Larutan

Larutan adalah campuran homogen antara dua zat atau lebih. Komponen larutan yang jumlahnya lebih banyak disebut dengan pelarut atau solvent, sedangkan komponen larutan yang jumlahnya lebih sedikit disebut dengan zat terlarut atau solute. Jumlah relatif zat terlarut dalam suatu larutan disebut konsentrasi.

Berdasarkan daya hantar listriknya, larutan dibedakan menjadi 2, yaitu larutan elektrolit dan larutan nonelektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik karena mengandung ion-ion yang dapat bergerak bebas. Ion-ion inilah yang pada dasarnya menghantarkan arus listrik tersebut. Ion-ion ini berasal dari ionisasi zat terlarut. Larutan nonelektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Larutan ini tidak mengandung ion-ion karena zat terlarutnya tetap sebagai molekul, tidak terurai menjadi ion-ion seperti halnya zat elektrolit. Bagaimana caranya mengetahui apakah suatu larutan bersifat elektrolit atau bukan?

Rumus Kimia

Rumus kimia memberikan gambaran tentang jenis unsur dan jumlah atom unsur yang menyusun suatu molekul. Rumus kimia juga bisa memberikan gambaran bagaimana atom-atom tersebut menata dirinya dalam molekul. Ada 3 jenis rumus kimia, yaitu rumus molekul, rumus empiris, dan rumus bangun.

Unit terkecil dari senyawa kovalen adalah molekul. Rumus kimia dari suatu molekul disebut rumus molekul. Rumus molekul memberikan gambaran tentang jenis atom dan jumlah dari tiap jenis atom dalam molekul tersebut. Sebagai contoh, rumus kimia molekul air adalah H₂O. Rumus ini menyatakan bahwa dalam 1 molekul H₂O terdapat 2 atom H dan 1 atom O. Demikian juga rumus kimia glukosa, C₆H₁₂O₆, menyatakan bahwa dalam 1 molekul glukosa terdapat 6 atom C, 12 atom H, dan 6 atom O.

Teori Atom Dalton

Dewasa ini kata atom sudahlah sangat sering kita dengar. Tetapi kelahiran konsep atom memerlukan waktu yang sangat lama, lebih dari 2000 tahun. Setelah kelahirannya pun, masih diperlukan beberapa abad untuk mematangkan konsep ini. Atom yang awalnya kita anggap sebagai bola pejal yang keras, sekarang ternyata kita pahami sebagai awan materi yang rumit.

Pada abad ke-5 sebelum Masehi, dua orang filsuf Yunani, Leucippus dan muridnya Democritus, berjalan-jalan di sepanjang pantai Aegean. Leucippus mengajak muridnya untuk merenungkan sesuatu: “Tidakkah air laut yang kelihatannya bersifat kontinyu terdiri dari butiran-butiran halus seperti halnya pasir yang terhampar di pinggir pantai? Dari kejauhan pasir terlihat kontinyu tetapi pengamatan dari dekat menunjukkan pasir terdiri dari butiran-butiran halus”.

Democritus yang hidup antara tahun 470 sampai 380 sebelum Masehi mengembangkan pemikiran sang guru. Ia menyatakan bahwa materi terdiri dari partikel-partikel terkecil yang disebut atom (a = tidak, tomos = terbagi). Ia percaya bahwa atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda mempunyai bentuk dan ukuran yang berbeda. Air mempunyai bentuk seperti bola yang halus sehingga terasa sejuk sedangkan api mempunyai bentuk yang tajam sehingga terasa panas. Pada masa itu, bangsa Yunani percaya bahwa ada empat unsur yang menyusun alam, yaitu tanah, air, api, dan udara. Namun demikian, pemikiran Democritus ini tidak menarik minat orang selama 2000 tahun karena mereka telah kecanduan teori bahwa materi bersifat kontinyu.

