5 Hukum Dasar Kimia, Bunyi, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasan 2
https://blogmipa-kimia.blogspot.com/2018/06/hukum-dasar-kimia-2.html?m=0
Daftar Materi Kimia
Advertisement
Hukum Perbandingan Volume Gay Lussac
Pada tahun 1808, seorang ahli kimia Prancis bernama Joseph Louis-Gay Lussac mengamati volume gas-gas yang terlibat dalam suatu reaksi seperti gas hidrogen (H2), oksigen (O2), klorin (Cl2) dan Nitrogen (N2). Pengamatan menunjukkan bahwa pada reaksi pengukuran temperatur dan tekanan yang sama diperoleh hasil sebagai berikut.
Tabel Hasil Percobaan I Volume H2 Tetap
V H2
|
V O2
|
V H2O
|
20 mL
|
5 mL
|
10 mL
|
20 mL
|
10 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
15 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
Tabel Hasil Percobaan II Volume O2 Tetap
V H2
|
V O2
|
V H2O
|
10 mL
|
10 mL
|
10 mL
|
15 mL
|
10 mL
|
15 mL
|
20 mL
|
10 mL
|
20 mL
|
25 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
Dalam eksperimen I, pada saat volume O2 10 mL dan seterusnya, volume H2O tidak berubah yaitu 20 mL. Demikian pula pada eksperimen II, volume H2O tidak berubah lagi (20 mL) setelah volume H2 mencapai 20 mL (volume O2 = 10 mL). Dengan demikian, Gay Lussac menemukan bahwa perbandingan volume hidrogen : oksigen : uap air adalah 2 : 1 : 2 dengan persamaan reaksi sebagai berikut.
20 mL gas H2 + 10 mL gas O2 → 20 mL H2O
Sejalan dengan percobaan tersebut, reaksi gas-gas lain juga diukur perbandingan volumenya, seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut ini.
Tabel Perbandingan Volume Gas-Gas dalam Reaksi
Persamaan Reaksi
|
Perbandingan Volume
|
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)
|
10 mL : 10 mL : 20 mL
|
3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g)
|
15 mL : 5 mL : 10 mL
|
N2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g)
|
10 mL : 20 mL : 20 mL
|
Berdasarkan data perbandingan volume gas-gas yang bereaksi, Gay Lussac merumuskan Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay-Lussac) yang bunyinya adalah seabagai berikut.
Pada suhu dan tekanan yang sama (tetap), perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana.
|
Pada suhu dan tekanan yang sama, artinya pada wujud gas, volume gas-gas tersebut berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana. Bulat mengandung arti bilangan bulat. Sederhana menunjukkan bilangan tersebut di bawah angka 10. Oleh karena perbandingan volume gas-gas tersebut sesuai dengan perbandingan koefisien gas-gas, maka dapat dikatakan.
Perbandingan koefisien reaksi = perbandingan volume gas
|
Karena perbandingan volume gas-gas sesuai dengan koefisien reaksi masing-masing gas, maka untuk dua buah gas, misalnya gas A dan gas B yang terlibat dalam suatu persamaan reaksi, berlaku hubungan sebagai berikut.
Volume A
|
=
|
Koefisien A
|
Volume B
|
Koefisien B
|
Volume A
|
=
|
Koefisien A
|
×
|
Volume B
|
Koefisien B
|
Contoh Soal:
1. Sepuluh mL gas nitrogen (N2) dan 15 mL gas oksigen (O2) tepat habis bereaksi menjadi 10 mL gas NaOb. Tentukan rumus kimia gas NaOb tersebut!
Jawab
Perbandingan koefisien = perbandingan volume
Koefisien N2 : O2 : NaOb = 10 : 15 : 10 = 2 : 3 : 2
Dengan demikian, persamaan reaksinya dapat kita tulis sebagai berikut.
2N2 + 3O2 → 2NaOb
Karena jumlah atom di ruas kiri dan ruas kanan itu sama, maka harga indeks a dan b dapat dicari dengan cara sebagai berikut.
