Hukum-hukum Dasar Kimia

Dalam perhitungan kimia (stoikiometri) didasarkan pada aturan yang berlaku  yang dikenal dengan istilah hukum-hukum dasar kimia. Beberapa hukum dasar kimia yang mendasari stoikiometri kimia yaitu.

• Hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier)
• Hukum perbandingan tetap (hukum Proust)
• Hukum perbandingan berganda/hukum kelipatan perbandingan (hukum Dalton)
• Hukum perbandingan volume (hukum Gay-Lussac)
• Hipotesis Avogadro
  

Berikut konsep dan penerapan hukum dasar kimia diatas.

Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Hukum Lavoisier dikenal sebagai hukum kekekalan massa dan kadang disebut pula sebagai hukum konservasi massa.

Massa zat sebelum reaksi adalah sama dengan massa zat setelah reaksi

Dengan kata lain massa tidak dapat diciptakan maupun tidak dapat dimusnahkan. Artinya selama reaksi berlangsung, tidak ada atom-atom reaktan dan produk yang hilang, sehingga massanya akan selalu tetap.

Sebagai ilustrasi dari hukum ini, perhatikan pembakaran sempurna minyak tanah berikut.

minyak tanah + oksigen → karbon dioksida + uap air

• zat sebelum reaksi (reaktan) : minyak tanah, oksigen
• zat setelah reaksi (produk) : karbon dioksida, uap air

sehingga berlaku:

massa reaktan = massa produk

Contoh Soal:

Pada wadah yang tertutup, 2 g logam kalsium dibakar dengan gas oksigen menghasilkan kalsium oksida sebanyak 4,8 g. Hitunglah massa oksigen yang digunakan dalam pembakaran tersebut.

Penyelesaian:

Persamaan reaksi: 2Ca(s) + O₂(g) → 2CaO(s)

Berdasarkan hukum kekekalan massa:

massa reaktan = massa produk

massa Ca + massa O₂ = massa CaO

2 g + massa O₂ = 4,8 g

massa O₂ = 4,8 g - 2 g

massa O₂ = 2,8 g

Dengan demikian, massa oksigen yang digunakan dalam pembakaran tersebut adalah 2,8 g.

Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Pada tahun 1799, Proust melakukan sederet percobaan mengenai perbandingan massa unsur-unsur yang bereaksi dan memperoleh suatu kesimpulan yang dikenal sebagai hukum perbandingan tetap (beberapa literatur menyebutnya hukum komposisi tetap).

Perbandingan massa unsur dalam suatu senyawa adalah tetap

Contoh Soal:

Karbon dan oksigen dapat membentuk senyawa karbon dioksida dengan data sebagai berikut.

Karbon	Oksigen	Karbon dioksida	Sisa
3 g	8 g	11 g	0
5 g	8 g	11 g	2 g karbon
3 g	10 g	11 g	2 g oksigen

Tentukan perbandingan massa karbon dan oksigen sesuai data ditas.

Penyelesaian:

Sesuai hukum Proust, perbandingan massa karbon (C) dan oksigen (O) dalam senyawa karbon dioksida selalu tetap. Untuk menentukan perbandingan massa C dan O maka kita harus menggunakan data massa yang sesuai dimana "massa C + massa O = massa CO₂", kita bisa gunakan data 1.

massa C + massa O = massa CO₂

3 g + 8 g = 11 g (sesuai)

massa C : massa O = 3 g : 8 g

massa C : massa O = 3 : 8

Kita bisa membuktikan C : O = 3 : 8 dengan menggunakan data 2 ataupun 3.

massa C yang bereaksi = 5 g - 2 g = 3 g

massa C : massa O = 3 g : 8 g = 3 : 8

 

Dengan demikian, perbandingan massa C : O dalam senyawa CO₂ adalah 3 : 8.

Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Beberapa unsur dapat menunjukkan sifat yang menarik untuk dipelajari, dimana apabila suatu unsur bergabung dengan unsur yang lainnya membentuk lebih dari satu jenis senyawa. Meskipun unsur-unsur dalam kedua senyawa tersebut mempunyai perbandingan massa yang berbeda, tetapi susunan tersebut berhubungan secara sederhana. Fakta ini kemudian dikenal dengan sebutan hukum perbandingan berganda (hukum Dalton).

Jika dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, dimana massa salah satu unsur tersebut tetap (sama), maka massa unsur yang lain dalam senyawa-senyawa tersebut sebagai perbandingan bilangan bulat yang sederhana

Contoh Soal:

Hidrogen dengan oksigen dapat membentuk dua senyawa. Hidrogen dalam senyawa pertama memiliki persentase 42,9% dan dalam senyawa kedua persentase 27,3%. Tunjukkan bahwa senyawa ini mengikuti hukum perbandingan berganda.

Penyelesaian:

Kita asumsikan massa senyawa = 100 g

Senyawa I:

massa H = 42,9%×100 g = 42,9 g

massa O = 100 g - 42,9 g = 57,1 g

Senyawa II:

massa H = 27,3%×100 g = 27,3 g

massa O = 100 g - 42,9 g = 72,7 g

*Kita menjadikan perbandingan massa oksigen tetap dalam kedua senyawa menjadi 1 g (1%).

