Helium Primordial dan Teori Big Bang

Pernahkah Anda berpikir dari mana kita berasal? Bagaimana alam semesta dibentuk? Kapan sejarah alam semesta ini dimulai?.

Struktur Atom

Atom terdiri dari proton, neutron dan elektron.

Rumus Kimia

Kimiawan menggunakan rumus kimia untuk mengekspresikan komposisi molekul dan senyawa ionik dalam simbol kimia.

Molekul dan Ion

Sebagian besar materi terdiri dari molekul atau ion yang dibentuk oleh atom.

Spektrometer Massa

Metode yang paling langsung dan paling akurat untuk menentukan massa atom dan molekul adalah metode spektrometri massa.

Saturday, December 8, 2018

3.10 Hasil Reaksi (Yield)

Jumlah pereaksi pembatas yang ada pada awal reaksi menentukan hasil teoritis (yield teoritis) dari reaksi, yaitu jumlah produk yang akan dihasilkan jika semua pereaksi pembatas bereaksi. Jadi, hasil teoritis adalah hasil maksimum yang dapat diperoleh, diprediksi dari persamaan kimia setara. Dalam prakteknya, hasil aktual (yield aktual) atau jumlah produk yang sebenarnya diperoleh dari reaksi, hampir selalu kurang dari hasil teoritis. Ada banyak alasan untuk perbedaan antara hasil aktual dan teoritis. Misalnya, banyak reaksi bersifat reversibel, sehingga tidak berjalan 100 persen dari kiri ke kanan. Bahkan ketika reaksi 100 persen selesai, mungkin sulit untuk memulihkan semua produk dari media reaksi (katakanlah, dari larutan berair). Beberapa reaksi bersifat kompleks dalam arti bahwa produk yang terbentuk dapat bereaksi lebih lanjut di antara mereka sendiri atau dengan reaktan untuk membentuk produk lain. Reaksi tambahan ini akan mengurangi hasil reaksi pertama.

Untuk menentukan seberapa efisien suatu reaksi yang diberikan, para ahli kimia sering mencari hasil persen, yang menggambarkan proporsi hasil aktual terhadap hasil teoretis. Ini dihitung sebagai berikut:


Hasil persen dapat berkisar dari sebagian kecil dari 1 persen hingga 100 persen. Kimiawan berusaha untuk memaksimalkan persen hasil dalam suatu reaksi. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi persen hasil termasuk suhu dan tekanan. Kita akan mempelajari efek ini nanti.

Dalam Contoh 3.16 kami akan menghitung hasil dari suatu proses industri.

Contoh 3.16
Titanium adalah logam yang kuat, ringan, tahan korosi yang digunakan dalam roket, pesawat terbang, mesin jet, dan rangka sepeda. Titanium disediakan dengan reaksi titanium (IV) klorida dengan magnesium cair antara 950⁰C dan 1150⁰C:

TiCl₂(g) + 2Mg(l) →  Ti(S) + 2MgCl₂(l)

Dalam operasi industri tertentu 3,54 x 10⁷ g TiCl₄ direaksikan dengan 1,13 x 10⁷ g Mg. (a) Hitung hasil teoritis Ti dalam gram. (b) Hitung persen hasil jika 7,91 x 10⁶ g Ti sebenarnya diperoleh.

(a)
Strategi
Karena ada dua reaktan, ini mungkin menjadi masalah pereaksi pembatas. Reaktan yang menghasilkan lebih sedikit mol produk adalah pereaksi pembatas. Bagaimana kita mengkonversi dari jumlah reaktan ke jumlah produk? Lakukan perhitungan ini untuk setiap reaktan, lalu bandingkan mol produk Ti yang terbentuk.

Penyelesaian
Lakukan dua perhitungan terpisah untuk melihat yang mana dari dua reaktan yang merupakan pereaksi pembatas. Pertama, dimulai dengan 3,54 x 10⁷ g TiCl₄, hitung jumlah mol Ti yang dapat diproduksi jika semua TiCl₄ bereaksi. Konversinya adalah

gram TiCl₄  → mol TiCl₄ → mol Ti

sehingga


Selanjutnya, kita menghitung jumlah mol Ti yang terbentuk dari 1,13 x 10⁷ g Mg. Langkah-langkah konversi adalah

gram Mg  → mol Mg → mol Ti

sehingga


Oleh karena itu, TiCl₄ adalah pereaksi pembatas karena menghasilkan jumlah Ti yang lebih kecil. Massa Ti terbentuk adalah


(b) 
Strategi 
Massa Ti ditentukan sebagian (a) adalah hasil teoritis. Jumlah yang diberikan sebagian (b) adalah hasil reaksi aktual.

