untuk mengatakan Tuhan hanya bermain dadu, sampai dadunya terlempar, jatuh dan hilang.1 Maka ingatlah peringatan Allah “…apakah kamu mengira, bahwa sesungguhnya Kami menciptakan kamu secara mainmain, dan bahwa kamu tidak akan dikembalikan kepada Kami?” (al-Mu’minun:115) Yang benar adalah Tuhan tidak sedang bermain dadu, tapi bukan berarti juga segala sesuatunya bisa kita pahami tanpa batas. Seakan-akan semua bisa diestimasi sabagai sains secara deterministik, bahkan bisa menetukan arah dunia ini. Ingatlah “… pada sisi Allah kunci-kunci semua yang gaib, tidak ada yang mengetahuinya kecuali dia sendiri, dan Dia mengetahui apa yang di daratan dan di lautan, dan tiada sehelai daun pun yang gugur melainkan dia mengetahuinya, dan tiada jatuh sebutir biji pun dalam kegelapan bumi, dan tidak sesuatu yang basah atau yang kering, melainkan tertulis

dalam kitabnya yang nyata” (al-An’am: 59). Tak ada jalan lain, kecuali mengikhlaskan diri menuntut ilmu yang akan mendekatkan kita padaNya. Selamat belajar…

5 Kalimat ini diucapkan oleh ahli fisika, Stephen W. Hawking: “Tuhan tidak hanya bermain dadu, Ia bahkan melemparnya ke tempat yang tidak kita ketahui. Kalimat ini mungkin untuk menjawab pernyataan Albert Einstein yang mengatakan: “Tuhan tidak sedang bermain dadu”. Dua kalimat yang perlu dikoreksi!! 1

Kimia Dasar untuk Fisika |

BAB 2 MATERI DAN PERUBAHANNYA Saat aku bertanya kepada mahasiswa apa yang dimaksud materi, sebagian mereka menjawab materi adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang. Aku ingin menyalahkan mereka saat itu, karena cahaya yang selama ini dianggap sebagai gelombang, bukan materi, ternyata memiliki sifat seperti materi. Cahaya terbentuk dari foton yang tidak memiliki massa, tapi ia memiliki momentum. Entahlah…, mungkin karena masih pertemuan pertama, aku memilih untuk mengalah! A. Definisi Materi dan Wujudnya Okelah, kalau bagitu… materi memiliki massa2, volume3, dan sifat, sehingga setiap materi memiliki wujud tertentu. Jika kita melihat sebuah benda atau materi, maka wujudnya bermacam-macam. Di lingkungan sekitar kita mudah dijumpai materi seperti kayu, air, dan udara. Berdasarkan wujudnya, maka materi dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu padat, cair, dan gas.

Massa merupakan ukuran yang menunjukkan kelembaman atau bertahannya suatu benda terhadap suatu gaya yang bekerja pada benda tersebut. Massa kadang pula diartikan sebagai ukuran yang menunjukkan jumlah materi yang menyusun benda tersebut. Satuan SI massa adalah kilogram (kg). Massa (m) berbeda dengan berat (w). Berat merupakan gaya yang bekerja pada suatu benda yang bermassa m dengan percepatan gravitasi (g) atau biasa disebut gaya gravitasi. 3 Ukuran ruang 3 dimensi materi, satuan SI volume adalah meter kubik (m 3) 2

6


Gambar 2.1. Bagan pengelompokan materi berdasarkan wujudnya Kita dengan mudah menemui materi yang berwujud gas, seperti: udara, gas bumi, gas elpiji, uap air, dan lainnya. Untuk yang berwujud cair, mudah kita temui dalam kehidupan sehari-hari kita seperti: air, minyak goreng, alkohol, bensin, solar, larutan gula, air laut. Demikian pula materi dalam wujud padat, terdapat dalam lingkungan sekitar kita dan yang paling sering kita jumpai seperti: baja, batu, gelas, kaca, kayu, kapur dan sebagainya. Perbedaan ketiga macam wujud materi tersebut adalah kemungkinan untuk dimampatkan (komprisibel), sifat fluida, bentuk, dan volumenya. Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel 2.1. 7


Tabel 2.1. Perbedaan ketiga macam wujud materi berdasarkan kemungkinan untuk dimampatkan

8

Jika belum jelas bedanya, tabel berikut akan memberikan kesimpulannya, mudah-mudahan.


Volume tertentu Padat

Bentuk tertentu

Suhu naik Kompresibel

ekspansi tidak kecil Cair ekspansi ya tidak tidak kecil Gas ekspansi tidak tidak besar ya Praktis hanya di ruang hampa yang tidak berisi materi. Ya iyalah, namanya juga ruang hampa. Piye tho?... Tp, ngomong-ngomong nih ya.., api dan pelangi itu termasuk materi atau bukan? Kalo iya kenapa, kalo bukan kenapa? Dia punya warna, dan bisa dilihat lho!! Ini jadi PR ya!! ya

ya

B. Materi Berdasarkan Penyusunnya Materi dapat tersusun dari substansi murni yaitu materi yang mempunyai sifat dan komposisi tertentu. Substansi murni dapat berupa unsur atau senyawa. Materi juga dapat tersusun dari senyawa campuran, yang tercampur secara homogen atau heterogen. Ahh.., biar gak ribet lihat gambar di bawah ini aja ya:

9


Gambar 2.4. Skema klasifikasi materi Partikel yang membentuk unsur disebut atom, akan dibahas pada bab kedua. C. Materi Berdasarkan Sifatnya 1. Sifat ekstrinsik, yaitu sifat yang besarnya bergantung pada jumlah/ukuran materi. Contoh: massa, berat, volume 2. Sifat intrinsik, yaitu sifat yang tidak bergantung pada jumlah/ukuran materi. Contoh: bau, warna, rasa, massa jenis, titik didih, sifat kimia (misalnya: keelektronegatifan, kereaktifan, energi ikatan).

10

D. Materi Berdasarkan Ukurannya 1. Makroskopik, dalam jumlah yang cukup besar/banyak sehingga dapat dilihat/diamati dengan jelas tanpa menggunakan alat bantu.


2. Mikroskopik, dalam jumlah sangat kecil, sehingga hanya dapat diamati dengan baik menggunakan alat bantu khusus, seperti SEM (Scanning Electron Microscope). E. Sifat Fisika dan Kimia 1. Sifat fisika, yaitu sifat yang berhubungan dengan penampilan fisik yang biasanya dapat diamati dari luar materi. Sifat fisik ini tidak menyebabkan terbentuknya zat lain. Contoh: warna, bau, rasa, titik didih, massa jenis. 2. Sifat kimia, yaitu sifat khas yang menjadi identitas dasar materi yang dapat diamati di dalam materi tersebut. Sifat kimia ini berhubungan dengan perubahan menjadi zat lain (menyebabkan terbentuknya zat lain). Contoh: keelektronegatifan, kereaktifan, energi ionisasi, energi ikatan.

11


F. Perubahan Fisika dan Kimia Perubahan fisika (perubahan fisik), yaitu perubahan pada wujud atau penampilan fisik (sifat fisik) tetapi identitas dasarnya (sifat kimianya) tetap (masih materi semula). Perubahan fisika ini tidak menghasilkan zat lain. Contoh: lilin meleleh karena dipanaskan, air menguap, kayu dibuat menjadi bangku, dll.

12

Gambar 2.5. Enam bentuk perubahan fisika


Perubahan kimia, yaitu perubahan pada identitas dasar (sifat kimia), sehingga materinya berbeda dengan materi semula. Perubahan kimia ini menghasilkan materi lain (materi baru). Contoh: lilin terbakar, kayu melapuk, besi berkarat, dll. Ciri-ciri yang mengindikasikan adanya perubahan kimia : 1. Perubahan warna 2. Perubahan bau 3. Pembentukan gas 4. Timbulnya cahaya 5. Pembentukan endapan baru 6. Perubahan pH. Contoh : Gula adalah senyawa yang mudah terurai (dekomposisi) dengan pemanasan menjadi senyawa yang lebih sederhana, misalnya karbon hitam (arang), yang tidak dapat terurai lagi baik secara fisika maupun kimia, tetapi dapat berubah struktur dan sifatnya menjadi grafit dan intan.

Soal Latihan 1. Suatu zat mempunyai titik beku 50 oC. Pada suhu kamar (25oC) zat tersebut dalam fasa apa? Padat, cair, atau gas? Mengapa? Berikan penjelasannya! 2. Apakah api dan pelangi dapat digolongkan sebagai materi? Berikan alasannya! 3. Apakah beton termasuk perubahan kimia atau bukan? Berikan alasannya!


13

BAB 3 STRUKTUR ATOM DAN PARTIKELNYA Kimia belajar tentang materi, materi tersusun dari atom, jadi kalo mau tahu tentang kimia kita harus belajar atom dulu dunk!! Begitulah kira-kira…, kalo iya mari kita mulai dari sejarahnya!! A. Democritus: Partikel kecil tak dapat dibagi lagi Pada zaman dahulu kala (± 460 SM), hiduplah dua orang filsuf di negeri Yunani, namanya Leukippos dan Demokritus. Suatu hari mereka sedang menikmati indahnya pemandangan pantai Aegea (emang dulu udah ada pantai pho??). Saat sedang asyik-asyiknya, tiba-tiba Leukippos bertanya kepada muridnya, Demokritus, dengan pertanyaan aneh. Leukippos: “Tus…, coba deh kamu perhatiin air laut itu, mungkin gak air laut itu mirip dengan butiran-butiran pasir yang kita injak ini?” Demokritus: (kaget, dan justru balik nanya) “maksud guru apa, kok pertanyaannya aneh githu, aq kagak ngerti!”. Leukippos: “Maksud guru.., kalo mata kita dibwt lebih peka

14

lagi, mungkin gak air laut tuh keliatan seperti butiran-butiran pasir nih? Demokritus: “Mungkinkah…, entahlah guru…, aq mau minum es kelapa muda aja, haus nih, sorry ya!!


Diam-diam sambil minum es, ternyata Demokritus masih memikirkan pertanyaan gurunya tadi. Iapun terus berkhayal memikirkan

Kalo anggur itu kan manis, jadi masuk ke kerongkongan jalannya mulus, karena bentuk atomnya emang bulat dan halus-halus. Beda ama

seandainya batok kelapa atom Kina yang bentuknya kasar dan sukar masuk yang ia pegang dipecah kerongkongan karena terus-menerus, pasti akan rasanya puaahit buanget!! sampai pada titik dimana batok itu tidak bisa dipecah lagi. Sejak itulah dia memperkenalkan istilah atom (a = tidak, tomos = terbagi). Sayangnya, waktu itu belum ada komputer dan mesin cetak, so Demokritus gak sempat nulis buku. Untung ada Lucretius (96 SM-55 SM) yang jago bikin puisi, dia nulis puisi yang judulnya "de rerum natura" (tentang hakikat benda). Dalam puisinya itu, Lucretus menginterpretasikan pikiran Demokritus bahwa atom itu punya bentuk yang khas sesuai dengan rasa dan fungsinya. “ Kalo anggur itu kan manis, jadi masuk ke kerongkongan jalannya mulus, karena bentuk atomnya emang bulat dan halus-halus (gambar a), beda ama atom Kina yang bentuknya kasar dan sukar masuk kerongkongan karena rasanya puaahit buanget!! (gambar b)”. Haha…, namanya juga orang ngarang!! Ada-ada aja orang tempoe doeloe..

15


Meski sedikit lebih masuk akal, teori ini tetap kalah bersaing dengan teori empat unsur (air, tanah, udara, dan api) yang diusulkan oleh Aristotoles (384 SM-322 SM). Waktu itu Aristoteles sangat disegani (karena tubuhnya gemuk kali yee, hehe..), so teorinya Demokritus dianggap in heretikal (berlawanan dengan teori yang umum diterima). Tapi, dua ribu tahun setelahnya, banyak orang mulai melirik kembali teori atom Demokritus. Mereka adalah filsuf Prancis Rene Descartes (1596-1650), filsuf Jerman Gottfried Wilhelm Freiherr von Leibniz (1646-1716), ilmuwan Inggris Sir Issac Newton (1642-1727), dan guru SMA di Manchester John Dalton (1766-1844). B. Dalton: Tiap unsur memiliki atom yang identik Berdasarkan perkembangan ilmu kimia eksperimen yang terjadi di Mesir dan Arab, khususnya reaksi-reaksi kimia yang dikembangkan oleh ilmuwan-ilmuwan muslim4, Dalton mulai merumuskan teori atom yang lebih modern. Pada tahun 1803, Dalton menjelaskan bahwa atom memiliki bentuk yang sama, hanya ukuran dan massanya saja yang 16

Saat itu teori 4 unsur Aristoteles telah ditinggalkan. Ilmuwan muslim mulai memperkenalkan unsur-unsur kimia sebagai substansi murni, seperti oksigen, karbon, belerang, emas, dsb. Para ilmuwan juga sudah mulai mengklasifikasikan materi berdasarkan wujud dan sifat-sifatnya. Gampangannya, ilmuwan tidak lagi spekulatif!! Fakta ini juga menjelaskan bahwa perkembangan ilmu kimia modern yang sebenarnya berasal dari negeri muslim,. Tokohnya yang terkenal adalah Jabir al-Hayyan, dll. 4


berbeda. Unsur yang sama memiliki atom dengan ukuran dan massa yang sama, tapi unsur yang gak sama pasti memiliki atom dengan ukuran dan massa yang beda.5 Teori ini didasarkan pada kenyataan bahwa molekul H2O, air, membutuhkan 1 gram hidrogen jika tersedia 8 gram oksigen, bukan 2 x 8 = 16 gram hidrogen. Artinya, massa oksigen dan hidrogen berbeda. Kenyataan ini disebut hukum perbandingan tetap (Proust). Gak cuma itu, Dalton juga bisa menjelaskan kalo atom dari unsur yang berlainan dapat berikatan dengan perbandingan numerik yang sederhana. Misal, satu atom A berikatan dengan satu atom B menjadi AB atau satu atom A berikatan dua atom B menjadi AB 2. Proses itu disebut reaksi kimia. Pada reaksi kimia yang terjadi hanyalah hanyalah penggabungan, pemisahan, atau penyusunan ulang atom-atom. Reaksi kimia tidak mengakibatkan penciptaan atau pemusnahan atom-atom, jadi massa atom yang telah berikatan tidak akan berubah berdasarkan hukum kekekalan massa (Lavoiser).

Berdasarkan teori tersebut, Dalton menggambarkan atom seperti kelereng kecil yang halus, licin, keras dan tak

Unsur yang dimaksud bukanlah 4 unsur yang pernah diutarakan oleh Aristoteles, tapi unsurunsur yang memiliki entitas tersendiri, seperti karbon, oksigen, belerang, dsb. 5


17

dapat dipecah lagi. Emang kelerang gak bisa dipecah pho?? Ngarang lagi tuh…:P Tapi, teori atom Dalton tidak dapat menerangkan kenapa suatu materi dapat menghantarkan listrik. Penemuan baterai volta dan elektrolisis oleh Davy dan Faraday tidak dapat dijelaskan oleh atom Dalton. Bagaimana mungkin suatu bola pejal dapat menghantarkan listrik, padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menyebabkan terjadinya daya hantar listrik. C. Thomson: Elektron Kelemahan teori atom Dalton diperbaiki oleh JJ. Thomson. Eksperimen yang dilakukannya menggunakan sinar kotoda yang ditemukan William Crookes berupa sinar yang muncul dari arah katoda ke anoda. Sinar tersebut dapat memutar kincir dalam tabung. Artinya sinar tersebut adalah aliran materi.

J.J. Thomson melewatkan sinar tersebut diantara dua kutub listrik dan ternyata sinar tersebut dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom. 18


Partikel tersebut dinamakan elektron oleh George Johnstone Stoney.6 Selain itu, Thomson juga menghitung besarnya perbandingan massa dan muatan elektron menggunakan sinar katoda tersebut seperti diperlihatkan pada gambar berikut.

Pada gambar di atas kode C adalah katoda, A adalah anoda, E adalah lempeng kondensor bermuatan listrik, M adalah magnet dan F adalah layar berfluoresens. Berkas 1 : jika hanya digunakan medan listrik, berkas sinar katoda dibelokkan ke atas menyentuh layar pada titik 1. Berkas 2 : jika hanya digunakan medan magnit, berkas sinar katoda dibelokkan ke bawah menyentuh layar pada titik 2. 





