Mengenal Hukum Dasar Kimia

Di dalam ilmu kimia, terdapat beberapa hukum – hukum dasar yang mendasari perhitungan kimia. Hukum – hukum tersebut dikenal oleh orang banyak sebagai hukum dasar kimia. Hukum dasar kimia ini akan membantu kamu dalam mempelajari stoikiometri.

Hukum dasar kimia terdiri dari hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier), hukum perbandingan tetap (hukum Proust), hukum kelipatan perbandingan, hukum perbandingan volume (hukum Gay Lussac), dan hukum Avogadro. Untuk lebih jelasnya kamu bisa membaca penjelasannya berikut ini.

Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Ketika potongan logam magnesium yang telah ditimbang massanya dibakar dengan oksigen, maka akan dihasilkan magnesium oksida (MgO)  yang berwujud serbuk putih.

Mg _(s) + O₂ MgO _(s)

Reaksi ini disertai dengan pelepasan sejumlah energi dalam bentuk panas dan cahaya. Ketika magnesium oksida ditimbang, ternyata massanya lebih besar dibanding potongan logam magnesium awal. Peningkatan massa ini terjadi karena adanya oksigen yang bergabung dengan magnesium membentuk magnesium oksida.

Antoine Laurent Lavoisier telah melakukan penelitian mengenai massa zat sebelum dan sesudah reaksi. Lavoisier menimbang massa zat sebelum reaksi, dan kemudian menimbang massa zat setelah reaksi. Hasilnya menunjukkan bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Lavoisier membuat kesimpulan yang disebut sebagai hukum kekekalan massa.

“Dalam sistem tertutup, massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.”

Hukum kekekalan massa ini dapat diterapkan jika reaksi dilakukan dalam wadah tertutup, karena jika dalam wadah terbuka dan ternyata reaksi melibatkan atau menghasilkan gas, maka massa sebelum dan sesudah reaksi tidak akan sama saat ditimbang.

Baca juga: Materi Rumus Empiris

Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Joseph Louis Proust melakukan penelitian terhadap berbagai senyawa. Proust menemukan bahwa senyawa yang sama meskipun berasal dari sampel yang berbeda akan memiliki perbandingan massa unsur – unsur yang sama. Penemuannya ini dikenal sebagai hukum perbandingan tetap.

“Perbandingan massa unsur – unsur dalam senyawa yang sama adalah tetap.”

Berikut ini contoh perbandingan massa unsur – unsur dalam senyawa besi sulfida (FeS), hasil reaksi antara besi dengan belerang:

Berdasarkan data di atas, perbandingan massa unsur Fe da S dalam senyawa FeS selalu tetap yaitu 7 : 4.

Contoh lain perbandingan massa unsur – unsur dalam senyawa air (H₂O), hasil reaksi antara hidrogen dan oksigen:

Berdasarkan data di atas, perbandingan massa unsur hidrogen dan oksigen dalam air selalu tetap yaitu 1 : 8.

Penerapan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

1. Perbandingan massa karbon dan oksigen dalam senyawa karbon dioksida adalah 3 : 8. Berapa gram massa karbon dioksida yang terbentuk dan sisa pereaksi jika 6 gram karbon direaksikan dengan 8 gram oksigen?

Jawaban:

Diketahui: massa karbon = 6 gram

massa oksigen = 8 gram

karena perbandingan massa karbon dan oksigen dalam karbon dioksida adalah 3 : 8, maka massa karbon yang bereaksi adalah 3 gram dan massa oksigen yang bereaksi adalah 8 gram.

• Massa karbon dioksida yang terbentuk = 3 gram + 8 gram = 11 gram
• Massa sisa pereaksi = 6 gram – 3 gram = 3 gram

2. Zat A sebanyak 1 gram direaksikan dengan zat B sebanyak 3 gram menghasilkan senyawa AB dengan massa 2,33 gram. Berapakah perbandingan massa unsur A dan B dalam senyawa AB?

Jawaban:

Diketahui: massa A = 1 gram

massa B = 3 gram

massa AB = 2,33 gram

Karena zat A massanya paling sedikit, maka zat A habis bereaksi sedangkan zat B bersisa.