Penyelesaian
Hasil persen diberikan oleh

Periksa
Haruskah persen hasil  kurang dari 100 persen?

Latihan Soal
Secara industri, logam vanadium, yang digunakan dalam paduan baja, dapat diperoleh dengan mereaksikan vanadium (V) oksida dengan kalsium pada suhu tinggi:

5Ca + V₂O₅ → 5CaO + 2V

Dalam satu proses, 1,54 x 10³ g V₂O₅ bereaksi dengan 1,96 x 10³ g Ca. (a) Hitung hasil teoritis dari V. (b) Hitung persen hasil jika 803 g V diperoleh.

Proses industri biasanya melibatkan jumlah besar (ribuan hingga jutaan ton) produk. Dengan demikian, bahkan sedikit peningkatan dalam hasil dapat secara signifikan mengurangi biaya produksi. Salah satu contohnya adalah pembuatan pupuk kimia.

Friday, December 7, 2018

3.9 Pereaksi Pembatas

Ketika seorang kimiawan mengerjakan suatu reaksi, reaktan biasanya tidak terdapat dalam jumlah stoikiometri yang tepat, yaitu, dalam proporsi yang ditunjukkan oleh persamaan setara. Karena tujuan dari suatu reaksi adalah menghasilkan jumlah maksimum senyawa yang berguna dari bahan awal, seringkali satu reaktan diberikan berlebih untuk memastikan bahwa reaktan yang lebih mahal sepenuhnya diubah menjadi produk yang diinginkan. Akibatnya, beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksi. Reaktan yang digunakan pertama kali dalam reaksi disebut pereaksi pembatas, karena jumlah maksimum produk yang terbentuk tergantung pada berapa banyak jumlah awal reaktan ini. Ketika reaktan ini digunakan semua (habis bereaksi), tidak ada lagi produk yang dapat terbentuk. Reagen berlebih adalah pereaksi yang terdapat dalam jumlah yang berlebih dari yang diperlukan untuk bereaksi dengan sejumlah tertentu pereaksi pembatas.

Konsep pereaksi pembatas analog dengan hubungan antara pria dan wanita dalam kontes lomba dansa di klub. Jika ada 14 pria dan hanya 9 wanita, maka hanya 9 pasangan yang bisa bersaing. Lima pria akan ditinggalkan tanpa pasangan. Jumlah wanita membatasi jumlah pria yang bisa ikut lomba dansa dalam kontes, dan ada kelebihan pria.

Pertimbangkan sintesis industri metanol (CH₃OH) dari karbon monoksida dan hidrogen pada suhu tinggi:

CO(g) + 2H₂(g) → CH₃OH(g)

Misalkan awalnya kita memiliki 4 mol CO dan 6 mol H₂ (Gambar 3.9). Salah satu cara untuk menentukan yang mana dari dua reaktan menjadi pereaksi pembatas adalah dengan menghitung jumlah mol CH₃OH yang diperoleh berdasarkan jumlah awal CO dan H₂. Dari definisi sebelumnya, kita melihat bahwa hanya pereaksi pembatas yang akan menghasilkan jumlah produk yang lebih sedikit. Dimulai dengan 4 mol CO, kita menemukan jumlah mol CH₃OH yang dihasilkan


dan dimulai dengan 6 mol H₂, jumlah mol CH₃OH yang terbentuk

Karena H₂ menghasilkan CH₃OH dalam jumlah yang lebih kecil, ini harus menjadi pereaksi pembatas. Oleh karena itu, CO adalah pereaksi berlebih.

Dalam perhitungan stoikiometri yang melibatkan pereaksi pembatas, langkah pertama adalah memutuskan reaktan mana yang merupakan pereaksi pembatas. Setelah pereaksi pembatas telah diidentifikasi, sisa masalah dapat dipecahkan sebagaimana diuraikan dalam Bagian 3.8. Contoh 3.15 mengilustrasikan pendekatan ini.

Contoh 3.15
Urea [(NH₂)₂CO] dibuat dengan mereaksikan amonia dengan karbon dioksida:

2NH₃(g) + CO₂(g) → (NH₂)₂CO(aq) + H₂O(l)

Dalam satu proses, 637,2 g NH₃ diperlakukan dengan 1142 g CO₂. (a) Manakah dari dua reaktan yang merupakan pereaksi pembatas? (b) Hitung massa (NH₂)₂CO terbentuk. (c) Berapa banyak pereaksi berlebih (dalam gram) yang tersisa pada akhir reaksi?