Berkas 3 : jika medan listrik dan medan magnit memiliki kekuatan yang sama, berkas sinar katoda akan lurus dan menyentuh layar dititik 3.

19 Sinar katoda tidak tampak, hanya melalui pengaruh fluoresensi dari bahan sinar ini dapat dilacak 6


Berdasarkan eksperimen tersebut, Thomson menghitung rata-rata e/m (muatan per massa) sinar katoda adalah 1,759. 108 coulomb per gram. Besarnya muatan elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar berikut:

20

Percikan tetes minyak dihasilkan oleh penyemprot (A). Tetes ini masuk ke dalam alat melalui lubang kecil pada lempeng atas sebuah kondensor listrik. Pergerakan tetes diamati dengan teleskop yang dilengkapi alat micrometer eyepiece (D). Ion-ion dihasilkan oleh radiasi pengionan seperti sinar x dari sebuah sumber (E). Sebagian dari tetes minyak memperoleh muatan listrik dengan menyerap (mengadsorbsi) ion-ion. Tetes minyak diantara B dan C hanya melayanglayang, tergantung dari tanda (+ atau -) dan besarnya muatan listrik pada tetes. Dengan menganalisis data dari jumlah tetes, Milikan dapat menghitung besarnya muatan q. Milikan menemukan bahwa tetes selalu merupakan integral berganda dari muatan listrik elektron e yaitu: q = n.e (dimana n = 1, 2, 3 ...).


Nilai yang bisa diterima dari muatan listrik e adalah – 1,60219 x 10-19 Coulomb. Dengan menggabungkan hasil Milikan dan Thomson didapat massa sebuah elektron adalah 9,110 x 10-28 gram. Berdasarkan teori-teori tersebut, Thomson menyatakan bahwa atom bukanlah partikel terkecil akan tetapi terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil lagi. Ia menggambarkan atom sebagai partikel yang bermuatan positif dengan di sana-sini tertanam partikel lain yang bermuatan negatif (seperti roti kismis). Jumlah partikel yang bermuatan negatif itu adalah sedemikian rupa sehingga keseluruhan atom secara elektris menjadi netral.

Sejarah penemuan elektron dapat dilihat pada tabel berikut:

21


D. Rutherford: Inti atom dikelilingi elektron Asumsi yang disampaikan oleh Thomson dirasa sangat lemah oleh Sir Ernest Rutherford. Ia dibantu dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden menembakkan sinar alfa pada pelat emas yang dapat digambarkan sebagai berikut:

22


Pada eksprimen tersebut ternyata sebagian besar sinar alfa dapat menembus plat emas, dan sangat sedikit partikel yang dipantulkan. Kejadian ini meyakinkan Rutherford percaya bahwa sebagian besar volume atom adalah ruang kosong, hampa!! Rutherford kemudian memberi gambaran bahwa muatan positif atom terkonsentrasi dalam ruang kecil di pusat atom (yang kemudian disebut inti atom) dan dikelilingi oleh elektronelektron. Inti atom inilah yang memantulkan partikel radioaktif apabila kebetulan partikel ini menabrak inti atom; sementara partikel yang tidak menabrak inti atom akan melewati ruang kosong di sekitar inti atom. Jarak ruang kosong tersebut bisa mencapai 100 ribu kali diameter inti atom. Penemuan Rutherford didukung pula oleh penemuan Eugene Goldstein sebelumnya. Goldstein kembali menggunakan sinar katoda seperti gambar berikut: Kimia Dasar untuk Fisika |

23

Pada saat terbentuk elektron yang menuju anode, terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton. Hasil perhitungannya menunjukkan massa protan adalah 1,673 x 10-24 gram (1 sma) 7 dan muatannya +1,60219 x 10-19 coulomb. Biasanya proton dilambangkan  1 p .8 Penemuan proton, ternyata belum memuaskan karena massa atom yang sebenarnya masih lebih berat dari massa proton dan elektron. Fakta ini memacu W. Bothe dan H. Becker melakukan eksperimen penembakan partikel alfa pada inti atom Berilium (Be) dan dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick. Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifat netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton, yaitu 1,673 x 10-24 gram. Partikel ini disebut neutron dan dilambangkan dengan 01n . 24 Jika dibandingkan dgn elektron, maka elektron bermassa 0 s ma, jadi ini hanya untuk menyederhanakan angka, dimana 1 sma = 1,66 x 10 -24 gram 7

8

Mirip dengan ini, elektron dapat disimbolkan


0

1 e

Berdasarkan temuan-temuan tersebut Rutherford menggambarkan model atomnya sebagai bola berongga yang tersusun

Logikanya, elektron itu harus terus bergerak, jika cuma diam, elektron akan bersatu dengan inti akibat tarikan elektrostatik. Tapi, kalo elektron bergerak

dari inti atom dan mengelilingi inti seperti planet mengelilingi matahari, elektron yang elektron akan mengalami mengelilinginya. Inti atom percepatan dan akan bermuatan positif dan kehilangan energi melalui massa atom terpusat pada radiasi elektroma netik inti atom. Namun, model atom Rutherford yang terdiri atas inti dengan elektron yang terdispersi di sekitarnya keok untuk menjelaskan banyak fenomena. Logikanya, elektron itu harus bergerak, jika cuma diam, elektron akan bersatu dengan inti akibat tarikan elektrostatik (gaya Coulomb).

25


Ha ini jelas tidak mungkin terjadi sebab atom adalah kesatuan yang stabil. Tapi, kalo elektron bergerak mengelilingi inti seperti planet mengelilingi matahari, elektron akan mengalami percepatan dan akan kehilangan energi melalui radiasi elektromagnetik. Akibatnya, orbitnya akan semakin dekat ke inti dan akhirnya elektron akan jatuh ke inti. Dengan demikian, atom akan memancarkan spektrum yang kontinyu. Tetapi faktanya, atom ternyata stabil dan diketahui memancarkan spektrum garis bukan spektrum kontinyu?? Wow.., makin aneh aja!!

26


BAB 4 STRUKTUR ATOM DAN SPEKTRUMNYA Teori atom Rutherford tidak memuaskan banyak ilmuwan, banyak hal yang tidak mampu dijawab dengan baik, salah satunya adalah munculnya spektrum garis atomatom ketika memancarkan radiasi. Bagaimana spektrum tersebut bisa muncul. Mari kita simak... A. Spektrum Garis Atom Kita gunakan cara yang paling mudah untuk memahami kuliah ini. Ambil sebuah prisma, atau apa saja yang mirip dengannya. Posisikan sedemikian rupa prisma tersebut pada sinar matahari, hingga didapatkan warnawarna pelangi. Coba perhatikan sinar tersebut, warna mejikuhibiniu yang diperoleh akan bersambungan seperti gambar di bawah ini. Fakta ini bukan sesuatu yang aneh bagi kita, karena sejak SD kita sudah mempelajarinya, bahkan sering menyanyikannya “pelangi-pelangi alangkah indahnya; merah-kuning-hijau di langit yang biru;…., hehe…, ingat lagu pas SD.

27


So what.., apa hubungannya dengan atom? Yee.., sabar tho!!! Sekarang ambil tabung gas hidrogen (kalo punya), logam natrium juga boleh, merkuri, atau unsur apa saja yang kamu punya. Panaskan hingga menghasilkan cahaya. Lewatkan cahaya tersebut pada sebuah prisma, seperti percobaan pertama di atas. Apa yang kamu peroleh? Kalo pake tabung gas hidrogen, kamu akan melihatnya seperti gambar di bawah ini:

Kamu pasti akan berkata benar!! Iya kan?? Ok…, sebelum kita teruskan, kita definisikan dulu (kali aja masuk ujian, hehe..). Kalo gambar pertama disebut spektrum kontinu (spektrum nyambung), kalo yang di bawah disebut spektrum garis (spektrum putus-putus). Bedanya.., kalo yang di atas didapatkan dari sinar matahari, yang di bawah didapatkan dari sinar atom hidrogen. Dan ternyata…, gak cuma atom hidrogen yang seperti itu, semua atom yang lain kalo dipelakukan sama akan memberikan spektrum garis. Nih beberapa contoh spektrum garis atom yang lain:

28


Apa gunanya spektrum atom ini? Jawaban pertama diberikan oleh Rydberg. Kalian tentu masih ingat bahwa tiap sinar memiliki panjang gelombang yang berbeda. Nah, prinsip ini digunakan oleh Rydberg untuk menghitung panjang gelombang masingmasing garis sinar dengan rumus:

 1 1  1 λ  R  na 2  n b 2  cm

1

dimana na dan nb adalah bilangan bulat positif (na < n b) dan R adalah tetapan khas untuk atom yang digunakan. Untuk atom hidrogen, nilai R bernilai 1,09678 x 107 m–1. Dengan rumus Kimia Dasar untuk Fisika |

29

ini Rydberg dapat menghitung panjang gelombang masingmasing garis. Kenapa atom berperilaku seperti itu? Jawaban kedua diberikan oleh Neils Bohr. Dia menghubungkan panjang gelombang masing-masing garis dengan energi yang dimilikinya. Kalian tentu masih ingat hubungan panjang gelombang dengan energi yang dirumuskan oleh Planck: hc E  hv  λ Berdasarkan rumus di Energi ini dilepaskan atas, jika panjang gelombangnya kontan, tidak beda, maka energinya juga akan diangsur, apalagi beda. Menurut Bohr, munculnya ngutang ^_^, sehingga spektrum garis tersebut dengan akan terekam hanya energi yang tentunya berbeda pada satu garis (ceritanya langsung terjadi karena perbedaan posisi tunai elektron. Elektron dalam inti atom tersusun berdasarkan tingkat energi tertentu yang disebut kulit elektron (n). Besarnya energi (E) yang dimiliki oleh elektron pada n tertentu dapat dihitung dengan rumus:

E

A

n2 Energi ini akan tetap, selama elektron tidak berpindah

30

tempat. Tapi, kalo atom dipanaskan seperti percobaan di atas, elektronnya loncat dari n besar ke n yang lebih kecil (elektronnya turun pangkat). Karena turun pangkat, elektron harus melepaskan energinya sebesar:


 1 1  E  R  2  2  cm 1 n nf   i dimana elektron loncat dari kulit n i ke kulit nf (n adalah bilangan bulat positif). Karena Bohr menggunakan atom hidrogen, maka nilai R diperoleh sebesar 1,09730 x 107 m–1 (hampir mirip dengan yang didapatkan oleh Rydberg). Energi ini dilepaskan kontan, tidak diangsur, apalagi ngutang ^_^, sehingga akan terekam hanya pada satu garis (ceritanya langsung tunai). Jika dari tiap kulit loncat 1 elektron, maka akan dihasilkan berbagai garis sinar diskrit dengan panjang gelombang yang berbeda, so muncullah spektrum garis. B. Model Atom Bohr Berdasarkan penjelasan menggambarkan model atomnya berikut:

di atas, Bohr berdasarkan gambar

Jika disimpulkan: 1. Elektron mengorbit mengelilingi inti atom. Posisi orbit tersebut disebut posisi statisioner. Kimia Dasar untuk Fisika |

31

2. Selama berada pada posis statisionernya elektron memiliki besaran yang spesifik (terkuantisasi). 3. Akan tetapi, energi akan dipancarkan jika elektron meloncat dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi lebih rendah dan sebaliknya harus menyerap energi jika ingin naik ke tingkat energi yang lebih tinggi.

(jangan pernah hafal apa yang saya tulis, percuma!!) Sayang, model atom Bohr hanya akurat untuk atom hidrogen atau atom yang sederhana. Untuk atom yang lebih kompleks terjadi beberapa ketidakcocokan. +Lalu..?? Gagal lagi model atom yang kita pelajari!! +Hah.., udah belasan halaman, teori atom yang kita pelajari belum benar, capek deh… Hehe.., itulah faktanya.

32


BAB 5 PARTIKEL ATOM DAN SIFATNYA Masih penasaran dengan atom? Hehe..., entar ya..., sabar dulu!! Sekarang, kita belajar dulu tentang partikelpartikel atom yang telah ditemukan, biar gak lupa. Tadi kan udah dijelasin kalo atom itu terdiri dari elektron, proton, dan neutron. Nah, apa gunanya kita tahu tentang itu?? Mari kita simak lagi... A. Nomor Atom dan Nomor Massa Suatu atom memiliki sifat dan massa yang khas satu sama lain. Dengan penemuan partikel penyusun atom dikenal istilah nomor atom (Z) dan nomor massa (A). Apakah itu? Nih jawabnya… 1. Nomor atom (Z) Jumlah proton dalam suatu atom disebut nomor atom yang diberikan lambang Z. Nomor atom ini merupakan ciri khas suatu unsur. Jika atom bersifat netral, tidak ada elektron yang lepas atau masuk, maka jumlah proton sama dengan jumlah elektronnya. Sehingga nomor atom juga menunjukan jumlah elektron untuk atom netral. Nomor atom ditulis agak ke bawah sebelum lambang unsur. Contoh, atom oksigen mempunyai 8 proton dan 8 elektron sehingga nomor atomnya 8.


33

2. Nomor Massa (A) Seperti diuraikan sebelumnya massa elektron sangat kecil, dianggap nol. Sehingga massa atom ditentukan oleh inti atom yaitu proton dan neutron. Nomor massa ditulis agak ke atas sebelum lambang unsur. Atom oksigen mempunyai nomor atom 8 dan nomor massa 16, sehingga atom oksigen mengandung 8 proton dan 8 neutron. Kalo digambarkan, biasanya ditulis seperti ini: A = nomor massa Z = nomor atom X = lambang unsur B. Isotop, Isoton dan Isobar Setelah penulisan lambang atom unsur dan penemuan partikel penyusun atom, ternyata ditemukan beberapa unsur yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi memiliki massa atom yang sama dan ada pula beberapa unsur yang memiliki jumlah neutron sama atau massa atom yang sama tetapi nomor atom berbeda. Agar bisa dibedakan, ilmuwan memberinya namanama cantik sebagai berikut: 1. Isotop Isotop adalah atom yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi memiliki nomor massa yang berbeda. Contoh :

34

p=7

p=7

p=7

e=7

e=7

e=7

n=6

n=7

n=8


Setiap isotop satu unsur memiliki sifat kimia yang sama karena jumlah elektronnya sama. Isotop-isotop unsur ini dapat digunakan untuk menentukan massa atom relatif (Ar), atom tersebut berdasarkan kelimpahan isotop dan massa atom semua isotop.

Oksigen di alam terdiri dari 3 isotop dengan kelimpahan sebagai berikut

Hitunglah massa atom rata-rata (Ar) dari unsur oksigen ini? Penyelesaian :

2. Isoton Isoton adalah atom dari unsur yang berbeda, tapi mempunyai jumlah neutronnya sama. Contoh 15 7N

16 8O

dengan

.

3. Isobar Isobar adalah unsur-unsur yang memiliki nomor massa yang sama. Adanya isotop yang membuat adanya isobar. Contoh :


35

Sehingga antara

dan

merupakan isobar.

1. Hitunglah jumlah proton, elektron dan neutron dari unsur berikut: a.

b.

27 3 13 Al

c.

19  9F

Penyelesaian : a. Jumlah proton = 19 Jumlah elektron = 19 Jumlah neutron = b.

27 3 13 Al

c.

