REAKSI KIMIA DAN KONSEP MOLEKUL

MODUL 3

REAKSI KIMIA DAN KONSEP MOLEKUL

Oleh : Ir. Nanang Ruhyat MT,

Pada bab terdahulu telah dipelajari bagaimana menggunakan konsep molekul mengenai elemen dan persenyawaan. Telah dipelajari bagai­ mana mengukur molekul suatu zat menggunakan keseimbangan, dan juga dipelajari bagaimana menentukan rumus molekul senyawa kimia dengan cara mencari perbandingan molekul dari elemen dalam senyawa. Hal ini baru merupakan sebagai aspek dari stoikiometri dimana molekul merupakan unit sentral yang kritis dalam masalah kimia. Dalam bob ini kita akan membahas penggunaan lainnya me­ ngenai konsep molekul, misalnya kita mempelajari bagaimana hubung­ an antara sejumlah senyawa kimia yang terlibat dalam suatu reaksi kimia.

REAKSI KIMIA DAN PERSAMAAN REAKSI

Ketika Ahli kimia mulai memikirkan perubahan-perubahan yang terjadi dalam suatu reaksi kimia, maka. mereka selalu memulainya dengan persamaan reaksi. Sesuai dengan apa yang telah dipelajari sebelumnya, misalnya suatu persamaan reaksi yang memperlihatkan gambaran se­nyawa kimia yang terlibat dalam suatu reaksi kimia. Dengan memper­ hatikan suatu persamaan reaksi, kita dapat mengambil kesimpulan apa yang terjadi.

Untuk menulis suatu persamaan reaksi, kita harus mampu menulis rumus bangun pereaksi (senyawa kimia yang ditulis di sebelah kiri panah) dan hasil reaksi (senyawa kimia yang ditulis di sebelah kanan panah). Bagaimana seorang ahli kimia sampai kepada kesimpulan terse­bul, tergantung dari alasan ditulisnya persamaan reaksi tersebut.

Jika suatu percobaan telah dilakukan, persamaan reaksi dapat berarti memperlihatkan apa yang telah terjadi dalam reaksi tersebut. Pada per­samaan ini pereaksi diketahui, sebab ahli kimia telah mengetahui senya­wa kimia yang digunakan dalam reaksi ini. Hasil reaksi harus di­kumpulkan dan diteliti (misalnya dengan reaksi kimia) sebelum persamaan reaksi yang benar dapat ditulis.

Sering kita menulis suatu reaksi kimia untuk membantu kita dalam merencanakan suatu percobaan. Dalam hal seperti ini, meskipun telah diketahui dari percobaan-percobaan sebelumnya senyawa yang akan terjadi jika pereaksi dicampur atau kita dapat menduga hasil reaksi yang akan terjadi pada percobaan ini, Anda tidak diharapkan mengetahui reaksi apa yang terjadi, tetapi Anda akan diberi tahu pereaksi dan hasil reaksi yang akan terjadi dalam^- bentuk suatu persamaan reaksi. Pada pelajaran selanjutnya akan dipelajari bagaimana memperkirakan be­berapa bentuk reaksi dan bagaimana senyawa kimia bereaksi jika di­campur.

Salah satu tujuan pentingnya persamaan reaksi adalah dalam meren­canakan percobaan, yang mana persamaan reaksi memungkinkan kita menetapkan hubungan kuantitatif yang terjadi di antara pereaksi dan hasil reaksi dan merupakan topik yang akan diulas dalam halaman-ha­laman berikut ini. Untuk membantu pengertian ini, maka persamaan reaksi harus seimbang, yang berarti reaksi harus mengikuti hukum konservasi massa di mana jumlah setiap macam atom di kedua sisi anak panah harus sama.

Menyeimbangkan Persamaan Reaksi

Untuk mengurangi kesalahan dalam menulis persamaan reaksi yang seimbang perlu diperhatikan Langkah-Langkah berikut:

Langkah 1: Tulis persamaan reaksi tak setimbang, perhatikan ru­mus molekulnya yang benar (sesuai dengan uraian se­belumnya, sebetulnya Anda tidak diharapkan mengeta­hui rumus molekulnya dan juga memperkirakan hasil reaksi apa yang terbentuk. Mulai sekarang, rumus ba­ngunnya diberikan).

Langkah 2: Persamaan reaksi dibuat seimbang dengan cara menye­suaikan koefisien yang dijumpai pada rumus bangun pereaksi dan hasil reaksi, sehingga diperoleh jumlah setiap macam atom sama pada kedua sisi anak panah.

