Persamaan Reaksi Kimia

Sebuah persamaan kimia merupakan sebuah cara singkat untuk menjelaskan peristiwa yang terjadi dalam perubahan kimia atau reaksi. Metode untuk merepresentasikan reaksi kimia dengan bantuan simbol-simbol dan rumus dari unsur yang terlibat di dalamnya dikenal sebagai persamaan kimia.
Beberapa hal yang penting mengenai reaksi kimia adalah:

• Zat yang saling bergabung atau bereaksi dikenal sebagai reaktan / pereaksi.
• Zat baru yang dihasilkan dalam reaksi dikenal sebagai produk.
• Reaktan ditulis di sisi kiri dipisahkan oleh tanda +.
• Produk ditulis di sebelah kanan, juga dipisahkan oleh tanda +.
• (g) berarti  gas.
• (l) berarti  cair.
• (s) berarti padat.
• (aq) menunjukkan suatu larutan berair atau yang dilarutkan dalam air.
• Angka di depan rumus atau simbol disebut koefisien.
• Kondisi yang diperlukan untuk reaksi yang ditentukan di atas atau di bawah panah.

Contoh berikut menggambarkan aspek-aspek dari persamaan kimia:

• Kapur ketika dipanaskan menghasilkan kalsium oksida padat dan gas karbon dioksida.
• Elektrolisis air dalam bentuk cair menghasilkan gas hidrogen dan oksigen.

PENTING

• Koefisien dari suatu reaksi kimia menunjukkan jumlah relatif (meskipun tidak mutlak) reaktan dan produk
• o biasanya menunjukkan jumlah terkecil dari atom, molekul atau ion yang akan memenuhi hukum kekekalan massa
• Massa relatif dari reaktan dan produk dari reaksi kimia dapat ditentukan dari koefisien reaksi ini
• Dapat mengkonversi mol ke massa dalam gram dengan mengalikan dengan massa relatif
• Persamaan kimia memberikan informasi kuantitatif yang berguna tetapi TIDAK memberikan indikasi apakah atau tidak pernah reaksi akan berlangsung

Konsep Dasar Perhitungan Stoikiometri

Konsep dasar perhitungan stoikiometri. Stoikiometri merupakan sesuatu yang amat vital dan fatal dalam perhitungan kimia. Segala perhitungan dalam reaksi kimia melibatkan stoikiometri. Konsep mol merupakan kelanjutan dari stoikiometri. Untuk, di sini akan dibahas konsep dasar perhitungan reaksi kimia dengan stoikiometri. Subjek stoikiometri melibatkan perhitungan kuantitatif berdasarkan rumus kimia dan persamaan kimia.

1. Massa Molekuler dan Rumus Massa
Massa molekuler dan rumus massa adalah massa yang dinyatakan dalam massa atom (u) dari molekul individu dan unsur gabungan. Semua dihitung dari massa atom dalam rumus empiris atau rumus molekul. Massa molekul hanya berlaku untuk senyawa molekul, rumus massa digunakan untuk senyawa ionik.

2. Mol dan bilangan Avogadro
Satu mol adalah jumlah partikel yang relatif terhadap 12 g karbon-12. Bilangan ini disebut bilangan Avogadro yaitu 6,022 × 10²³ mol^-1. Mol adalah unit SI untuk jumlah zat dan digunakan secara luas dalam persamaan dan perhitungan kimia.


3. Massa mol dan massa molar
Massa satu mol zat disebut sebagai massa molar. Konversi antara jumlah mol dan jumlah gram zat memerlukan massa molar sebagai faktor konversi. Perhitungan yang melibatkan volume, kepadatan, dan jumlah atom atau molekul juga dapat digunakan untuk menentukan bilangan molar.

4. Komposisi Persen Massa
Persentasi massa unsur-unsur individu dalam suatu senyawa dapat ditentukan dari rumus kimia dan massa molar dengan persamaan berikut:


Kombinasi dari massa senyawa disebut sebagai komposisi persen massa

5. Rumus Kimia dari Komposisi Persen Massa 
Sebuah rumus empiris dapat dibentuk dari komposisi persen massa senyawa dengan menghitung rasio molar dari unsur-unsur yang berbeda. Rumus empiris yang dihitung dengan cara ini mungkin bisa sama dengan rumus molekul. Untuk membuat rumus molekul, kita juga harus mengetahui massa molekul.