19  9F

39 – 19 = 20 Jumlah proton = 13 Jumlah elektron = 13 - 3 = 10 Jumlah neutron = 27 – 13 = 14 Jumlah proton = 9 Jumlah elektron = 9 + 1 = 10 Jumlah neutron = 19 –9 =

36

atom netral

ion positif (melepas elektron)

ion negatif (menerima elektron)

10

2. Tentukan nomor atom dan nomor massa serta lambang dari atom yang mengandung 28 proton dan 31 neutron!


Penyelesaian : Nomor atom = Z = jumlah proton = 28 Nomor massa = A = 28 + 31 = 59 Jadi, lambang unsurnya adalah

59 28 Ni

3. Berikut ini terdapat beberapa lambang atom unsur.

Sebutkan yang termasuk isotop, isoton, dan isobar! Penyelesaian: 15 O 8 15 O 8

37


BAB 6 STRUKTUR ATOM DAN POSISI ELEKTRON Inilah bagian tersulit kuliah yang harus kita hadapi. Entah karena apa…, tapi agar tidak benar-benar menjadi sulit, kita ambil kesimpulannya aja ya… Penjelasan lengkapnya akan kalian dapatkan di kuliah fisika kuantum, insyaAllah. A. Gelombang sebagai Partikel Jika sudah siap, mari kita awali dengan percakapan sederhana berikut: Planck: Aq udah ngerti sekarang.., ternyata pancaran radiasi benda hitam itu, termasuk pancaran sinar lampu, gak nyambung-nyambung kaya’ nyiram pake air, tapi putusputus kaya’ peluru senapan otomatis. Bahasa kerennya terkuanta, terdiskrit, terpaket, ato terserah deh apa namanya, pokoknya githu!! Tiap paket energinya beda, hitungnya pake rumus ini: E  hv 9

38

Einstein: Iya.., kamu benar Planck!! Aku udah buktiin pake fotolistrik. Waktu itu, aku nembakin logam pake peluru radiasi. Eh.., ternyata elektronnya gak mau roboh kalo pelurunya kekecilan. Meskipun ditembakin berulang-ulang pake peluru itu, tetap aja elektronnya gak roboh. Kalo

9

h adalah tetapan Planck (6,626 x 10 -34 Js)


pelurunya kegedean yang roboh cuma satu. Walah…, belakangan aku baru ngerti, kalo ukuran (energi) pelurunya harus pas. Artinya, peluru radiasi itu ternyata punya ukuran. Biar gampang peluru radiasi itu kita namain foton aja ya..

Compton: Wow…, keren!! Kayaknya teori kalian emang benar deh. Soale, pas aku nyoba menabrakkan dua buah foton cahaya, ternyata keduanya saling mantul, artinya foton E hv h memiliki momentum. Rumusnya kaya’ ini: p    . c c λ Padahal, selama ini yang kita pahami, hanya partikel bermassa yang memiliki momentum. Kalo, faktanya demikian berarti foton termasuk partikel dan berarti juga gelombang dapat dianggap sebagai pertikel.

..bukannya gelombang kalo bertumbukan hanya akan saling berinterferensi, kok bisa bertumbukan sih, walah…, aneh-aneh aja deh, tp kok

39


B. Partikel Sebagai Gelombang Percakapan masih berlanjut: Louis de Broglie: “Okelah kalau bagituu.., aku bisa terima gelombang sebagai partikel. Tp kalo gelombang bisa kaya’ partikel, seharusnya partikel juga bisa kaya’ gelombang.., kan biar adil!!! Gini aja deh.., kalo misale elektron bergerak dengan kecepatan v, maka dia pasti akan punya panjang h gelombang, rumusnya gampang kok, kaya’ gini aja: λ  . mv

Davidsson dan Germer: Emang benar Broglie..!! kamu benar, kemarin pas aku nembakin nikel pake elektron ternyata elektronnya membentuk pola difraksi, kaya’ gelombang githu… Artinya partikel seperti elektron dapat dianggap sebagai gelombang. Sejak itu para ilmuwan mulai memahami bahwa gelombang adalah partikel dan sebaliknya partikel adalah gelombang, atau terjadi dualisme partikel-gelombang. C. Posisi Elektron Sesuai dengan Mekanika Kuantum Percakapan belum selesai: Heisenberg: ohh.. githu tho, berarti elektron yang di atom tuh, gerakannya mirip kaya’ gelombang ya…, dan berarti juga posisinya gak bisa ditentuin dunk. Hikz.. elektron ada dimana_kah dikau..

40

Erwin Schrodinger: nyante aja Boss.., gak usah sedih githu deh. Aq kan jago matematika, nih udah aq itungin persamaannya, namaya fungsi gelombang. Kalo pake rumus nih, loe bisa kira2 batas kemungkinan nemuin elektron dalam ruang tiga dimensi atom. Kalo bwt atom hidrogen | Kimia Dasar untuk Fisika

dijamin akurat deh, tapi bwt atom yg gede lagi, loe belajar fisika kuantum dulu ya.., mumet ehh!! Lihat nih, kepalaku dah agak botak..

 2ψ  2ψ  2ψ 2m E  ν ψ  0     x 2 y 2 z 2 Tapi biar loe gak botak kaya’ aq, nih aq kasih hasil akhirnya. Persamaanku tuh kalo diselesain, nanti bakal dapat 3 bilangan cantik ini:

• • •

Bilangan Kuantum Utama (n) Bilangan Kuantum Azimuth (l)

Bilangan Kuantum Magnetik (m) Tambahan satu lagi, namanya Bilangan Kuantum Spin (s), yang terakhir ini cuma bwt bedain aja arah putar elektron pada ruang orbital yg sama. Jadi fungsi gelombang tuh adalah fungsi dari n, l, m, dan s. Bahasa matematikanya, kaya ini: ψ  f (n, l , m, s ) Jadi posisi elektron dalam atom hanya tidak dapat ditentukan dengan tepat, tapi hanya kebolehjadian menemukannya berdasarkan keempat bilangan kuantum di atas. Sejak itu mulailah dikenal struktur atom model mekanika gelombang, atau atom model mekanika kuatum. D. Turunan Fungsi Gelombang Adalah Bilangan Kuantum Kali ini aku janji, model mekanika kuantum adalah model atom yang dianggap paling benar. Berdasarkan teori ini, elektron hanya dapat ditentukan kebolehjadian menemukannya di sekitar inti atom. Kebolehjadian itu dinyatakan oleh Schrodinger dengan 4 bilangan yang telah disebutkan di atas. Mari kita bahas satu per satu: Kimia Dasar untuk Fisika |

41

1. Bilangan kuantum utama (n) = menyatakan jarak elektron dari inti. Mirip dengan model atom sebelumnya, bahwa atom terletak pada kulit-kulit tertentu dari inti atom. Prinsip pertama: untuk elektron yang sama, misalnya cuma satu elektron, semakin jauh dari inti atom semakin kecil kebolehjadian menemukannya. Kalo digambarkan kira-kira seperti ini:

Prinsip kedua, kalo elektronnya nambah lebih banyak, maka elektron itu akan ditempatkan pada n yang lebih besar lagi. Jadi kalo nyari elektron di atom, mulai dekat inti atom dulu atau dari n terkecil, pasti ada!! 2. Bilangan kuantum azimuth (l) = menyatakan volume yang ditempati elektron. Biar kamu gak kesasar pas nyari elektron, di tiap n itu ada ruangan yang namanya orbital. Bentuknya macam-macam, kaya’ gambar di bawah ini:

42




Orbital s (sharp) (l = 0)



Orbital p (prinsipal) (l = 1)

43




Orbital d (diffuse) (l = 2)



Orbital f (fundamental) (l = 3)

l = 3 (orbital f)

…masih ada 6 bentuk la i orbital f

44

Kalo n = 1, elektronnya hanya mungkin ada di orbital s. So, bilangan kuantum l-nya cuma 0 (orbital s) Kalo n = 2, elektronnya hanya mungkin ada di orbital s atau p. So, bilangan kuantumnya l = 0 (orbital s) atau l = 1 (orbital p). Kalo n = 3, elektronnya hanya mungkin ada di orbital s, p, atau d. So, bilangan kuantumnya l = 0 (s), l = 1 (p), atau l = 2 (d) | Kimia Dasar untuk Fisika

Kalo n = 4 elektronnya hanya mungkin ada di orbital s, p, d, atau f. So, bilangan kuantumnya l = 0 (s), l = 1 (p), l = 2 (d), atau l = 3 (f) dan seterusnya…………… 3. Bilangan kuantum magnetik (m) = menyatakan orientasi ruang, gampangannya kamar elektron. Coba kamu perhatiin, masing-masing orbital di atas. Kamu akan lihat orbital s cuma ada satu bentuk, maka kamar elektronnya juga cuma 1, yaitu m = 0. Sekarang perhatiin orbital p!! Kamu akan lihat bentuknya ada 3, maka kamar elektronnya juga ada 3, yaitu m = -1, 0, atau +1. Rumusnya gampang, kaya’ gini aja: m = -l, …, 0, … +l. So, untuk orbital d bilangan kuantum magnetiknya adalah m = -2, -1, 0, 1, atau 2. Gitu deh seterusnya…

Ok deh…, biar gak tambah pusing, sekarang kita lihat kesimpulannya: n l

m

1 0 0 2 0 0 1 -1, 0, +1 3 0 0 1 -1, 0, +1 2 -2, -1, 0, +1, +2 4 0 0

Orbital 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s

Gambaran Orbital

Jml Jml Ruang Elektron Orbital Maksimum 1 2 2 1 2 8 3 6 1 2 18 3 6 5 10 1 2 32 2

1 -1, -1, 0, +1 2 -2, 0, +1, +2 3 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

4p 4d 4f

3 5 7

6 10 14

(2n )

45


4. Coba kamu perhatiin, gambaran orbitalnya, itu kan ada elektron yang ke atas, ada juga yang ke bawah. Dua elektron itu dibedakan berdasarkan arah spinnya, namanya bilangan kuantum spin (s). Kalo ke atas s = +½, kalo ke bawah s = -½. E. Cara Menggunakan Bilangan Kuantum 1. Azas Aufbau Sebelumnya kan, aku udah bilang kalau elektron itu punya ikatan energi. Itulah yang dibilang ama Neils Bohr, masih ingat kan?! Nah, teori itu masih dipake di mekanika kuantum. Jadi, orbital-orbital itu tersusun berdasarkan tingkat energinya. Gambarannya kaya’ ini:

46

Jadi kalo mau ngisi elektron (bahasa kerennya konfigurasi eloektron), kita harus mulai dari energi terkecil. Kita mulai dari n = 1, orbital 1s diisi 2 elektron dulu. Kalo elektronnya masih ada, baru kita pindah ke n = 2, 2 elektron | Kimia Dasar untuk Fisika

sisanya dimasukin ke orbital 2s. Kalo masih ada, kita isi yang 2p, dan begitulah seterusnya…. Nah.., biar gak rumit pake ini aja: [1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f6p-7p-8s]

“pengisian elektron dimulai dari subkulit

yang subkulit berenergi paling rendah pada yang lebih tinggidilanjutkan energinya”

2. Kaidah Hund Orbital p, d, dan f itukan ada banyak kamarnya. Gimana cara ngisinya. Satu-satu aja, sekalian, atau gimana?? Ohh…, yang itu, gampang kok!! Itu udah diatur dengan kaidah Hund. Caranya gini.., kamu isi dulu satu-satu tiap kamar dengan elektron yang s = +½ atau yang . Mulai dari kiri ya... Kalo kamarnya udah diisi satu-satu, dan ternyata elektronnya masih ada, kamu balik lagi ke kiri, isi lagi dengan elektron yang s = -½ atau yang . Kalo semuanya udah terisi 2 elektron?? Ya udah.., kamu nyari kos-kosan yang lain aja!! Hehe.., maksudnya pindah ke orbital yang lain, githu aja kok repot. Kimia Dasar untuk Fisika |

47

Ini ada contohnya: dituliskan p2 dituliskan p4

bukan bukan bukan pula

dituliskan d5 dituliskan d6

bukan bukan bukan pula

“orbital-orbital dengan energi yang sama, masing-masing diisi lebih dulu oleh satu elektron dengan arah (spin) yang sama atau setelah semua orbital masing-masing terisi satu elektron kemudian elektron akan memasuki orbital-orbital secara urut dengan arah (spin) berlawanan”.

3. Larangan Pauli Ini bukan aturan, cuma pernyataan aja. Kesimpulnnya gini, kalo kamu ngisi elektron dengan benar, pasti gak akan ada elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Percaya gak? Kalo gak.., coba deh perhatiin bilangan kuantum elektron oksigen (8 elektron) ini: e1 : n = 1, l = 0, m = 0, e2 : n = 1, l = 0, m = 0, e3 : n = 2, l = 0, m = 0, e4 : n = 2, l = 0, m = 0,

48

s=+½ s=–½ s=+½ s=–½

e 5 : n = 2, l = 1, m = –1, e6 : n = 2, l = 1, m = 0, e 7 : n = 2, l = 1, m = +1, e8 : n = 2, l = 1, m = –1,

s=+½ s =+ ½ s = +½ s=–½

1. Buatlah konfigurasi elektron untuk tanda atom sebagai berikut: | Kimia Dasar untuk Fisika

a.

d.

: b. Ca2+ (nomor atom Ca=20): c. O2- (nomor atom O=8): Penyelesaian: a. b. c. d. e.

:

e. f.

:

: 1s2 2s2 2p6 3s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (dikurangi 2 elektron) O2- : 1s2 2s2 2p6(ditambah 2 elektron) Ca2+:

: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1 (4s dan 3d dibalik agar urutan kulitnya cocok) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 bukan 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 (karena orbital d maksimum berisi 10 elektron maka akan lebih stabil jika diisi 5 atau 10 elektron. Kasus 4s2

lain adalah f.

) 2

10

3

: 18[Ar] 4s 3dbingung 4p ([Ar] digunakan untuk menyingkat, jika gunakan diagram ini:

2. Tuliskan konfigurasi elektron dalam bentuk diagram orbital untuk unsur : Penyelesaian: 1s2 2s2 2p6

,

, dan

3s2

3p2

3s2

3p3

!

: 1s2

2s2

2p6


49

:

1s2

2s2

2p6

3s2

3p4

3. Tentukan harga ke empat bilangan kuantum n, l, m, dan s untuk elektron terakhir dari atom

!

Penyelesaian: Sr mempunyai konfigurasi elektron 36[Kr]5s2. Elektron terakhir yaitu elektron ke 38 terletak pada subkulit 5s 2 sehingga diagram orbitalnya adalah:

So, nilai keempat bilangan kuantumnya diperoleh: n = 5 (5s berarti pada kulit ke 5) l = 0 (sesuai dengan subkulit s) m = 0 (hanya 1 orbital) s = -½ (arah elektron ke bawah) 4. Atom X dengan n=4, l =2, m=+1, s=+½ maka atom X memiliki jumlah elektron sebanyak? Penyelesaian n = 4 (berarti pada kulit ke-4) l = 2 (berarti subkulit d) m = +1 (berarti pada kotak ke-4 sebelah kiri dari 5 kotak yang ada)

50

s = +½ (arah elektron ke atas) Jadi konfigurasi dalam bentuk diagram orbital adalah 4d 4. Sehingga konfigurasi elektron dari atom X = 36[Kr]5s24d4 berarti atom ini memiliki 42 elektron dan nomor atomnya adalah 42. | Kimia Dasar untuk Fisika

BAB 7 HUKUM-HUKUM KIMIA DAN APLIKASINYA Pada pembahasan sebelumnya telah dipahami bahwa elektron pada suatu atom dapat berpindah ke atom yang lainnya. Perpindahan elektron tersebut menyebabkan terjadinya reaksi antara dua/lebih atom yang disebut reaksi kimia. Sebelum membahas tentang reaksi kimia terlebih dahulu kita akan membahas hukum-hukum yang mengatur reaksi kimia tersebut. So siapkan dirimu untuk memahaminya!!... A. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoiser) Bunyinya gini: “massa tidak dapat diciptakan dan atau dimusnakan dalam perubahan materi apa saja”. Ngertinya susah ya?? Ok deh, gampangannya gini aja: ”massa zat sebelum (namanya reaktan) dan sesudah reaksi (namanya produk) adalah sama, tidak lebih!!” Buktinya: Kalo 1 gram hidrogen ditambah 8 gram oksigen jadinya o 9 gram air o Kalo 12 gram C ditambah 32 gram O2 jadinya 44 gram CO2 Kalo belum ngerti coba kerjakan soal ini: “Pada wadah tertutup, 4 gram logam kalsium dibakar dengan oksigen, menghasilkan kalsium oksida. Jika massa kalsium Kimia Dasar untuk Fisika |

51

oksida yang dihasilkan adalah 5,6 gram, maka berapa massa oksigen yang diperlukan?” Penyelesaian: massa Ca = 4 gram massa CaO = 5,6 gram masaa O2 = ..? Berdasarkan hukum kekekalan massa : massa sebelum reaksi = massa sesudah reaksi massa Ca + massa O2 = massa CaO massa O2 = massa CaO - massa Ca = (5,6 – 4,0) gram = 1,6 gram Jadi massa oksigen yang diperlukan adalah 1,6 gram. Ngampang kan!!?? Ok..., sekarang coba pikirkan yang ini, “kalo besi berkarat, mesti massanya akan lebih besar dibandingkan jika besi itu tidak berkarat, kenapa?! Kemudian “kalo ada kertas yang dibakar mesti beratnya lebih ringan dibandingkan sebelum kertas itu dibakar, iya gak..., kira-kira kenapa?? Pikir sendiri ya!! Kalo yang di atas udah bisa, sekarang coba jawab yang ini: “ kalo 1 gram hidrogen ditambah 8 gram oksigen jadinya kan 9 gram H2O. Nah, gimana kalo yang dicampur itu 2 gram hidrogen dengan 9 gram oksigen, apakah jadinya 11 gram H2O? Wah..., ternyata tidak!! Kenapa? Mari kita perlari hukum perbandingan tetap.

