Stoikiometri: Perhitungan dalam Reaksi Kimia
Kimia
Reaksi kimia merupakan fenomena yang terjadi antara dua senyawa sebagai reaktan bergabung sehingga terbentuk senyawa baru sebagai produk. Reaksi kimia yang terjadi tentunya memiliki komposisi tertentu pada tiap senyawanya. Komposisi senyawa tersebut dicerminkan oleh persamaan reaksi kimia. Contohnya yaitu $N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$. Lalu, bagaimana cara menghitung setiap komponen yang ada pada reaksi kimia? Mari kita belajar mengenai Stoikiometri!
Stoikiometri merupakan perhitungan reaktan dan produk pada reaksi kimia. Kita dapat menggunakan konsep Stoikiometri untuk menghitung jumlah reaktan yang dibutuhkan atau produk yang dihasilkan pada suatu reaksi kimia. Biasanya, stoikiometri digunakan untuk menghitung jumlah senyawa dalam mol, massa, atau volume. Perhitungan tersebut melibatkan rumus-rumus konversi sederhana yang dapat dengan mudah kita pahami.
1. Stoikiometri Mol ke Mol
Stoikiometri mol ke mol menggunakan koefisien sebagai representasi jumlah mol yang dimiliki oleh reaktan dan produk. Misalnya terdapat reaksi kimia sebagai berikut:
$$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$$
Persamaan reaksi kimia tersebut menunjukkan bahwa 1 mol Nitrogen bergabung dengan 3 mol Hidrogen untuk membentuk 2 mol Ammonia. Kita dapat menggunakan perbandingan atau rasio koefisiennya untuk mendapatkan komposisi dari senyawa yang belum diketahui.
Contoh kasus
Berapa gas Ammonia yang dihasilkan ketika 5 mol gas Hidrogen bereaksi sempurna dengan Nitrogen?
Kita tulis dulu persamaan reaksi kimia yang sudah disetimbangkan koefisiennya sebagai berikut:
$$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$$
Maka, penyelesaiannya dapat menggunakan rasio mol antara Ammonia dan Hidrogen yang didapatkan dari persamaan reaksi kimia tersebut.
Gas Ammonia yang dihasilkan $=\:{5 \:mol \:H_2} \times \frac{2 \:mol \:NH_3}{3 \:mol \:H_2}\:= \:3,33\:mol$
2. Stoikiometri Massa ke Massa
Kita sebagai Saintis sering kali menemukan permasalahan terkait dengan berapa massa dari suatu senyawa produk yang dihasilkan. Bagaimana cara menemukannya apabila hanya diketahui massa dari reaktan? Caranya yaitu dengan Stoikiometri massa ke massa. Prinsip perhitungannya sama dengan sebelumnya yaitu menggunakan rasio mol dari koefisien persamaan reaksi kimia. Hanya saja massa yang diketahui dikonversi menjadi mol dan sebaliknya.
Alur perhitungan stoikiometri massa ke massa sebagai berikut:
- Tulis persamaan reaksi kimia yang disetimbangkan
- Konversi massa reaktan yang diketahui menjadi mol
- Gunakan rasio mol dari persamaan reaksi kimia untuk mendapatkan mol produk yang dihasilkan
- Konversi mol menjadi massa dari produk
Contoh kasus
Sebanyak 250 g Etana mengalami proses pembakaran sehingga dihasilkan karbon dioksida dan uap air. Berapa gram gas karbon dioksida yang dihasilkan?
a. Persamaan reaksi kimia yang disetimbangkan
$$ 4C_2H_5 + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O $$
b. Konversi massa Etana menjadi mol
$$ n \:Etana \:= \:\frac{250 \:g}{29 \:\frac{g}{mol}} \:= 8,62 \:mol $$
c. Mol produk dari rasio mol
$$ n \:CO_2 \:= 8,62 \:mol \times \frac{8 \:mol \:CO_2}{4 \:mol \:C_2H_5} \:= \:17,24 \:mol $$
d. Konversi mol produk menjadi massa
$$ m \:CO_2 \:= \:17,24 \:mol \times 28 \:\frac{g}{mol} \:= \:482,72 \:g $$
Perhitungan di atas dapat dipersingkat menjadi:
$$ m \:CO_2 \: = 250 \:g \:C_2H_5 \times \frac{1 \:mol \:C_2H_5}{29 \:\frac{g}{mol}C_2H_5} \times \frac{8 \:mol \:CO_2}{4 \:mol \:C_2H_5} \times \frac{28 \:\frac{g}{mol} \:CO_2}{1 \:mol \:CO_2} \:= \:482,72 \:g $$
3. Stoikiometri Massa ke Volume
Bagaimana jika hal yang diketahui dalam suatu permasalahan stoikiometri adalah massa suatu zat dan yang dicari adalah volumenya atau sebaliknya?