• Massa sisa pereaksi (zat B) = 4 gram – 2,33 gram = 1,67 gram
• Massa zat B yang bereaksi = 3 gram – 1,67 gram = 1,33
• Perbandingan massa A dan B dalam senyawa AB adalah 1 : 1,33 = 3 : 4

Hukum Kelipatan Perbandingan (Dalton)

Selain teori atom, John Dalton juga merumuskan suatu hukum yang berkaitan dengan massa unsur dalam senyawa yang dikenal sebagai hukum kelipatan perbandingan.

“Jika dua unsur bisa bereaksi membentuk lebih dari satu senyawa, maka perbandingan massa satu unsur dengan massa unsur yang sama tetapi dalam senyawa berbeda merupakan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.”

Contoh reaksi antara nitrogen dengan oksigen dapat membentuk lebih dari satu senyawa:

Berdasarkan data di atas, dengan massa oksigen yang sama ternyata perbandingan massa unsur nitrogen dalam senyawa nitrogen monoksida dan nitrogen dioksida adalah perbandingan bilangan bulat dan sederhana yaitu 2 : 1.

Baca juga: Yuk Ketahui Persamaan Reaksi Kimia

Penerapan Hukum Kelipatan Perbandingan (Dalton)

Fosfor dan oksigen dapat bereaksi membentuk dua jenis senyawa. Dalam 55 gram senyawa I terdapat 31 gram fosfor, sedangkan dalam 71 gram senyawa II terdapat 40 gram oksigen. Tunjukkan bahwa kedua senyawa tersebut memenuhi hukum Dalton.

Jawaban:

Diketahui: Massa senyawa I = 55 gram

Massa fosfor (senyawa I) = 31 gram

Massa senyawa II = 71 gram

Massa oksigen (senyawa II) = 40 gram

• Massa oksigen (senyawa I) = 55 gram – 31 gram = 24 gram
• Massa fosfor (senyawa II) = 71 gram – 40 gram = 31 gram

Massa fosfor pada kedua senyawa sama yaitu 31 gram, maka perbandingan massa oksigen di dalam senyawa I dan II adalah:

24 : 40 = 3 : 5

Jadi kedua senyawa tersebut memenuhi hukum Dalton di mana perbandingan massa oksigen dalam kedua senyawa tersebut adalah 3 : 5.

Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)

Joseph Louis Gay Lussac melakukan percobaan dengan mereaksikan berbagai macam gas. Ia menemukan bahwa perbandingan volume gas – gas dalam reaksi selalu merupakan perbandingan bilangan bulat dan sederhana yang dikenal sebagai hukum perbandingan volume (hukum Gay Lussac).

“Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas – gas yang bereaksi dengan volume gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana.”

Beberapa persamaan reaksi dari percobaan Gay Lussac

N_{2 (g)}  + 3H_{2 (g)}2NH_{3 (g)}  

H_{2 (g)}  + Cl_{2 (g)}2HCl _(g)

Dari percobaan reaksi yang dilakukan Gay Lussac, perbandingan volume gas nitrogen, hidrogen, dan amonia adalah 1 : 3 : 2. Sedangkan perbandingan volume gas hidrogen, klorin, dan asam klorida adalah  1 : 1 : 2. Kedua reaksinya menghasilkan perbandingan yang bulat dan sederhana. Jika diperhatikan lebih seksama, ternyata perbandingan volume gas – gas reaksi sama dengan koefisien reaksinya. Oleh karena itu, untuk menentukan perbandingan volume gas – gas reaksi dapat dilihat dari koefisien reaksinya saja.

A _(g)B _(g)

Penerapan Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)

Delapan liter gas hidrogen bromida mengalami dekomposisi dengan persamaan reaksi berikut ini

2HBr _(g)H_{2 (g)} + Br_{2 (g)}

Pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan volume gas hidrogen dan gas bromin yang dihasilkan.

Jawaban:

Berdasarkan hukum Gay Lussac perbandingan volume gas – gas dalam reaksi dapat ditentukan melalui koefisien reaksinya.