52

B. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust) Bunyinya gini: “perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa adalah tertentu dan tetap.” Gampangannya gini; kalo mau bikin senyawa kimia, jumlah unsur-unsur yang dipake gak asal, tapi ada aturannya. Kalo | Kimia Dasar untuk Fisika

misalnya ada unsur yang lebih atau kurang, mesti akan ada unsur yang sisa. Contoh: Kalo kita mau bikin H2O, takarannya harus 11,91 % H2 dan 88,81 % O2 atau 1 : 8. Massa H2 Massa O2 Massa H2O Massa zat sisa (gram) 1 2 3 3 4

(gram) 8 16 16 25 25

(gram) 9 18 18 27 28,125

(gram) 1 gram H2 1 gram O2 0,875 gram H2

1. Dalam senyawa AB diketahui perbandingan massa A : massa B = 2 : 1. Jika terdapat 60 gram senyawa AB, tentukan massa masing-masing unsur dalam senyawa tersebut! Penyelesaian:

massa A x massa AB massa A  massa B 2 x 60  21  40 gram

A

B

massa B

massa A  massa B 1 x 60  2 1  20 gram

x

massa AB

53


2. Jika diketahui perbandingan massa besi (Fe) dan belerang (S) dalam pembentukan senyawa besi (II) sulfida (FeS) adalah 7 : 4 maka tentukan : a) Massa besi yang dibutuhkan untuk bereaksi dengan 8 gram belerang! b) Massa belerang yang tersisa, jika sebanyak 21 gram Fe direaksikan dengan 15 gram S! c) Massa S dan massa Fe yang dibutuhkan untuk menghasilkan 22 gram senyawa FeS! Penyelesaian: Reaksi : Fe  S  FeS 7 4 11 Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama, sehingga 7 gram Fe akan bereaksi dengan 4 gram S membentuk 11 gram FeS. a) Massa S = 8 gram Massa Fe

= …?

Massa Fe

=

7 4

x 8 gram  14 gram

Jadi massa Fe yang dibutuhkan adalah 14 gram. b) 21 gram Fe direaksikan dengan 15 gram S, berarti : Fe : S = 21 : 15 = 7 : 5 Belerang berlebih, berarti seluruh Fe habis bereaksi. Massa Fe yang bereaksi = 21 gram Massa S yang bereaksi

54

=

4 7


Massa S yang tersisa= ( 15-12 ) gram = 3 gram Jadi massa S yang tersisa adalah 3 gram. c) Untuk membentuk 22 gram FeS : m Fe =

7 11



mS =

4 11


Jadi massa Fe dan S yang dibutuhkan adalah 14 gram dan 8 gram. C. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Bunyinya gini: “jika dua jenis unsur dapat membentuk lebih dari satu macam senyawa, maka perbandingan massa salah satu unsur yang terikat pada massa unsur lain yang sama, merupakan bilangan bulat dan sederhana”. Gampangannya gini: C dan O itu kan dapat membentuk CO atau CO2. Nah, kalo misalnya massa C dalam kedua senyawa itu sama (atau jumlah C-nya sama), maka massa O dalam CO : massa O dalam CO2 adalah bilangan bulat yang sederhana yaitu = 1:2. Misalnya nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa-senyawa N2O, NO, N2O3, dan N2O4 dengan komposisi massa terlihat pada tabel berikut. Senyawa

Massa nitrogen (gram)

Massa oksigen (gram)

Perbandingan

N2O NO N2O3 N2O4

28 14 28 28

16 16 48 64

7:4 7:8 7 : 12 7 : 16

Dari tabel tersebut, terlihat bahwa bila massa N dibuat tetap (sama), sebanyak 7 gram, maka perbandingan massa oksigen adalah 1 : 2 : 3 : 4. D. Hukum Perbandingan Volum (Hukum Gay Lussac). Bunyinya gini: “pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volum gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi Kimia Dasar untuk Fisika |

55

merupakan bilangan bulat dan sederhana”. Gampangannya gini: “kalo kita punya reaksi gas seperti ini N2 + 3H2 → 2 NH 3, maka cara bacanya adalah 1 liter gas N2 direaksikan dengan 3 liter gas H2 akan menghasilkan 2 liter gas NH 3. Jadi, sesuai dengan perbandingan koefisiennya aja!! Contoh: No. Volume gas yang bereaksi 1. 2. 3. 4.

Hidrogen + Oksigen 1 L + 0,5 L Nitrogen + Hidrogen 2L + 6L Hidrogen + Klor 1L + 1L Etilena + Hidrogen 1L + 1L

Hasil reaksi

Perbandingan volume

Uap air 1L Amonia 4L Hidrogen klorida 2L Etana 1L

2:1:2 1:3:2 1:1:2 1:1:1

E. Hukum Avogadro Bunyinya gini: “pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumnya sama mengandung jumlah partikel yang sama pula”. Gampangannya gini: kalo kamu punya 40 mL gas amoniak (NH3) yang mengandung 400 butir molekul, maka gas O2 yang volumenya 40 mL juga akan mengandung 400 butir molekul, asalkan tekanan dan temperaturnya sama. Jadi kalo dibuat rumusnya, jadinya gini:

V1 V2  n1 n 2 dimana V adalah volume dan n adalah jumlah partikel.

56


Pada suhu dan tekanan yang sama, sebanyak 2 L gas nitrogen (N2) tepat bereaksi dengan gas H 2 membentuk gas NH3 (amonia). Tentukan : a) Persamaan reaksinya! b) Volume gas H2 yang diperlukan! c) Volume gas NH3 yang dihasilkan! Penyelesaian: a) Persamaan reaksinya : N 2 (g)  3 H 2 (g)  2 NH3 (g) nH

2 nN 2

b) V H2 =

=

3

x VN

2

x 2L = 6L

1

Jadi volume gas H2 yang diperlukan dalam reaksi adalah 6 L. n NH

c) V NH3 =

=

nN 2 1

3

x VN

2

2

x 2L = 4L

Jadi volume gas NH3 yang dihasilkan oleh reaksi tersebut adalah 4 L. 57


BOCORAN!! Ternyata pada keadaan standar suhu 0 oC dan tekanan 1 atm (STP), setiap 1 mol gas sembarang akan mempunyai volume sebesar 22,4 L. Apakah mol itu?? Minggu depan ya!

Soal Latihan 1. Tuliskan persamaan reaksi yang menunjukkan bahwa perbandingan volume gas nitrogen (N2), gas hidrogen (H2) yang bereaksi dengan amonia (NH 3) yang dihasilkan adalah : 1 : 3 : 2 2. Gas metana (CH4) terbakar di udara menurut reaksi : CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g) Jika gas metana yang terbakar (pada suhu dan tekanan yang tetap) sebanyak 1 liter : a. Berapa liter O2 yang diperlukan? b. Berapa liter uap air dan gas CO2 yang dihasilkan?

58


BAB 8 REAKSI KIMIA DAN PERSAMAANNYA Setelah memahami aturan main reaksi kimia, sekarang kita akan mempelajari reaksi kimia dan penggunanannya. Kita akan mulai dari pengertian, persamaan, lalu penggunaannya dalam hitungan-hitungan kimia. Mungkin akan sedikit lebih rumit, tapi sante aja, semua bisa dipahami jika mau, so siapkan diri dan bertekadlah untuk memahaminya!!... A. Reaksi Kimia Reaksi kimia adalah proses mengubah zat-zat asal menjadi satu atau lebih zat-zat baru. Zat asal itu disebut reaktan, sementara zat baru yang dihasilkan disebut produk. Reaksi kimia tersebut dapat digambarkan dalam bentuk persamaan tertentu yang disebut persamaan reaksi kimia. B. Persamaan Reaksi Kimia Persamaan reaksi kimia menggunakan lambang kimia untuk menunjukkan siapa, bagaimana, dan apa yang dihasilkan saat reaksi kimia berlangsung. Contoh:

59


2H 2 ( g )

+

O2( g )

reaktan o

o

o

2H 2O(l ) produk

Tanda panah menunjukkan arah reaksi (artinya = membentuk, terurai, atau bereaksi menjadi). Huruf kecil dalam tanda kurung menunjukkan wujud atau keadaan zat yang bersangkutan (g = gass, l = l iquid, s = solid dan aq = aqueous / larutan berair). Bilangan yang mendahului rumus kimia zat disebut

koefisien reaksi (untuk menyetarakan atom-atom sebelum dan sesudah reaksi). Koefisien reaksi adalah bilangan bulat. Koefisien reaksi harus sesuai dengan hukum Lavoiser, yakni jumlah reaksi sebelum dan sesudah reaksi harus sama. Oleh karena itu, sebelum digunakan suatu persamaan reaksi kimia harus disetarakan terlebih dahulu. Contoh: C 2H6  O2  CO2  H2O (belum setara)

2C 2H6  7O2  4CO2  6H2O

60

(sudah setara)

Menyetarakan reaksi kimia dilakukan dengan cara menyesuaikan koefisien (angka sebelum rumus molekul) masing-masing zat sehingga jumlah masing-masing zat di ruas kanan dan zat di ruas kiri sama. Menyetarakan reaksi | Kimia Dasar untuk Fisika

bukan dengan mengubah subskrib (angka dalam rumus molekul). Contoh:

2CO2

bukan

C2O4

C. Menyetarakan Persamaan Reaksi Ada beberapa cara menyetarakan reaksi kimia, antara lain dengan cara langsung atau dengan cara matematis. Misal untuk reaksi:

C 2H 6  O2  CO2  H2O 1. Dengan cara langsung a. Agar lebih mudah menyetarakan reaksi, cari unsur yang muncul hanya sekali pada tiap sisi. Misal pada reaksi di atas adalah C dan H, maka mulailah menyetarakan atom C atau H terlebih dahulu. C 2H6

 O2  CO2  H2O

2 atom C

kalikan CO2 dengan 2

1 atom C

C 2 H 6  O2  2CO2  H2 O 6 atom H

kalikan H2O dengan 3

2 atom H

Jadinya:

C 2H 6  O2  2CO2  3H2 O

61


b. Setarakan atom lain yang belum setara.

C 2H 6  O2  2CO2  3H2O 2 atom O

C 2H 6

4 atom O 3 atom O

7  2 O2  2CO2  3H2O

2C 2H6  7O2  4CO2  6H2O

c.

2 atom O di kiri belum setara dengan 7 atom O di kanan

kalikan O2 dengan

masing-masing komponen dikalikan dengan 2 untuk

Periksa untuk memastikan bahwa jumlah atom adalah sama pada kedua sisi persamaan.

2C 2H6  7O2  4CO2  6H2O REAKTAN

PRODUK

4 12atom atomCH 14 atom O

4 12atom atomCH 14 atom O

2. Dengan cara matematis a. Pilih zat yang rumus kimianya lebih kompleks, lalu tetapkan koefisiennya = 1. Zat lain diberikan koefisien sementara dengan huruf. 1C 2H6



aO2



bCO2



cH2O

b. Setarakan terlebih dahulu persamaan tersebut secara matematis, berdasarkan unsur-unsurnya.

62

Atom

Ruas kiri

Ruas kanan

C

2

b

H

6

2c

O

2a

2b+c


Jumlah atom di ruas kiri = jumlah atom di ruas kanan, sehingga diperoleh : b = 2 ......................................................... (i) 2c = 6 ........................................................... (ii) 2a = (2b + c) ............................................. (iii) Dari persamaan (ii), diperoleh : 2c = 6 c

=

6  3 ............................................... 2

(iv)

Persamaan (i) dan (iv) disubstitusikan ke persamaan (iii) : 2a = (2b + c) ............................................. (iii) 2a = ((2)x(2) + 3) = 7 a

c.

=

7 ....................................................... 2

(v)

Subtitusikan nilai a, b, dan c ke persamaan reaksi:

1C 2H 6 

7 O  2CO2  3H2O 2 2

d. Kalikan masing-masing komponen dengan 2 untuk menghilangkan pecahan

2C 2H 6  7O2  4CO2  6H2O

1. Setarakan reaksi berikut: I2 + HNO3 → HIO3 + NO + H2O Penyelesaian: Jika sudah terbiasa, anda dapat menggunakan cara langsung untuk menyelesaikan soal di atas, tapi untuk latihan kita Kimia Dasar untuk Fisika |

63

gunakan cara matematis aja ya..!! Pertama, kita misalkan tiap koefisien dengan huruf: 1 I2 + a HNO3 → b HIO3 + c NO + d H 2O sehingga diperoleh: I : 2 = b ..................................................... (1) H : a = b + 2d ............................................. (2) N : a = c ........................................................ (3) O : 3a = 3b + c + d .................................... (4) Substitusi persamaan 1 dan 3 ke persamaan 4 3a = 3b + c + d ............................................... (4) 3a = 3 (2) + a + d 3a = 6 + a + d 2a = 6 + d ......................................................... (5) Substitusi persamaan 1 ke persamaan 2 a = b + 2d ......................................................... (2) a = 2 + 2d ......................................................... (6) Substitusi persamaan 6 ke persamaan 5 2a = 6 + d ......................................................... (5) 2(2 + 2d) = 6 + d 4 + 4d = 6 + d 3d = 2 d=

2 3

............................................................... (7)

Substitusi persamaan 7 ke persamaan 6 a = 2 + 2d ......................................................... (6) a = 2 + 2x a= 64

2

3 10 ............................................................... (8) 3

Substitusi persamaan 8 ke persamaan 3


a = c .................................................................... (3) c=

10 ................................................................ 3

(9)

Masukkan nilai a, b, c, dan d ke persamaan reaksi 1 I2 + a HNO3 → b HIO3 + c NO + d H 2O

10 1

I2

+ 3

10 HNO3

→2

3 I2 + 10 HNO3

HIO3 →

2

+ 3 NO + 3 H2O ……… (x3)

6 HIO 3 + 10NO + 2H2O

2. Setarakan reaksi berikut: MnO2 + HCl → MnCl2 + H2O + Cl2 Penyelesaian: Kita gunakan cara matematis, tapi jika merasa sanggup, anda dapat menyelesaikannya dengan cara langsung. Pertama kita, misalkan dulu koefisien dengan huruf: MnO2 + aHCl → bMnCl2 + cH2O + dCl2 Maka akan diperoleh persamaan : Mn : 1 = b O : 2 = c H : a = 2c Cl : a = 2b + 2d Jadi : b = 1; c = 2; a = 2c → a = 4 4 = 2.1 + 2d → 2d = 2 → d = 1 sehingga persamaan di atas dapat disetarakan menjadi:

MnO2+ 4 HCl

MnCl

2

+ 2 H2O + Cl2

3. Setarakan reaksi berikut: Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O + SO2 Penyelesaian: Kita misalkan terlebih dahulu: Kimia Dasar untuk Fisika |

65

Fe + aH2SO4 → bFe2(SO4)3 + cH2O + dSO2 Maka akan diperoleh persamaan: 1 = 2b atau b = ½ ........................................................... 2a = 2c atau a = c .............................................................. a = 3b + d .......................................................................... 4a = 12b + c + 2d .................................................................

(1) (2) (3) (4)

sehingga diperoleh: a = 3b + d a =1 ½ + d a–d=1½ 2a – 2d = 3 ……………………………………………………………… (5) 4a = 12b + c + 2d; b = ½ dan a = c 4a = 6 + c + 2d 4a = 6 + a + 2d 3a – 2d = 6 ………………………………………………………………… (6) dari persamaan 5 dan 6 dapat ditentukan nilai a dan d : 2a – 2d = 3 3a – 2d = 6 -a = -3 → Jadi a = 3 dan c = 3 selanjutnya 2a – 2d = 3 2(3) – 2d = 3 2d = 3 d=

3 2

masukkan nilai a, b, c, dan d ke persamaan reaksi, sehingga diperoleh: 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2 Catatan..!!!