Jumlah atom N kiri = jumlah atom N kanan
2 × 2 = 2a
4 = 2a
a = 2
Jumlah atom O kiri = jumlah atom O kanan
3 × 2 = 2b
6 = 2b
b = 3
Dengan demikian, rumus kimia senyawa tersebut adalah N2O3.
2. Ke dalam tabung eudiometer dimasukkan gas O2 dan gas SO2, kemudian dilewatkan bunga api listrik. Pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm, volume gas-gas yang bereaksi diukur. Hasilnya ditunjukkan pada tabel berikut.
Pada volume O2 tetap:
Percobaan ke-
|
Volume O2
|
Volume SO2
|
Volume SO3
|
1
|
10 mL
|
10 mL
|
10 mL
|
2
|
10 mL
|
15 mL
|
15 mL
|
3
|
10 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
4
|
10 mL
|
25 mL
|
20 mL
|
Pada volume SO2 tetap:
Percobaan ke-
|
Volume O2
|
Volume SO2
|
Volume SO3
|
1
|
5 mL
|
20 mL
|
10 mL
|
2
|
10 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
3
|
15 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
4
|
20 mL
|
20 mL
|
20 mL
|
■ Bagaimana perbandingan volume SO2 : O2 : SO3? Apakah sesuai dengan Hukum Perbandingan Volume?
■ Tuliskan persamaan reaksinya beserta koefisien reaksi berdasarkan hasil percobaan.
Jawab
Pada volume O2 tetap
Cermati percobaan ke-3, volume SO3 tidak berubah lagi saat volume SO2 mencapai 20 mL.
Pada volume SO2 tetap
Cermati percobaan ke-2, volume SO3 tidak berubah lagi saat volume O2 mencapai 10 mL.
■ Perbandingan volume SO2 : O2 : SO3 adalah
SO2 + O2 → SO3
20 mL : 10 mL : 20 mL
Jadi, SO2 : O2 : SO3 = 2 : 1 : 2
Dengan demikian, data tersebut sesuai dengan Hukum Gay-Lussac.
■ Persamaan reaksi yang terjadi adalah
2SO2(g)+ O2(g)→ 2SO3(g)
Hukum (Hipotesis) Avogadro
Pada awalnya, Hukum Gay Lussac tidak dapat dijelaskan oleh para ilmuwan termasuk John Dalton, sang pencetus teori atom. Ketidakmampuan Dalton karena ia menganggap partikel unsur selalu berupa atom tunggal (monoatomik). Kemudian pada tahun 1811, seorang ahli Fisika dari Italia bernama Amadeo Avogadro melanjutkan eksperimen yang telah dilakukan oleh Gay Lussac.
Avogadro mengaitkan perbandingan volume gas dalam reaksi dengan jumlah partikel. Avogadro berpendapat suatu gas seperti hidrogen, oksigen dan nitrogen yang bereaksi berupa molekul diatomik bukan monoatomik sehingga rumus kimianya adalah H2, O2 dan N2 bukan H, O dan N. Percobaan dari Gay Lussac dituliskan oleh Avogadro sebagai berikut.
Gay Lussac:
2 volume gas hidrogen + 1 volume gas oksigen → 2 volume uap air
Avogadro:
2 molekul gas hidrogen + 1 molekul gas oksigen → 2 molekul uap air
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
Berdasarkan penulisan tersebut, 2 molekul uap air dapat dibentuk dengan mereaksikan 2 molekul hidrogen dengan 1 molekul oksigen. Dari sini Avogadro mengajukan hipotesis yang dikenal sebagai Hipotesis Avogadro yang berbunyi sebagai berikut.
Pada suhu dan tekanan yang sama , semua gas dengan volume yang sama akan mengandung jumlah molekul yang sama pula.
|
Makna hipotesis tersebut dapat diartikan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi menunjukkan perbandingan molekul-molekulnya. Sebagai gambaran, tinjau reaksi antara gas N2 dan gas O2 menghasilkan gas NO2 berikut ini.
