Stoikiometri (Resume)

Tahap Awal Stoikiometri

Istilah stoikiometri berasal dari bahasa yunani, yaitu dari kata stoicheion yang berarti unsure, dan metron yang artinya mengukur. Jadi, stoikiometri berarti perhitungan kimia. stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi metodologi dasar kimia. Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat etrbakar (dari zat yang terbakar). Zat ini yang kemudian disebut ”flogiston”. Berdasarkan teori ini, mereka mendefinisikan pembakaran sebagai pelepasan flogiston dari zat terbakar.

Filsuf dari Flanders Jan Baptista van Helmont (1579-1644) melakukan percobaan “willow” yang terkenal. Ia menumbuhkan bibit willow setelah mengukur massa pot bunga dan tanahnya. Karena tidak ada perubahan massa pot bunga dan tanah saat benihnya tumbuh, ia menganggap bahwa massa yang didapatkan hanya karena air yang masuk ke bijih. Ia menyimpulkan bahwa “akar semua materi adalah air”. Berdasarkan pandangan saat ini, hipotesis dan percobaannya jauh dari sempurna, tetapi teorinya adalah contoh yang baik dari sikap aspek kimia kuantitatif yang sedang tumbuh. Helmont mengenali pentingnya stoikiometri, dan jelas mendahului zamannya.

Di akhir abad 18, kimiawan Jerman Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) menemukan konsep ekuivalen (dalam istilah kimia modern ekuivalen kimia) dengan pengamatan teliti reaksi asam/basa, yakni hubungan kuantitatif antara asam dan basa dalam reaksi netralisasi. Ekuivalen Richter, atau yang sekarang disebut ekuivalen kimia, mengindikasikan sejumlah tertentu materi dalam reaksi. Satu ekuivalen dalam netralisasi berkaitan dengan hubungan antara sejumlah asam dan sejumlah basa untuk mentralkannya. Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa, dan memberikan dasar konsepn ekuivalen.

Semua hukum fundamental kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan stoikiometri. Hukum-hukum fundamental ini merupakan dasar teori atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.

Massa Atom Relatif & Massa Molekul Relatif

            Massa Atom Relatif (Ar) suatu unsure dan Massa Molekul Relatif (Mr) suatu senyawa didasarkan pada massa atom isotop C-12, hal ini didasarkan karena isotop C-12 adalah isotop yang paling stabil. Ar dan Mr dirumuskan sebagai berikut :

Ar X =                             Mr XY =

            Sejalan dengan perkembangan alat spectrometer massa, Ar suatu unsure ditentukan berdasarkan pada massa atom isotop unsure tersebut dan kelimpahannya di alam, maka Ar suatu unsure dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :

*keterangan :                m1 = massa atom isotop 1 ; m2 = massa atom isotop 2; dst

                                     A1 = kelimpahan isotop 1 (dalam %); A2 = kelimpahan isotop 2; dst

Sedangkan untuk penentuan M1, pada saat ini didasarkan pada Ar unsure-unsur penyusunnya. Dengan demikian Mr suatu senyawa adalah jumlah total dari Ar unsure-unsur penyusunnya.

Konsep Mol

Mol adalah satuanjumlah seperti halnya lusin. Bila 1 lusin sama dengan 12 buah maka 1 mol sama dengan 6,02 x 10²³ selanjutnya disebut bilangan Avogadro dan diberi lambing L . Mol dapat pula dihubungkan dengan massa (gram).

*Mol =                          => Jumlah Partikel = Mol x 6,02 x 10²³

*Mol =                      => gram = Mol x Ar atau Mr

*Mol =  =

Hukum-Hukum Kekekalan Massa & Hukum Perbandingan Tetap

1.      Hukum Kekekalan Maasa

Dikemukakan oleh Antonie Laurent Lavoisier (1770), “Massa zat-zat sebelum dan sesudah reaksi tidak berubah”.

2.      Hukum Perbandingan Tetap

Dikemukakan oleh Joseph Louis Proust (1799), “Massa unsure-unsur yang membentuk suatu senyawa perbandingan massanya selalu tetap”. Salah satu kegunaan Hukmu Peerbandingan Tetap adalah untuk menentukan massa atau persentase unsure dalam senyawa. Misalnya dalam senyawa A_yB_z .

·         Massa A =

·         %B =  

Rumus Kimia

Rumus Empiris : Rumus yang menyatakan perbandingan terkecil atom-atom unsure yang menyusun suatu senyawa.

·         Cara menentukan Rumus Empiris :

-          Cari gram atau persen unsure-unsur penyusun senyawa.

-          Ar masing-masing, sehingga diperoleh perbandingan terkecil.