66

Penyetaraan reaksi kimia secara matematis memerlukan waktu yang lama dan harus cermat, so jika sering latihan akan sangat membantu. Tapi ingat, perhitungan yang | Kimia Dasar untuk Fisika

melibatkan reaksi kimia harus diselesaikan secara cepat dan tepat. Oleh karena itu, pilih cara yang paling mudah, cepat, dan tepat!!

Setarakan reaksi-reaksi berikut ini!!

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

KNO3 → KNO2 + O2 Pb(NO3)2 → PbO + NO2 + O2 P4 + I2 → PI3 MgO + H3PO4 → Mg3(PO4)2 + H2O Br2 + KI → I2 + KBr Ca(OH)2 + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O Bi2O3 + H2 → Bi + H2O Fe + O2 → Fe3O4

CaO + C → CaC2 + CO2 Li + H2O → H2 + LiOH P4 + O2 → P4O10 C2H6 + O2 → CO2 + H2O CS2 + O2 → CO2 + SO2 AsCl3 + H2S → As2S3 + HCl AgNO3 + FeCl3 → AgCl + Fe(NO3)3 KClO3 → KCl + O2 SO2 + O2 → SO3 Mg + HCl → MgCl2 + H2 Ca + N2 → Ca3N2 19. NH4NO3 → N2O + H2O 20. 21. BiCl3 + H2S → Bi2S3 + HCl 22. C4H10 + O2 → CO2 + H2O 23. O2 + C6H12O6 → CO2 + H2O 24. NO2 + H2O → HNO3 + NO

9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.


67

25. Cr2(SO4)3+ NaOH → Cr(OH)3+ Na2SO4 26. Al4C3 + H2O → CH4 + Al(OH)3 Kunci Jawaban 2 3 . 6 O + C H

2 2 . 2 4C H

1 0

+ 1 3 O O 2

2 1 . 2 B i C 3l + 3 H 2 S

2 0 . N H 4 N O

3

 N

   2O

6 8 B C C 2i O O S 3 2 + + + 6 6 1 0 H H H C O 2O l

68

+ 2 H 2 O

1 9 . 3 C a + N

1 8 . M g + 2 H 2  lC  C a M 3 N g C 2 2l + H 2

1 7 . 2 S O

2

1 6 . 2 K C lO

+ 3 O  2  2 K 2 lC S + O 3 3 O 2

1 5 . 3 A g N O

3

1 4 . 2 A s C 3l + 3 H 2 S

+ F e C l3   A 3 s A 2S g 3 C l + + 6 F H e C (N l O 3 ) 3

1 3 . C 2S + 3 O

1 2 . 2 2C H 6

1 .1

P + 5 O

4

+ 2 7   2O P C  4O O 1 4 0 2 + C O 2 2 S + O 6 2 H 2 O

2

1 0 . 2 i L + 2 H 2 O

9 8 7 6 5 4 3 2 1 . . . . . . . . . 2 C a O + 5 C

3 F e + 2 O

2

  

F H 2 C 3e a O + C 4 2 2 L + iO C H O

2

2

B C B iO a (O 2r + 3 H + ) 2 K 2 3 H + I 2  2  H I N 2 O 2+ B 3 2 i  K + 3 C B H a r 2 O (N O 3 ) 2 + 2 H 2 O

2

3 M g O + 2 H 3 P O

4



M g 3 (P O 4 ) 2 + 3 H 2 O

P + 6 I

2 P b (N O 2  3) 2 4  P I 2 3 P b O + 4 N O 4

2 K N O

3



2 K N O

2

+ O

2

2

+ O

2

D. Contoh Reaksi Kimia 1. Reaksi pembakaran, yaitu reaksi dengan oksigen. Contoh: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O 2. Reaksi pembentukan, yaitu pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya. Contoh: 3Fe + 2O2 → Fe3O4 3. Reaksi penguraian, yaitu penguraian senyawa menjadi unsur-unsurnya. Contoh: Fe3O4 → 3Fe + 2O2 4. Reaksi penetralan/asam-basa, yaitu reaksi antara senyawa asam dan basa. Contoh: HCl + NaOH → NaCl + H2O | Kimia Dasar untuk Fisika

5. Reaksi redoks, yaitu reaksi yang mengakibatkan perubahan bilangan oksidasi. Contoh: FeS + 3NO3- + 4H+ → 3NO + SO42- + Fe3+ + 2H2O

69


BAB 9 MASSA ATOM DAN MOLEKUL RELATIF Sebelum membahas reaksi kimia lebih lanjut, kita akan mempelajari terlebih dahulu tentang massa atom relatif dan massa molekul relatif. Materi ini akan sangat membantu untuk memahami materi selanjutnya. A. Massa Atom Relatif (Ar) Pada kuliah sebelumnya kita sudah memahami bahwa massa suatu atom merupakan massa dari partikelpartikel penyusunnya, yaitu elektron, proton, dan neutron. Contoh: 1. massa satu atom H = 1,66 x 10–24 g 2. massa satu atom O = 2,70 x 10–23 g 3. massa satu atom C = 1,99 x 10–23 g Untuk hitungan kimia, angka-angka tersebut terlalu kecil, sehingga para ahli sepakat menggantinya dengan Satuan Massa Atom (sma) atau Atomic Massa Unit (amu) atau biasa disebut juga satuan Dalton. Para ahli memutuskan isotop 12C sebagai standar karena mempunyai kestabilan inti yang inert dibanding atom

70

lainnya. Isotop atom C–12 mempunyai massa atom 12 sma dimana 1 sma sama dengan 1,6605655 x 10–24 g. Dengan digunakannya isotop 12C sebagai standar maka dapat ditentukan massa atom unsur yang lain. Massa atom relatif suatu unsur (Ar) adalah bilangan yang menyatakan | Kimia Dasar untuk Fisika

perbandingan massa 1 atom unsur tersebut dengan

1 12

massa 1 atom C–12.

Jika diketahui massa 1 atom oksigen 2,70 x 10 –23 g, berapakah Ar atom O jika massa atom C 1,99 x 10–23 g? Penyelesaian:

Ar O 

massa atom O

1 x massa atom C  12 12 2,70 x 10 23  1 x 1,99 x 10 23 12  16,283 Besarnya harga Ar juga ditentukan oleh harga ratarata isotop tersebut. Sebagai contoh, di alam terdapat 35Cl dan 37Cl dengan perbandingan 75% dan 25% maka Ar Cl dapat dihitung dengan cara: Ar Cl = (75% x 35) + (25% x 37) = 35,5 Ar merupakan angka perbandingan sehingga tidak memiliki satuan. Ar dapat dilihat pada Tabel Periodik unsur (TPU) dan selalu dicantumkan dalam satuan soal apabila diperlukan. Kimia Dasar untuk Fisika |

71

Galium terdiri atas isotop 69Ga dan 71Ga, sedangkan massa atom relatif (Ar) Ga adalah 69,8. Tentukan kelimpahan masing-masing isotop galium itu! Penyelesaian: Misal kelimpahan 69Ga adalah a%, maka kelimpahan 71Ga adalah (100-a)%. Dengan demikian diperoleh persamaan: Ar Ga = a% x 69 + (100-a)% x 71 69,8 =

69a 7100 - 71a + 100 100

6980 = 69a + 7100-71a 71a-69a = 7100 – 6980 2a = 120 a = 60 Jadi, kelimpahan 69Ga adalah 60% dan kelimpahan 71Ga adalah 40 %. B. Massa Molekul Relatif (Mr) Molekul merupakan gabungan dari beberapa unsur dengan perbandingan tertentu. Unsur-unsur yang sama bergabung membentuk molekul unsur, contoh H2, sedangkan unsurunsur yang berbeda membentuk molekul senyawa, contoh H2O. Massa molekul unsur atau senyawa dinyatakan oleh massa molekul (Mr), yaitu jumlah Ar masing-masing unsur pembentuknya: 72


1. Diketahui massa atom relatif (Ar) beberapa unsur sebagai berikut. Ca = 40 O =16 H =1 Tentukan massa molekul relatif (Mr) senyawa Ca(OH)2! Penyelesaian: Satu molekul Ca(OH)2 mengandung 1 atom Ca, 2 atom O, dan 2 atom H. Mr Ca (OH)2 = Ar Ca + (2 Ar O) + (2 Ar H) = 40 + (2 u 16) + (2 u 1) = 40 + 32 + 2 =74 2. Hitung Mr H2SO4 (Ar H = 1, S = 32, dan O = 16)! Penyelesaian: Mr H2SO4 = (2 x Ar H) + (1 x Ar S + 4 x Ar O) = (2 x 1) + (1 x 32) + (4 x 16) = 2 + 32 + 64 = 98

73


BAB 10 KONSEP MOL DAN PENGGUNAANNYA Kita telah mempelajari bahwa partikel-partikel materi seperti atom, molekul, dan ion memiliki ukuran yang sangat kecil. Ukuran tersebut tentu menyulitkan jika analisis dilakukan dalam jumlah yang sangat besar. Oleh karena itu dalam kimia, dikenal konsep mol sebagai satuan jumlah partikel. A. Pengertian Mol Mol adalah satuan jumlah partikel atom, molekul, atau ion sebanyak 6,02 x 1023 partikel. Bilangan ini disebut bilangan Avogadro, disimbol L. Penggunaannya sama dengan lusin atau gross. Contoh: 1 lusin atom C = 12 atom C 1 gross atom C = 144 atom C 1 mol atom C = 602000000000000000000000 atom C = 602 milyar trilyun atom C

1 mol natrium bikromat (Na2CrO4)

74


Standar bilangan ini adalah jumlah isotop atom C-12 dalam 12 gram, yaitu sebanyak 6,0221421 x 10 23 atom C-12. Isotop atom C-12 dipilih sebagai standar karena merupakan atom yang paling stabil. Massa 1 atom C-12 adalah 1,9926786 x 10 -23 gram. Massa ini disebut 12 sma (6 proton + 6 neutron), dimana 1 sma = 1,6605655 x 10-24 gram. Dengan demikian diperoleh bilangan Avogadro:

12 1,9926786 x 10 -23  6,02 x 10 23

L

B. Penggunaan Konsep Mol 1. Menghitung jumlah partikel Jika tersedia 1 mol atom maka jumlah atomnya sebanyak 6,02 x 1023 atom. Jika yang tersedia adalah 2 mol atom, maka jumlah atomnya sebanyak 12,04 x 1023 atom. Berdasarkan logika tersebut dapat dirumuskan:

jumlah partikel  n x 6,02 x 1023 dimana n adalah jumlah mol. Jika tersedia 1 mol molekul, misal AB, maka jumlah total atom adalah 6,02 x 10 23 atom A ditambah 6,02 x 1023 atom B.

1. Ada berapa atom dalam 1 mol air? Penyelesaian: Satu molekul air (H2O) tersusun oleh 2 atom H dan 1 atom O. Jadi 1 molekul air tersusun oleh 3 atom. Karena 1 mol H 2O mengandung 6,02 x 1023 molekul, maka jumlah total atom Kimia Dasar untuk Fisika |

75

adalah 3 x 6,02 x 1023 atom = 18,06 x 10 23 atom. 2. Dalam 5 mol asam sulfat (H 2SO4), tentukan jumlah atom H, S, dan O! Penyelesaian: Jumlah molekul = 5 mol x N = 5 mol x 6,02 x 1023 = 3,01 x 1024 molekul Jumlah atom H = 2 x 3,01 x 1024 = 6,02 x 1024 atom Jumlah atom S = 1 x 3,01 x 1024 = 3,01 x 10 24 atom Jumlah atom O = 4 x 3,01 x 1024 = 12,04 x 10 24 atom 2. Menghitung massa molar partikel Telah disebutkan sebelumnya bahwa 1 mol atom C massanya 12 gram. Massa tersebut dinamakan massa molar atom, besarnya sama dengan Ar atom. Dengan demikian kita dapat merumuskan untuk semua atom dan molekul:

76


1. Diketahui 6 g urea (CO(NH2)2) jika Ar : H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, tentukan: a. mol urea b. jumlah partikel Penyelesaian: Mr urea = 12 + 16 + (14 x 2) + (2 x 2) = 60

gram urea Mr urea 6  60  0,1 mol

a. mol urea 

b. jumlah par tikel  mol urea x N  0,1 x 6,02 x 10 23  6,02x 10 24 molekul 2. Berapa gram dari 3 mol gas CO 2? (Ar C = 12, O = 16) Penyelesaian: Mr CO2 = (1 x Ar C) + (2 x Ar O) = (1 x 12) + (2 x 16) = 12 + 32 = 44 Massa CO2 = mol x Mr = 3 x 44 = 132 gram 77


3. Hubungan mol dan volume gas pada keadaan standar Hipotesis Avogadro menyebutkan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama akan mengandung jumlah partikel yang sama pula. Oleh karena 1 mol setiap gas mempunyai jumlah molekul yang sama, maka pada suhu dan tekanan yang sama pula, 1 mol setiap gas mempunyai volume yang sama. Volume per mol gas disebut volume molar dan dilambangkan Vm.

Vm 

V ga s mol

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 mol 32

1 mol 22,4 1 mol gas O2  22,4 L 1 L gas O2 

Kesimpulan Avogadro berlaku untuk semua gas pada keadaan standar.

Volume gas pada STP = 22,4 Lmol-1

78


1. Berapa mol gas hidrogen yang volumenya 6,72 liter, jika diukur pada suhu 0 °C dan tekanan 1 atm? Penyelesaian:

mol H2 

6,72 L  0,3 mol 22,4 Lmol-1

2. Hitung volume dari 3,01 x 1023 molekul NO2 yang diukur pada suhu 0 °C dan tekanan 76 cmHg! Penyelesaian: mol NO2 =

3,01x 10 23  0,5mol 6,02x 10 23

volume NO2 = 0,5 x 22,4 = 11, 2 L 4. Konsentrasi zat dalam larutan (molaritas) Molaritas (M) adalah salah satu cara menyatakan konsentrasi atau kepekatan larutan. Molaritas menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam tiap liter larutan. Satuan molaritas (M) adalah mol/liter atau mmol/mL.

79


1. Berapakah molaritas larutan yang dibuat dengan melarutkan 5,85 gram NaCl (Ar Na = 23, Cl = 35,5) dalam 500 mL (0,5 L) air? Jawab:

massa NaCl Mr 5,85  58,5  0,1mol mol NaCl M NaCl  V 0,1 mol  0,5 L  0,2 M

mol NaCl 

2. Hitunglah massa NaOH (Ar Na = 23, O = 16, dan H = 1) yang harus dilarutkan untuk membuat 100 mL (0,1 L) larutan NaOH 0,1 M! Jawab: mol NaOH = M NaOH x V NaOH = 0,1 molL-1 x 0,1 L = 0,01 mol massa NaOH

= mol NaOH x Mr NaOH = 0,01 mol x 40 gmol-1 = 0,4 gram

80


3. Tentukan molaritas jika 4 g NaOH dilarutkan dalam: a. 2 L air b. 500 mL air Penyelesaian:

massa NaOH 4   0,1mol Mr NaOH 40  0,1  0,05M 2 0,1   0,2M 0,5

mol NaOH  a. M  mol

V mol b. M  V

81


BAB 11 STOIKIOMETRI KIMIA Mol adalah salah satu konsep hitungan kimia yang paling dasar. Memahami konsep ini akan sangat membantu kita memahami konsep-konsep hitungan kimia lainnya. Pada bab ini kita akan mempelajari hitungan kimia yang lainnya. A. Kadar Zat Salah satu kegiatan penting dalam ilmu kimia adalah melakukan percobaan untuk mengidentifikasi zat. Ada dua kegiatan dalam identifikasi zat, yakni analisis kualitatif dan analisis kuantitatif. Analisis kualitatif digunakan untuk menentukan jenis komponen penyusun zat. Sedangkan analisis kuantitatif dilakukan untuk menentukan massa dari setiap komponen penyusun zat. Dengan mengetahui jenis dan massa dari setiap komponen penyusun zat, kita dapat mengetahui komposisi zat tersebut. Komposisi zat dinyatakan dalam persen massa (% massa). Perhitungan persen massa untuk setiap komponen dapat menggunakan persamaan berikut:

82


Analisis sampel menunjukkan terdapat 40% kalsium, 12% karbon, dan 48% oksigen. Jika diketahui massa sampel tersebut adalah 25 gram, tentukan massa dari masing-masing unsur dalam sampel! Penyelesaian:

B. Rumus Molekul dan Kadar Unsur dalam Senyawa Berdasarkan rumus kadar zat di atas, kita dapat menghitung perbandingan massa dan kadar unsur dalam suatu senyawa berdasarkan rumus molekulnya.

