KONSEP MOL DAN PERHITUNGAN KIMIA
Kamu tentu pernah mendengar satuan dosin, gros, rim, atau kodi untuk menyatakan jumlah benda. Banyaknya partikel dinyatakan dalam satuan mol. Satuan mol sekarang dinyatakan sebagai jumlah par-tikel (atom, molekul, atau ion) dalam suatu zat. Para ahli sepakat bahwa satu mol zat mengandung jumlah partikel yang sama dengan jumlah partikel dalam 12,0 gram isotop C-12 yakni 6,02 x 1023 partikel. Jumlah partikel ini disebut Bilangan Avogadro (NA = Number Avogadro) atau dalam bahasa Jerman Bilangan Loschmidt (L).
Jadi, definisi satu mol adalah sebagai berikut.
Satu mol zat menyatakan banyaknya zat yang mengan-dung jumlah partikel yang sama dengan jumlah partikeldalam 12,0 gram isotop C-12.
Misalnya:
1. 1 mol unsur Na mengandung 6,02 x 1023 atom Na.
2. 1 mol senyawa air mengandung 6,02 x 1023 molekul air.
3. 1 mol senyawa ion NaCl mengandung 6,02 x 1023 ion Na+ dan 6,02 x 1023ion Cl–.
Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel
Hubungan mol dengan jumlah partikel dapat dirumuskan:
kuantitas (dalam mol) = jumlah partikel / NA
atau
jumlah partikel = mol x NA
Contoh soal:
Suatu sampel mengandung 1,505 x 1023 molekul Cl2, berapa mol kandungan Cl2 tersebut?
Jawab:
Kuantitas (dalam mol) Cl2 = jumlah partikel Cl2 / NA
= 1,505 x 1023 / 6,02 x 1023
= 0,25 mol
Hubungan Mol dengan Massa
Sebelum membahas hubungan mol dengan massa, kalian harus ingat terlebih dahulu tentang Massa Atom Relatif (Ar) dan Massa Molekul Relatif (Mr). Masih ingat kan? Kalau begitu kita cek ingatan kalian dengan mengerjakan soal dibawah ini.
- Hitung Mr H2SO4 (Ar H = 1, S = 32, dan O = 16)!
- Diketahui massa atom relatif (Ar) beberapa unsur sebagai berikut.
Ca = 40
O = 16
H = 1
Tentukan massa molekul relatif (Mr) senyawa Ca(OH)2!
Sudah ingat kan? Maka kita langsung ke materi selanjutnya yaitu mengenai massa molar.
Massa molar menyatakan massa yang dimiliki oleh 1 mol zat, yang besarnya sama dengan Ar atau Mr.
Untuk unsur:
1 mol unsur = Ar gram, maka dapat dirumuskan:
Massa 1 mol zat = Ar zat dinyatakan dalam gram
atau
Massa molar zat tersebut = besar Ar zat gram/mol
Untuk senyawa:
1 mol senyawa = Mr gram, maka dapat dirumuskan:
Massa 1mol zat = Mr zat dinyatakan dalam gram
atau
Massa molar zat tersebut = besar Mr zat gram/mol
Jadi perbedaan antara massa molar dan massa molekul relatif adalah pada satuannya. Massa molar memiliki satuan gram/mol sedangkan massa molekul relatif tidak memiliki satuan.
Hubungan antara mol dengan massa adalah:
Kuantitas (dalam mol) = Massa senyawa atau unsur (gram) / Massa molar senyawa atau unsur (gram/mol)
Hubungan Mol dengan Volume
a. Gas pada keadaan standar
Pengukuran kuantitas gas tergantung suhu dan tekanan gas. Jika gas diukur pada keadaan standar, maka volumenya disebut volume molar. Volume molar adalah volume 1 mol gas yang diukur pada keadaan standar. Keadaan standar yaitu keadaan pada suhu 0 °C (atau 273 K) dan tekanan 1 atmosfer (atau 76 cmHg atau 760 mmHg) atau disingkat STP (Standard Temperature and Pressure).
Besarnya volume molar gas dapat ditentukan dengan persamaan gas ideal: PV= nRT
P = tekanan = 1 atm
n = mol = 1 mol gas
T = suhu dalam Kelvin = 273 K
R= tetapan gas = 0,082 liter atm/mol K
Maka:
P V = nRT
V =1 x 0,082 x 273
V = 22,389
V = 22,4 liter
Jadi, volume standar = VSTP = 22,4 Liter/mol.
Dapat dirumuskan: V = n x Vm
n = jumlah mol
Vm = VSTP = volume molar
Contoh soal:
1) Berapa kuantitas (dalam mol) gas hidrogen yang volumenya 6,72 liter, jika diukur pada suhu 0 °C dan tekanan 1 atm?