Rumus Molekul : Rumus yang menyatakan atom-atom unsure yang menyusun suatu molekul senyawa.

·         Untuk menentukan Rumus Molekul Senyawa, terlebih dahulu harus ditentukan :

-          Rumus Empiris Senyawa

-          Massa Molekul Relatif (Mr) Senyawa.

Penemuan Elektron (Resume)

Penemuan Elektron

Elektron ditemukan oleh Joseph John Thomson pada tahun 1900. Penemuan electron berkaitan dengan percobaan-Percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa. Pada tahun 1821, Sir Humphry Dary, seorang ahli fisika dari inggris, menemukan bahwa gas menjadi penghantar yang lebih baik pada tekanan rendah, dengan percobaan tabung hampa(pengawanmuatan/discharge tube).

Dalam percobaan dengan menggunakan tabung pengawanmuatan atau tabung sinar katode, bahwa ketika tekanan gas pada tabung tersebut dikurangi, telah terjadinya perependaran di daerah depan katode sehingga menimbulkan pemancaran cahaya yang disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju anode, dan radiasi itu disebut sinar katode. Percobaan selajutnya menunjukkan bahwa sinar katode merupakan radiasi partikel yang bermuatan listrik negative.

Dari gambar-gambar diatas kita dapat mengetahui sifat-sifat sinar katode sebagai berikut :

(a). sinar katode merambat denganlurus dari permukaan katode menuju anode

(b). sinar katode dapat memutar kincir menunjukkan bahwa sinar katode merupakan radiasi partikel

(c). sinar katode dibelokkan ke kutub positif menunjukkan bahwa partikel sinar katode bermuatan listrik negative.

            Pada tahun 1897, berdasarkan besarnya simpangan sinar katode dalam medan listrik, J.J. Thomson menentukan nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dari partikel sinar katode sebesar 1,76 x 10⁸ C g^-1.

e/m = 1,76 x 10⁸ C g^-1

Selanjutnya, Thomson menemukan bahwa partikel sinar katode, yyang kemudian dinamakan electron, tidak bergantung pada jenis electrode maupun jenis gas dalam tabung. Dan beliau menyimpulkan bahwa electron merupakan partikel dasar penyusun atom.

Latihan Kimia Struktur Atom (resume)

Latihan Kimia Struktur Atom

 Konfigurasi elektron atom

1). Umumnya energi orbital atom poli-elektron meningkat dengan urutan 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p. Tentukan konfigurasi elektron ²⁶Fe, ⁴⁰Zr, ⁵²Te di keadaan dasarnya. Bila Anda tidak dapat menyelesaikan soal ini, kembali kerjakan soal ini setelah menyelesaikan Bab 5.

2.6 Jawab:

²⁶Fe; (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)⁶(4s)²

⁴⁰Zr; (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)¹⁰(4s)²(4p)⁶(4d)²(5s)²

⁵²Te; (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)¹⁰(4s)²(4p)⁶(4d)¹⁰(5s)²(5p)⁴

2). Diagram Orbital yang paling tepat untuk electron terakhir dari unsur adalah….(No. Atom Ne = 10 ; Ar = 18

* Jawab : Konfigurasi untuk unsure  : [Ne] 3S²  ; dengan demikian diagram orbitalnya adalah [Ne]

3). Konfigurasi Elektron dari unsure dengan No. Atom 29 adalah…..

*Jawab : Konfigurasi unsure ₂₉X : [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ ; karena subkulit d cenderung  penuh atau setengah penuh, sehingga struktur s²d⁴ dan s²d⁹ tidak stabil dan cenderung berubah menjadi s¹d⁵ dan s¹d¹⁰.

Bilangan Kuantum

1)      Bilangan kuantum dari elktron terakhir suatu atom unsure dengan nomor atom 40 adalah….

*Jawab : konfigurasi electron ₄₀X : ₃₆[Kr] 5s² 4d² , electron terakhir pada unsure tersebut adalah 4d², yang mempunyai bilangan kuantum : n = 4 ; l =2 ; m = -1 ;s = ±1/2

Teori Bohr

Hitung energi yang diserap oleh elektron yang tereksitasi dari (n= 1) ke (n = 3). Tentukan panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang berkaitan. Teori Bohr mengasumsikan energi elektron atom hidrogen adalah -2,718 x 10^–18/n² (J)

*Jawab: Energinya dapat dihitung dengan persamaan (2.9).

Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang elektromagnetik ν= c/λ. Jadi E = hc/λ, panjang gelombang dapat diperoleh sebagai berikut:

Teori Bohr

Hitung jumlah energi yang diperlukan untuk memindahkan elektron dari atom hidrogen yang dieksitasi dari (n=2)?