Dalam menyelesaikan permasalahan tersebut kita perlu memahami bahwa dalam keadaan ideal (T = 0 °C dan P = 1 atm), maka 1 mol setiap zat akan sama dengan 22,4 L. Kemudian, prinsip perhitungannya mirip dengan sebelumnya, yaitu:
- Tulis persamaan reaksi kimia yang disetimbangkan
- Konversi massa reaktan yang diketahui menjadi mol
- Gunakan rasio mol dari persamaan reaksi kimia untuk mendapatkan mol produk yang dihasilkan
- Konversi mol menjadi volume dari produk
Contoh kasus
Magnesium bereaksi dengan asam klorida sehingga terbentuk gas hidrogen dan magnesium klorida. Berapa volume gas pada keadaan ideal (STP) yang terbentuk apabila 54,6 g HCl dan sejumlah Mg bereaksi?
a. Persamaan kimia yang disetimbangkan
$$ Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2
b. Konversi massa HCl menjadi mol
$$ n \:HCl \:= \:\frac{54,6 \:g}{36,5 \frac{g}{mol}} \:= \:1,49 \:mol $$
c. Mol gas $H_2$ dari rasio mol
$$ n \:H_2 \:= \:1,49 mol \times \frac{1 \:mol \:H_2}{2 \:mol \:HCl} \:= \:0,745 \:mol $$
d. Konversi mol gas $H_2$ menjadi volume
$$ v \:H_2 \:= \:0,745 \:mol \times \frac{22,4 \:L}{1 \:mol \:H_2} \:= \:16,7 \:L $$
4. Stoikiometri Volume ke Volume
Seperti penjelasan sebelumnya mengenai volume gas ideal pada keadaan STP akan sama dengan 22,4 L, maka kita dapat menghitung volume senyawa yang lain dalam reaksi menggunakan rasio mol dari persamaan reaksi kimia. Stoikiometri ini diterapkan ketika senyawa yang bereaksi dan terbentuk merupakan gas. Alur perhitungannya juga mirip dengan sebelumnya, yaitu:
- Tulis persamaan reaksi kimia yang disetimbangkan
- Konversi volume reaktan yang diketahui menjadi mol
- Gunakan rasio mol dari persamaan reaksi kimia untuk mendapatkan mol produk yang dihasilkan
- Konversi mol menjadi volume dari produk
Contoh kasus
36,3 L oksigen berekasi dengan ammonia sehingga dihasilkan gas nitrogen dan air pada keadaan STP. Berapa volume gas nitrogen yang akan dihasilkan?
a. Persamaan kimia yang disetimbangkan
$$ 3O_2 + 4NH_3 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O $$
b. Konversi volume gas oksigen menjadi mol
$$ n \:O_2 \:= \:\frac{36,3 \:L O_2}{22,4 \:L} \:= \:1,62 \:mol $$
c. Mol gas nitrogen dari rasio mol
$$ n \:N_2 \:= \:1,62 \:mol \:O_2 \times \frac{2 \:mol \:N_2}{3 \:mol \:O_2} \:= \:1,08 \:mol $$
d. Konversi mol gas nitrogen ke volume
$$ v \:N_2 \:= \:1,08 \:mol \times \frac{22,4 \:L}{1 \:mol \:N_2} \:= \:24,19 \:L $$
Itulah penjelasan singkat mengenai stoikiometri dan perhitungannya. Jika kita sudah mengetahui prinsip dan alur perhitungannya, maka permasalahan terkait dengan stoikiometri akan dengan mudah diselesaikan. Semoga ilmu dasar kimia ini bermanfaat untuk kita semua. Aamiin.
Sangat Bermanfaat dan keren
BalasHapus