Jawab:
Kuantitas (dalam mol) H2 = volume H2/ VSTP
= 6,72 L / 22,4 mol/L
= 0,3 mol
2) Hitung massa dari 4,48 liter gas C2H2 yang diukur pada keadaan standar!
Jawab:
Kuantitas (dalam mol) C2H2 = volume C2H2 / VSTP
= 4,48 / 22, 4
= 0,2 mol
Massa C2H2 = mol x Massa molar C2H2
= 0,2 mol x 26 gram/mol
= 5,2 gram
3) Hitung volume dari 3,01 x 1023 molekul NO2 yang diukur pada suhu 0 °C dan tekanan 76 cmHg!
Jawab:
kuantitas (dalam mol) NO2 = jumlah partikel /NA
= 3,01 x 1023 partikel / 6,02 x 1023 partikel/mol
= 0,5 mol
Volume NO2 = mol x VSTP
= 0,5 mol x 22,4 L/mol
= 11,2 liter
b. Gas pada keadaan nonstandar
Jika volume gas diukur pada keadaan ATP (Am-bient Temperature and Pressure) atau lebih dikenal keadaan non–STP maka menggunakan rumus:
P V = n R T
P = tekanan, satuan P adalah atmosfer (atm)
V = volume, satuan Vadalah liter
n = mol, satuan nadalah mol
R = tetapan gas = 0,082 liter atm / mol K
T = suhu, satuan T adalah Kelvin (K)
Contoh soal:
Tentukan volume 1,7 gram gas amonia yang diukur pada suhu 27 °C dan tekanan 76 cmHg!
Jawab:
n = massa amonia / massa molar amonia
= 1,7 gram / 17 gram/mol
= 0,1 mol
P = (76 cmHg / 76 cmHg) x 1 atm = 1 atm
T = (t + 273) K = 27 + 273 = 300 K
P V = n R T
1 atm × V = 0,1 mol × 0,082 L atm / mol K × 300 K
V = 2,46 L
Hubungan mol dengan massa, bilangan Avogadro dan volume dapat diringkas dalam bagan dibawah ini.
Perhitungan Kimia dalam Reaksi Kimia
Pada materi sebelumnya telah dijelaskan bahwa perbandingan koefisien menyatakan perbandingan jumlah partikel dan perbandingan volume, sedangkan mol meru-pakan jumlah partikel dibagi bilangan Avogadro. Perbandingan koefisien menyatakan perbandingan jumlah partikel, maka perbandingan koefisien juga merupakan perbandingan mol.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa:
Perbandingan koefisien = perbandingan volume
= perbandingan jumlah partikel
= perbandingan mol
Misalnya pada reaksi: N2(g) + 3 H2(g) → NH3(g)
a. Perbandingan volume N2(g): H2(g: NH3(g)= 1 : 3 : 2
b. Perbandingan jumlah partikel N2(g) : H2(g) : NH3(g) = 1 : 3 : 2
c. Perbandingan mol N2(g) : H2(g) : NH3(g) = 1 : 3 : 2
Contoh Soal
a. Pada reaksi pembentukan gas amonia (NH3) dari gas nitrogen dan hidrogen, jika gas nitrogen yang direaksikan adalah 6 mol, maka tentukan:
1) jumlah mol gas hidrogen yang diperlukan;
2) jumlah mol gas amonia yang dihasilkan!
Jawab:
1) N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Mol H2 = ( koefisien H2 / koefisien N2 ) x mol N2
= (3/1) x 6 = 18 mol
2) mol NH3 = (koefisien NH3 / koefisien N2) x mol N2
= (2/1) x 6 = 12 mol
Pereaksi pembatas
Jika di dalam sebuah kotak tersedia 6 mur dan 10 baut, maka kita dapat membuat 6 pasang mur-baut. Baut tersisa 4 buah, sedangkan mur telah habis. Dalam reaksi kimia, jika perbandingan mol zat-zat pereaksi tidak sama dengan perbandingan koefisiennya, maka ada pereaksi yang habis terlebih dulu. Pereaksi seperti ini disebut pereaksi pembatas.
Contoh soal:
Pada reaksi 0,5 mol gas N2 dengan 2,5 mol gas H2 menurut persamaan reaksi:
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Tentukan:
a. pereaksi pembatasnya;
b. berapa gram zat yang tersisa?
(Ar N = 14 dan H = 1)!