6. Percobaan Penentuan Komposisi Persen Massa
Persen massa karbon, hidrogen, dan oksigen dalam senyawa organik dapat ditentukan dengan analisis pembakaran. Metode lain yang diperlukan untuk menentukan komposisi persen massa adalah menggunakan senyawa anorganik.

7. Menulis dan Menyetarakan Persamaan Kimia 
Persamaan kimia menggunakan simbol-simbol dan rumus untuk unsur atau senyawa yang terlibat dalam reaksi. Sebuah persamaan kimia menggambarkan reaksi, ditunjukkan oleh panah, dari reaktan ke produk. Koefisien stoikiometrik ditempatkan sebelum simbol atau rumus dalam persamaan untuk menyeimbangkan persamaan. Sebagaimana dipersyaratkan oleh hukum kekekalan massa, setiap unsur berjumlah sama baik di sisi produk maupun di sisi reaktan.

8. Stoikiometri Reaksi
Stoikiometri melibatkan hubungan kuantitatif dalam reaksi kimia. Faktor stoikiometri atau dikenal dengan rasio mol didasarkan pada koefisien dalam persamaan setara dan digunakan untuk menghubungkan reaktan atau produk. Massa molar dan faktor stoikiometrik digunakan untuk mengetahui informasi tentang salah satu reaktan atau produk dalam reaksi kimia. Strategi untuk perhitungan stoikiometri reaksi dapat diuraikan dengan diagram di bawah ini.

9. Pereksi Pembatas 
Pereaksi pembatas dalah pereaksi yang benar-benar habis digunakan dalam reaksi. Jumlah teoritis dari produk yang terbentuk dapat ditentukan dari pereaksi pembatas. Pereaksi yang lain disebut pereaksi berlebih. Dalam stoikiometri, pereaksi pembatas harus ditentukan terlebih dahulu.

10. Persen Hasil
Dihitung secara teoritis dari pereaksi. Kuantitas yang diperoleh dari reaksi kimia,atau yang disebut hasil eksperimen, sering kurang dan umumnya dinyatakan sebagai persentase dari hasil teoritis.

11. Larutan dan Stoikiometri Larutan
Larutan dibuat dengan melarutkan satu zat terlarut pada suatu pelarut. Zat terlarut biasanya berjumlah lebih rendahsedikit. Molaritas (M) atau konsentrasi molar larutan adalah jumlah mol zat terlarut per liter larutan.

Pengenceran merupakan peningkatan volume pelarut. Tetapi jumlah zat terlarut tidak berubah. Akibatnya, konsentrasi menurun. Perhitungan reaksi stoikiometri dalam larutan untuk sering menggunakan molaritas sebagai faktor konversi.

Konsep Perhitungan Pereaksi Pembatas

Konsep perhitungan pereaksi pembatas. Dalam beberapa reaksi kimia, sering ada yang disebut sebagai pereaksi pembatas (limiting reagent) dan peraksi berlebih (excess reagent). Terutama jika terdapat perbedaan jumlah zat yang direaksikan. Maka dari itu, disini akan dibahas bagaimana perhitungan yang melibatkan pereaksi pembatas.


Konsep Kunci

• Pereaksi (reaktan) pembatas adalah pereaksi yang benar-benar habis digunakan selama reaksi kimia.
• Pereaksi yang berlebih adalah reaktan yang tidak sepenuhnya habis digunakan selama reaksi kimia, dengan kata lain ada beberapa dari reaktan yang tersisa setelah reaksi. 

Memilih pereaksi yang digunakan sebagai pembatas dan yang berlebih.

• Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia
• Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia
• Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol dari reaktan dalam reaksi kimia
• Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio mol
• Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar habis digunakan. Akan ada beberapa mol reaktan yang tersisa setelah reaksi selesa, yang disebut pereaksi berlebih.