Pada sekitar tahun 1779 seorang ilmuwan Perancis, Antoine Laurent Lavoisier, melakukan percobaan secara teliti, yaitu memanaskan logam raksa dan udara dalam tabung tertutup. Dari percobaan ini ia sampai pada kesimpulan bahwa “dalam setiap reaksi kimia, jumlah massa zat-zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”. Kesimpulan ini kemudian dikenal sebagai Hukum Kekekalan Massa. Dua puluh tahun kemudian, ilmuwan Perancis lain yang menetap di Madrid, Joseph Louis Proust merumuskan suatu hukum yang disebut Hukum Perbandingan Tetap yang berbunyi: “Perbandingan massa unsur-unsur yang menyusun suatu senyawa selalu tetap”.

Untuk menjelaskan kedua hukum di atas, seorang guru SMA dari Inggris, John Dalton, membangkitkan ingatan orang tentang suatu istilah yang telah terlupakan yaitu atom. Dalton mengemukan teori barunya tentang atom melalui bukunya yang berjudul New System of Chemical Philosophy. Butir-butir teori atom Dalton adalah sebagai berikut.
1. Materi tersusun dari partikel-partikel terkecil yang disebut atom.
2. Atom tidak dapat dibagi-bagi menjadi partikel yang lebih kecil.
3. Atom-atom suatu unsur mempunyai sifat dan massa yang sama.
4. Unsur-unsur yang berbeda memiliki atom-atom yang sifat dan massanya berbeda.
5. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali atom-atom.

Jadi jelaslah sekarang bagaimana teori atom Dalton mampu menjelaskan kedua teori di atas. Dalam kaitan Hukum Kekekalan Massa, reaksi kimia hanyalah melibatkan penataan ulang atom-atom pereaksi menjadi hasil reaksi, sehingga jumlah massa harus tetap sama. Atau dengan kata lain, selama reaksi berlangsung atom-atom tidak diciptakan dan tidak dimusnahkan. Dalam kaitan Hukum Perbandingan Tetap, suatu senyawa dibentuk atau disusun dari berbagai jenis atom-atom dengan perbandingan tertentu sehingga mempunyai perbandingan massa yang selalu tetap.

Namun demikian, bukan berarti teori atom Dalton telah sempurna. Atom yang berupa bola pejal tentu saja tidak mampu menjelaskan mengapa suatu larutan tertentu bersifat elektrolit alias dapat menghantarkan arus listrik. Kenyataannya, beberapa bagian dari teori ini memang terbukti salah.

Pengamatan yang teliti mulai akhir abad ke-19 hingga awal abad ke-20, mengantarkan para ahli pada kesimpulan bahwa atom-atom dapat dipecah-pecah menjadi partikel-partikel yang lebih kecil. Partikel-partikel penyusun atom adalah proton yang bermuatan positip, neutron yang netral, dan elektron yang bermuatan negatip. Dengan demikian poin ke-2 dari teori ini salah.

Atom mempunyai jumlah proton dan elektron yang spesifik. Tetapi atom-atom dari unsur yang sama dapat mempunyai jumlah neutron yang berbeda. Hal ini menyebabkan atom-atom unsur yang sama bisa saja mempunyai massa yang berbeda. Inilah yang disebut dengan isotop. Ini membuktikan bahwa poin ke-3 dari teori atom Dalton juga salah.

Terlepas dari berbagai kesalahan dalam teorinya, Dalton telah meletakkan dasar-dasar teori atom yang modern. Teori ini dibangun dari berbagai data percobaan yang telah dilakukan oleh ahli-ahli lain seperti Lavoisier dan Proust.

Menyetarakan Reaksi dengan Metode Ping pong

Disebut metode ping pong karena pada proses penyetaraan reaksi kita seolah-olah sedang main ping pong, yaitu mengisi koefisien dari satu ruas kemudian pindah ke ruas lainnya terus menerus sampai semua senyawa mendapatkan koefisien. Perhatikan langkah-langkah berikut.

Setarakan reaksi: KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + KCl + H₂O

1. Beri tanda unsur yang hanya ada pada satu senyawa di ruas kiri dan ruas kanan.

KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + KCl + H₂O

2. Mulailah dengan memberi koefisien pada senyawa yang mempunyai unsur bertanda paling banyak dan berindeks paling besar. Dalam contoh ini, kita akan mulai dari KMnO₄ karena senyawa ini mempunyai unsur bertanda paling banyak dan indeksnya paling besar (4 untuk atom O). KMnO₄ diberi koefisien 2 (1 juga boleh).

