HUKUM-HUKUM DASAR ILMU KIMIA

HUKUM-HUKUM DASAR ILMU KIMIA

Hukum kekekalan massa digunakan secara luas dalam bidang-bidang seperti kimia,teknik kimia, mekanika, dan dinamika fluida. Berdasarkan ilmu relativitas spesial,kekekalan massa adalah pernyataan dari kekekalan energi. Massa partikel yang tetap dalam suatu sistem ekuivalen dengan energi momentum pusatnya. Pada beberapa peristiwa radiasi, dikatakan bahwa terlihat adanya perubahan massa menjadi energi.

Hal ini terjadi ketika suatu benda berubahmenjadi energi kinetik /energi potensial dan sebaliknya. Karena massa dan energi berhubungan, dalam suatu sistem yang mendapat/mengeluarkan energi, massa dalam jumlah yang sangat sedikit akan tercipta/hilang dari sistem. Namun demikian, dalam hampir seluruh peristiwa yang melibatkan perubahan energi, hukum kekekalan massa dapat digunakan karena massa yang berubah sangatlah sedikit.

Kita dapat mengambil contoh lilin yang menyala makin lama makin pendek. Apakah lilin itu hilang? Tidak. Lilin tidak hilang, tetapi berubah menjadi zat baru yang berwujud gas, yaitu gas karbon dioksida dan uap air. Apabila seluruh hasil pembakaran lilin ditampung dan ditimbang, niscaya massanya sama dengan massa lilin ditambah dengan massa oksigen yang terpakai pada pembakaran lilin itu.

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) seorang ahli kimia bangsa Perancis telah menyelidiki hubungan massa zat sebelum dan sesudah reaksi. Lavoisier menimbang zat sebelum bereaksi kemudian menimbang hasil reaksinya. Ternyata massa zat sebelum dan sesudah bereaksi selalu sama. Akan tetapi, perubahan materi pada umumnya berlangsung dalam sistem terbuka sehingga apabila hasil reaksi ada yang meninggalkan sistem (seperti pada pembakaran lilin) atau apabila suatu zat dari lingkungan diikat (seperti pada proses perkaratan besi yang mengikat oksigen dari udara) maka seolah-olah massa zat sebelum dan sesudah reaksi menjadi tidak sama

Percobaan lain yang dilakukan oleh Lavoisier.Lavoisier mereaksikan cairan merkuri dengan gas oksigen dalam suatu wadah di ruang tertutup sehingga menghasilkan merkuri oksida yang berwarna merah. Apabila merkuri oksidadipanaskan kembali, senyawa tersebut akan terurai menghasilkan sejumlah cairan merkuri dangas oksigen dengan jumlah yang sama seperti semula.

 

Dengan bukti dari percobaan ini Lavoisier merumuskan suatu hukum dasar kimia Yaitu Hukum Kekekalan Massa yang menyatakan bahwa jumlah massa zat sebelum dan sesudahrekasi adalah sama .Pernyataan yang umum digunakan untuk menyatakan hukum kekekalan massa adalah massa

dapat berubah bentuk tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Untuk suatu proseskimiawi di dalam suatu sistem tertutup, massa dari reaktan harus sama dengan massa produk.

Hukum kekekalan massa digunakan secara luas dalam bidang-bidang seperti kimia, teknik kimia,mekanika, dan dinamika fluida.Hukum kekekalan massa dapat terlihat pada reaksi pembentukan hidrogen dan oksigendari air. Bila hidrogen dan oksigen dibentuk dari 36 g air, maka bila reaksi berlangsung hinggaseluruh air habis, akan diperoleh massa campuran produk hidrogen dan oksigen sebesar 36 g.Bila reaksi masih menyisakan air, maka massa campuran hidrogen, oksigen dan air yang tidak  bereaksi tetap sebesar 36 g.Begitu juga kalau kita membakar kayu misalnya kayu korek api. Berlaku juga hukum kekekalan massa. Memang setelah kayu terbakar akan menjadi abu. Namun yang perlu andaketahui adalah bahwa selain abu, pada pembakaran kayu juga dihasilkan oksida karbon, asap dan uap air. Oksida carbon dan uap air tidak tampak oleh mata karena bermujud gas. Jika ditimbang ulang : mk massa kayu + masa oksigen = masa abu + massa oksida karbon + massa uap air +massa asap.

