Hukum-Hukum Dasar Kimia: Hukum Konservasi Massa dan Perbandingan Volume
Ilustrasi hukum hukum dasar kimia
Dalam ilmu kimia terdapat kajian tentang hukum konservasi massa dan perbandingan volume yang merupakan salah satu bagian dari hukum-hukum dasar kimia. Hukum konservasi massa dan perbandingan volume selalu digunakan dalam stoikiometri kimaia atau perhitungan kimia.
Stoikiometri berasal dari kata Yunani, Stoicheion yang berarti unsur dan metrain yang berarti pengukuran. Jadi Stoikiometri merupakan aspek kimia yang menyangkut hubungan berbagai komponen dalam reaksi kimia dan hubungan kuantitatif diantara komponen tersebut. Ilmu kimia adalah ilmu yang berlandaskan eksperimen, dimulai dari pengamatan, kemudian diperoleh data yang selanjutnya didapatkan keteraturan. Keteraturan yang diperoleh secara eksperimen disebut hukum. Di dalam ilmu kimia telah ditemukan beberapa hukum-hukum dasar kimia atau hukum-hukum pokok ilmu kimia.
Hukum-hukum dasar kimia
Pada permulaan abad ke-18 para ahli kimia melakukan percobaan-percobaan tentang massa dan susunan zat yang mengalami reaksi kimia. Adapun hukum-hukum-hukum dasar itu adalah:
1. Hukum Konservasi Massa
Yaitu hukum yang menyatakan bahwa dalam reaksi kimia akan disertai dengan adanya perubahan energi. Hal tersebut telah dirumuskan oleh Einsten, bahwa massa dapat diubah menjadi energi. Hukum konservasi massa bertujuan untuk membuktikan teori flogiston oleh Priestley yang melakukan percobaan dengan melakukan percobaan pembakaraan terhadap oksida logam.
Menurut teori flogiston, bila kapur raksasa (oksida logam) dibakar akan membentuk logam raksa dan suatu gas. Gas tersebut dinamakan udara tak berflogiston, yaitu sesuatu yang dilepaskan dari materi yang terbakar dan terjadi pengurangan massa.
Lavoisier mencoba mengungkapkan kebenaran dari teori flogiston dengan melakukan percobaan pembakaran timah di wadah yang tertutup dan yang terbuka. Dari percobaan tersebut ditemukan fakta:
- Apabila dilakukan pembakaran pada wadah terbuka dapat menambah berat zat yang dibakar hal tersebut karena zat-zat yang terbakar menyerap sesuatu dari udara yang mengakibatkan terjadinya perubahan massa.
- Apabila dilakukan di wadah tertutup (tidak ada materi lain selain materi yang dibakar) tidak akan menimbulkan perubahan massa. Karena tidak ada materi yang diserap maupun yang dibebaskan, sehingga massa zat yang dibakar tidak mengalami perubahan
Dari percobaan tersebut Lavoiser menyimpulkan bahwa massa zat-zat sebelum bereaksi sama dengan massa zat-zat setelah bereaksi. Pernyataan tersebut dikenal dengan hukum konservasi massa. Selain itu, ia juga menyanggah adanya flogiston seperti yang diungkapkan Priestley. Lavoiser berpendapat bahwa udara mengandung gas oksigen, pada saat pembakaran, terjadi reaksi antara zat yang dibakar dengan oksigen di udara.