Tentukan persen massa unsur C, H, dan O dalam senyawa glukosa (C6H12O6)! (Ar C =12, H = 1, dan O = 16) Penyelesaian: Kimia Dasar untuk Fisika |

83

Mr C6H12O6 = 180

C. 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. Rumus molekul adalah rumus sebenarnya dari suatu senyawa. Rumus molekul dapat ditentukan jika massa molekul relatif diketahui.

84


Nilai n dapat ditentukan jika rumus empiris dan massa molekul relatif (Mr) zat diketahui.

1. Sejumlah sampel zat mengandung 11,2 gram Fe dan 4,8 gram O (Ar Fe = 56 dan O = 16). Tentukan rumus empiris senyawa tersebut! Penyelesaian: Untuk menentukan rumus empiris zat, kita menghitung perbandingan mol Fe dan O sebagai berikut:

diperoleh perbandingan Fe : O = 0,2 : 0,3 = 2 : 3. Jadi, rumus empiris senyawa adalah Fe2O3. 2. Vanila yang digunakan untuk memberi cita rasa makanan mempunyai komposisi 63,2% C, 5,2% H, dan 31,6% O (Ar C = 12, H = 1, dan O = 16). Tentukan rumus empirisnya! Penyelesaian: Untuk menentukan rumus empiris vanila, kita menghitung perbandingan mol C, H, dan O. Misalkan dalam 100 gram sampel vanila. Kimia Dasar untuk Fisika |

85

Diperoleh perbandingan mol C : H : O = 5,27 : 5,2 : 1,98 = 2,66 : 2,66 : 1 =8:8:3 Jadi, rumus empiris vanila adalah C8H8O3. 3. Suatu senyawa dengan rumus empiris CH (Ar C = 12 dan H = 1) mempunyai Mr = 26.Tentukan rumus molekul senyawa tersebut! Penyelesaian: Mr = n × (Ar C + Ar H) 26 = n × (12 + 1) 26 = n × 13 n = 2 Jadi, rumus molekul senyawa tersebut adalah (CH)2 = C2H2 D. Menentukan Rumus Kimia Hidrat Hidrat adalah zat padat yang mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari struktur kristalnya. Contoh: 1. Terusi (CuSO4.5 H2O) = tembaga(II) sulfat pentahidrat

86

2. Gipsum (CaSO4.2 H2O) = kalsium sulfat dihidrat 3. Garam Inggris (MgSO4.7 H2O) = magnesium sulfat heptahidrat 4. Soda Hablur (Na2CO3.10 H2O) = natrium karbonat dekahidrat. | Kimia Dasar untuk Fisika

Jika suatu senyawa hidrat dipanaskan, maka ada sebagian atau seluruh air kristalnya dapat dilepas (menguap). Jika suatu hidrat dilarutkan dalam air, maka air kristalnya akan lepas. Contoh: CuSO4.5 H2O(s) → CuSO4(aq) + 5 H2O(l)

CuSO4.5 H2O

CuSO4

Jumlah molekul air kristal dalam suatu senyawa hidrat dapat ditentukan dengan cara berikut (lihat contoh soal).

Sebanyak 5 gram hidrat dari tembaga (II) sulfat dipanaskan sampai semua air kristalnya menguap. Jika massa padatan tembaga(II) sulfat yang terbentuk adalah 3,2 gram, tentukan rumus hidrat tersebut! (Ar Cu = 63,5, S = 32, O = 16, dan H= 1). Penyelesaian: Massa H2O = 5 gram – 3,2 gram = 1,8 gram

mol CuSO4 

massa CuSO4



3,2

 0,02

Mr 159,5 massa H2O 1,8 mol H2O    0,1 Mr 18 Perbandingan CuSO4 : H2O = 0,02 : 0,1 = 1 : 5 So, rumus hidratnya adalah CuSO4.5H2O Kimia Dasar untuk Fisika |

87

E. Menentukan Jumlah Reaktan dan Produk Penentuan jumlah pereaksi dan hasil reaksi yang terlibat dalam reaksi harus diperhitungkan dalam satuan mol. Artinya, satuan-satuan yang diketahui harus diubah ke dalam bentuk mol. Metode ini disebut metode pendekatan mol. Adapun langkah-langkah metode pendekatan mol tersebut dapat Anda simak dalam bagan berikut.

1. Berapa massa air (H2O) yang dihasilkan dari reaksi pembakaran 4 g H2 dengan O2? (Ar : H = 1 ; O = 16) Penyelesaian: Setarakan reaksinya: 2H2 + O2 → 2H2O o o

Tentukan mol H2

mol H2  88 o

massa H2 4   2 mol Mr H2 2

Tentukan mol H2O


2 2 mol H2O  mol H2  2  2 mol 2 2 o

Tentukan massa H2O

massa H2O  mol H2O x Mr H2O  2 x 18  36 gram 2. Satu mol logam aluminium direaksikan dengan asam klorida secukupnya menurut reaksi Al(s) + HCl(aq) → AlCl3(aq) + H2(g) a. Berapa massa AlCl3 yang terbentuk? b. Berapa volume gas H2 (STP)? c. Berapa partikel H2 yang terjadi? (Ar : Al = 27 ; Cl = 35,5) Penyelesaian: a. Massa AlCl3 yang terbentuk: Setarakan reaksinya: 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl3(aq) + 3H2(g) o o Tentukan mol AlCl3

mol AlCl3  2 mol Al  2 x 1  1 mol 2 2 o

Tentukan massa AlCl3

massa AlCl3  mol AlCl3 x Mr AlCl3  1 x 133,5  133,5 gram b. Volume gas H2 Tentukan mol H2 o

mol H2  o

3 3 3 mol Al  x 1  mol 2 2 2

Tentukan volume H2

V H2  mol H2 x 22,4  33,6 L d. Partikel H2

Jumlah H2  mol H2 x 6,02 x 10 23 

3 x 6,02 x 10 23  9,03 x 10 23 molekul 2 Kimia Dasar untuk Fisika |

89

3. Sebanyak 13 g seng tepat habis bereaksi dengan sejumlah HCl menurut reaksi: Zn(s) + HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g). Apabila 1 mol gas oksigen pada tekanan dan suhu tersebut bervolume 20 L, berapa literkah volume gas hidrogen yang dihasilkan pada reaksi tersebut? (Ar Zn = 65) Penyelesaian: Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

massa Zn 13   0,2mol Ar Zn 65 1 1 mol H2  mol Zn  0,2  0,2 mol 1 1 20 V H2  0,2 x  4L 1 mol Zn 

4. 4. Pembakaran gas etana (C2H6) memerlukan oksigen 4,48 L (STP), menurut reaksi: C2H6(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) a. Berapa massa etana tersebut? b. Berapa massa CO2 yang dihasilkan? (Ar : C = 12 ; H = 1 ; O = 16) Jawab: 2C2H6(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(g)

1 mol x 4,48 L  0,2 mol 22,4 L 2 2 mol C H  mol O  0,2  0,057 mol 2 6 2 7 7

a. mol O2 

90

massa C2H6  mol C2H6 x Mr C2H6  0,057x 30  1,71 gram


b. mol CO2 

4 4 mol C2H6  0,057  0,114mol 2 2

massa CO2  mol CO2 x Mr CO2  0,114 x 44  5,02 gram

91


BAB 12 SIFAT DAN HUKUM-HUKUM GAS Kalo jarak kita dengan matahari lebih dekat, kita pasti akan merasa lebih panas. Iya kan??..... Ingat ngak dengan hadist Nabi, saat manusia dikumpulkan di padang mashyar besok? Yang paling banyak dosanya, akan lebih didekati matahari, sampe ada yang tenggelam dengan keringatnya sendiri, saking panasnya!!! Ihh.. ngeri ya??... Tapi, ada sesuatu yang membuatku masih heran. Kenapa di puncak Jayawijaya, yang di Papua itu bisa ada saljunya? Ngak cuma disana lho, di Mount Everest, yang di Nepal malah lebih banyak lagi saljunya. Coba deh perhatiin, orang-orang yang mendaki puncak-puncak tertinggi itu mesti selalu dilengkapi dengan mantel tebal, agar tidak kedinginan. Bahkan beberapa kabar mengabarkan, ada beberapa orang yang meninggal di puncak-puncak tersebut karena kedinginan. Kok bisa ya, di tempat-tempat tinggi seperti itu, suhunya lebih dingin dari tempat yang lebih rendah? Padahal kan kalo lebih tinggi berarti lebih dekat dengan matahari, so harusnya lebih panas!!! Hayooo…, logika ama realitanya gak

92

ketemu neh, bingung kan?? Kalo lihat judulnya di atas kalian mesti mikir, ini ada hubungannya dengan gas!! Tapi, hubungannnya seperti apa, bagaimana, dan kok bisa! Bingung lagi kan??.. Ok deh…, biar gak bingung lagi, mari kita mulai belajar tentang gas. | Kimia Dasar untuk Fisika

A. Wujud Materi Pada kuliah pertama, kita telah mempelajari pembagian materi berdasarkan wujudnya, yaitu padat, cair, dan gas. Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel penyusun zat padat sangat kuat sehingga mereka hanya bergetar pada posisi yang sama dan tetap berada dalam satu kesatuan. Mereka tidak tercerai berai alias tetap ngumpul. Lebih asyik ngumpul katanya… makan gak makan asal ngumpul!! Ini yang menjadi alasan kenapa bentuk batu, besi, timah, emas, de el el keliatan padat. Semua bagiannya seolah-olah saling menempel. Berbeda dengan zat padat, gaya tarik-menarik antar partikel-partikel penyusun zat cair kurang kuat. Akibatnya, partikel-pertikel tersebut bisa bergerak bebas dan tumpang tindih dengan teman-temannya. Jadi jangan heran kalo air, minyak tanah, bensin, de el el keliatan cair dan bentuknya pun bisa berubah-ubah sesuai dengan wadah yang ditempatinya. Btw, walaupun bentuk zat cair bisa berubahubah, volume zat cair biasanya tetap. Hal ini dikarenakan gaya tarik antara atom atau molekul penyusun zat cair masih mampu menahan mereka untuk tetap ngumpul alias tidak tercerai berai. Zat gas maunya beda sendiri, eksklusif, introvert, gaya, sok-sok-an, egois, pokoknya beda sendiri!! Gaya tarikmenarik antar pertikelnya lemah, suaangat lemah malah. Gerakannya bebas kemana-mana, sesuka hati, malah sering dengan seenaknya nabrak teman sendiri tanpa sapa, salam, dan senyum. Ngumpul??.. apalagi, gak pernah sekali!! Lebih enak hidup sendiri… Gaya tarik-menarik partikel gas yang sangat lemah ini menjadikan pertikel-pertikelnya tercerai berai hingga kadang tak terlihat. Kimia Dasar untuk Fisika |

93

Gambar 12. 1. Wujud zat, manakah yang berwujud gas?? B. Sifat-Sifat Gas Karena perilaku pertikelnya itu, gas memiliki sifat unik yang mudah diamati, antara lain:  Volume dan bentuk sesuai wadahnya.  Gerak partikelnya cepat dan bebas dan memberi tekanan yang sama ke dinding wadah. Semakin banyak gas, tekanannya semakin besar.  Gas dapat ditekan dengan tekanan luar, bila tekanan luar dikurangi, gas akan mengembang.  Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.  Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan

94

terdistribusi merata. Sifat-sifat gas di atas menunjukkan bahwa gas merupakan wujud zat yang sangat dipengaruhi oleh besaranbesaran makroskopis, seperti volume, tekanan, suhu, dan jumlah partikel. Salah satu teknik yang sering dipakai dalam | Kimia Dasar untuk Fisika

ilmu fisika untuk membantu menurunkan hubungan antara beberapa besaran tersebut adalah menjaga agar salah satu besaran selalu konstan. Misalnya, kalo kita ingin mengetahui hubungan antara suhu dan tekanan gas, maka volume dan jumlah partikel gas dijaga agar selalu konstan. Kalo kita ingin mengetahui hubungan antara suhu dan volume gas maka tekanan gas dijaga agar selalu konstan. Demikian juga kalo kita ingin mengetahui hubungan antara tekanan dan volume gas maka suhu gas dijaga agar selalu konstan. Ingat ya, besaran-besaran ini saling mempengaruhi. Ketika salah satu besaran berubah, maka besaran yang lain akan berubah. Karenanya jika kita tidak menggunakan teknik ini, maka kita tidak akan bisa mengetahui secara pasti bagaimana hubungan kuantitatif antara satu besaran dengan besaran lain. Btw, dirimu dan diriku tidak perlu melakukan eskperimen itu lagi…. Para ilmuwan tempo doeloe sudah melakukannya untuk kita. Tapi kalau dirimu masih ingin melakukannya lagi, yow wes.., monggooo…!!! 1. Hubungan antara Volume dan Tekanan Gas (Hukum Boyle) Robert Boyle (1627-1691) melakukan eksperimen untuk menyelidiki hubungan kuantitaif antara tekanan dan volume gas. Percobaan ini dilakukan dengan memasukan sejumlah gas tertentu ke dalam wadah tertutup. Sampai pendekatan yang cukup baik, Obet menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Boyle. Kimia Dasar untuk Fisika |

95

tekanan ditambah

tekanan dikurangi

volume berkurang

volume bertambah

Gambar 12.2. Hubungan antara tekanan dan volume gas pada temperatur konstan Secara matematis pernyataan di atas dapat ditulis sebagai berikut : 1 P 

V k P  V PV  konstan P1V1  P2V2

P1V1

 P2V2

Arti dari persamaan di atas adalah : pada suhu (T) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, apabila tekanan gas bertambah, maka volume gas berkurang atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka volume gas bertambah, sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstan. Grafik yang menyatakan hubungan antara volume dan tekanan tampak seperti pada gambar 3 di bawah.

96


Gambar 12.3. Grafik hubungan antara tekanan dan volume gas pada temperatur konstan Catatan : + Kok garis P vs V melengkung ya?... - Owh itu, jgn dipikirkan sekarang ya.., besok-besok aja, kalo udah butuh!! 2. Hubungan antara Suhu dan Volume Gas (Hukum Charles) Seratus tahun setelah Obet menemukan hubungan antara volume dan tekanan, seorang ilmuwan berkebangsaan Prancis yang bernama Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya, Cale menemukan bahwa apabila tekanan gas selalu konstan, maka ketika suhu gas bertambah, volume gas pun ikut2an bertambah. Sebaliknya ketika suhu gas berkurang, volume gas pun ikut-ikutan berkurang.

97


p

p

p temperatur dikurangi

temperatur ditambah

volume berkurang

volume bertambah

Gambar 12.4. Hubungan antara suhu dan volume gas pada tekanan konstan Hubungan antara suhu dan volume gas dinyatakan melalui grafik pada gambar 5 di bawah ini.

Gambar 12.5. Grafik hubungan antara suhu dan volume gas pada tekanan konstan Apabila garis pada grafik digambarkan sampai suhu yang lebih rendah maka garis akan memotong sumbu di sekitar -273,15 oC. Berdasarkan banyak percobaan yang pernah dilakukan, ditemukan bahwa walaupun besarnya

98

perubahan volume setiap gas berbeda-beda, tetapi ketika garis pada grafik V-T digambarkan sampai suhu yang lebih rendah maka garis selalu memotong sumbu di sekitar 273,15 oC.


