Hukum-Hukum Dasar Kimia

1. HUKUM KEKEKALAN MASSA

Gambar Antonie Laurent Lavoisier yang dijuluki sebagai bapak kimia modern (Sumber gambar : Alamy.com)

Antonie Laurent Lavoisier (1743-1794) ahli kimia asal Perancis dan disebut sebagai bapak kimia modern karena beliau adalah orang pertama yang melakukan percobaan secara ilmiah. Selain itu Lavoisier juga merupakan orang pertama yang menyatakan reaksi kimia analog dengan persamaan aljabar.

Hukum kekekalan massa atau hukum Lavoisier diformulasikan oleh  Lavoisier pada tahun 1789, berbunyi:

“dalam sistem tertutup massa zat sebelum dan setelah reaksi adalah tetap”.

Untuk membuktikan hukum kekekalan massa perhatikan data percobaan reaksi antara serbuk besi dengan serbuk belerang membentuk besi(II) sulfida berikut.

Fe(s)	+	S(s)	⟶	FeS(s)
7  g 14  g 28  g 56  g		4  g 8  g 16  g 32  g		11  g 22  g 44  g 88  g

Tahap-tahap reaksi yang terjadi ditunjukan menggunakan Gambar berikut ini.

Gambar Tahap-Tahap Reaksi:

(a)    serbuk besi dan belerang dicampur menggunakan spatula

(b)   kawat platina dibakar sampai bersih dan berwarna merah membara

(c)    kawat platina masih membara dimasukan ke dalam campuran serbuk besi dan belerang

(d)   besi dan belerang bereaksi menghasilkan FeS

(sumber gambar : www.jce.divched.org)

Sebelum diketahui hukum kekekalan massa para kimiawan menemukan keanehan dalam mempelajari pembakaran dan kalor. Misalnya sisa pembakaran kayu ternyata massanya lebih kecil dibanding massa kayu sebelum dibakar. Namun pada logam terjadi hal sebaliknya, yakni sisa pembakaran logam massanya lebih besar dibanding massa logam sebelum dibakar. Karena hal tersebut Lavoisier bersama rekan-rekannya mengembangkan metode eksperimen tertutup yang dapat mengukur massa zat yang berwujud gas, cair maupun padat. Berdasarkan eksperimen tersebut diperoleh fakta bahwa massa zat sebelum dan setelah reaksi adalah sama atau tetap. Karena hasil tersebut Lavoisier menyatakan“massa zat tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dalam perubahan materi apapun”.

Pada reaksi pembakaran kayu dan pembakaran logam di atas, sebenarnya massa zat sebelum dan sesudah dibakar adalah tetap. Namun karena proses pembakaran biasanya dilakukan di tempat terbuka, maka massa zat-zat yang berwujud gas seperti oksigen terabaikan. Pada pembakaran logam, massa bertambah karena ada tambahan dari zat yang awalnya berwujud gas.

Contoh Soal

Reaksi antara serbuk besi (Fe) dengan serbuk belerang (S) membentuk besi(II) sulfida (FeS) sebagai berikut.

Fe(s)  +  S(s)  ⟶  FeS(s)

Jika Fe yang digunakan sebanyak 21 gram dan FeS yang dihasilkan sebanyak 33 gram. Hitunglah massa belerang (S) yang digunakan.

Penyelesaian

Persamaan reaksi:

Fe(s)  +  S(s)   ⟶  FeS(s)

21 g         ?                  33 g

Massa Fe + massa S = massa FeS

21 g + massa S  =  33 g

           massa S  =  33 g – 21 g

           massa S  =  12 g

Uji Kompetensi

Dalam sebuah wadah tertutup, 5 gram logam kalsium (Ca) dibakar dengan oksigen (O₂), menghasilkan kalsium oksida (CaO) sesuai persamaan berikut.

2Ca(s) + O₂(g) ⟶ 2CaO(s)

Jika massa kalsium oksida (CaO) yang dihasilkan adalah 5,6 gram, berapa massa oksigen (O₂) yang diperlukan?

2. HUKUM PERBANDINGAN TETAP (HUKUM PROUST)

Salah satu sifat yang membedakan senyawa dengan campuran yaitu massa unsur-unsur dalam senyawa selalu tetap. Artinya senyawa yang sama akan memiliki perbandingan unsur-unsur yang sama walaupun senyawa tersebut diambil dari daerah yang berbeda ataupun dibuat dengan cara yang berbeda. Hal ini dijelaskan oleh Proust melalui hukum perbandingan tetap, berbunyi: “perbandingan massa unsur-unsur dalam senyawa murni adalah selalu tetap”.

Contohnya perbandingan Fe dan S dalam FeS berturut-turut adalah 7:4. Hal ini menunjukan bahwa perbandingan Fe dan S untuk senyawa FeS selalu 7:4 tidak peduli FeS tersebut diambil dari daerah yang berbeda atau dibuat dengan cara yang berbeda.

Untuk senyawa-senyawa yang sudah diketahui rumus kimianya, perbandingan massa unsur-unsur penyusun senyawa ditentukan dengan cara mengalikan jumlah atom dengan atom relatif (Ar) masing-masing unsur.

Massa unsur = Jumlah atom x A_r  unsur

Untuk memperjelas hal ini, perhatikan perhitungan perbandingan unsur-unsur dalas FeS berikut.

Contoh Soal

Rumus kimia besi sulfida adalah FeS. Jika diketahui Ar.Fe = 56 dan Ar.S= 32 tentukan perbandingan Fe dan S dalam FeS.