*Jawab:

Persamaan De Broglie

Hitung panjang gelombang yang berkaitan dengan elektron (m= 9,11 x 10^-31 kg) yang bergerak dengan kecepatan 5,31x 10⁶ m s^-1.

*Jawab

Potensial kotak satu dimensi

Elektron dijebak dalam kotak satu dimensi dengan lebar 0,3 nm. Tentukan tingkat energinya. Hitung frekuensi dan panjang gelombang bila elektron berpindah dari (n = 2) ke (n = 1).

*Jawab:

Frekuensi dan panjang gelombang elektronnya adalah:

Prinsip ketidakpastian

Posisi elektron dalam atom akan ditentukan dengan ketepatan sampai 0,02 nm. Perkirakan ketidakpastian yang berkaitan dengan kecepatan elektronnya

*Jawab:

Menarik untuk membandingkannya dengan kecepatan cahaya (3,0 x 10⁸ m s^-1).

Dasar-dasar Teori Kuantum Klasik (Resume)

Dasar-dasar Teori Kuantum Klasik

Spektrum atom

Bila logam atau senyawanya dipanaskan di pembakar, warna khas logam akan muncul. Ini yang dikenal dengan reaksi nyala. Bila warna ini dipisahkan dengan prisma, beberapa garis spektra akan muncul, dan panjang gelombang setiap garis khas untuk logam yang digunakan.

Bila gas ada dalam tabung vakum, dan diberi beda potensial tinggi, gas akan terlucuti dan memancarkan cahaya. Pemisahan cahaya yang dihasilkan dengan prisma akan menghasilkan garisspektra garis diskontinyu. Karena panjang gelombang cahaya khas bagi atom, spektrum ini disebut dengan spektrum atom. Fisikawan Swedia Johannes Robert Rydberg (1854-1919) menemukan bahwa bilangan gelombang σ garis spektra dapat diungkapkan dengan persamaan berikut (1889).

σ = 1/ λ = R{ (1/n_i² ) -(1/n_j² ) }cm^-1 … (2.1)

Jumlah gelombang dalam satuan panjang (misalnya, per 1 cm)

n_i dan n_j bilangan positif bulat(n_i < n_j) dan R adalah tetapan khas untuk gas yang digunakan. Untuk hidrogen R bernilai 1,09678 x 10⁷m^-1. Umumnya bilangan gelombang garis spektra atom hodrogen dapat diungkapkan sebagai perbedaan dua suku R/n².

Spektrum Garis Suatu Unsur

            Neils Bohr, mengembangkan teori atom hidsrogen dengan mengandaikan bahwa momentum sudut electron adalah terkuantisasi ataudiskontinu. Jika seberkas cahaya dari sumber cahaya (missal :lampu listrik/matahari) dilewatkan melaluiprisma, maka akan diperoleh spectrum kontinu (berkesinambungan). Spectrum (pita warna) itu terdiri atas semua panjang gelombang yang ada secara kontinu (tanpa adanya putus-putus), seperti gambar di bawah ini. Spektrum kontinu dari sumber  cahaya.

            Bila suatu arus listrik bertegangan sangat tinggi melewati tabung yang diisi dengan gas hidrogem, maka akan dipancarkan suatu radiasi. Jika radiasi yang dipancarkan tersebut dilewatkan melalui suatu prisma atau kisi, maka akan diperoleh suatu spectrum diskontinu atau garis. Spectrum itu hanya mengandung beberapa garis warna secara terputus-putus. Spektrum garis dari gas hidrogen

            Zat yang diselidiki spektrumnya diuapkan pada suhu tinggi, kemudian diletakkan diantara dua electrode grafit dan diberi listrik bertegangan tinggi.

Konsep Model Atom Bohr

Dengan menggunakan teori kuantum dari Max Planck, Neils Bohr menyatakan bahwa spectrum garis dihasilkan dari radiasi elektromagnetik (partikel gelombang). Tahun 1900, Max Planck mwngatakan bahwa radiasi elktromagnetik bersifat diskontinu. Tahun 1905, Enstein menguatkan kuantisasi energi radiasi tsb dengan menerapkannya pada efek fotolistik. Selanjutnya Planck berhasil menemukan persamaan yang menyatakan bahwa setiap foton (kuanta) mempunyai energy foton yang bergantung pada frekuensi atau panjang gelombangnya.