Jadi semua gas bernasib sama… Kita bisa mengatakan bahwa seandainya gas didinginkan sampai -273,15 oC maka volume gas = 0. Apabila gas didinginkan lagi hingga suhunya berada di bawah -273,15 oC maka volume gas akan bernilai negatif. Aneh khan kalau volume sampai bernilai negatif…. volume gas = 0 saja diriku sudah sulit membayangkannya apalagi volume gas bernilai negatif. Tentu saja tidak mungkin… Cukup logis kalau kita mengatakan bahwa-273,15 oC merupakan suhu terendah yang bisa dicapai. Karena garis memotong sumbu di sekitar -273,15 oC maka sesuai dengan kesepakatan bersama, di tetapkan bahwa suhu terendah yang bisa dicapai adalah -273,15 oC. Suhu -273,15 oC dikenal dengan julukan suhu nol mutlak dan dijadikan acuan skala mutlak alias skala Kelvin. Kelvin adalah nama fisikawan Inggris, Lord Kelvin (18241907). Pada skala ini, suhu dinyatakan dalam Kelvin (K), O

bukan derajat Kelvin ( K). Jarak oantara derajat samao seperti pada skala celcius. 0 K = -273,15 C dan 273,15 K = 0 C. Suhu dalam skala Celcius dapat diubah menjadi skala Kelvin dengan menambahkan 273,15, suhu dalam skala Kelvin bisa diubah menjadi skala Celcius dengan mengurangi 273,15. Secara matematis hubungan antara volume dan suhu pada P konstan adalah sebagai berikut:

V T V k T V  konstan T V1 V2  T1 T2

V1 T1



V2 T2 99


Arti dari persamaan di atas adalah : pada tekanan (P) konstan, apabila suhu mutlak (T) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara suhu mutlak dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, jika suhu mutlak gas bertambah, maka volume gas juga bertambah atau sebaliknya jika suhu mutlak gas berkurang maka volume gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara suhu dan volume selalu konstan. Catatan : Yang dimaksudkan dengan suhu mutlak gas adalah suhu gas yang dinyatakan dalam skala Kelvin. Apabila suhu masih dalam skala Celcius, maka ubah terlebih dahulu ke dalam skala Kelvin. 3. Hubungan antara Tekanan gas dan Suhu gas (Hukum Gay-Lussac) Setelah Obet dan Cale mengabadikan namanya dalam ilmu fisika, Joseph Gay-Lussac (1778-1850) pun tidak mau ketinggalan. Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Jose menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut2an bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas pun ikut2an berkurang. Istilah kerennya, pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas . Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Gay-Lussac.

100


temperatur dikurangi

temperatur ditambah

tekanan berkurang

tekanan bertambah

Gambar 12.6. Hubungan antara suhu dan tekanan gas pada volume konstan Secara matematis hubungan antara tekanan dan suhu pada volume konstan dapat ditulis sebagai berikut :

P T P k T P

 konstan

P1 T1

P2 

T2

T P1 P2  T1 T2 Arti dari persamaan di atas adalah : pada volume (V) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka suhu mutlak (T) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu mutlak selalu konstan. Dengan kata lain, jika tekanan gas bertambah, maka suhu mutlak gas juga bertambah atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka suhu mutlak gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu selalu konstan. Perlu diketahui bahwa hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay-Lussac memberikan hasil yang akurat apabila tekanan dan massa jenis gas tidak terlalu besar. Di Kimia Dasar untuk Fisika |

101

samping itu, ketiga hukum tersebut juga hanya berlaku untuk gas yang suhunya tidak mendekati titik didih. Berdasarkan kenyataan ini, bisa disimpulkan bahwa hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay-Lussac tidak bisa diterapkan untuk semua kondisi gas. 4. Hubungan antara Jumlah Partikel Gas dan Volume Gas (hukum Avogadro) Sejauh ini kita baru meninjau hubungan antara suhu, volume, dan tekanan gas. Massa gas atau jumlah partikel gas belum kita bahas. Setiap zat alias materi, termasuk zat gas terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul yang disebut partikel. Ketika meniup balon, semakin banyak udara yang dimasukkan, semakin kembung balon tersebut. Dengan kata lain, semakin banyak partikel gas yang dimasukkan, semakin besar volume balon. Kita bisa mengatakan bahwa pada suhu dan tekanan yang tetap jumlah partikel (n) sebanding alias berbanding lurus dengan volume gas (V). Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Avogadro. p gas dikurangi volume berkurang

gas ditambah volume bertambah

Gambar 12.7. Hubungan antara jumlah partikel dan volume gas pada tekanan dan suhu konstan

102

Secara matematis hubungan antara antara jumlah partikel dan volume gas dapat ditulis seperti ini :


V n V k n V  konstan n V1 V2 n1  n 2

V1 n1

V2 

n2

Avogadro telah menghitung bahwa pada tekanan 1 bar dan suhu 273,15 K (keadaan standar/STP), volume yang ditempati tiap gas adalah 22,4 liter. 5. Hubungan antara suhu, volume, tekanan, dan jumlah partikel gas Hukum Boyle, hukum Charles, hukum Gay-Lussac, dan hukum Avogadro baru menurunkan hubungan antara suhu, volume, tekanan, dan jumlah partikel gas secara terpisah. Bagaimanapun keempat besaran ini memiliki keterkaitan erat dan saling mempengaruhi. Karenanya, dengan berpedoman pada keempat hukum gas di atas, kita bisa menurunkan hubungan yang lebih umum antara suhu, volume, tekanan, dan jumlah partikel gas. Kita tuliskan kembali keempat persamaan di atas, agar dirimu bisa lebih nyambung :

1 (pada n dan T konstan) p

Hukum Boyle

:V 

Hukum Charles Hukum Gay-Lussac

: V T (pada n dan P konstan) : P T (pada n dan V konstan)

Hukum Avogadra : V  n (pada P dan T konstan) Jika keempat persamaan tersebut digabungkan akan diperoleh hubungan keempat besaran tersebut: Kimia Dasar untuk Fisika |

103

V 

nT P

V  kons tan ta x

nT nT R P P

PV  nRT

PV  nRT Persamaan di atas disebut persamaan gas ideal, karena gas dianggap berperilaku sempurna saat pengukuran. Jika kita melakukan pengukuran terhadap 1 mol gas pada keadaan standar 1 bar dan 273 K, akan diperoleh nilai R sebagai berikut: R = 8,315 J mol-1 K-1 = 0,0821 L atm mol-1 K-1 = 1,99 kal mol-1 K-1 (ket: J = Joule, K = Kelvin, L = liter, atm = atmosfir, kal = kalori)

6. Hukum Dalton Persamaan gas ideal tidak hanya berlaku pada sampel yang terdiri dari satu jenis gas saja, tetapi juga dapat digunakan untuk campuran gas. Bila beberapa gas yang tidak saling bereaksi bereaksi dicampur dalam satu wadah, masing-masing gas akan melakukan sebagian tekanan. Tekanan yang diberikan setiap gas disebut tekanan parsial. Besarnya tekanan parsial gas akan sama dengan tekanan gas itu bila berada sendirian dalam wadah. Secara sederhana ini bisa dirumuskan bahwa tekanan total suatu campuran gas adalaah jumlah tekanan parsial semua komponennya. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Dalton. 104


Gambar 8. Tekanan total sistem adalah kontribusi tekanan masing-masing komponen Secara matematis, hukum Dalton dapat dituliskan sebagai berikut:

Ptotal = PA + PB + PC … dimana Ptotal adalah tekanan total gas, PA, PB, dan PC adalah tekanan parsial masing-masing komponen gas. Tekanan parsial masing-masing gas dapat dihubungkan dengan tekanan total sistem menggunakan fraksi molnya. Misal untuk sistem yang terdiri dari gas A dan gas B.

PA  nA RT PB  nB RT

+

PA  PBV  nA  nB RT PtotalV  ntotal RT Maka besarnya tekanan parsial gas A (P A) dan B (PB) berdasarkan fraksi molnya: 105


PAV n RT  A PtotalV ntotal RT PA n  A Ptotal ntotal PA  XA total P PA  X A Ptotal

PA  XAPtotal

PB  XB Ptotal

1. Pada tekanan 101 kPa, suhu sejumlah gas oksigen sama dengan 20 oC dan volumenya = 20 liter. Berapakah volume gas oksigen jika suhunya dinaikan menjadi 40 oC ?

Penyelesaian: T1 = 20 oC + 273 = 293 K T2 = 40 oC + 273 = 313 K V1 = 20 L V2 = ?

106


2. Pada tekanan atmosfir (101 kPa), suhu gas karbon dioksida = 20 oC dan volumenya = 2 liter. Apabila tekanan diubah menjadi 201 kPa dan suhu dinaikkan menjadi 40 oC, hitung volume akhir gas karbon dioksida tersebut… Penyelesaian: P1 = 101 kPa P2 = 201 kPa T1 = 20 oC + 273 K = 293 K T2 = 40 oC + 273 K = 313 K V1 = 2 liter V2 = ? Tumbangkan soalnya:

Volume akhir gas karbon dioksida = 1,06 liter

107


3. Tentukan volume 2 mol gas pada STP (anggap saja gas ini adalah gas ideal) Penyelesaian:

Volume 2 mol gas pada STP (temperatur dan tekanan stadard) adalah 44,8 liter. Berapa volume 1 mol gas pada STP ? itung sendiri ya!!…. 4. Volume gas oksigen pada STP = 20 m 3. Berapa massa gas oksigen ? Penyelesaian: Volume 1 mol gas pada STP = 22,4 liter = 22,4 dm 3 = 22,4 x 10-3 m3 (22,4 x 10-3 m3/mol) Volume gas oksigen pada STP = 20 m 3

108


Massa molekul oksigen = 32 gram/mol (massa 1 mol oksigen = 32 gram). Dengan demikian, massa gas oksigen adalah :

Guampang sekali khan ? hehe…. Sering2 latihan ya.., biar mahir!!

109


BAB 13 TEORI TUMBUKAN DAN ENERGI AKTIVASI REAKSI Setelah memahami materi dan wujudnya, sekarang kita akan belajar tentang bagaimana materi tersebut dapat berubah secara kimia. Tapi, modul ini hanya akan membahasnya secara makro saja, adapun secara mikro, biarkan mahasiswa kimia saja yang mempelajarinya. A. Teori Tumbukan Salah satu teori yang menjelaskan proses terjadinya reaksi kimia adalah teori tumbukan. Menurut teori tumbukan, reaksi kimia terjadi karena adanya partikelpartikel yang saling bertumbukan. Tetapi, tidak semua tumbukan akan menghasilkan reaksi kimia. Tumbukan yang dapat menghasilkan reaksi kimia hanyalah tumbukan yang efektif. Agar terjadi tumbukan yang efektif diperlukan syarat, yaitu orientasi tumbukan molekul harus tepat. Orientasi merupakan arah atau posisi antarmolekul yang bertumbukan. Untuk molekul berbentuk bulat orientasi tidak begitu penting, karena semua posisi akan mengakibatkan tumbukan dengan orientasi sesuai. Tetapi, untuk molekul yang berbentuk dua bola terpilin orientasi sangatlah penting. menghasilkan

110 Gambar 13.1. Tumbukan antar molekul yang berbentuk bulat | Kimia Dasar untuk Fisika

Tetapi, untuk molekul yang berbentuk dua atau lebih bola terpilin orientasi molekulnya sangat penting.

men hasilkan

Gambar 13.2. Tumbukan antar molekul yang berpilin Misal tumbukan antara gas hidrogen dengan gas oksigen, seperti reaksi berikut: 2H2 (g) + O 2 (g) → H2O(l) + H2O(l)

Gambar 13.3. Tumbukan yang sesuai menghasilkan 2 molekul air B. Energi Aktivasi Selain orientasi, agar dapat terjadi reaksi kimia, maka energi tumbukan harus melewati energi penghalang yang dikenal dengan energi aktivasi. Energi aktivasi (Ea) merupakan energi minimal agar terjadi suatu reaksi. Semua proses reaksi kimia harus melalui tahap ini, jika energi aktivasi tidak terlampaui, maka reaksi kimia tidak akan terjadi. Energi aktivasi merupakan syarat minimal terjadinya suatu reaksi dan dapat digambarkan sebagai berikut.


111

energi aktivasi (Ea) reaktan produk Gambar 13.4. Diagram energi aktivasi Diagram di atas memperlihatkan bahwa reaktan dapat menjadi produk jika mampu melewati energi sebesar Ea, yang disebut energi aktivasi. Jika Ea tidak terlampaui, maka tidak akan dihasilkan suatu produk. Diagram tersebut juga memperlihatkan apakah suatu reaksi bersifat eksoterm (mengeluarkan panas) atau endoterm (menyerap panas). Reaksi bersifat eksoterm jika energi potensial dari reaktan lebih tinggi daripada energi potensial produk. Sebaliknya reaksi bersifat endoterm jika energi potensial reaktan lebih rendah daripada energi produk.

a

b

Gambar 13.5. reaksi eksoterm (a), reaksi endoterm (b)

112

Energi aktivasi dibutuhkan karena sesaat setelah tumbukan antar reaktan terbentuk senyawa transisi atau kompleks teraktivasi terlebih dahulu. Senyawa transisi hanya bertahan dalam waktu yang sangat singkat karena memiliki energi yang sangat tidak stabil. Sesaat setelah itu, senyawa ini


akan berubah menjadi produk. Sebagai contoh lihat gambar 13.6 berikut:

Gambar 13. 6. Pembentukan senyawa transisi

Makanya jangan sering berduaan, ehh.., maksudnya jangan pernah berduaan, cewek ama cowok!! Takutnya, kalo udah tumbukan mata, lama-lama... pegangan tangan, habis itu... energinya gak stabil lagi!! Wah..., gawat deh jadinya...

113


BAB 14 REAKSI DAN PERHITUNGANNYA Setelah saling bertumbukan, reaktan akan mulai bereaksi membentuk produk. Tapi berapa waktu yang dibutuhkan untuk membentuk produk belum bisa ditentukan, kecuali dengan memahami kinetikanya. Nah…, kalo bagituww, berarti kita harus belajar tentang kinetika, yaitu ilmu kimia yang belajar tentang mekanisme dan laju reaksi. A. Laju Reaksi Secara fisika, definisi dari kecepatan atau laju adalah jarak yang ditempuh benda pada waktu tertentu. Laju disimbolkan dengan v dan dapat dituliskan rumusnya sebagai berikut:

Laju gerak 

Perubahan posisi x 2  x 1 x S    v Perubahan waktu t2  t1 t t

dimana v adalah laju (meter detik-1), s adalah jarak meter), dan t adalah waktu (detik). Sama dengan hal tersebut, dalam kimia juga dikenal istilah laju reaksi. Masih ingat dengan persamaan reaksi yang

114

pernah kita pelajari? Persamaan reaksi terdiri atas reaktan dan produk. Reaksi berjalan mulai dari reaktan menuju produk. Reaktan terletak di sebelah kiri anak panah, sedangkan produk terletak di sebelah kanan.