Strategi
Reaktan yang menghasilkan lebih sedikit mol produk adalah pereaksi pembatas karena membatasi jumlah produk yang dapat dibentuk. Bagaimana kita mengkonversi dari jumlah reaktan ke jumlah produk? Lakukan perhitungan ini untuk setiap reaktan, lalu bandingkan mol produk, (NH₂)₂CO, yang dibentuk oleh jumlah yang diberikan NH₃ dan CO₂ untuk menentukan reaktan yang merupakan pereaksi pembatas.

Penyelesaian
Kita melakukan dua perhitungan terpisah. Pertama, dimulai dengan 637,2 g NH₃, kita menghitung jumlah mol (NH₂)₂CO yang dapat diproduksi jika semua NH₃ bereaksi sesuai dengan konversi berikut:

gram NH₃ →  mol NH₃ → mol (NH₂)₂CO

Menggabungkan konversi ini dalam satu langkah, kita menulis


Kedua, untuk 1142 g CO₂, konversi tersebut

gram CO₂ →  mol CO₂ → mol (NH₂)₂CO

Jumlah mol (NH₂)₂CO yang dapat diproduksi jika semua CO₂ bereaksi


Oleh karena itu, bahwa NH₃ harus menjadi pereaksi pembatas karena menghasilkan jumlah yang lebih sedikit (NH₂)₂CO.

(b)
Strategi
Kita menentukan mol (NH₂)₂CO yang diproduksi sebagian (a), menggunakan NH₃ sebagai pereaksi pembatas. Bagaimana kita mengkonversi dari mol ke gram?

Penyelesaian
Massa molar (NH₂)₂CO adalah 60,06 g. Kita menggunakan ini sebagai faktor konversi untuk mengkonversi dari mol (NH₂)₂CO ke gram (NH₂)₂CO:


Periksa
Apakah jawaban Anda terlihat masuk akal? 18,71 mol produk terbentuk. Berapa massa 1 mol (NH₂)₂CO?

(c)
Strategi
Bekerja mundur, kita dapat menentukan jumlah CO₂ yang bereaksi untuk menghasilkan 18,71 mol (NH₂)₂CO. Jumlah CO₂ yang tersisa adalah perbedaan antara jumlah awal dan jumlah yang direaksikan.

Penyelesaian
Dimulai dengan 18,71 mol (NH₂)₂CO, kita dapat menentukan massa CO₂ yang bereaksi dengan menggunakan rasio mol dari persamaan setara dan massa molar dari CO₂. Langkah-langkah konversi adalah

mol (NH₂)₂CO →  mol CO₂ → gram CO₂

sehingga


Jumlah CO₂ yang tersisa (berlebih) adalah selisih antara jumlah awal (1142 g) dan jumlah yang direaksikan (823,4 g):

massa CO₂ yang tersisa = 1142 g - 823,4 g = 319 g

Latihan Soal
Reaksi antara aluminium dan besi (III) oksida dapat menghasilkan suhu mendekati 3000⁰C dan digunakan dalam pengelasan logam:

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

Dalam satu proses, 124 g Al direaksikan dengan 601 g Fe₂O₃. (a) Hitung massa (dalam gram) Al₂O₃ yang terbentuk. (b) Berapa banyak pereaksi berlebih yang tersisa pada akhir reaksi?

Contoh 3.15 memberi titik penting. Dalam prakteknya, ahli kimia biasanya memilih bahan kimia yang lebih mahal sebagai pereaksi pembatas sehingga semua atau sebagian besar akan dikonsumsi dalam reaksi. Dalam sintesis urea, NH₃ selalu merupakan pereaksi pembatas karena jauh lebih mahal daripada CO₂.

Thursday, December 6, 2018

3.8 Jumlah Reaktan Dan Produk

Pertanyaan mendasar yang sering muncul di laboratorium kimia adalah "Berapa banyak produk yang akan dibentuk dari jumlah tertentu bahan awal (reaktan)?" Atau dalam beberapa kasus, kita mungkin mengajukan pertanyaan terbalik: "Berapa banyak bahan awal yang harus digunakan untuk mendapatkan jumlah produk tertentu? ”Untuk menginterpretasi suatu reaksi secara kuantitatif, kita perlu menerapkan pengetahuan kita tentang massa molar dan konsep mol. Stoikiometri adalah studi kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia.