1.1 Hukum Kekekalan Massa (hukum Lavoisier)
Seorang ahli kimia berkebangsaan Perancis bernama Antoine Leurent Lavoisier mengadakan penyelidikan reaksi-reaksi kimia secara kuantitatif. Hasil penyelidikannya menyatakan bahwa pada reaksi-reaksi kimia dalam kondisi-kondisi biasa tidak terjadi perubahan massa. Hal ini berarti bahwa dalam suatu reaksi kimia jumlah massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Fakta yang ditemukan oleh Lavoisier itu sekarang dikenal sebagai Hukum Kekekalan Massa, yang berbunyi: Massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama
1.2 Hukum Perbandingan Tetap (hukum Proust)
Setelah ditemukan adanya hubungan antara massa zat sebelum dan sesudah reaksi, seperti disimpulkan dalam hukum kekekalan massa maka perhatian para ahli kimia ditujukan kepada hubungan massa unsur-unsur yang membentuk senyawa. Pada kira-kira tahun 1800 orang ahli kimia Perancis bernama Joseph Proust melakukan banyak penyelidikan yang diteliti terhadap senyawa-senyawa berbagai unsur. Ia menemukan bahwa perbandingan massa unsur-unsur yang membentuk suatu senyawa adalah tetap.
Dengan pemahaman tentang hukum perbandingan tetap ini, definisi senyawa dapat diperluas sebagai berikut: Senyawa adalah zat yang terbentuk oleh dua atau lebih unsur yang berbeda jenis dimana perbandingan massa unsur-unsur penyusunnya adalah tetap.
1.3 Hukum Kelipatan Perbandingan
Hukum Proust dikembangkan lebih lanjut oleh para ilmuwan untuk unsur-unsur yang dapat membentuk lebih dari satu jenis senyawa. Salah seorang diantaranya adalah John Dalton. Dalton mengamati adanya suatu keteraturan yang terkait dengan perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa.
Contoh:
Karbon dan oksigen dapat membentuk dua senyawa yang berbeda yaitu karbonmonoksida dan karbondioksida. Begitu pula nitrogen dan oksigen dapat membentuk dinitrogen oksida, nitrogen monoksida, nitrogen trioksida, nitrogen dioksida, nitrogen pentaoksida. Dari penyelidikan terhadap senyawa karbon monoksida dapat diketahui bahwa perbandingan antara massa karbon dan massa oksigen yang membentuk senyawa adalah 3 : 4. Sedangkan untuk senyawa karbondioksida diketahui bahwa perbandingan tersebut adalah 3 : 8. Data ini menunjukkan bahwa dalam senyawa-senyawa karbondioksida, suatu massa karbon yang sama bergabung dengan oksigen yang massanya berbanding sebagai 4 : 8 atau (1 : 2).
Kesimpulan: Bahwa jika dua unsur yang berbeda membentuk lebih dari 1 senyawa, massa unsur kesatu yang bersenyawa dengan unsur kedua yang massanya sama berbanding sebagai bilangan yang bulat sederhana.
2. Hukum Perbandingan Volume
2.1 Hukum Perbandingan Volume (hukum Gay-Lussac)
Pada awalnya, para ilmuwan menemukan bahwa gas hidrogen dapat bereaksi dengan gas oksigen membentuk air. Perbandingan volum gas hidrogen dan oksigen dalam reaksi tersebut adalah tetap. Kemudian di tahun 1808 Joseph Louis Gay-Lussac, ia menyelidiki hubungan antara volum gas-gas dalam suatu reaksi kimia. Ia menemukan bahwa perbandingan volum gas-gas dalam reaksi selalu merupakan bilangan bulat sederhana.
2 volum gas hidrogen + 1 volum gas oksigen à 2 volum uap air
1 volum gas nitrogen + 3 volum gas hidrogen à 2 volum gas amonia
1 volum gas hidrogen + 1 volum gas klorin à 2 volum gas hidrogen klorida
Dari percobaan ini, Gay-Lussac merumuskan Hukum Perbandingan Volum yang berbunyi:
Pada suhu dan tekanan yang sama, volum gas-gas yang bereaksi dan volum gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat sederhana.