2 KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + KCl + H₂O

3. Setarakan atom-atom yang bertanda di ruas kiri dan kanan.

a. Berilah koefisien 2 pada MnCl₂ dan KCl untuk menyetarakan Mn dan K.

2 KMnO₄ + HCl → 2 MnCl₂ + Cl₂ + 2 KCl + H₂O

b. Setarakan atom O dengan memberikan koefisien 8 pada H₂O

2 KMnO₄ + HCl → 2 MnCl₂ + Cl₂ + 2 KCl + 8 H₂O

c. Setarakan atom H dengan memberikan koefisien 16 pada HCl.

2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 MnCl₂ + Cl₂ + 2 KCl + 8 H₂O

d. Setarakan atom Cl dengan memberikan koefisien 5 pada Cl₂.

2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 2 KCl + 8 H₂O

Seringkali “permainan pingpong” tidak berlangsung mulus sampai semua senyawa mempunyai koefisien. Kadangkala rangkaian pemberian koefisien terputus di tengah jalan. Perhatikan kasus-kasus berikut.

Kasus permainan putus 1

Setarakan reaksi: K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl → CrCl₃ + SnCl₄ + KCl + H₂O

1. Beri tanda unsur yang hanya ada pada satu senyawa di ruas kiri dan ruas kanan.

K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl → CrCl₃ + SnCl₄ + KCl + H₂O

2. Mulailah dengan memberi koefisien pada senyawa yang mempunyai unsur bertanda paling banyak dan berindeks paling besar. Dalam contoh ini, K₂Cr₂O₇ diberi koefisien 1.

1 K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl → CrCl₃ + SnCl₄ + KCl + H₂O

3. Setarakan atom-atom yang bertanda di ruas kiri dan kanan.

a. Berilah koefisien 2 pada CrCl₃ dan KCl untuk menyetarakan Cr dan K.

1 K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl → 2 CrCl₃ + SnCl₄ + 2 KCl + H₂O

b. Setarakan atom O dengan memberikan koefisien 7 pada H₂O

1 K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl → 2 CrCl₃ + SnCl₄ + 2 KCl + 7 H₂O

c. Setarakan atom H dengan memberikan koefisien 14 pada HCl.

1 K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + 14 HCl → 2 CrCl₃ + SnCl₄ + 2 KCl + 7 H₂O

4. Sejauh ini “permainan pingpong” harus kita hentikan. Masih ada 2 senyawa yang belum diberi koefisien, yaitu SnCl₂ dan SnCl₄. Keduanya harus mempunyai koefisien yang sama, misalnya a.

1 K₂Cr₂O₇ + a SnCl₂ + 14 HCl → 2 CrCl₃ + a SnCl₄ + 2 KCl + 7 H₂O

Untuk menghitung nilai a, perhatikanlah atom Cl. Jumlah atom Cl di ruas kiri dan kanan harus sama.

2a + 14 = 2×3 + 4a + 2×1

2a +14 = 4a + 8

a = 3

Dengan demikian hasil akhir dari “permainan” kita adalah:

1 K₂Cr₂O₇ + 3 SnCl₂ + 14 HCl → 2 CrCl₃ + 3 SnCl₄ + 2 KCl + 7 H₂O

Kasus permainan putus 2

Setarakan reaksi: CuS + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + S + NO + H₂O

1. Beri tanda unsur yang hanya ada pada satu senyawa di ruas kiri dan ruas kanan.

CuS + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + S + NO + H₂O

2. Mulailah dengan memberi koefisien pada senyawa yang mempunyai unsur bertanda paling banyak dan berindeks paling besar. Dalam contoh ini, CuS diberi koefisien 1.

1 CuS + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + S + NO + H₂O

3. Setarakan atom Cu dan S. Dalam hal ini Cu(NO₃)₂ dan S masing-masing mendapat koefifen 1.

1 CuS + HNO₃ → 1 Cu(NO₃)₂ + 1 S + NO + H₂O

4. Sampai di sini permainan kita terputus. Untuk melanjutkan permainan ini kita akan memberikan koefisien berupa variabel pada senyawa-senyawa lain.