Untuk melaksanakan langkah 2, hal yang sangat penting diingat adalah bahwa Anda tidak boleh mengubah rumus molekul, balk pereaksi mau­pun hasil reaksi. Jika diubah, maka berarti mengubah sifat senyawa kimia yang ditulis dalam persamaan reaksi, meskipun kita memperoleh persamaan reaksi yang seimbang, persamaan reaksi itu tetap salah.

Kebanyakan persamaan reaksi sederhana, dapat diketahui keseim­bangan dengan cara pengujian. Hal ini membutuhkan persamaan reaksi dan menyesuaikan koefisien sampai tercapai jumlah atom yang sama dari setiap elemen yang ada pada pereaksi dan hasil reaksi. Sebagai contoh, dapat diperhatikan reaksi yang terjadi di samping ini, yang memperlihatkan larutan asam klorida (HCI) ditambahkan ke dalam larutan natrium karbonat (Na2CO3). Hasil reaksinya adalah natrium klorida (NaCl), gas karbon dioksida (CO2) dan air. Untuk memperoleh persamaan reaksi yang seimbang, kita lakukan langkah berikut:

Langkah 1. Tuliskan persamaan reaksi tak seimbang, dengan cara menuliskan rumus molekul pereaksi dan hasil reaksi yang benar.

Na2CO3 + HCI à NaCl + H20 + CO2

Langkah 2. Tempatkan koefisien di depan rumus molekul agar re­aksinya seimbang. Untuk melakukannya dengan cepat memerlukan banyak latihan. Meskipun tidak ada dalil tertentu dari mana dimulainya, hal yang terbaik di­lakukan adalah dengan cara memberikan koefisien 1. Dalam persamaan ini kita mulai dengan Na2CO3- Dalam rumus molekul hanya ada dua atom Na, untuk membuat seimbang kita tempatkan koefisien 2 di depan NaCl. Dengan demikian diperoleh:

Na2CO3 + HCI à 2NaC1 + H20 + CO2

Meskipun jumlah Na sudah seimbang, tetapi Cl belum seimbang, hal ini dapat diperbaiki dengan cara menem­patkan koefisien 2 di depan HCI. Temyata penempatan angka ini menyebabkan hidrogen juga menjadi seimbang.

Na2CO3 + 2HCI à 2NaC1 + H20 + CO2

Perhatikan bahwa tindakan ini juga menyeimbangkan hidrogen dan perhitungan dengan cepat tiap unsur akan menunjukkan bahwa persamaan tersebut sekarang telah seimbang.

Koefisien yang diperoleh dari persamaan di atas bukanlah satu-satu­nya cara untuk membuat reaksi seimbang. Untuk setiap persamaan reaksi, dapat digunakan angka koefisien yang tidak terbatas agar dapat diperoleh jumlah atom yang sama di antara kedua sisi anak panah. Misalnya, kedua persamaan reaksi berikut seimbang jumlah atom dise­belah kiri sama dengan jumlah atom di sebelah kanan anak panah).

2 Na2CO3 + 4 HCI à 4 NaCl + 2 H20 + 2 CO2

5 Na2CO3 + 10 HCI à 10 NaCl + 5 H20 + 5 CO2

Biasanya dalam praktek dengan menggunakan angka-angka koefisien bi­langan bulat yang terkecil sudah dapat diperoleh keseimbangan reaksi yang tepat (Meskipun demikian, aturan ini kadang-kadang juga dilanggar untuk reaksi-reaksi tertentu dan hal ini dapat dijumpai pada contoh berikut ini)

SOAL: Seimbangkan persamaan reaksi pembakaran oktana C₈H₁₈ yang me­rupakan komponen bensin.

C₈H ₁₈ +0₂ à CO₂+H₂0

PENYELESAIAN: Mula-mula ditulis C₈H ₁₈ (rumus molekulnya sangat kom­pleks), diberi koefisien 1. Selanjutnya dibutuhkan 8 CO₂ pada sebelah kanan anak panah agar karbon seimbang dan 9 H₂0 pada sebelah kanan agar hidrogen seimbang (9 H₂0 mengandung 18 atom H , karena setiap H₂0 mengandung 2 atom H). Dengan demikian diperoleh:

C₈H ₁₈ + 0₂ à 8 CO₂ + 9 H₂0

Selanjutnya kita dapat bekeria pada oksigen. Di sebelah kanan panah ada 25
atom 0 (2 x 8 + 9 = 25). Di sebelah kiri panah ada satu pasangan 0. Ini berarti kita harus mempunyai 12^1/2 pasang (molekul 02) agar diperoleh 25 atom 0 dan sama dengan jumlah atom 0 yang ada di sebelah kanan panah. Dengan demi­kian kita peroleh:

C₈H ₁₈ + 12 ½ 0₂ à 8 CO₂ + 9 H₂0

Akhirnya kita hilangkan koefisien pecahan dengan cara mengalikan semua

koefisien dengan 2.