Dalam hal ini jika diandaikan reaksi berjalan terus, maka secara logika konsentrasi reaktan akan semakin berkurang, sedangkan konsentrasi produk akan semakin bertambah. Karena dalam reaksi tidak ada jarak yang harus ditempuh, maka konsentrasi reaktan berkurang setiap saat atau konsentrasi produk bertambah setiap saat. Hal ini dapat dianalogikan sebagai jarak yang ditempuh. Dengan analogi tersebut, maka laju reaksi dapat didefinisikan sebagai “laju berkurangnya konsentrasi reaktan tiap satuan waktu”. Atau jika ditinjau dari produk, laju reaksi dapat didefinisikan sebagai “laju bertambahnya konsentrasi produk tiap satuan waktu”. Analoginya dapat dilihat pada gambar 1 dan 2 untuk reaksi A → B. Seiring dengan bertambahnya waktu, molekul A (yang berwarna hitam) akan berkurang sebagai reaktan, sementara molekul B (yang berwarna merah) akan bertambah sebagai produk.

waktu

Gambar 14.1. Perubahan konsentrasi reaktan A dan produk B

115


Gambar 14.2. Kurva perubahan konsentrasi reaktan A dan produk B Secara matematika laju reaksi A sebagai berikut:

r 

→

B dapat dituliskan

berkurangnya konsentrasi reaktan waktu yang dibutuhkan



reaktan t

atau r 

bertambahnya konsentrasi produk produk  waktu yang dibutuhkan t

dimana r adalah laju reaksi (molar per satuan waktu). Simbolnya sengaja dibedakan, biar beda aja, gak ada maksud lain kok… Jika reaksinya lebih kompleks, misalnya persamaan reaksi:

116

aA → bB maka koefisien reaksi harus diperhitungkan dalam persamaan lajunya. Persamaan laju reaksi untuk reaksi di atas adalah: | Kimia Dasar untuk Fisika

r 

1 A  1 B   a t b t

Diketahui persamaan reaksi A + 3B → 2C + 2D Molaritas B mula-mula 0,9986 M dan dalam waktu 13,2 menit molaritas B berubah menjadi 0,9746 M. Berapa laju reaksi rata-rata selama waktu tersebut dalam M per detik? Penyelesaian: Berdasarkan reaksi di atas, persamaan laju reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

r 

A 1 B 1 C 1 D    t 3 t 2 t 2 t

Molaritas B berubah selama reaksi berlangsung 13,2 menit dapat dihitung sebagai berikut. Δ[B] = 0,9746 M – 0,9986 M = –0,0240 M Δt = 13,2 menit Dengan demikian didapatkan laju reaksi pengurangan B adalah:

117


1 B 3 t 1  0,0240 (M)  3 13,2 (menit ) 1  0,0240 (M)  3 792 (det ik )  1,01.10 5 M detik -1

r 

Simple banget ya.. B. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi Reaksi kimia dapat dipercepat atau diperlambat dengan cara memberi perlakuan tertentu. Perlakuan tersebut berkaitan dengan ukuran partikel reaktan, suhu, pengadukan, tekanan gas, molaritas, katalisator, inhibitor, dan sebagainya. 1. Ukuran Jikapartikel ukuran partikel semakin kecil, maka reaksi akan berjalan semakin cepat akibat bertambahnya permukaan materi tersebut. Jika kalian mempunyai benda berbentuk kubus dengan ukuran rusuk panjang, lebar, dan tinggi sama, yaitu 1 cm. Berapa luas permukaan kubus tersebut? Secara matematika dapat dihitung bahwa luas permukaan kubus sebesar 6 kali luas sisinya. Karena kubus mempunyai 6 sisi yang sama, maka jumlah luas permukaannya adalah 6 × 1 cm × 1 cm = 6 cm 2. Sekarang jika kubus tersebut dipotong sehingga menjadi 8 buah kubus yang sama besar, maka keempat kubus akan mempunyai

118

panjang,lebar, dan tinggi masing-masing 0,5 cm. Luas permukaan untuksebuah kubus menjadi 6 × 0,5 cm × 0,5 cm = 1,5 cm2. Jumlah luaspermukaan kubus menjadi 8 × 1,5 cm2 = 12 cm2. Jadi, dengan memperkecil ukuran kubus, maka luas permukaan total menjadisemakin banyak. | Kimia Dasar untuk Fisika

Gambar 14.3. Luas permuakaan partikel kecil lebih besar Jika ukuran partikel suatu benda semakin kecil, maka akan semakin banyak jumlah total permukaan benda tersebut. Oleh karena itu, luas permukaan semakin banyak maka kemungkinan terjadinya tumbukan antarpermukaan partikel akan semakin sering. Hal ini dapat mempercepat terjadinya reaksi. 2. Suhu Kenaikkan suhu mempercepat reaksi karena dengan kenaikkan suhu gerakan partikel semakin cepat. Energi kinetik partikel-partikel semakin bertambah sehingga makin banyak terjadi tumbukan yang efektif. Dengan demikian, makin banyak partikel-partikel yang bereaksi.

Gambar 14.4. Gerakan partikel-partikel dalam reaksi kimia pada suhu T1 dan T2 Beberapa hasil eksprimen menunjukkan bahwa kenaikan suhu 100C, akan menambah laju reaksi 2 kali lipat. Lumayan ya... 119


3. Konsentrasi Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi tentu mengandung molekul-molekul yang lebih rapat dibandingkan dengan konsentrasi larutan rendah. Larutan dengan konsentrasi tinggi merupakan larutan pekat dan larutan dengan konsentrasi rendah merupakan larutan encer. Pada larutan pekat, letak molekulnya rapat sehingga sering terjadi tumbukan dibandingkan dengan larutan encer. Itulah sebabnya, jika konsentrasi larutan yang direaksikan semakin besar, maka laju reaksinya juga semakin besar.

Gambar 14.5. Partikel reaktan dalam (a) konsentrasi rendah, (b) konsentrasi tinggi

120

4. Katalis Katalisator merupakan zat yang mampu mempengaruhi laju reaksi. Dalam kerjanya katalisator akan ikut bereaksi dengan zat-zat reaktan, tetapi diakhir proses reaksi katalisator tersebut akan memisah kembali. Katalis ada dua macam, yaitu katalis yang bersifat positif dan katalis negatif. Katalis bersifat positif dapat mempercepat laju reaksi. Katalis bersifat negatif merupakan katalisator yang memperlambat laju reaksi, katalisator ini dinamakan inhibitor. Adanya katalis positif dalam reaksi kimia mengakibatkan energi aktivasi reaksi semakin kecil. Dengan demikian, kemungkinan terjadinya reaksi semakin besar. Bayangkan jika kalian ingin menuju suatu tempat yang dihalangi sebuah gunung. Jalan yang satu harus mendaki gunung, sedangkan jalan yang lain melewati terowongan yang menembus gunung, mana yang lebih cepat? Jalan yang | Kimia Dasar untuk Fisika

harus mendaki gunung digambarkan sebagai jalan tanpa katalis, sedangkan jalan melalui terowongan adalah jalan dengan katalis. Dalam hal ini terowongan merupakan suatu katalis.

Gambar 14.6. Diagram energi aktivasi dengan atau tanpa katalis Apa yang dapat disimpulkan dari gambar di atas. Pada gambar terlihat bahwa pada: 

Jalur I A + B → AB → C Jalur ini merupakan jalur reaksi yang berjalan tanpa katalisator sehingga memerlukan energi aktivasi yang tinggi. Akibatnya reaksi berjalan lambat. 

Jalur II A + B → XAB → C Jalur ini dengan katalisator, yaitu X. Adanya katalisator mengakibatkan energi aktivasi rendah, sehingga reaksi berjalan cepat.


121

Contohnya adalah reaksi penguraian H2O2. Larutan hidrogen peroksida (H2O2) dapat terurai menurut persamaan reaksi berikut: 2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) Pada suhu kamar, reaksi penguraian berjalan lambat. Akan tetapi, jika ditambah mangan(IV) oksida, reaksi dapat berjalan lebih cepat. C. Konstanta Laju Reaksi Sebelumnya telah dijelaskan bahwa pada suhu tertentu konsentrasi reaktan berbanding lurus dengan laju reaksi, semakin banyak zat yang bereaksi, maka semakin cepat reaksi tersebut berlangsung. Perhatikan tabel berikut yang menggambarkan laju reaksi penguraian Br2.

Tabel di atas memperlihatkan seiring dengan berkurangnya konsentrasi Br2, maka laju reaksinya juga akan berkurang. Jika digambarkan dengan grafik akan diperoleh persamaan garis lurus. 122


Gambar 14.7. Laju reaksi dan konsentrasi berbanding lurus Berdasarkan grafik tersebut kita bisa menuliskan hubungan antara laju dan konsentasi analog dengan persamaan garis lurus y = mx, dimana y adalah laju reaksi, x adalah konsentrasi dan m adalah sebuah konstanta. Kita peroleh:

r  k Br2  Jika reaksinya lebih kompleks lagi, misal: A+B→ C Kita tuliskan persamaan lajunya:

r  k A  B  Harga k bergantung pada jenis reaksi dan suhu. Setiap jenis reaksi mempunyai harga k tertentu. Jika reaksi berlangsung cepat, maka harga k besar. Begitu pula sebaliknya. Jika reaksi berlangsung lambat, maka harga k kecil. D. Orde Reaksi Pengaruh konsentasi terhadap laju reaksi tergantung pada jenis reaksinya. Ada jenis reaksi yang ketika konsentrasi reaktannya ditambah 2 kali lipat maka lajunya akan bertambah 2 kali lipat juga. Ada pula reaksi yang ketika Kimia Dasar untuk Fisika |

123

konsentrasi reaktannya ditambah 2 kali lipat maka lajunya akan bertambah 4 kali lipat. Bahkan ada jenis reaksi yang jika konsentrasinya ditambah berkali-kali lipat, ternyata lajunya tetap, tidak bertambah apalagi berkurang. Untuk memahaminya, perhatikan ilustrasi pada gambar 14.8.

Gambar 14.8. Pengaruh konsentrasi terhadap laju Persamaan laju dari reaksi A → B, dapat dituliskan: r = k[A] Dari eksperimen diperoleh data sebagai berikut:

124

Perhatikan tabel di atas, jika konsentrasi dinaikkan dari 0,05 ke 0,1 (2 kali lipat), ternyata lajunya naik dari 3.10-4 menjadi 14.10-4 (4 kali lipat). Untuk menggambarkan kondisi tersebut, maka dalam kinetika kimia diperkenalkan istilah baru, yaitu orde reaksi atau tingkat reaksi. Untuk ilustrasi di atas kita menuliskan persamaan lajunya menjadi: r = k[A]2 dan disebut reaksi orde 2 terhadap A.


untuk reaksi orde 1, kita tuliskan: r = k[A]1 = k[A] untuk reaksi orde nol, kita tuliskan: r = k[A]0 = k Jika reaksinya lebih kompleks, misal aA + bB → cC, maka kita tuliskan persamaan lajunya:

r  k A m B n dimana m adalah orde reaksi terhadap A dan n adalah orde reaksi terhadap B. dengan demikian orde reaksi totalnya adalah:

orde reaksi total  m  n Orde reaksi biasanya adalah bilangan bulat positif sederhana (1, 2, 3, atau lebih), tetapi ada yang berorde 0, ½ , atau bilangan negatif. Orde-orde reaksi ini tidak dapat dituliskan dari persamaan reaksinya, melainkan harus dari data eksperimen. Pada reaksi A + B → C, orde reaksi terhadap A dapat ditentukan dengan cara melakukan eksperimen. Molaritas A dibuat tetap, sedangkan molaritas B diubah-ubah, kemudian waktu atau laju reaksi diukur dengan cara tertentu. Demikian pula sebaliknya, untuk menentukan laju reaksi terhadap B, maka molaritas B dibuat tetap molaritas A diubah-ubah.

Pada reaksi : 2A + B → C diperoleh data : No [A] (M) [B] (M)

r (M s-1)

1 0,2 0,2 0,02 2 0,2 0,4 0,04 3 0,4 0,4 0,16 Tentukan orde reaksi total dan persamaan laju reaksinya!


125

Penyelesaian: Misalnya orde reaksi terhadap A = m; dan orde reaksi terhadap B = n, maka persamaan lajunya adalah:

r  k A m B n 

Orde reaksi terhadap A ditentukan dengan membandingkan data [B] yang sama, yaitu data ke-2 dan 3.

r 3 k A m B n  r 2 k A m B n

0,16 k 0,4 m 0 ,4 n  0,04 k 0,2m 0,4n 4  2m m 2 

Orde reaksi terhadap B ditentukan dengan membandingkan data [A] yang sama, yaitu data ke-1 dan 2.

r 2 k A m B n  r 1 k A m B n 0,04 k 0,2m 0,4 n  0,02 k 0,2 m 0 ,2 n 2  2n n 1 Jadi, orde reaksi terhadap A (m) = 2 dan orde reaksi terhadap B (n) = 1. 

Orde reaksilaju totalreaksinya = m + n =: 2 + 1 = 3. Persamaan

r  k .A 2 .B 1 126

 k .A 2 .B 




Untuk menghitung nilai k, dapat diambil dari salah 1 data yang ada (misa data ke-1). r  k .A 2 .B 

k 

r

A 2 .B  0,02 M / s



0,2M 2 .0,2M

0,02 M / s 0,04M 2 .0,2M 0,02M / s  0,008M 3  2,5 M -2 s -1 

Jadi persamaan laju reaksinya : r  2,5.A 2 .B  Gampang ya!! E. Gabungan Rumus Setelah memahami orde reaksi, sekarang kita akan menggabungkan konsep orde reaksi tersebut dengan laju reaksi secara definisi dan secara matematis. 1. Orde 0 Jika kita memiliki reaksi A → B, maka secara definisi laju reaksinya dapat dituliskan:

r 

d A  dt

Jika reaksinya adalah reaksi orde 0, maka secara matematika persamaan laju reaksinya menjadi:

r  k A 0 r k

Gabungan 2 persamaan tersebut adalah:

d A  k dt  d A   kdt 

127


Jika diintegralkan akan diperoleh persamaan: t

t

0l

0l

  d A   k  dt  A t   A 0   k t  0 

A t  kt  

A 0  A t  kt A t  kt  A

A0

0

Jika persamaan di atas digambarkan dalam bentuk grafik, maka grafiknya adalah gambar 9.

Gambar 14.9. Grafik orde reaksi 0 2. Orde 1 Jika reaksi di atas adalah reaksi orde 1, maka secara matematika persamaan laju reaksinya menjadi:

r  k A  Gabungan 2 persamaan tersebut adalah:

d A   k A  dt d A    kdt A  

128


Jika diintegralkan akan diperoleh persamaan: t



t

d A  0l A   k 0l dt

 lnA t ln A

lnA

0

0

lnA t  kt ln A 0

  k t  0 

ln A t  kt

lnA t  kt ln A

0


Gambar 14.10. Grafik orde reaksi 1 3. Orde 2 Jika reaksi di atas adalah reaksi orde 2, maka secara matematika persamaan laju reaksinya menjadi:

r  k A 2 Gabungan 2 persamaan tersebut adalah:

 d A   k A 2 dt d A    kdt A 2

129

Jika diintegralkan akan diperoleh persamaan: Kimia Dasar untuk Fisika |

t

t d A    k  dt 2 0l A  0l

 1 1    k t  0      A 0   A t  1 1   kt t 0 A A   1 1  kt  A  t  A 0

1

A  t



kt



1 

A

0


Gambar 14.11. Grafik reaksi orde 2 F. Waktu Paruh ( t½ ) Waktu paruh merupakan waktu yang diperlukan agar

130

molaritas zat sisa menjadi setengah molaritas zat awal. Misal mula-mula molaritas zat A adalah a mol, setelah waktu t ½, maka molaritas zat A sisa sebesar ½a mol. Waktu paruh sering digunakan untuk perhitungan dalam reaksi peluruhan radioaktif. Selain itu dengan mengetahui waktu paruh laju reaksi dapat dicari dengan lebih cepat. | Kimia Dasar untuk Fisika

Untuk reaksi orde 1, waktu paruhnya ditentukan dari persamaan laju reaksi orde satu:

lnA t  kt ln A

dapat

0

Saat t½, [A]t = ½[A]0, sehingga persamaan di atas menjadi: 1 2

ln

 lnA

0

A

 kt  ln A

0

 ln A 0   kt 1 2

ln

A 0  kt A 0

1 2

ln 2  kt 0,693  kt t  1 2

0

1 2

1 2

1 2 1 2

0,693 k

Dengan cara yang sama untuk reaksi orde 2 kita dapatkan persamaan waktu paruhnya:

A 1 t 1 1 A 0 2 1 1  1  0  A 0 2 A 2 1  A 0   A 0 1 A 0

 kt  A1 0  kt   1 2

 kt  kt  kt

1 A 0

1 2

1 2

1 2

Ilustrasi waktu paruh reaksi dapat dilihat pada gambar 12 berikut: 131


Gambar 14.12. Ilustrasi waktu paruh

132


133


134


-Jalan SunyiKetika baru mendapat buku teks teori yang tebalnya sekitar 700 halaman, dia diminta pulang dengan sebuah pesan:

”Sekarang kamu harus bertapa di dalam kamar untuk mempelajari isi buku ini. Tidak bermaksud menyuruhmu meditasi atau komat-kamit baca mantra, tapi baca, tulis, dan turunkan kembali persamaan-persamaan yang ada dalam buku ini. Inilah jalan ilmu yang dapat ditempuh oleh siapa saja dan tidak mensyaratkan apa pun kecuali mau dan melakukannya.” Jalan ilmu merupakan jalan terjal dan sunyi yang jauh dari gegap-gempita. Terjal lantaran harus melewati tahap demi tahap yang runut dengan sabar dan tekun. Sunyi lantaran harus dilakukan dalam ruang yang jauh dari kebisingan ramai.

135


Buku Kimia Dasar untuk Fisika.pdf

Recommend Documents