1 CuS + a HNO₃ → 1 Cu(NO₃)₂ + 1 S + b NO + ½ a H₂O

H₂O diberi koefisien ½ a karena jumlah H di ruas kiri adalah a.

a. Dengan menyamakan jumlah atom-atom di ruas kiri dan kanan kita akan mendapatkan hubungan berikut.

N: a = 2 + b

b = a – 2…………………………..(i)

O: 3a = 6 + b + ½ a

2½ a = 6 + b …………………….(ii)

b. Substitusikan persamaan (i) ke persamaan (ii).

2½ a = 6 + (a – 2)

1½ a = 4

a = ⁸/₃

c. Substitusikan nilai a ke persamaan (i)

b = ⁸/₃ – 2 = ²/₃

5. Reaksi lengkapnya menjadi seperti berikut.

1 CuS + ⁸/₃ HNO₃ → 1 Cu(NO₃)₂ + 1 S + ²/₃ NO + ⁴/₃ H₂O

Agar koefisien reaksi tidak mengandung pecahan, reaksi di atas dikalikan 3.

3 CuS + 8 HNO₃ → 3 Cu(NO₃)₂ + 3 S + 2 NO + 4 H₂O

Soal-soal Latihan

Setarakan reaksi-reaksi berikut.

1. (NH₄)₂Cr₂O₇ → Cr₂O₃ + N₂ + H₂O

2. Fe₂S₃ + H₂O + O₂ → Fe(OH)₃ + S

3. MnO₂ + H₂SO₄ + NaI → MnSO₄ + Na₂SO₄ + H₂O + I₂ (petunjuk: anggap SO₄ sebagai satu kesatuan)

4. KMnO₄ + H₂SO₄ + H₂C₂O₄ → MnSO₄ + K₂SO₄ + CO₂ + H₂O (petunjuk: H₂C₂O₄ dapat ditulis sebagai H₂(CO₂)₂)

5. K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

6. KIO₃ + KI + HNO₃ → I₂ + KNO₃ + H₂O

7. Al + KOH + As₂O₃ → KAlO₂ + AsH₃ + H₂O

8. FeS + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + S + NO + H₂O

9. As₂O₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

10. CrI₃ + H₂O₂ + KOH → K₂CrO₄ + KIO₄ + H₂O

Konsep Mol

Bila dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal satuan jumlah berupa lusin (12 buah), kodi (20 buah), dan rim (500 buah) maka dalam kimia kita mengenal mol sebagai satuan jumlah. Satu mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang mengandung partikel sebanyak jumlah atom dalam 12 gram karbon-12. Karena massa 1 atom C-12 adalah 1,992 × 10^-23 gram, maka jumlah atom dalam 1 mol (12 gram) C-12 dapat dihitung dengan cara berikut:

Bilangan 6,02 x 10²³ ini disebut dengan bilangan Avogadro dan diberi lambang L atau N_A. Dengan demikian, 1 mol zat adalah jumlah zat yang mengandung 6,02 x 10²³ partikel. Jika n menyatakan jumlah mol dan N menyatakan jumlah atom atau molekul, maka hubungan n dan N dapat dituliskan dalam rumus berikut.

Massa Molar

Massa molar adalah massa 1 mol zat. Nilai massa molar suatu zat selalu sama dengan A_r atau M_r zat tersebut. Hubungan massa dan jumlah mol suatu zat dapat ditulis dalam bentuk rumus berikut.

Volume Molar Gas

Volume molar gas adalah volume 1 mol gas. Karena volume gas sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan, dalam stoikiometri para ahli kimia menetapkan suatu kondisi acuan dalam penentuan volume molar. Kondisi acuan ini adalah 0 °C (273 K) dan 1 atm. Kondisi ini disebut kondisi standar atau STP (Standard Temperature and Pressure). Pada kondisi STP, volume molar gas adalah 22,4 L. Dengan demikian, hubungan jumlah mol gas (n) dengan volumenya dapat dituliskan dengan persamaan berikut.

Volume (V) dan volume molar (V_m) gas dinyatakan dalam satuan liter.