CONTOH

Jika diketahui mol reaktan

Cari pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih ketika 0,5 mol Zn bereaksi dengan 0,4 mol HCl

1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia                                                                                               Zn + 2HCl -----> ZnCl₂ + H₂
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia

   mol Zn = 0,5

   mol HCl = 0,4

3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam reaksi kimia

   Zn: HCl	Atau	HCl: Zn
   1: 2		1: ½

4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap pereaksi ke mol yang diperlukan untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio mol. Jika digunakan 0,5 mol Zn,  reaksi itu akan membutuhkan 
   2 x 0,5 = 1,0 mol HCl untuk reaksi. 
   Hanya ada 0,4 mol HCl yang tersedia yang kurang dari 1,0 mol dibutuhkan. Jika digunakan 0,4 mol HCl, reaksi itu akan membutuhkan 
   ½ x 0,4 = 0,2 mol Zn. 
   Ada 0,5 mol Zn yang tersedia, sedangkan yang dibutuhkan 0,2 mol.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar habis digunakan selama reaksi kimia. 
   Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah reaksi selesai. Pereaksi pembatas adalah HCl.  0,4 mol HCl akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai selesai. Pereaksi berlebih adalah Zn, 
   ketika reaksi selesai akan masih ada 0,5-0,2 = 0,3 mol Zn .

 

 

Jika diketahui massa reaktan

Cari pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih ketika 1.5 g CaCO ₃ bereaksi dengan 0.73 g HCl

1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia CaCO₃ + 2HCl -----> CaCl₂ + CO₂ + H ₂O
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap pereaksi

   mol CaCO 3 = massa ÷ MM  massa = 1.5g  MM = 40.08 + 12.01 + (3 x 16.00)  = 100,09 g / mol   mol CaCO3 = 1,5 ÷ 100,09  = 0,015 mol

   mol HCl = massa ÷ MM  massa = 0.73g  MM = 1,008 + 35,45  = 36.458g/mol  mol HCl = 0,73 ÷ 36,458  = 0,02 mol

3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam reaksi kimia

   CaCO 3: HCl	Atau	HCl: CaCO 3
   1: 2		1: ½

4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 0,015 mol CaCO ₃ yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan 
   2 x 0,015 = 0,03 mol HCl untuk reaksi sampai selesai. 
   Ada hanya 0,02 mol HCl yang tersedia yang kurang dari 0,03 mol dibutuhkan. Jika semua 0,02 mol HCl yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan 
   ½ x 0,02 = 0,01 mol CaCO _3. 
   Ada 0,015 mol CaCO ₃ yang tersedia yang lebih dari 0,01 mol dibutuhkan.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama reaksi kimia. 
   Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah HCl, 
   semua 0,02 mol HCl akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai selesai. Reaktan lebih adalah CaCO _3, 
   ketika reaksi telah sampai selesai akan ada 
   0,015-0,01 = 0,005 mol CaCO ₃ tersisa.

Jika diketahui volume dan konsentrasi larutan

Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimiaCari reagen pembatas dan reaktan lebih ketika 100 ml NaOH 0,2 bereaksi sepenuhnya dengan 50ml dari 0.5MH ₂ SO ₄

1. 2NaOH + H ₂SO₄ -----> Na ₂SO₄ + 2H₂O
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia

   mol NaOH = M x V  M 0,2 M =  V = 100ml  = 100 x 10 L -3mol NaOH = 0.2 x 100 x 10 -3  = 0,02 mol

   mol H2SO4 = M x V  M 0,5 M =  V = 50ml  = 50 x 10 L -3mol H 2 SO 4 = 0,5 x 50 x 10 -3  = 0.025mol

3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam reaksi kimia

   NaOH: H2SO4	Atau	H2SO4: NaOH
   1: ½		1: 2

4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 0,02 mol NaOH yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan 
   ½ x 0,02 = 0,01 mol H ₂ SO ₄ untuk reaksi sampai selesai. 
   Ada 0,025 mol H ₂ SO ₄ tersedia yang merupakan lebih dari 0,01 mol dibutuhkan. Jika semua 0,025 mol H ₂ SO ₄ yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan 
   2 x 0,025 = 0,05 mol NaOH. 
   Ada hanya 0,02 mol NaOH tersedia yang kurang dari 0,05 mol dibutuhkan.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama reaksi kimia. 
   Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah NaOH, 
   semua 0,02 mol NaOH akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai selesai. Reaktan lebih adalah H ₂ SO _4, 
   ketika reaksi telah sampai selesai akan ada 
   0,025-0,01 = 0,015 mol H ₂ SO ₄ tersisa.