Persamaan planck : ΔE = hν atau E = h x c/λ

Teori Atom Neils Bohr

—  Elektron dalam atom diizinkan pada keadaan stasioner tertentu. Setiap keadaan stasioner berkaitan dengan energi (lintasan) tertentu. bergerak dengan suatu momentum sudut yang merupakan kelipatan bilangan bulat h/2π, yakni

                                                mvr = n(h/2π), n = 1, 2, 3,…

—  Elektron berada secara stasioner, yaitu selama Elektron beredar mengelilingi Inti Atom, Elektron tidak memancarkan dan menyerap Energi. Dan apabila atom hidrogen mendapat radiasi (energi), maka elektron akan tereksitasi.

—  Energi Elektron berbanding terbalik dengan lintasan (kulit)  E = -R_H  x ( 1/n² )

Kelemahan Teori Atom Neils Bohr

—  Teori tersebut tidak mampu menjelaskan spektrum garis unsur poli-elektronik

—  Tidak mampu menjelaskan sifat-sifat spekterum dalam magnet

—  Tidak ada penjelasan persuasif tentang ikatan kimia yang dapat diperoleh

—  Tidak dapat menjelaskan garis-garis halus pada spektrum atom hidrogen

Kelahiran Mekanika Kuantum (Resume)

Model Atom Mekanika Kuantum (Model Atom Modern)

Menurut Planck, energi radiasi terdiri dari paket-paket energy yang disebut kuanta atau foton

Sejak saat itulah berkembang teori mekanika kuantum.

            Model atom modern merupakan revisi dari model atom Neils Bohr. Menurut model atom Bohr, electron mengitari inti atom pada tingkatan energy tertentu, tetapi menurut model atom modern tidak demikian.

            Pada tahun 1924, Louis de Broglie mengemukakan bahwa semua materi/partikel yang bergerak mempunyai cirri-ciri gelombang. Sifat gelombang suatu partikel yang bergerak mempunyai panjang gelombang, dengan rumus sebagai berikut :

λ = h/p =h/mv

*Ket =>  λ : Panjang Gelombang

             h : Tetapan Planck = 6,63 x 10^-34 J.det.

            p : Momentum

            m : Massa Partikel

            v : Kecepatan Partikel yang Bergerak

            Berdasarkan Postulat Broglie tersebut, maka electron yang bergerak mengitari inti atom juga melakukan gerak gelombang. Hal ini bertentangan dengan teori Neils Bohr. Pada tahun 1927, Werner Heisenberg mengembangkan persamaan-persamaan matematika untuk menunjukkan bahwa tidak ada metode eksperimen yang dapat dirancang untuk mengukur dengan setempak posisi maupun momentum secara cermat dari suatu objek. Untuk suatu partikel sekecil electron, kurangnya kecermatan ini secara kritis penting. Prinsip ini dikenal dengan azas ketidakpastian Heisenberg.

(∆p) x (∆x) ≥ h

*Ket =>           (∆p) : Ketidakpastian Momentum

                        (∆x) : Posisi

                        h : Tetapan Planck

Pada Tahun 1927, berdasarkan karya de Broglie, Schrodinger mengembangkan  suatu persamaan yang menghubungkan sifat-sifat gelombang yang dikaitkan dengan energy electron. Persamaan Schrodinger tersebut adalah :

*Ket =>            : Fungsi Gelombang

                        E : Energi Total

                        v : Energi Potensial

                        m : Massa Elektron

x, y, z : ketiga sumbu pada tiga dimensi

            Fungsi gelombang dilambangkan dengan  yang tidak mempunyai arti fisik. Kuadrat harga mutlak fungsi gelombang, │ │² , dikenal sebagai kerapatan peluang, yaitu menggambarkan peluang untuk menemukan electron pada suatu titik dalam ruang suatu atom. Jiika │ │² besar, maka peluang untuk menemukan electron juga besar, begitu juga sebaliknya. Kerapatan ini dikemukakan oleh Max Born (Ilmuwan Jerman). Daerah dalam ruang disekitar inti tempat peluang ditemukannya electron paling besar (│ │² besar) disebut Orbital. Jadi, berdasarkan teori atom modern, electron dari atom berbeda pada orbital.

            *Kesimpulan dasar model atom modern :

1). Electron dalam atom bersifat gelombang dan partikel, oleh Broglie (1924)

2). Asas ketidakpastian oleh Heisenberg (1927)

3). Persamaan Schrodinger (1927).

Berdasarkan ketiga hal di atas, maka model atom modern (model atom mekanika kuantum) adalah sebagai berikut :

a)      Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron. Electron-elektron mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom. Atau bisa disebut juga dengan Konsep Orbital.

b)      Dengan memadukan asas ketidakpastian dari Heisenberg dan mekanika gelombang dari Broglie, Erwin Schrodinger merumuskan konsep Orbital, yaitu : “Orbital adalah suatu ruang di sekitar inti tempat peluang electron dapat ditemukan”.

c)      Kedudukan electron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.