Meskipun satuan yang diberikan untuk reaktan (atau produk) adalah mol, gram, liter (untuk gas), atau beberapa satuan lainnya, kita menggunakan mol untuk menghitung jumlah produk yang terbentuk dalam suatu reaksi. Pendekatan ini disebut metode mol, yang berarti bahwa koefisien stoikiometri dalam persamaan kimia dapat diartikan sebagai jumlah mol dari setiap zat. Misalnya, amonia industri disintesis dari hidrogen dan nitrogen sebagai berikut:


N2(g)  +  3H2(g) → 2NH3(g)

Koefisien stoikiometri menunjukkan bahwa satu molekul N2 bereaksi dengan tiga molekul H2  membentuk dua molekul NH3. Oleh karena itu, jumlah mol relatif sama dengan jumlah relatif molekul:


N2(g)
+  3H2(g)
2NH3(g)
1 molekul
3 molekul

2 molekul
6,022 x 1023 molekul
3(6,022 x 1023 molekul)

3(6,022 x 1023 molekul)
1 mol
1 mol

1 mol

Dengan demikian, persamaan ini juga dapat dibaca sebagai "1 mol gas N2 bereaksi dengan 3 mol gas H2 menghasilkan 2 mol gas NH3." Dalam perhitungan stoikiometri, kita mengatakan bahwa tiga mol H2 setara dengan dua mol NH3, ditulis


3 mol H2 ≃  2 mol NH3

di mana simbol  berarti "setara stoikiometrik" atau "setara". Hubungan ini memungkinkan kita untuk menulis faktor konversi


Demikian pula, kita memiliki 1 mol N2  2 mol NH3 dan 1 mol N2  3 mol H2.

Mari kita pertimbangkan contoh sederhana di mana 6,0 mol H2 bereaksi sepenuhnya dengan N2  membentuk NH3. Untuk menghitung jumlah NH3 yang diproduksi dalam mol, kita menggunakan faktor konversi yang memiliki H2 dalam penyebut dan menulis




Sekarang asumsikan 16,0 g H2 bereaksi sepenuhnya dengan N2 membentuk NH3. Berapa gram NH3  yang akan terbentuk? Untuk melakukan perhitungan ini, kita mencatat bahwa hubungan antara H2  dan NH3 adalah rasio mol dari persamaan setara. Jadi kita harus terlebih dahulu mengkonversi gram H2 ke mol H2, kemudian ke mol NH3, dan akhirnya ke gram NH3. Langkah-langkah konversi adalah


gram H2 → mol H2 → mol NH3 → gram NH3

Pertama, kita mengubah 16,0 g H2 menjadi jumlah mol H2, menggunakan massa molar H2 sebagai faktor konversi:


Selanjutnya, kita menghitung jumlah mol NH3 yang dihasilkan.



Akhirnya, kita menghitung massa NH3 yang dihasilkan dalam gram menggunakan massa molar NH3 sebagai faktor konversi


Ketiga perhitungan terpisah ini dapat digabungkan dalam satu langkah sebagai berikut:



Demikian pula, kita dapat menghitung massa dalam gram N2 yang dikonsumsi dalam reaksi ini. Langkah-langkah konversi adalah


gram H2 → mol H2 → mol N2 → gram N2

Dengan menggunakan hubungan 1 mol N2  3 mol H2, kita menulis


Pendekatan umum untuk memecahkan masalah stoikiometri dirangkum berikutnya.
  1. Tuliskan persamaan kimia yang setara untuk reaksi.
  2. Konversi jumlah reaktan yang diberikan (dalam satuan gram atau satuan lainnya) ke jumlah mol.
  3. Gunakan rasio mol dari persamaan setara untuk menghitung jumlah mol produk yang terbentuk.
  4. Konversi mol produk menjadi gram (atau satuan lainnya) produk.

Gambar 3.8 menunjukkan langkah-langkah ini. Kadang-kadang kita mungkin diminta untuk menghitung jumlah reaktan yang diperlukan untuk membentuk jumlah produk tertentu. Dalam kasus tersebut, kita dapat membalikkan langkah-langkah yang ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Prosedur untuk menghitung jumlah reaktan atau produk dalam reaksi menggunakan metode mol.

Contoh 3.13 dan 3.14 menggambarkan penerapan pendekatan ini.

Contoh 3.13
Makanan yang kita makan diuraikan atau dipecah di dalam tubuh kita untuk menyediakan energi yang kita perlukan bagi pertumbuhan dan melakukan berbagai fungsi. Persamaan umum keseluruhan untuk proses yang sangat kompleks ini menggambarkan penguraian glukosa (C6H12O6) menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O):

C6H12O6 + 6O2 →  6CO2 + 6H2O

Jika 856 g C6H12O6 dikonsumsi oleh seseorang selama periode tertentu, berapa massa CO2 yang dihasilkan?