 

 

Jika diketahui volume gas

Cari reagen pembatas dan reaktan lebih ketika 44.82L CO (g) bereaksi sepenuhnya dengan 11.205L O ₂ (g) pada STP (0 ^o C atau 273K dan 1ATM atau 101.3kPa)

1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia2CO (g) + O ₂ (g) -----> 2CO ₂ (g)
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia

   mol CO = V ÷ 22.41  Pada STP 1 mol gas  memiliki volume 22.41Lmol CO = 44,82 ÷ 22.41  = 2mol

   mol O 2 = V ÷ 22.41  Pada STP 1 mol gas  memiliki volume 22.41Lmol O 2 = 11,205 ÷ 22.41  = 0.5mol

3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam reaksi kimia

   CO: O 2	Atau	O 2: CO
   1: ½		1: 2

4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 2 mol CO yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan 
   ½ x 2 = 1 mol O ₂ untuk reaksi sampai selesai. 
   Ada 0,5 mol O ₂ yang tersedia yang kurang dari 1 mol dibutuhkan. Jika semua 0,5 mol O ₂ yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan 
   2 x 0,5 = 1 mol CO 
   Ada 2 mol CO yang tersedia yang lebih dari 1 mol dibutuhkan.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama reaksi kimia. Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah O _2, 
   semua 0,5 mol O ₂ akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai selesai. Reaktan dalam kelebihan CO, 
   ketika reaksi telah sampai selesai akan ada 
   2 - 1 = 1 mol CO tersisa.

Isotop, Isoton, dan Isobar

Penyusun atom adalah elektron, proton dan neuton. Tetapi yang menyumbang peran dalam hal massa adalah proton dan neutron. Massa proton dan neutron yaitu sekitar 1,67x10^-27 kg, sedangkan massa elektron adalah 9,01x10^-31 kg. Dengan demikian, massa proton dan neutron hampir mencapai sepuluh ribu kali massa elektron. Adanya perbedaan yang jauh tersebut membuat massa elektron diabaikan dalam perhitungan massa atom. Perbedaan isotop, isoton dan isobar adalah sebagai berikut:


Isotop
Isotop adalah atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi mempunyai nomor massa yang berbeda. Seluruh isotop mempunyai jumlah proton yang sama, namun jumlah neutron yang berbeda. Kata isotop berasal dari bahasa Yunani isos (ἴσος) yang berarti sama dan topos (τόπος) yang berarti tempat. Isotop-isotop dari unsur yang sama akan menempati posisi yang sama dalam tabel periodik unsur. Jumlah proton dalam inti disebut sebagai nomor atom. Jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron jika atom tersebut tidak terionisasi. 
Contoh isotop yang paling sederhana adalah ¹²C, ¹³C, dan ¹⁴C. Ketiganya merupakan isotop atom karbon dengan nomor massa 12, 13 dan 14. Nomor atom karbon adalah 6, dengan jumlah proton 6 (= jumlah elektron). Yang menyebabkan perbedaan massa adalah ketiganya mempunyai jumlah neutron yang berbeda, yaitu masing-masing 6, 7, dan 8.

Isoton
Isoton adalah atom yang mempunyai jumlah neutron yang sama, namun mempunyai jumlah proton yang berbeda. Karena adanya perbedaan jumlah proton, maka otomatis nomor atom juga berbeda. 
Contoh isoton adalah ¹²B dan ¹³C. Keduanya mempunyai neutron yang sama yaitu 7, namun jumlah proton berbeda. Boron (B) mempunyai proton 5, sedangkan karbon (C) mempunyai proton 6. Contoh isoton yang lain adalah ³⁶S, ³⁷Cl, ³⁸Ar, ³⁹K, and ⁴⁰Ca yang mempunyai jumlah neutron yang sama, yaitu 20.

Isobar
Isobar adalah atom yang mempunyai nomor massa yang sama dari unsur yang berbeda. Persamaan massa ini disebabkan karena adanya jumlah nukleon (gabungan proton dan neutron) yang sama. 
Contoh isobar adalah ⁴⁰S, ⁴⁰Cl, ⁴⁰Ar, ⁴⁰K, and ⁴⁰Ca. Kelima atom tersebut mempunyai massa yang sama yaitu 40, dengan variasi jumlah proton dan neutron.

Konsep Mol dalam Hal Ion, Nomor Massa dan Volume

Konsep mol dalam hal ion, nomor massa dan volume. Seperti pada pembahasan sebelumnya, konsep mol sangat diperlukan dalam setiap perhitungan kimia. Mol merupakan jumlah atom, molekul, ion atau elektron. Perhitungan kimia biasa menggunakan 'mol' dari atom, molekul, ion atau elektron.

Mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang berisi jumlah unit kimia (atom, molekul, ion atau elektron). Satu mol mengandung sebanyak 6,023 x 10²³ unit kimia, atau yang disebut sebagai bilangan Avogadro
Misalnya:

• Satu mol atom hidrogen = 6,023 x 10²³ atom hidrogen
• Satu mol molekul hidrogen = 6,023 x 10²³ molekul hidrogen
• Satu mol elektron = 6,023 x 10²³ elektron
• Satu mol ion natrium (Na⁺) = 6,023 x 10²³ ion Na⁺

Kesimpulannya adalah:

• Satu mol atom = 6,023 x 10²³ atom = Gram massa atom unsur.
• Satu mol molekul = 6,023 x 10²³ molekul = Gram massa molekul.

Volume molar
Volume yang ditempati oleh satu mol zat disebut volume molar. Hal ini dilambangkan dengan Vm. Volume molar zat tergantung pada suhu dan tekanan. Satu mol semua benda gas pada 273 K dan tekanan 1 atm menempati volume sebesar 22,4 liter atau 22.400 mL. Satuan volume molar adalah liter per mol atau mililiter per mol.
Hubungan mol dapat diringkas sebagai berikut:

Konsep Mol

Konsep mol. Konsep mol diperlukan dalam reaksi kimia.Namun yang akan dibahas disini adalah konsep mol yang berhubungan dengan volume gas. Gambar di samping merupakan suatu konversi jika satu mol gas dikonversi menjadi volume. Inilah pembahasan konsep mol secara lengkap.

Karena tidak mungkin untuk menghitung berat partikel secara individual, jumlah partikel yang disebut mol dipakai untuk semua tujuan praktis. Avogadro menemukan bahwa dalam kondisi suhu dan tekanan standar (1 ATM dan 273 K) sampel gas menempati volume 22,4 L. Jadi, satu mol gas mempunyai volume sebanyak 22,4 L.

Hal ini ditemukan bahwa jumlah atom dalam 12 g karbon adalah 6,023 x 10²³ atom. Hal ini disebut sebagai bilangan Avogadro.
Dalam satu mol gas terdapat sebanyak 6,023 x 10²³ partikel.
Bilangan Avogadro adalah jumlah atom dalam isotop C12 = 12 g C

Teori Mekanika kuantum

Walaupun teori Bohr telah melukiskan struktur atom cukup detil, namun masih ada sesuatu yang hilang. Untuk ini perlu kiranya ditinjau kembali mengenai sifat cahaya. Para ilmuwan selalu saja mendapat kesulitan dalam melukiskan sifat karakteristik cahaya. Banyak percobaan dengan jelas menunjukkan bahwa cahaya bersifat gelombang, tetapi pada percobaan lain menunjukkan bahwa cahaya bersifat sebagai partikel (yang nantinya dikenal sebagai aliran foton yang membawa paket-paket energi atau sejumlah energi diskret terkuantisasi), sebagaimana terjadi pada berbagai jenis gejala.

Dari perbandingan gejala-gejala tersebut dapat dipertimbangkan bahwa sifat cahaya atau energi radiasi secara umum berhubungan dengan sifat gelombang dan sifat partikel atau sering dikenal sebagai dualisme cahaya yaitu sifat gelombang partikel. Dalam hal seperti ini, sejumlah asumsi kemudian merupakan dasar pengembangan teori kuantum dapat dirumuskan sebagai berikut:

1. Atom-atom berkelakuan sebagai osilator, menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi gelombang yang karakteristik bagi atom yang bersangkutan.
2. Energi tidak dibawa oleh gelombang itu sendiri melainkan oleh foton yang kecepatan alirnya diberikan oleh intensitas gelombang yang bersangkutan.
3. Kecepatan pancaran gelombang oleh osilator-osilator menentukan peluang pancaran foton oleh sumbernya.

Ketiga asumsi tersebut dapat diringkas dalam bentuk kuantum asli seperti yang diusulkan oleh Max Planck, yaitu bahwa osilator-osilator memancarkan energi dalam bentuk kelipatan integral dari paket energi basis (yaitu foton) sebagai:

E = nhv

dengan:
n = bilngan kuantum atau diskret
v = frekuensi osilator).