Penyelesaian

Massa unsur Fe : massa unsur S  = (1 x Ar.Fe) : (1 x Ar.S)

                                   = (1 x 56) : (1 x 32)

           = 56 : 32

           = 7 : 4

Jadi perbandingan Fe dan S dalam FeS adalah FeS.

Perbandingan massa unsur-unsur dalam senyawa dapat digunakan untuk memprediksi reaktan yang habis bereaksi, massa reaktan yang tersisa, dan jumlah produk yang dihasilkan. Hal ini disebabkan jumlah reaktan yang bereaksi sesuai dengan perbandingan massa unsur-unsur penyusun senyawa.

Contoh Soal

Perbandingan massa Fe dan S dalam FeS adalah 7 : 4. Jika direaksikan 35 gram besi dan 16 gram belerang. Tentukan:

a.       Reaktan yang habis bereaksi

b.      Reaktan yang tersisa

c.       Massa reaktan yang tersisa

d.      Massa FeS yang terbentuk

Penyelesaian

Massa besi dan belerang yang harus tersedia agar semua reaktan habis bereaksi adalah sebagai berikut.

Massa besi = 7 g / 4 g  x 16 g

=  112 g / 4

=  28 g

Massa belerang = 4 g / 7 g    x  35 g

= 140 g / 7

=  20 g

a.       Reaktan yang habis bereaksi

Dari perhitungan di atas dapat dilihat bahwa jumlah belerang yang dibutuhkan adalah 20 g. Namun belerang yang tersedia hanya 16 g. Jadi Reaktan yang habis bereaksi adalah belerang (S).

b.      Reaktan yang tersisa

Dari perhitungan di atas dapat dilihat bahwa besi yang tersedia adalah 35 g, sedangkan yang dibutuhkan hanya 20 g. Jadi reaktan yang tersisa adalah besi (Fe)

c.       Massa reaktan yang tersisa =  35 g – 28 g = 7 g.

d.      Massa FeS yang terbentuk =  20 + 16 g = 36 g.

Uji Kompetensi

1. Rumus kimia dinitrogen monoksida adalah N₂O. Jika diketahui Ar.N = 14 dan Ar.O = 16 tentukan perbandingan massa unsur-unsur penyusun dinitrogen monoksida.

2. Perbandingan massa karbon dan oksigen dalam karbon dioksida adalah 3 : 8. Jika 27 gram karbon direaksikan dengan 76 gram oksigen. Tentukan:

a.       Reaktan yang habis bereaksi

b.      Reaktan yang tersisa

c.       Massa reaktan yang tersisa

d.      Massa karbon dioksida yang terbentuk

3. Try Out Propinsi 2014/2015 Dinas P dan K Nusa Tenggara Timur, SMA Bina Karya Atambua

Data percobaan reaksi tembaga dengan sulfur membentuk tembaga(II) sulfida sebagai berikut:

No	Massa tembaga (gram)	Massa sulfur (gram)	Massa tembaga(II) sulfida (gram)
1	64	32	96
2	34	16	48
3	16	10	24
4	9	4	12

Tentukan perbandingan massa tembaga dan sulfur dalam tembaga(II) sulfida.

3. HUKUM GAY LUSSAC DAN HIPOTESIS AVOGADRO

Pada Tahun 1808 Joseph Louis Gay Lussac melakukan berbagai percobaan pada suhu dan tekanan yang sama untuk mengukur volume dari gas-gas yang bereaksi. Beberapa contoh percobaan yang dilakukan dapat dilihat pada Tabel.

No	Volume gas yang bereaksi	Hasil reaksi	Perbandingan volume
1	Hidrogen + Oksigen 2L       +     1L 10L     +     5L	Uap air 2L 10L	2:1:2
2	Nitrogen  + Hidrogen 2L      +     6L 9L       +     3L	Amonia 4L 6L	1 : 3 : 2
3	Hidrogen + Klor 1L      +  1L 4L      +  4L	Hidrogen klorida 2L 8L	1 : 1 : 2

Dari berbagai eksperimen yang dilakukan, Gay Lussac mendapatkan hukum perbandingan volum.

Hukum perbandingan volum atau hukum Gay Lussac :

pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi merupakan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.

Awalnya para ahli kimia bahkan Gay Lussac sendiri tidak dapat menjelaskan hukum perbandingan volume. Hal ini disebabkan, pada saat itu para ahli kimia menganggap partikel suatu unsur adalah atom dan partikel-partikel penyusun atom belum diketahui. Masalah ini terjawab pada tahun 1811 ketika Amadeo Avogadro ahli fisika Italia mengatakan partikel penyusun suatu unsur tidak harus berupa atom yang berdiri sendiri, tetapi dapat berupa gabungan dari beberapa atom yang sama dan disebut sebagai molekul unsur. Contoh molekul unsur yaitu H₂, N2, P₄, dan F₂. Dengan dasar ini Avogadro mengajukan sebuah hipotesis yang kemudian dinamakan hipotesis Avogadro.

Hipotesis Avogadro : “pada suhu dan tekanan yang sama gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah molekul yang sama pula”.

Sebelum teori Avogadro lahir, ada paradigma bahwa zat-zat yang bereaksi berupa atom-atom (bukan molekul). Jika paradigma itu benar, NO₂ dibentuk dari 1 atom O dan ½  atom N. Hal ini tidak sesuai dengan model atom. Tidak mungkin atom berupa pecahan.