2 C₈H₁₈ + 25 0₂ à 8 CO₂ + 9 H₂0

PERHITUNGAN BERDASARKAN PERSAMAAN REAKSI

Perrsamaan reaksi dapat diartikan bermacam-macam. Sebagai contoh dapat kita ambil pembakaran etanol, C₂H₅OH. alkohol Yang dicampur dengan bensin dalam api yang disebut gasohol.

C₂H ₅OH + 3 0₂ à 2 CO₂ + 3 H₂0

Pada tingkat molekul yang submikroskopik itu, kita dapat memandang sebagai reaksi antara molekul-molekul individu.

I molekul C₂H₅OH + 3 molekul0₂ à 2 molekul CO₂ + 3 molekul H₂0

Reaksi ini merupakan reaksi dalam Skala kecil, dikerjakan dalam labo­ratorium yang telah dijelaskan pada Bab sebelumnya. Dalam Bab ini dipelajari bahwa perbandingan antara atom suatu elemen yang diguna­kan untuk membentuk suatu senyawa sama dengan perbandingan jum­lah molekul atom yang digunakan. Perbandingan atom dan perban­dingan molekul adalah sama (identik).

Cara ini dapat digunakan juga untuk suatu reaksi kimia. Perbanding­an antara molekul yang bereaksi atau yang terbentuk sama dengan perbandingan antara molekul dari zat tersebut yang bereaksi atau yang terbentuk. Jadi untuk pembakaran etanol, dapat juga ditulis:

1 mol C₂H₅OH + 3mol 0₂ à 2mol CO₂ + 3mol H₂0

Reaksi ini tidak selalu dimulai dari 1 mol C₂H₅OH. Jika dibakar 2 molekul etanol, maka:

2 mol C₂H₅OH + 6mol 0₂ à 4mol CO₂ + 6mol H₂0

Dengan demikian kita dapat mereaksikan etanol sebanyak yang kita inginkan, tetapi selalu dijumpai bahwa satu molekul C₂H₅OH membu­tuhkan tiga kali lebih banyak molekul 0₂ dan setiap satu molekul C₂H₅OH yang dipakai terbentuk 2 molekul CO₂ dan 3 molekul H₂0 . Data ini kita peroleh dari persamaan reaksi, sebab:

Koefisien dalam suatu persamaan reaksi adalah suatu perbandingan dimana,molekul satu zat bereaksi dengan molekul zat yang berbeda membentuk suatu zat lain.

MENGGUNAKAN PERSAMAAN REAKSI UNTUK PERHITUNGAN DALAM GRAM

SOAL: Aluminium bereaksi dengan oksigen membentuk aluminium oksida Al₂O₃, yang dapat melindungi alu­minium di bawahnya menjadi proses karat. Reaksinya:

4AI + 30₂ à 2 Al₂O₃

Berapa jumlah gram 0₂ yang dibutuhkan untuk dapat bereaksi dengan 0,300 mol Al?

ANALISA: Pertanyaan ini agak lebih sukar dari pada soal-soal sebelumnya. Dalam pertanyaan ini kita mencari gram bukan mol.

0,300 mol Al <=> ?g 0₂

Mol Al tidak mempunyai hubungan dengan gram 0_{2 ,} tetapi persamaan reaksi­nya yang sudah ekivalen dapat digunakan untuk menentukan hubungan mol Al dan mol 0₂.

4 mol Al <=>3 mol 02

Kita dapat menggunakan persamaan ini untuk menghitung jumlah mol 0₂ yang dibutuhkan. Kemudian mol 0₂ diubah menjadi gramnya dengan menggunakan massa formula 0₂.

1 mol 0₂ <=> 32,0 g 0₂

PENYELESAIAN: Pertama, kita ketahui jumlah mol 0₂ yang dibutuhkan untuk dapat bereaksi dengan Al.

Mol 0₂ = ¾ ( mol Al)

= ¾ (0,03)

= 0,225 mol

Kemudian, mol 0₂ diubah menjadi gramnya. Dengan demikian jawaban soal kita ketahui.

Gram 0₂ = 0,225 ( 32) = 7,2 gram 0₂

Kita butuhkan 7,20 g 0₂untuk dapat bereaksi dengan 0,300 mol Al.

PERHITUNGAN REAGEN PEMBATAS YANG
DIGUNAKAN UNTUK SUATU REAKSI

Jika kita mereaksikan, senyawa kinila, biasanya kita tidak memperhati­ kan berapa jumlah reagen yang tepat supaya tidak terjadi kelebihan reagen-reagen tersebut. Sering terjadi satu atau lebih reagen berlebih dan bila hal ini terjadi, maka suatu reagen sudah habis digunakan sebelum yang lainnya habis. Sebagai contoh, 5 mol H₂ dan 1 mol 0₂ dicampur dan terjadi reaksi dengan persamaan reaksinya.

