Materi Penjelasan Tentang Hukum – hukum Dasar Kimia

Dalam kehidupan sehari-hari kita selalu menjumpai perubahan materi. Sebagian dari perubahan bentuk itu disertai terbentuknya zat baru, sebagian lagi hanya berupa perubahan tempat, bentuk atau wujud. Kedua jenis perubahan itu dapat kita jumpai pada lilin yang menyala. Lilin yang meleleh masih tetap lilin, yang berubah hanya wujudnya. Lilin yang terbakar akan menjadi gas dan sejumlah energi (panas dan cahaya). Lilin yang menyala makin lama makin pendek. Apakah lilin itu hilang? Tidak. Lilin tidak hilang, tetapi berubah menjadi zat-zat baru yang berwujud gas, yaitu gas karbon dioksida dan uap air. Apabila seluruh hasil pembakaran ditampung dan ditimbang, niscaya massanya sama dengan massa lilin ditambah dengan massa oksigen yang terpakai pada pembakaran itu.

A. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

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? Anda sering melihat kayu atau kertas terbakar, bukan? Hasil yang diperoleh berupa sejumlah sisa pembakaran yaitu abu. Jika Anda menimbang abu tersebut maka massa abu lebih ringan dari massa kayu atau kertas sebelum dibakar. Benarkah demikian? Dari kejadian tersebut, kita mendapatkan gambaran bahwa seolah-olah dalam suatu reaksi kimia, ada perbedaan massa zat, sebelum dan sesudah reaksi.

Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794) seorang ahli kimia berkebangsaan Prancis telah menyelidiki hubungan massa zat sebelum dan sesudah reaksi. Lavoisier menimbang zat-zat sebelum bereaksi kemudian menimbang hasil-hasil reaksinya. Ternyata massa zat sebelum dan sesudah bereaksi selalu sama. Akan tetapi, perubahan-perubahan materi umumnya berlangsung dalam sistem terbuka sehingga apabila hasil reaksi ada yang meninggalkan sistem (seperti pembakaran lilin) atau apabila sesuatu zat dari lingkungan diikat (seperti proses perkaratan besi yang mengikat oksigen dari udara) maka seolah-olah massa zat sebelum dan sesudah reaksi menjadi tidak sama. Dari percobaan yang dilakukan Lavoisier terhadap merkuri cair dan oksigen hingga terbentuk merkuri oksida yang berwarna merah, Lavoiser mengambil kesimpulan yang dikenal dengan hukum kekekalan massa yaitu:

"Massa zat-zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap".

B. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Ada berbagai senyawa yang dibentuk oleh dua unsur atau lebih, sebagai contoh air (H₂O). Air dibentuk oleh dua unsur yaitu unsur hidrogen dan oksigen. Materi mempunyai massa, termasuk hidrogen dan oksigen. Bagaimana kita mengetahui massa unsur hidrogen dan oksigen yang terdapat dalam air? Seorang ahli kimia Prancis yang bernama Joseph Louis Proust (1754–1826) mencoba menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.

Hasil Eksperimen Proust.

Dari tabel di atas terlihat, bahwa setiap 1g gas hidrogen bereaksi dengan 8g oksigen menghasilkan 9g 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".

Contoh Soal :

Jika kita mereaksikan 4 g hidrogen dengan 40 g oksigen, berapa g air yang terbentuk?

Penyelesaian :

Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen = 1 : 8.

Perbandingan massa hidrogen dengan oksigen yang dicampurkan = 4 : 40.

Oleh karena perbandingan hidrogen dan oksigen = 1 : 8 maka 4 gr hidrogen memerlukan 4 x 8 g oksigen yaitu 32 g.

Pada kasus ini oksigen yang dicampurkan tidak bereaksi semuanya, oksigen masih bersisa sebanyak ( 40 – 32 ) g = 8 g. Nah, sekarang kita akan menghitung berapa massa air yang terbentuk dari 4 g hidrogen dan 32 g oksigen. Jawabannya tentu saja 36 g.