Kalau hukum kekekalan massa memang benar, maka massa dari materi yang ada diduniaini berarti tidak pernah berubah.Kalau begitu, maka ketika mahluk hidup, hewan, tumbuhan danmanusia, setiap kali tumbuh menjadi semakin besar, berarti ada penambahan massa yangdiambilkan dari massa materi yang lain.

Begitu juga setiap bayi yang lahir, berarti ada energi danmassa di alam semesta ini yang beralih ke dalam diri bayi.Kalau kita makan, maka ada beberapa massa dari air dan makanan yang makan akanmenjadi daging pada tubuh kita. Kalau manusia bertambah banyak, sesungguhnya tidak ada perubahan massa di alam semesta ini, karena jumlah massa tentu juga sama sebagaimana jumlahenergi di alam semesti ini, berarti selalu sama.

 

Contoh hukum kekekalan massa

 Hukum kekekalan massa dapat terlihat pada reaksi pembentukan hidrogen dan oksigen  dari air .Bila hidrogen dan oksigen dibentuk dari 36 gair, maka bila reaksi berlangsung hingga seluruh air habis, akan diperoleh massa campuran produk hidrogen dan oksigensebesar 36g. Bila reaksi masih menyisakan air, maka massa campuran hidrogen, oksigendan air yang tidak bereaksi tetap sebesar 36 g.Air -> Hidrogen + Oksigen (+ Air)(36 g) (36 g)

Kekekalan massa vs. penyimpangan

Ketika energi seperti panas atau cahaya diijinkan masuk ke dalam atau keluar dari sistem,asumsi hukum kekekalan massa tetap dapat digunakan. Hal ini disebabkan massa yang berubahkarena adanya perubahan energi sangatlah sedikit. Sebagai contoh adalah perubahan yang terjadi pada peristiwa meledaknyaTNT. Satu gram TNT akan melepaskan 4,16 kJ energi ketika diledakkan. Namun demikian, energi yang terdapat dalam satu gram TNT adalah sebesar 90 TJ(kira-kira 20 miliar kali lebih banyak). Dari contoh ini dapat terlihat bahwa massa yang akanhilang karena keluarnya energi dari sistem akan jauh lebih kecil (dan bahkan tidak terukur) dari jumlah energi yang tersimpan dalam massa materi.

Penyimpangan

Penyimpangan hukum kekekalan massa dapat terjadi pada sistem terbuka dengan prosesyang melibatkan perubahan energi yang sangat signifikan seperti reaksi nuklir . Salah satu contohreaksi nuklir yang dapat diamati adalah reaksi pelepasan energi dalam jumlah besar pada bintang. Hubungan antara massa dan energi yang berubah dijelaskan oleh Albert Einstein dengan  persamaan E = m.c²

E merupakan jumlah energi yang terlibat, m merupakan jumlah massa yangterlibat dan c merupakan konstanta kecepatan cahaya. Namun, perlu diperhatikan bahwa padasistem tertutup, karena energi tidak keluar dari sistem, massa dari sistem tidak akan berubah.

HUKUM PERBANDINGAN TETAP = HUKUM PROUST

"Perbandingan massa unsur-unsur dalam tiap-tiap senyawa adalah tetap"
Contoh:
a. Pada senyawa NH3 : massa N : massa H
= 1 Ar . N : 3 Ar . H
= 1 (14)  : 3 (1) = 14 : 3

b. Pada senyawa SO3 : massa S : massa 0
= 1 Ar . S : 3 Ar . O
= 1 (32) : 3 (16) = 32 : 48 = 2 : 3

Keuntungan dari hukum Proust:
bila diketahui massa suatu senyawa atau massa salah satu unsur yang membentuk senyawa tersebut make massa unsur lainnya dapat diketahui.