Jawab:
Mencari mol pereaksi yang bersisa dan yang habis bereaksi
N2(g) + 3 H2(g)
Mula-mula : 0,5 mol 2,5 mol
Yang bereaksi : 0,5 mol 1,5 mol
Setelah reaksi : 0 mol 1,0 mol
Pereaksi yang bersisa adalah H2 sebanyak 1,0 mol
Massa H2 yang sisa = mol sisa x Mr
= 1,0 × 2
= 2 gram
Kadar Zat
Pada saat adikmu sakit panas, ibumu menyuruh mem-beli alkohol 70% di apotik. Apakah kamu tahu apa artinya alkohol 70%? Maksudnya dalam 100 mL larutan mengandung 70 mL alkohol dan 30 mL air. Begitu pula jika kamu membeli suatu produk makanan kemasan yang mengandung vitamin C 1%. Maksudnya dalam 100 gram makanan mengandung 1 gram vitamin C. Kadar zat umumnya dinyatakan dalam persen massa (% massa). Untuk mendapatkan persen massa dapat menggunakan rumus:
% X dalam zat = ( massa X / massa zat ) x 100%
Contoh soal:
- Hitung massa kafein yang terkandung dalam secangkir kopi (200 gram) yang kadarnya 0,015%!
Jawab:
% massa kafein = (massa kafein / massa kopi) x 100%
0,015% = (massa kafein / 200 ) x 100%
Massa kafein = 0,03 %
2. Tentukan persen C dalam glukosa (C6H12O6), jika diketahui Ar C= 12, O= 16, dan H= 1!
Jawab:
% massa C = (( jumlah atom C x Ar C) / Mr glukosa) / 100%
= ((6 x 12) / 180) / 100 %
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.
Salah satu cara menentukan rumus empiris dan rumus molekul dapat dilakukan langkah-langkah sebagai berikut.
Persen massa → mol setiap unsur → perbandingan mol dari unsur-unsur → data Mr → rumus empiris → rumus molekul.
Rumus molekul adalah rumus sebenarnya dari suatu senyawa. Rumus molekul dapat ditentukan jika massa molekul relatif diketahui. Contoh soal berikut ini merupakan salah satu cara menentukan rumus empiris dan rumus molekul.
Contoh soal:
Seorang teknisi kimia membakar 4,5 gram sampel senya-wa organik yang mengandung C, H, dan O. Jika gas oksigen yang digunakan murni ternyata menghasilkan 6,6 gram CO2dan 2,7 gram H2O. Tentukan:
1. rumus empiris senyawa organik tersebut (ArC = 12, O = 16, dan H = 1);
2. rumus molekul senyawa organik tersebut jika diketahui Mr-nya = 30!
Jawab:
- Massa C dalam CO2
= (( jumlah atom C x Ar C) / Mr CO2) x massa CO2
= ((1 x 12) / 44) x 6,6 gram = 1,8 gram
Kuantitas (dalam mol) C
= massa C / Ar C
= 1,8 / 12 = 0,15 mol
Massa H dalam H2O
= ((jumlah H x Ar H) / Mr H2O) x massa H2O
= ((2 x 1) / 18) x 2,7 gram
= 0,3 gram
Kuantitas (dalam mol) H
= massa H / Ar H
= 0,3 / 1 = 0,3 mol
Massa O = massa sampel – massa C – massa H
= 4,5 – 1,8 – 0,3 = 2,4 gram
Kuantitas (dalam mol) O
= massa O / Ar O
= 2,4 / 16 = 0,15 mol
Perbandingan mol C : mol H : mol O = 0,15 : 0,3 : 0,15
= 1 : 2 : 1
Jadi, rumus empiris senyawa karbon tersebut adalah CH2O.
Rumus empiris = (CH2O)n
maka: Mr = (CH2O)n
30 = (12 + (2 x 1) + 16)n
30 = 30n
n =1
Jadi, rumus molekul senyawa karbon tersebut adalah (CH2O)1= CH2O atau asam formiat.
Garam Hidrat
Kamu tentu pernah mendengar gips (CaSO4.2H2O) yang digunakan untuk menyambung tulang atau garam inggris/ garam epsom (MgSO4.7H2O) yang digunakan untuk obat pencuci perut. Kedua senyawa tersebut merupakan contoh garam hidrat. Garam hidrat adalah garam yang mengikat air. Jika garam hidrat melepaskan air kristal yang terikat disebut garam anhidrat. Cara mencari jumlah air kristal yang terikat pada garam hidrat adalah dengan rumus:
x = mol H2O / mol garam hidrat
Contoh soal:
Sebanyak 8,6 gram garam hidrat dipanaskan hingga semua air kristalnya menguap dan membentuk 6,8 gram CaSO4. Jika ArCa = 40, O = 16, S = 32, dan H = 1, maka tentukan
rumus garam hidrat tersebut!
Jawab:
Kuantitas CaSO4 = massa CaSO4 / Mr CaSO4
= 6,8 / 136 = 0,05 mol
Massa air = massa garam hidrat – massa garam anhidrat
= 8,6 – 6,8 = 1,8 gram
Kuantitas air = massa air / Mr air
= 1,8 / 18 = 0,1 mol
x = mol H2O / mol CaSO4
= 0,1 / 0,05
= 2
Jadi, rumus garam hidratnya adalah CaSO4. 2H2O