2H₂ + 0₂ à 2 H₂0

Koefisien reaksi itu mengatakan bahwa dalam persamaan tersebut 1 mol 0₂ akan mampu bereaksi seluruhnya karena kita mempunyai lebih dari 2 mol H₂ yang diperlukan. Dengan kata lain, terdapat lebih dari cukup H₂ untuk bereaksi sempurna dengan semua 0₂. Memang, karena kita memulai dengan 5 mol H₂, dapatlah kita mengharapkan bahwa ketika reaksi selesai, ada 3 mol H₂ yang tersisa tanpa bereaksi.

Dalam contoh ini 0₂ diacu sebagai pereaksi pembatas (limiting reac­ tant) karena bila habis, tidak ada reaksi lebih lanjut yang dapat terjadi dan tidak ada lagi produk ( H₂0 ) dapat terbentuk. Bila dikatakan dengan cara lain, dalam campuran khusus 1 mol 0₂ dan 5 mol H₂ , banyaknya 0₂ inilah yang membatasi banyaknya H₂0 yang dapat terbentuk.

Dalam memecahkan soal "pereaksi-pembatas", kita harus menge­ nali mana yang merupakan pereaksi pembatas. Kemudian, kita hitung banyaknya produk yang terbentuk yang didasarkan pada banyaknya pereaksi pembatas yang tersedia.

REAKSI DALAM LARUTAN

Banyak reaksi berlangsung dimana pereaksi larut dalam pelarut menjadi larutan. Misalnya bubuk natriurn klorida, NaCI, dengan kristal bubuk perak nitrat, AgNO₃, tidak terlihat adanya sesuatu terjadi. Tetapi jika kedua senyawa ini masing-masing kita larutkan terlebih dahulu dalam air dan kemudian dicampur, suatu reaksi yang cepat akan terjadi, seperti terlihat pada. Alasan terjadinya perbedaan dalam keadaan yang padat dan keadaan cair tidak begitu sukar untuk dipahanii. Jika kristal dicampur. hanya permukaan luarnya saja yang dapat kontak, yang berarti hanya sebagian kecil pereaksi yang mungkin dapat bereaksi. Jika senyawa ini dilarutkan dalam air, masing-masing partikel pereaksi daiam keadaan bebas dan dapat dengan mudah bercampur dengan molekul air. Jika kedua larutan dicampur, partikel kedua senyawa ini bercampur dan meye­babkan terjadinya reaksi di antara kedua senyawa tersebut lebih cepat.

Persamaan reaksi yang terjadi pada reaksi tersebut adalah

NaCI (aq) + AgNO3(aq) ---) AgCI (s) + NaNO3(aq)

dimana kita menggunakan kata (aq) untuk memperlihatkan NaCI, AgNO3 dan NaNO3(aq) berada dalam keadaan larut dalam pelarut air (aquous solution) dan (s) memperlihatkan AgCI dalam keadaan padat (solid). Cairan yang berbentuk susu kental dari basil reaksi cam­puran yang terlihat disebabkan oleh munculnya zat padat putili AgCl.

Zat padat yang terbentuk dalam larutan sebagai hail suatu reaksi kimia seperti ini disebut endapan (presipitat).

Suatu reaksi kimia dalam larutan tidak selalu dilihat dengan terbentuknya suatu endapan. Dalam beberapa reaksi terbentuk gas, seperti reaksi antara asam klorida dengan natrium karbonat . Kadang-kadang yang terjadi hanya perubahan warna.

Konsentrasi Molar

Sering dibutuhkan penentuan konsentrasi suatu larutan secara kuanti­tatif dan hal ini dapat dilihat selanjutnya dalam modul ini, bahwa ada beberapa cara untuk memperoleh konsentrasi larutan secara kuantita­tif. Suatu istilah yang sangat berguna yang berkaitan dengan stoikio­metri suatu reaksi dalam larutan disebut konsentrasi molar atau molaritas, dengan simbol M. Dinyatakan sebagai jumlah mol suatu solut dalam larutan dibagi dengan volume larutan yang ditentukan dalam liter.

Molaritas (M) = mol solut : liter larutan

Larutan yang mengandung 1,00 mol NaCI dalam 1,00 L larutan mempunyai molaritas 1,00 mol NaCl/L larutan) atau 1,00 M dan dise­but 1,00 molar larutan. Cobalah diperhatikan suatu contoh yang mem­perlihatkan bagaimana menghitung suatu larutan