2.2 Hukum Perbandingan Volume (Hukum Avogadro)
Pada tahun 1811 seorang ahli fisika bernama Amadeo Avogadro menerangkan kesukaran yang dihadapi Dalton dan Gay-Lussac dengan mengajukan sebuah hipotesis. Hipotesis berbunyi sebagai berikut: pada suhu dan tekanan yang sama, gas yang volumnya sama mengandung molekul yang sama banyaknya. Setelah diuji kebenarannya dengan eksperimen, hipotesis itu sekarang dikenal sebagai hukum Avogadro. Avogadro mengemukakan bahwa sebagian terkecil suatu unsur tidak perlu merupakan atom tunggal melainkan dapat juga membentuk suatu kelompok atom yang disebut molekul.
Setelah dibahas hukum-hukum dasar kimia, selanjutnya akan dibahsa sedikit tentang perhitungan kimia, tentu saja hukum-hukum dasar kimia dapat diterapkan dalam perhitungan ini.
3. Perhitungan Kimia
3.1 Massa Molekul Relatif dan Massa Rumus Relatif (Mr)
Jika atom-atom bergabung membentuk zat kimia (molekul unsur, senyawa molekul, senyawa ion), maka massa zat kimia tersebut merupakan jumlah massa atom-atom tersebut. Oleh karena rumus kimia zat (rumus molekul dan rumus empiris) menyatakan jenis dan jumlah atom-atom penyusun zat, maka massa zat kimia dapat dihitung dari rumus kimianya sebagai berikut:
- Massa molekul relatif, yaitu jumlah massa atom relatif (Ar) dari atom-atom dalam rumus molekul
- Massa rumus relatif, yaitu jumlah massa atom relatif (Ar) dari atom-atom dalam rumus empirisnya.
Meskipun definisi massa molekul relatif dan massa rumus relatif berbeda, keduanya diberi lambang yang sama, yaitu Mr. Harga Mr dapat dihitung sebagai jumlah massa atom relatif (Ar) dari semua atom-atom dalam rumus kimianya.
Mr = ∑ (AI unsur x Ar unsur)
dengan: AI unsur = angka indeks unsur dalam rumus kimia
Ar unsur = massa atom relatif unsur
3.2 Konsep Mol
Dalam upaya menjelaskan hukum Perbandingan Volum oleh Gay-Lussac, Avogadro mengemukakan hipotesis Avogadro. Para ahli kimia kemudian mencoba menghitung jumlah molekul dan merumuskannya sebagai bilangan Avogadro. Nilai bilangan Avogadro ternyata tidak hanya berlaku untuk zat kimia dalam fase gas, tetapi juga dalam fase padat dan cair. Para ahli menyatakan jumlah partikel zat kimia dalam satuan mol.
Sejauh ini kita menggunakan massa atau volum untuk menyatakan jumlah zat kimia. Hubungan antara mol dan massa dinyatakan oleh massa molar, sedangkan hubungan antara mol dan volum dinyatakan oleh volum molar. Keterkaitan antara mol, massa molar dan volum molar ini dikenal dengan sebagai konsep mol.
Satuan Mol
Satuan mol dinyatakan sebagai jumlah partikel (atom, molekul atau ion) dalam suatu zat. Para ahli sepakat bahwa satu mol zat mengandung jumlah partikel yang sama demgan jumlah partikel dalam 12,0 gram C-12, yakni 6,02 x 1023 partikel. Jumlah partikel ini disebut sebagai Bilangan Avogadro (NA), atau di Jerman dikenal sebagai Bilangan Loschmidt (L). Jadi, definisi 1 mol zat secara menyeluruh adalah sebagai berikut:
Satu mol zat menyatakan banyaknya zat yang mengandung jumlah partikel yang sama dengan jumlah partikel dalam 12, 0 gram C-12.
Hubungan antara jumlah mol (n) dan jumlah partikel (X) dalam zat dapat dinyatakan sebagai berikut:
X = n x 6,02 x 1023 partikel/mol
Demikianlah uraian tentang hukum-hukum dasar kimia dan sedikit uraian tentan perhitungan kimia. Semoga uraian diatas memberikan gambaran yang jelas tentang hukum-hukum dasar kimia.