Strategi
Melihat persamaan setara, bagaimana kita membandingkan jumlah C6H12O6 dan CO2? Kita dapat membandingkannya berdasarkan rasio mol dari persamaan setara. Dimulai dengan gram C6H12O6, bagaimana kita mengkonversi ke mol C6H12O6? Setelah mol CO2 ditentukan dengan menggunakan rasio mol dari persamaan setara, bagaimana kita mengkonversi ke gram CO2?

Penyelesaian
Kita mengikuti langkah-langkah sebelumnya dan Gambar 3.8.
Langkah 1: Persamaan setara diberikan dalam soal.
Langkah 2: Untuk mengkonversi gram C6H12O6 ke mol C6H12O6, kita menuliskan
Langkah 3: Dari rasio mol, kita melihat bahwa 1 mol C6H12O 6 mol CO2. Oleh karena itu, jumlah mol CO2yang terbentuk adalah
Langkah 4: Akhirnya, jumlah gram CO2 yang terbentuk diberikan oleh
Setelah beberapa latihan, kita dapat menggabungkan langkah-langkah konversi

gram C6H12O6 → mol C6H12O6 → mol CO2 → gram CO2


Periksa
Apakah jawabannya tampak masuk akal? Apakah massa CO2 yang dihasilkan lebih besar dari massa C6H12O6  bereaksi, meskipun massa molar dari CO2 jauh lebih sedikit daripada massa molar C6H12O6? Berapa rasio mol antara CO2 dan C6H12O6?

Latihan
Metanol (CH3OH) terbakar di udara sesuai dengan persamaan

2CH3OH + 3O2  →  2CO2 + 4H2O

Jika 209 gram metanol digunakan dalam proses pembakaran, berapa massa H2O yang dihasilkan?

Contoh 3.14
Semua logam alkali bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan hidroksida logam alkali yang sesuai. Reaksi tipikal adalah antara litium dan air:

2Li(s) + 2H2O(l)  -  2LiOH(aq) + H2(g)

Berapa gram Li yang diperlukan untuk menghasilkan 9,89 g H2?

Strategi
Pertanyaannya meminta jumlah gram reaktan (Li) untuk membentuk jumlah tertentu dari produk (H2). Oleh karena itu, kita perlu membalikkan langkah-langkah yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Dari persamaan yang kita lihat bahwa 2 mol Li  1 mol H2.

Penyelesaian
Langkah-langkah konversi adalah

gram H2 → mol H2 → mol Li → gram Li

Menggabungkan langkah-langkah ini ke dalam satu persamaan, kita dapat menuliskan

Periksa
Ada sekitar 5 mol H2 dalam 9,89 g H2, jadi kita membutuhkan 10 mol Li. Dari perkiraan massa molar Li (7 g), apakah jawabannya tampak masuk akal?

Latihan
Reaksi antara nitrit oksida (NO) dan oksigen  membentuk nitrogen dioksida (NO2) adalah langkah kunci dalam pembentukan kabut fotokimia:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Berapa gram O2 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 2,21 g NO2?

Tuesday, December 4, 2018

3.7 Reaksi Kimia dan Persamaan Kimia

Setelah membahas massa atom dan massa molekul, sekarang kita beralih ke peristiwa yang terjadi pada atom, molekul dan ion dalam reaksi kimia. Reaksi kimia adalah suatu proses di mana suatu zat (atau senyawa) diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru. Untuk berkomunikasi satu sama lain tentang reaksi kimia, para ahli kimia telah menemukan cara standar untuk menggambarkan reaksi kimia menggunakan persamaan kimia. Persamaan kimia menggunakan simbol-simbol kimia untuk menunjukkan peristiwa yang terjadi pada atom, molekul dan ion selama reaksi kimia. Pada bagian ini kita akan belajar bagaimana menulis persamaan kimia dan menyetarakannya.

Menulis Persamaan Kimia
Pikirkan peristiwa yang terjadi ketika gas hidrogen (H2) terbakar di udara (yang mengandung oksigen, O2) menghasilkan air (H2O). Reaksi ini dapat digambarkan dengan persamaan kimia:


H2  +  O2    H2O  (3.2)

di mana tanda "plus" berarti "bereaksi dengan" dan panah berarti "menghasilkan." Dengan demikian, ungkapan simbolik ini dapat dibaca: "Molekul hidrogen bereaksi dengan molekul oksigen menghasilkan air." Reaksi diasumsikan berlangsung dari kiri ke kanan seperti tanda panah.