• Volome H₂ = 1/2 x 8 L = 4 L
• Volume Br₂ = 1/2 x 8 L = 4 L

Hukum Avogadro

Alasan mengapa perbandingan volume gas – gas dalam reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana belum dapat terpecahkan sampai pada akhirnya, Amedeo Avogadro menjelaskan kembali percobaan Gay Lussac dan mengajukan hipotesis yang dikenal dengan hukum Avogadro.

“Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama memiliki jumlah molekul yang sama pula.”

Jadi perbandingan volume gas – gas dalam reaksi juga merupakan perbandingan jumlah molekul yang ada dalam reaksi. Dengan kata lain perbandingan volume gas – gas dalam reaksi sama dengan  koefisien reaksinya.

Penerapan Hukum Avogadro

Dua liter gas nitrogen bereaksi dengan empat liter gas oksigen membentuk empat liter gas X pada suhu dan tekanan yang tetap. Tentukan rumus molekul gas X tersebut.

Jawaban:

Diketahui: Volume nitrogen = 2 L

Volume oksigen = 4 L

Volume gas X = 4 L

karena perbandingan volume gas nitrogen, oksigen, dan X (1 : 2 : 2) sama dengan koefisien reaksinya, maka persamaan reaksinya dapat dituliskan:

N_{2 (g)} + 2O_{2 (g)}2N_aO_b

Untuk menentukan nilai a dan b, persamaan reaksi harus disetarakan di mana jumlah atom di ruas kiri harus sama dengan ruas kanan.

• Jumlah atom N di kiri dan kanan ada dua, maka nilai a =1 (tidak perlu dituliskan)
• Jumlah atom O di kiri ada empat, sedangkan di kanan ada dua, maka nilai b = 2 (2 x 2 =4)

Jadi rumus molekul dari gas X adalah NO₂.

Baca juga: Mengenal Larutan Elektrolit

Pemahaman Akhir

Dalam ilmu kimia terdapat beberapa hukum dasar yang mendasari perhitungan kimia. Hukum-hukum ini sangat penting dalam memahami reaksi kimia dan perbandingan massa dan volume dalam reaksi tersebut.

Hukum dasar kimia yang telah dijelaskan meliputi:

Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier): Massa zat dalam suatu reaksi kimia akan tetap sama sebelum dan sesudah reaksi, jika reaksi dilakukan dalam sistem tertutup.

Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust): Perbandingan massa unsur-unsur dalam senyawa yang sama selalu tetap dan berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana.

Hukum Kelipatan Perbandingan (Dalton): Jika dua unsur bisa bereaksi membentuk lebih dari satu senyawa, maka perbandingan massa satu unsur dengan massa unsur yang sama tetapi dalam senyawa berbeda merupakan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.

Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac): Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana.

Hukum Avogadro: Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama memiliki jumlah molekul yang sama pula. Perbandingan volume gas-gas dalam reaksi juga merupakan perbandingan jumlah molekul yang ada dalam reaksi, sama dengan koefisien reaksinya.

Penerapan hukum-hukum ini akan membantu dalam memahami perhitungan stoikiometri dalam reaksi kimia, termasuk menentukan rumus empiris dan rumus molekul suatu senyawa. Dengan memahami hukum-hukum dasar kimia, kita dapat menyusun persamaan reaksi dengan benar dan mengetahui perbandingan massa dan volume yang terlibat dalam reaksi tersebut.

Para pelajar dan mahasiswa yang mempelajari kimia perlu memahami dan menguasai hukum-hukum dasar ini, karena hukum-hukum tersebut merupakan dasar yang penting dalam memahami berbagai konsep kimia lebih lanjut.

Demikian penjelasan mengenai hukum – hukum  dasar kimia. Sekarang kamu sudah tau mengenai hukum – hukum tersebut dan bagaimana penerapannya Semoga penjelasannya bermanfaat.

Referensi:

Utami, B., dkk. (2009). Kimia Untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan

Departemen Pendidikan Nasional.

Whitten. (2013). Chemistry 12^th Edition. Brooks Cole.