Penjelasan Tentang Hukum-hukum Dasar Kimia

Pada konten ini dibahas tentang hukum-hukum dasar kimia yang digunakan sebagai dasar untuk mengerjakan perhitungan-perhitungan kimia.

A. Pendahuluan

Salah satu aspek penting dari reaksi kimia adalah hubungan kuantitatif antara zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia, baik sebagai pereaksi maupun sebagai hasil reaksi. Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) adalah orang yang pertama kali meletakkan prinsip-prinsip dasar stoikiometri. Menurutnya stoikiometri adalah ilmu tentang pengukuran perbandingan kuantitatif atau pengukuran perbandingan antar unsur kimia yang satu dengan yang lain dinyatakan dalam hukum-hukum dasar kimia.

B. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Pada tahun 1774 Lavoisier memanaskan timah dengan oksigen dalam suatu wadah tertutup. Dengan menggunakan neraca dan penimbangan yang teliti ia berhasil membuktikan bahwa massa sistem tidak berubah meskipun timah telah bereaksi dengan oksigen menghasilkan serbuk berwarna putih. Ia menemukan keteraturan dari hasil pengamatannya sebagai Hukum Kekekalan Massa.

Hukum yang ditemukan berdasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh Lavoisier tersebut berbunyi :

“Pada setiap reaksi kimia, massa zat-zat yang bereaksi adalah sama dengan massa zat- zat hasil reaksi”

Pernahkah Anda memperhatikan sepotong besi yang dibiarkan di udara terbuka, dan pada suatu waktu kita akan menemukan, bahwa besi itu telah berubah menjadi karat besi. Jika kita timbang massa besi sebelum berkarat dengan karat besi yang dihasilkan, ternyata massa karat besi lebih besar. Benarkah demikian?

Dari kejadian tersebut, kita mendapatkan gambaran bahwa seolah-olah dalam suatu reaksi kimia, ada perbedaan massa zat, sebelum dan sesudah reaksi, sesuai dengan hukum kekekalan massa. Hukum kekekalan massa, dalam menyetarakan persamaan reaksi, artinya massa zat sebelum reaksi sama dengan massa sesudah reaksi.

C. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Joseph Louis Proust pada tahun 1797 melakukan sederetan percobaan mengenai perbandingan jumlah zat-zat yang bereaksi. Misalnya pada pembentukan senyawa natrium klorida dari unsur-unsurnya, perbandingan jumlah natrium dan klor dalam suatu reaksi selalu tetap, yaitu 39,0% natrium dan 61% klor. Demikian pula untuk reaksi kimia yang lain.

Tabel 1. Hasil Eksperimen Proust

Massa Hidrogen yang direaksikan (gram)	Massa Oksigen yang direaksikan (gram)	Massa Air yag terbentuk (gram)	Sisa Hidrogen atau Oksigen (gram)
1	8	9	-
2	8	9	1 gram hidrogen
1	9	9	1 gram oksigen
2	16	18	-

Dari tabel di atas terlihat, bahwa setiap 1 gram gas hidrogen bereaksi dengan 8 gram oksigen, menghasilkan 9 gram air. Hal ini membuktikan bahwa massa hidrogen dan massa oksigen yang terkandung dalam air memiliki perbandingan yang tetap yaitu 1 : 8, berapapun banyaknya air yang terbentuk.

Dari percobaan yang dilakukannya, Proust mengemukakan teorinya yang terkenal dengan sebutan, Hukum Perbandingan Tetap, yang berbunyi:

“Perbandingan massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap”

Penyimpangan Hukum Proust

Hukum Proust merupakan hukum yang amat berguna pada pembahasan stoikiometri, tetapi perlu diketahui bahwa sekalipun hukum ini amat berguna dalam dasar-dasar kimia modern, hukum perbandingan tetap tidak selalu berlaku untuk semua senyawa.

Hukum Proust tidak berlaku untuk senyawa-senyawa yang mengandung komposisi isotop yang berbeda. Komposisi isotop dapat berbeda sesuai sumber dari unsur yang membentuk senyawa tersebut. Selain itu, hukum Proust juga tidak berlaku pada polimer, baik polimer alami maupun polimer buatan.