Persamaan (3.2) tidak lengkap, karena ada dua kali lebih banyak atom oksigen di sisi kiri panah (dua) dari pada sisi kanan (satu). Untuk menyetarakan berdasarkan hukum kekekalan massa, harus ada jumlah yang sama untuk setiap jenis atom di kedua sisi tanda panah; artinya, kita harus memiliki jumlah atom yang sama setelah reaksi berakhir seperti sebelum reaksi. Kita dapat menyetarakan Persamaan (3.2) dengan menempatkan koefisien yang tepat (dalam kasus ini 2) di depan H2 dan H2O:



Gambar 3.7 Tiga cara untuk menggambarkan pembakaran hidrogen. Sehubungan dengan hukum kekekalan massa, jumlah setiap jenis atom harus sana pada setiap sisi tanda panah.

Persamaan kimia yang setara ini menunjukkan bahwa "dua molekul hidrogen dapat bergabung atau bereaksi dengan satu molekul oksigen untuk membentuk dua molekul air" (Gambar 3.7). Karena rasio jumlah molekul sama dengan rasio jumlah mol, persamaan juga dapat dibaca sebagai “2 mol molekul hidrogen bereaksi dengan 1 mol molekul oksigen untuk menghasilkan 2 mol molekul air.” Kita mengetahui massa satu mol dari masing-masing zat ini, sehingga kita juga dapat menafsirkan persamaan sebagai "4,04 g H2 bereaksi dengan 32,00 g O2 menghasilkan 36,04 g H2O." Ketiga cara membaca persamaan ini dirangkum dalam Tabel 3.1.


Tabel 3.1 Penafsiran Persamaan Kimia

2H2
+ O2
2H2O
Dua molekul
Satu molekul
Dua molekul
2 mol
1 mol
2 mol
2(2,02 g) = 4,04 g
32,00 g
2(18,02 g) = 36,04 g
36,04 g reaktan

36,04 g produk

Kita menyebut H2 dan O2 dalam Persamaan (3.2) sebagai reaktan, yang merupakan bahan awal dalam reaksi kimia. Air adalah produk, yang merupakan senyawa yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi kimia. Jadi, Persamaan kimia hanyalah gambaran singkat dari suatu reaksi kimia. Dalam persamaan kimia, biasanya reaktan ditulis di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan tanda panah:


Reaktan →  Produk

Untuk memberikan informasi tambahan, ahli kimia sering menunjukkan keadaan fisik (wujud zat) reaktan dan produk dengan menggunakan huruf g, l, dan s untuk menunjukkan wujud gas, cair, dan padat. Sebagai contoh,


2CO(g) + O2(g)  2CO2(g)


2HgO(s)  2Hg(l) + O2(g)

Untuk menggambarkan peristiwa yang terjadi ketika natrium klorida (NaCl) ditambahkan ke dalam air, kita menulis


NaCl(s) NaCl(aq)

dimana aq menunjukkan lingkungan berair (yaitu air). Menulis H2O di atas panah melambangkan proses fisika pelarutan suatu zat dalam air, meskipun kadang-kadang ditinggalkan untuk penyederhanaan.

Mengetahui keadaan (wujud) reaktan dan produk sangat berguna ketika bekerja di laboratorium. Sebagai contoh, ketika kalium bromida (KBr) dan perak nitrat (AgNO3) bereaksi dalam lingkungan berair, perak bromida (AgBr) padat terbentuk. Reaksi ini dapat diwakili dengan persamaan:


KBr(aq) + AgNO3(aq KNO3(aq) + AgBr(s)

Jika keadaan fisik reaktan dan produk tidak diberikan, orang yang belum berpengalaman mungkin mencoba untuk mereaksikan dengan mencampurkan KBr padat dengan AgNO3 padat. Padatan ini akan bereaksi sangat lambat atau tidak sama sekali. Membayangkan proses pada tingkat mikroskopis, kita dapat memahami bahwa untuk menghasilkan produk seperti perak bromida, ion Ag+ dan Br- harus bersentuhan satu sama lain. Tetapi, ion-ion ini terkunci di tempat dalam senyawa padatnya dan memiliki sedikit mobilitas. (Ini adalah contoh bagaimana kita menjelaskan suatu fenomena dengan memikirkan tentang apa yang terjadi pada tingkat molekul, sebagaimana dibahas dalam Bagian 1.2.)

Menyetarakan Persamaan Kimia
Misalkan kita ingin menulis persamaan untuk menggambarkan reaksi kimia yang baru saja kita lakukan di laboratorium. Bagaimana seharusnya kita melakukannya? Karena kita mengetahui identitas reaktan, kita bisa menulis rumus kimianya. Identitas produk lebih sulit ditentukan. Untuk reaksi sederhana seringkali dimungkinkan untuk memprediksi produk. Untuk reaksi yang lebih rumit yang melibatkan tiga atau lebih produk, ahli kimia mungkin perlu melakukan uji lebih lanjut untuk menetapkan keberadaan senyawa tertentu.