Senyawa I:

massa O : massa H = (57,1 g ÷ 57,1 g) : (42,9 g ÷ 57,1 g) = 1 : 0,75

Senyawa II:

massa O : massa H = (72,7 g ÷ 72,7 g) : (27,3 g ÷ 72,7 g) = 1 : 0,375

* Menentukan perbandingan H dalam senyawa I dan senyawa II.

Dalam mencari perbandingan H maka kita bandingkan massa H dari kedua senyawa dengan membagi pada bilangan terkecil yaitu 0,375.

massa H (I) : massa H (II) = (0,75 ÷ 0,375) : (0,375 ÷ 0,375)

massa H (I) : massa H (II) = 2 : 1 (Perbandingan bilangan bulat)

Dengan demikian, senyawa tersebut terbukti mengikuti hukum perbandingan berganda.

Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)

Hukum Gay Lussac membahas mengenai hubungan antara tekanan dengan suhu gas-gas pada kondisi suhu yang konstan. 

Perbandingan volume gas-gas yang bereaksi ataupun gas-gas yang dihasilkan dalam reaksi kimia merupakan perbandingan bilangan bulat dan sederhana 

Perbandingan bulat tersebut juga sesuai sebagai perbandingan koefisien antara gas-gas yang bereaksi maupun gas-gas hasil reaksi dalam suatu reaksi kimia. Oleh karena itu, hukum Gay Lussac juga dapat dinyatakan sebagai:

Perbandingan gas-gas yang bereaksi atau hasil reaksi sebanding dengan perbandingan koefisien reaksinya

Contoh Soal:

Amonia dibuat dari reaksi gas hidrogen dengan gas nitrogen menurut persamaan: 3H₂(g) + N₂(g) → 2NH₃(g)

Jika 6 liter hidrogen bereaksi dengan nitrogen untuk membentuk amonia, hitunglah volume N₂ yang bereaksi serta volume NH₃ yang terbentuk jika diukur pada kondisi temperatur dan tekanan yang sama.

Penyelesaian:

"Perbandingan volume sebanding dengan perbandingan koefisien".

Volume N₂ = (koefisien N₂/koefisien H₂)×Volume H₂

Volume N₂ = ⅓ × 6 L

Volume N₂ = 2 L

Volume NH₃ = (koefisien NH₃/koefisien H₂)×Volume H₂

Volume NH₃ = ⅔ × 6 L

Volume NH₃ = 4 L

Dengan demikian, volume N₂ yang bereaksi serta volume NH₃ yang terbentuk adalah 2 L dan 4 L.

Hipotesis Avogadro

Pada tahun 1811, Avogadro menduga bahwa gas-gas yang mempunyai volume sama akan mengandung jumlah partikel (atom atau molekul) yang sama apabila diukur pada kondisi tekanan dan suhu yang sama.

Pada temperatur dan tekanan yang sama, volume yang sama dari semua gas mengandung jumlah molekul yang sama.

Contoh: 

Hidrogen + Klor → Hidrogen klorida

1volume  1volume     2volume 

nmolekul nmolekul  2nmolekul (dibagi dengan n)

1 molekul 1 molekul  2 molekul

Dengan kata lain, hipotesis Avogadro ini berlaku

Pada temperatur dan tekanan yang sama, volume yang sama dari semua gas mengandung jumlah molekul yang sama.

Dalam bentuk matematis, hipotesis Avogadro dapat dinyatakan sebagai berikut.

\begin{aligned} \mathrm{\frac{V}{n}} &= \mathrm{k} \end{aligned}

keterangan:
V : volume 

n : jumlah partikel

k : konstanta

Persamaan tersebut berarti hasil bagi volume dan jumlah partikel akan selalu tetap untuk semua gas bila diukur pada kondisi tekanan dan suhu tetap. Dengan demikian, apabila ada dua jenis gas pada tekanan dan suhu sama maka akan berlaku persamaan: \begin{aligned} \mathrm{\frac{V_1}{n_1}} &= \mathrm{\frac{V_2}{n_2}} \end{aligned}

keterangan:

V₁ : volume gas 1

n₁ : jumlah partikel gas 1

V₂ : volume gas 2

n₂ : jumlah partikel gas 2

Koefisien reaksi menunjukkan jumlah partikel yang terlibat dalam reaksi kimia, dengan demikian untuk reaksi yang melibatkan gas-gas. perbandingan koefisien reaksi selain menyatakan perbandingan jumlah partikel juga menunjukkan perbandingan volume.

Contoh Soal:

Diketahui reaksi sebagai berikut

3H₂(g) + N₂(g) → 2NH₃(g)

Jika pada 1 liter gas nitrogen terdapat n molekul, maka hitunglah jumlah molekul gas hidrogen yang bereaksi serta jumlah molekul amonia yang terbentuk.

Penyelesaian:

"Perbandingan volume menunjukkan perbandingan molekul".

Koefisien N₂ : koefisien H₂ : koefisien NH₃ = 1:3:2

H₂ = (koefisien H₂/koefisien N₂)×jumlah molekul N₂

H₂ = ³⁄₁ × n molekul

H₂ = 3n molekul

NH₃ = (koefisien NH₃/koefisien N₂)×jumlah molekul N₂

NH₃ = ²⁄₁ × n molekul

NH₃ = 2n molekul

Dengan demikian, jumlah molekul H₂ yang bereaksi dan NH₃ yang terbentuk adalah 3n molekul dan 2n molekul.

Semoga bermanfaat.