Dalton menyelidiki perbandingan unsur-unsur tersebut pada setiap senyawa dan didapatkan suatu pola keteraturan. Pola tersebut dinyatakan sebagai hukum Perbandingan Berganda yang bunyinya:

“Bila dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa, dimana massa salah satu unsur tetap (sama), maka perbandingan massa unsur yang lainnya merupakan bilangan bulat dan sederhana”

Perbandingan atom unsur-unsur dalam suatu rumus kimia ditunjukkan dengan angka yang bulat, dan bukan dengan angka pecahan. Sebagai contoh, karbon monoksida (CO) mempunyai perbandingan antara atom C dan atom O sama dengan 1 : 1, yang berarti perbandingan atom untuk membuat 1 molekul CO tanpa ada sisa atom C atau atom O kita harus mengambil 1 atom C dan 1 atom O sesuai dengan perbandingan atom-atom dalam rumus kimia senyawanya.

D. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

John Dalton pertama kali mengemukakan pengamatan ini pada 1803. Beberapa tahun sebelumnya, kimiawan Perancis telah mengemukakan hukum perbandingan tetap. Dalton merumuskan hukum ini berdasarkan pengamatan-pengamatan terhadap nilai- nilai perbandingan Proust. Kedua hukum ini merupakan penemuan penting untuk menjelaskan bagaimana senyawa terbentuk dari atom-atom.

Tabel 2. Perbandingan Berganda

Unsur pembentuk senyawa	Rumus	Perbandingan massa per senyawa	Perbandingan massa unsur dalam kedua senyawa
H dan O	H₂O H₂O₂	H:O = 2:16 H:O = 2: 32	16:32 = 1:2
C dan O	CO CO₂	C:O = 12:16 C:O = 12:32	16:32 = 1:2

E. Hukum Boyle-Gay Lussac

Hukum ini merupakan perluasan hukum terdahulu dan diturunkan dengan keadaan

harga n₁ = n₂sehingga diperoleh persamaan :

P ₁ . V ₁/ T ₁ = P₂. V₂ / T ₂

F. Hukum Avogadro (Hipotesis Avogadro atau Prinsip Avogadro)

Seorang ahli fisika dari Italia bernama Amadeo Avogadro berpendapat bahwa ada hubungan antara jumlah partikel dalam gas dan volume gas, yang tidak bergantung pada jenis gas.

Untuk memahaminya, perhatikan data percobaan penentuan jumlah molekul beberapa gas pada volum 1L, suhu dan tekanan standar (0°C, 76 cmHg) pada tabel di bawah ini :

Tabel 3. Data percobaan pengukuran volume pada suhu dan tekanan standar

Nama	Massa (gram)	Volume (L)	Jumlah Molekul
Oksigen	1,460	1	2,688 x 10²²
Nitrogen	1,250	1	2,688 x 10²²
Karbon Dioksida	1,961	1	2,688 x 10²²

Dari data tersebut ternyata dalam volum yang sama dan keadaan yang sama terdapat jumlah partikel yang sama pula. Artinya, jumlah molekul atau atom dalam suatu volum gas tidak tergantung kepada

ukuran dari molekul gas. Sebagai Contoh :

1 liter gas hidrogen dan nitrogen akan mengandung jumlah molekul yang sama, selama suhu dan tekanannya sama. Aspek ini dapat dinyatakan secara matematis :

Dimana:

V adalah volume gas.

n adalah jumlah mol dalam gas tersebut.

k adalah tetapan kesebandingan.

Akibat paling penting dari hukum Avogadro adalah bahwa Konstanta gas ideal memiliki nilai yang sama bagi semua gas. Artinya, konstan.

Dimana:

p adalah tekanan gas

T adalah temperatur

V adalah volume

N adalah jumlah mol

Satu mol gas ideal memiliki volum 22.4 Liter pada kondisi standar (STP), dan angka ini sering disebut volum molar gas ideal. Gas-gas nyata (non-ideal) memiliki nilai yang berbeda. Hipotesis Avogadro dijadikan suatu hukum, yang dikenal sebagai Hukum Avogadro. Hipotesis Avogadro berbunyi :

“Gas-gas yang memiliki volum yang sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula.”