Contoh:
Berapa kadar C dalam 50 gram CaCO3 ? (Ar: C = 12; 0 = 16; Ca=40)
Massa C = (Ar C / Mr CaCO₃) x massa CaCO₃
= 12/100 x 50 gram = 6 gram
massa C
Kadar C = massa C / massa CaCO₃ x 100%
= 6/50 x 100 % = 12%

HUKUM PERBANDINGAN BERGANDA = HUKUM DALTON
"Bila dua buah unsur dapat membentuk dua atau lebih senyawa untuk massa salah satu unsur yang sama banyaknya maka perbandingan massa unsur kedua akan berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana".

Contoh:
Bila unsur Nitrogen den oksigen disenyawakan dapat terbentuk,
NO dimana massa N : 0 = 14 : 16 = 7 : 8
NO₂ dimana massa N : 0 = 14 : 32 = 7 : 16

Untuk massa Nitrogen yang same banyaknya maka perbandingan massa Oksigen pada senyawa NO : NO2 = 8 :16 = 1 : 2

HUKUM-HUKUM GAS
Untuk gas ideal berlaku persamaan : PV = nRT
dimana:
P = tekanan gas (atmosfir)
V = volume gas (liter)
n = mol gas
R = tetapan gas universal = 0.082 lt.atm/mol Kelvin
T = suhu mutlak (Kelvin)

Perubahan-perubahan dari P, V dan T dari keadaan 1 ke keadaan 2 dengan kondisi-kondisi tertentu dicerminkan dengan hukum-hukum berikut:

A.	HUKUM BOYLE Hukum ini diturunkan dari persamaan keadaan gas ideal dengan n1 = n2 dan T1 = T2 ; sehingga diperoleh : P1 V1 = P2 V2 Contoh: Berapa tekanan dari 0 5 mol O2 dengan volume 10 liter jika pada temperatur tersebut 0.5 mol NH3 mempunyai volume 5 liter den tekanan 2 atmosfir ? Jawab: P1 V1 = P2 V2 2.5 = P2 . 10  ®  P2 = 1 atmosfir
B.	HUKUM GAY-LUSSAC "Volume gas-gas yang bereaksi den volume gas-gas hasil reaksi bile diukur pada suhu dan tekanan yang sama, akan berbanding sebagai bilangan bulat den sederhana". Jadi untuk: P1 = P2 dan T1 = T2 berlaku : V1 / V2 = n1 / n2 Contoh: Hitunglah massa dari 10 liter gas nitrogen (N2) jika pada kondisi tersebut 1 liter gas hidrogen (H2) massanya 0.1 g. Diketahui: Ar untuk H = 1 dan N = 14 Jawab: V1/V2 = n1/n2 ®  10/1 = (x/28) / (0.1/2) ®  x = 14 gram Jadi massa gas nitrogen = 14 gram.
C.	HUKUM BOYLE-GAY LUSSAC Hukum ini merupakan perluasan hukum terdahulu den diturukan dengan keadaan harga n = n2 sehingga diperoleh persamaan: P1 . V1 / T1 = P2 . V2 / T2
D.	HUKUM AVOGADRO "Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah mol yang sama. Dari pernyataan ini ditentukan bahwa pada keadaan STP (0o C 1 atm) 1 mol setiap gas volumenya 22.4 liter volume ini disebut sebagai volume molar gas. Contoh: Berapa volume 8.5 gram amoniak (NH3) pada suhu 27o C dan tekanan 1 atm ? (Ar: H = 1 ; N = 14) Jawab: 85 g amoniak = 17 mol = 0.5 mol Volume amoniak (STP) = 0.5 x 22.4 = 11.2 liter Berdasarkan persamaan Boyle-Gay Lussac: P1 . V1 / T1 = P2 . V2 / T2 1 x 112.1 / 273 = 1 x V2 / (273 + 27) ®  V2 = 12.31 liter