Setelah kita mengidentifikasi semua reaktan dan produk dan telah menulis rumus kimia yang benar untuk masing-masing, kita mengelompokkannya secara konvensional — reaktan di sebelah kiri tanda panah dan produk di sebelah kanan. Persamaan yang ditulis pada titik ini cenderung tidak setara; yaitu, jumlah masing-masing jenis atom pada satu sisi tanda panah berbeda dari angka di sisi yang lain. Secara umum, kita dapat menyetarakan persamaan kimia dengan langkah-langkah berikut:
  1. Identifikasi semua reaktan dan produk dan tuliskan rumus kimia yang benar di sisi kiri dan sisi kanan tanda panah.
  2. Mulailah menyetarakan persamaan dengan mencoba koefesien yang berbeda untuk membuat jumlah atom dari setiap unsur sama pada kedua sisi tanda panah. Kita dapat mengubah koefisien (angka yang didepan rumus kimia) tetapi bukan subskrip (angka indeks bawah dalam rumus kimia). Mengubah subskrip akan mengubah identitas senyawa. Misalnya, 2NO2 berarti “dua molekul nitrogen dioksida,” tetapi jika kita mengalikan subskrip, kita memiliki N2O4, yang merupakan rumus dinitrogen tetraoksida, kedua senyawa ini benar-benar berbeda.
  3. Pertama-tama, carilah unsur-unsur yang hanya muncul sekali di setiap sisi tanda panah dengan jumlah atom yang sama di setiap sisi: Rumus yang mengandung unsur-unsur ini harus memiliki koefisien yang sama. Oleh karena itu, tidak perlu menyetarakan koefisien unsur-unsur ini pada langkah ini. Selanjutnya, carilah unsur-unsur yang muncul hanya sekali pada setiap sisi tanda panah tetapi dalam jumlah atom yang tidak sama. Setarakan unsur-unsur ini. Akhirnya, unsur-unsur yang setara muncul dalam dua atau lebih rumus kimia pada kedua sisi tanda panah.
  4. Periksa persamaan setara tersebut untuk memastikan bahwa kita memiliki jumlah total yang sama untuk setiap jenis atom di kedua sisi tanda panah persamaan.
Mari kita pertimbangkan contoh khusus. Di laboratorium, sejumlah kecil gas oksigen dapat disiapkan dengan memanaskan kalium klorat (KClO3). Produknya adalah gas oksigen (O2) dan kalium klorida (KCl). Dari informasi ini, kita menulis


KClO3  KCl + O2

(Untuk penyederhanaan, kita menghilangkan keadaan fisik reaktan dan produk.) Ketiga unsur (K, Cl, dan O) hanya muncul sekali pada setiap sisi tanda panah, tetapi hanya untuk K dan Cl kita memiliki jumlah atom yang sama pada kedua sisi tanda panah. Dengan demikian, KClO3 dan KCl harus memiliki koefisien yang sama. Langkah selanjutnya adalah membuat jumlah atom O sama pada kedua sisi tanda panah. Karena ada tiga atom O di sebelah kiri dan dua atom O di sebelah kanan tanda panah, kita dapat menyetarakan atom O dengan menempatkan 2 di depan KClO3 dan 3 di depan O2.


2KClO3  KCl + 3O2

Akhirnya, kita menyeimbangkan atom K dan Cl dengan menempatkan 2 di depan KCl:


2KClO3  2KCl + 3O2   (3.3)

Sebagai pemeriksaan terakhir, kita dapat menyusun neraca untuk reaktan dan produk di mana angka dalam tanda kurung menunjukkan jumlah atom dari setiap unsur:


Reaktan
Produk
K (2)
K (2)
Cl (2)
Cl (2)
O (6)
O (6)


Perhatikan bahwa persamaan ini juga bisa disetarakan dengan koefisien yang dikalikan 2 (untuk KClO3), 2 (untuk KCl), dan 3 (untuk O2); sebagai contoh,

4KClO3  4KCl + 6O2

Namun, ini adalah praktik umum untuk menggunakan sekumpulan koefisien jumlah-total yang paling sederhana untuk menyetarakan persamaan. Persamaan (3.3) sesuai dengan perjanjian ini.

Sekarang mari kita perhatikan pembakaran dari komponen gas alam etana (C2H6) dalam oksigen atau udara, yang menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan air. Persamaan yang tidak setara adalah

C2H6 + O2  CO2 + H2O

Kita melihat bahwa jumlah atom tidak sama pada kedua sisi tanda panah untuk setiap unsur (C, H, dan O). Selain itu, C dan H hanya muncul sekali di setiap sisi tanda panah; O muncul dalam dua senyawa di sisi kanan tanda panah (CO2 dan H2O). Untuk menyetarakan atom C, kita menempatkan 2 di depan CO2:

C2H6 + O2  2CO2 + H2O

Untuk menyetarakan atom H, kita menambahkan koefesien 3 di depan H2O:

C2H6 + O2  2CO2 + 3H2O

Pada tahap ini, atom C dan H setara, tetapi atom O tidak karena ada tujuh atom O di sisi kanan dan hanya dua atom O di sisi kiri tanda panah. Ketidaksetraan atom O ini dapat dihilangkan dengan menulis 7/2 di depan O2 di sisi kiri:


"Logika" untuk menggunakan 7/2 sebagai koefisien adalah bahwa ada tujuh atom oksigen di sisi kanan tanda panah persamaan, tetapi hanya sepasang atom oksigen (O2) di sebelah kiri. Untuk menyetarakannya, kita bertanya berapa banyak atom oksigen yang diperlukan untuk menyamai tujuh atom oksigen. Sama seperti 3,5 pasang sepatu yang sama dengan tujuh sepatu, 7/2 molekul O2 sama dengan tujuh atom O. Seperti yang ditunjukkan penghitungan berikut, persamaannya kini setara:

Reaktan
Produk
C (2)
C (2)
H (6)
H (6)
O (7)
O (7)

Namun, kita biasanya lebih memilih untuk menyatakan koefisien sebagai bilangan bulat daripada sebagai pecahan. Oleh karena itu, kita mengalikan seluruh persamaan dengan 2 untuk mengubah 7/2 menjadi 7:

2C2H6 + 7O2  4CO2 + 6H2O

Penghitungan terakhir adalah


Reaktan
Produk
C (4)
C (4)
H (12)
H (12)
O (14)
O (14)

Perhatikan bahwa koefisien yang digunakan dalam menyetarakan persamaan terakhir adalah sekumpulan bilangan terkecil yang mungkin.
Dalam Contoh 3.12 kita akan terus mempraktekkan keterampilan penyetaraan persamaan kimia.

Contoh 3.12
Ketika logam aluminium terkena udara, lapisan pelindung aluminium oksida (Al2O3) terbentuk di permukaannya. Lapisan ini mencegah reaksi lebih lanjut antara aluminium dan oksigen, dan itu adalah alasan bahwa kaleng minuman aluminium tidak menimbulkan korosi. [Dalam kasus besi, berkarat, atau besi (III) oksida, bentuk-bentuk itu terlalu berpori untuk melindungi besi besi di bawahnya, sehingga berkarat berlanjut.] Tuliskan persamaan setara untuk pembentukan Al2O3.

Strategi
Ingat bahwa rumus unsur atau senyawa tidak dapat diubah saat menyetarakan persamaan kimia. Persamaan ini disetarakan dengan menempatkan koefisien yang sesuai di depan rumus kimia. Ikuti prosedur yang dijelaskan pada bagian atas tadi.

Penyelesaian
Persamaan yang tidak setara adalah


Al + O2  Al2O3

Dalam persamaan yang setara, jumlah dan jenis atom di setiap sisi tanda panah persamaan harus sama. Kita melihat bahwa ada satu atom Al di sisi reaktan dan ada dua atom Al di sisi produk. Kita dapat menyetarakan atom Al dengan menempatkan koefisien 2 di depan Al pada sisi reaktan.


2Al + O2  Al2O3

Ada dua atom O di sisi reaktan, dan tiga atom O pada sisi produk dari persamaan. Kita dapat menyetarakan atom O dengan menempatkan koefisien 3/2 di depan O2 pada sisi reaktan.



Ini adalah persamaan yang setara. Namun, persamaan biasanya diisetarakan dengan sekumpulan koefesien yang bulat dan sederhana. Mengalikan kedua sisi persamaan dengan 2 memberikan koefisien jumlah keseluruhan.


4Al + 3O2  2Al2O3

Periksa
Agar persamaan setara, jumlah dan jenis atom di setiap sisi tanda panah pada persamaan harus sama. Penghitungan terakhir adalah

Reaktan
Produk
Al (4)
Al (4)
O (6)
O (6)

Persamaannya setara. Juga, koefisien direduksi menjadi himpunan bilangan bulat yang paling sederhana.

Latihan
Setarakan persamaan yang menggambarkan reaksi antara besi (III) oksida (Fe2O3) dan karbon monoksida (CO) menghasilkan besi (Fe) dan karbon dioksida (CO2).