■ 1 volume N2 + 2 volume O2 → 2 volume NO2
■ 1 molekul N2 + 2 molekul O2 → 2 molekul NO2
■ n molekul N2 + 2n molekul O2 → 2n molekul NO2
Apabila reaksi yang diukur pada suhu dan tekanan yang sama, jumlah molekul O2 yang bereaksi adalah dua kali jumlah molekul N2 (volumenya 2×) dan jumlah molekul NO2 yang dihasilkan adalah dua kali jumlah molekul N2 atau sama dengan jumlah molekul O2. Oleh karena hipotesis Avogadro dapat diterima kebenarannya dan dapat dibuktikan kapanpun dan oleh siapapun, maka hipotesis tersebut telah dikukuhkan sebagai Hukum Avogadro.
Dari semua penjelasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa perbandingan volume sebanding dengan perbandingan koefisien, sehingga perbandingan koefisien juga menyatakan perbandingan jumlah molekul sesuai dengan konsep Hukum Avogadro.
Perbandingan koefisien reaksi sama
dengan perbandingan jumlah molekul | ||
Hukum Avogadro
|
→
| |
Apabila Hukum Perbandingan Volume Gay Lussac kita gabungkan dengan Hukum Avogadro maka untuk suhu dan tekanan yang sama, kita peroleh hubungan antara perbandingan volume, jumlah molekul dan koefisien reaksi sebagai berikut.
Perbandingan volume = perbandingan molekul = perbandingan koefisien
|
Contoh Soal:
1. Pada suhu dan tekanan tertentu, gas N2 direaksikan dengan gas H2 menjadi gas NH3. Jika gas H2 yang bereaksi sebanyak 7,5 × 1023 molekul, berapakah jumlah molekul NH3 yang terbentuk?
Jawab
■ Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama akan mengandung jumlah molekul yang sama (menurut Avogadro)
■ Koefisien reaksi menyatakan perbandingan volume gas-gas yang bereaksi (menurut Gay Lussac).
■ Persamaan reaksi kimia dari reaksi N2 dan H2 dapat dituliskan sebagai berikut.
H2(g) + N2(g) → NH3(g) [belum setara]
Baca: Cara Mudah Menyetarakan Persamaan Reaksi Kimia.
3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) [setara]
Dari soal diketahui bahwa gas H2 yang bereaksi sebanyak 7,5 × 1023 molekul dan berdasarkan persamaan reaksi kimia di atas, koefisien H2 adalah 3. Hal ini mengandung pengertian bahwa dalam 3 volume H2 terkandung 7,5 × 1023 molekul maka dalam 2 volume NH3 terkandung:
⇔ (2 volume NH3/3 volume H2) × 7,5 × 1023 molekul H2
⇔ (2/3) × 7,5 × 1023 = 5,0 × 1023
Jadi, jumlah molekul NH3 yang terbentuk adalah sebanyak 5,0 × 1023 molekul.
2. Diketahui 0,5 liter gas hidrokarbon CxHy tepat bereaksi dengan 1,75 liter gas oksigen menghasilkan 1 liter gas karbon dioksida dan 1,5 liter uap air. Semuanya diukur pada suhu dan tekanan yang sama. Tentukan rumus gas hidrokarbon tersebut!
Jawab:
CxHy(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)
Perbandingan volume antara gas hidrokarbon, oksigen, karbon dioksida dan uap air adalah sebagai berikut.
⇔ CxHy : O2 : CO2 : H2O = 0,5 L : 1,75 L : 1 L : 1,5 L
⇔ CxHy : O2 : CO2 : H2O = 2 : 7 : 4 : 6
Karena perbandingan volume = perbandingan koefisien, maka persamaan reaksi kimia di atas bisa kita tuliskan sebagai berikut.
2CxHy(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(g)
Kemudian, kita samakan jumlah atom di ruas kiri dengan jumlah atom di ruas kanan sebagai berikut.
■ Jumlah atom C di kiri = jumlah atom C di kanan
2x = 4
x = 2
■ Jumlah atom H di kiri = jumlah atom H di kanan
2y = 12
y = 6
Dengan demikian, rumus gas hidrokarbon tersebut adalah C2H6.