Hukum Proust dapat dijabarkan lagi, dalam rangka menentukan kadar unsur atau massa unsur dalam senyawa. Secara umum untuk senyawa : A_m B_n

%A dalam A_m B_n =
Massa B dalam A_m B_n =

Oleh karena itu dapat juga diturunkan kadar zat dalam campuran, cuplikan, atau mineral, atau bijih.

Contoh soal :

Berapa kadar C dalam 50 g CaCO₃ ? (A_r : C = 12; O= 16; Ca=40) ?

Penyelesaian :

Massa C:

= (A_r C / M_r CaCO₃ ) x massa CaCO₃

= 12/100 x 50 g = 6 g

Kadar C :

= massa C / massa CaCO₃ x 100%

= 6/50 x 100 % = 12%

Dari uraian di atas dapat disimpulkan sifat-sifat senyawa sebagai berikut.

Tergolong zat tunggal.
Homogen.
Dengan cara kimia dapat diuraikan menjadi dua jenis zat atau lebih.
Terdiri dari dua jenis unsur atau lebih dengan perbandingan tertentu.
Mempunyai sifat-sifat tertentu yang berbeda dari sifat unsur-unsur penyusunnya (sifat unsur penyusun senyawa tidak tampak lagi).

C. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Komposisi kimia ditunjukkan oleh rumus kimianya. Dalam senyawa, seperti air, dua unsur bergabung dan masing-masing menyumbangkan sejumlah atom tertentu untuk membentuk suatu senyawa. Dari dua unsur dapat dibentuk beberapa senyawa dengan perbandingan berbeda-beda. Misalnya, belerang dengan oksigen dapat membentuk senyawa SO₂ dan SO₃. Dari unsur hidrogen dan oksigen dapat dibentuk senyawa H₂O dan H₂O₂.

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

"Apabila dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, massa salah satu unsur tersebut tetap (sama) maka perbandingan massa unsur yang lain dalam senyawa-senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana".

Contoh:

Nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa-senyawa N₂O, NO, N₂O₃ , dan N₂O₄ dengan komposisi massa terlihat dalam tabel berikut.

Perbandingan Nitrogen dan Oksigen dalam Senyawanya

Dari tabel tersebut, terlihat bahwa apabila massa N dibuat tetap (sama) sebanyak 7 g maka perbandingan massa oksigen dalam:

N₂O : NO : N₂O₃ : N₂O₄= 4 : 8 : 12 : 16 atau 1 : 2 : 3 : 4

D. Hukum Perbandingan Volume (Gay Lussac)

Pada awalnya para ilmuwan menemukan bahwa gas hidrogen dapat bereaksi dengan gas oksigen membentuk air. Perbandingan volume gas hidrogen dan oksigen dalam reaksi tersebut tetap, yakni 2 : 1. Kemudian di tahun 1808, ilmuwan Prancis, Joseph Louis Gay Lussac, berhasil melakukan percobaan tentang volume gas yang terlibat pada berbagai reaksi dengan menggunakan berbagai macam gas.

Berikut data dari percobaan yang dilakukan.

Data Percobaan Gay Lussac.

Menurut Gay Lussac, 2 volume gas hidrogen bereaksi dengan 1 volume gas oksigen membentuk 2 volume uap air. Pada reaksi pembentukan uap air, agar reaksi sempurna, untuk setiap 2 volume gas hidrogen diperlukan 1 volume gas oksigen, menghasilkan 2 volume uap air.

"Semua gas yang direaksikan dengan hasil reaksi, diukur pada suhu dan tekanan yang sama atau (T,P) sama."

Hukum perbandingan volume (Gay Lussac):

dengan P dan T tetap

Keterangan :

P = tekanan gas (atm)

T = suhu (K)

V= volume gas (L)

N= banyaknya gas (mol)

Coba Anda perhatikan data hasil percobaan volume gas yang bereaksi pada suhu dan tekanan yang sama. (untuk lebih memahami hukum perbandingan volume). Data hasil percobaan sebagai berikut.

Berdasarkan data percobaan dalam tabel di atas, perbandingan volume gas yang bereaksi dan hasil reaksi, ternyata berbanding sebagai bilangan bulat. Data percobaan tersebut sesuai dengan hukum perbandingan volume atau dikenal dengan hukum Gay Lussac bahwa:

"Pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat".