Priestley, penemu oksigen, adalah seorang kerk. Scheele menjalankan usaha farmasi. Lavoisier adalah seorang penagih pajak resmi. Dalton adalah guru di sekolah swasta. Mereka semua mempunyai uang dari kantong sendiri untuk mengerjakan risetnya. Davy dan Faraday adalah kekecualian, keduanya dipekerjakan oleh Royal Institution. Saat itu hanya di institusi inilah di Inggris orang dapat memperoleh bayaran untuk pekerjaan di bidang kimia. Training kimia secara sistematis dimulai di Giesen University, Jerman. Di sinilah kimiawan Jerman Justus von Liebig (1803-1873) membuat kurikulum baru pertama untuk kimiawan dengan mengkombinasikan kuliah dan percobaan yang dilakukan oleh para siswanya sendiri, dengan demikian membuat kurikulum pendidikan kimia. Ia mengajar dan mentraining sejumlah besar kimiawan yang baik, dan banyak di antaranya masuk ke industri kimia. Dengan demikian kimiawan menjadi suatu profesi.
e. Satuan Massa Atom (sma)
Standar massa atom dalam sistem Dalton adalah massa atom hidrogen ¹H, sedangkan standar massa atom dalam SI yang ditetapkan adalah 1/12 massa atom ¹²C. Nilai ini disebut dengan satuan massa atom (sma) yang nilainya sama dengan 1,6605402 x 10⁻²⁷ kg, D (Dalton) digunakan sebagai simbolnya. Massa atom didefinisikan sebagai rasio rata-rata sma unsur dengan distribusi isotop alaminya dengan 1/12 sma ¹²C.
d. Kuantitas Materi dan Mol
Metode kuantitatif yang paling cocok untuk mengungkapkan jumlah materi adalah menentukan jumlah partikel seperti atom atau molekul yang menyusun materi. Namun, untuk menghitung partikel atom atau molekul yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat tentu sangat sukar. Untuk dapat menghitung jumlah partikel secara langsung, kita dapat menggunakan massa sejumlah tertentu partikel. Kemudian, bagaimana sejumlah tertentu bilangan dipilih? Untuk menyingkat cerita, jumlah partikel dalam 22,4 L gas pada STP (0℃, 1atm) dipilih sebagai jumlah standar. Bilangan ini disebut dengan bilangan Avogadro. Nama bilangan Loschmidt juga diusulkan untuk menghormati kimiawan Austria Joseph Loschmidt (1821-1895) yang pertama kali melakukan percobaan (1865).
Sejak tahun 1962, menurut SI (Systeme Internationale) diputuskan bahwa dalam dunia kimia, mol digunakan sebagai satuan jumlah materi. Bilangan Avogadro didefinisikan sebagai jumlah atom karbon dalam 12 g unsur 126C dan dinamakan ulang dengan nama "konstanta Avogadro". Ada beberapa definisi istilah untuk “mol”. Definisi “mol”
- Jumlah materi yang mengandung sejumlah partikel yang terkandung dalam 12 g atom 12C.
- Satu mol materi yang mengandung sejumlah konstanta Avogadro partikel.
- Sejumlah materi yang mengandung 6,022 x 1023 partikel.
c. Massa Molekul dan Massa Rumus
Setiap senyawa didefinisikan oleh rumus kimia yang mengindikasikan jenis dan jumlah atom yang menyusun senyawa tersebut. Massa rumus (atau massa rumus kimia) didefinisikan sebagai jumlah massa atom berdasarkan jenis dan jumlah atom yang terdefinisi dalam rumus kimianya. Rumus kimia molekul disebut rumus molekul, dan massa rumus kimianya disebut dengan massa molekul. (Tidak mungkin mendefinisikan molekul untuk senyawa seperti natrium klorida. Massa rumus untuk NaCl digunakan sebagai ganti massa molekul). Misalkan, rumus molekul karbon dioksida adalah CO2, dan massa molekulnya adalah 12 +(2x 6) = 44. Seperti pada massa atom, baik massa rumus dan massa molekul tidak harus bilangan bulat. Misalnya, massa molekul hidrogen klorida (HCl) adalah 36,5. Bahkan bila jenis dan jumlah atom yang menyusun molekul identik, dua molekul mungkin memiliki massa molekul yang berbeda bila ada isostop berbeda yang terlibat.
Latihan Soal 1.3 Massa molekul senyawa yang mengandung isotop.
Hitung massa molekul air H2O dan air berat D2O (2H2O) dalam bilangan bulat.
Jawab.
Massa molekul H2O = (1 x 2) + 16 = 18, massa molekul D2O = (2 x 2) + 16 = 20. Perbedaan massa molekul H2O dan D2O sangat substansial, dan perbedaan sifat fisika dan sifat kimia antara kedua jenis senyawa ini tidak dapat diabaikan. H2O lebih mudah dielektrolisis daripada D2O. Jadi, sisa air setelah elektrolisis cenderung mengandung lebih banyak D2O daripada dalam air alami.
b. Massa Atom Relatif dan Massa Atom
Dalton mengenali bahwa penting untuk menentukan massa setiap atom karena massanya bervariasi untuk setiap jenis atom. Atom sangat kecil sehingga tidak mungkin menentukan massa satu atom. Maka ia memfokuskan pada nilai relatif massa dan membuat tabel massa atom (gambar 1.3) untuk pertamakalinya dalam sejarah manusia. Dalam tabelnya, massa unsur teringan, hidrogen ditetapkannya bermassa satu sebagai standar (H = 1). Massa atom adalah nilai relatif, artinya suatu rasio tanpa dimensi. Walaupun beberapa massa atomnya berbeda dengan nilai modern, sebagian besar nilai-nilai yang diusulkannya dalam rentang kecocokan dengan nilai saat ini. Hal ini menunjukkan bahwa ide dan percobaannya benar.
Gambar 1.3 Tabel Dalton yang mendaftarkan simbol dan massa atom unsur. Tabel ini dibuat tahun 1807, dan kini menjadi salah satu koleksi The Science Museum di London.
Kemudian kimiawan Swedia Jons Jakob Baron Berzelius (1779-1848) menentukan massa atom dengan oksigen sebagai standar (O = 100). Karena Berzelius mendapatkan nilai ini berdasarkan analisis oksida, ia mempunyai alasan yang jelas untuk memilih oksigen sebagai standar. Namun, standar hidrogen jelas lebih unggul dalam hal kesederhanaannya. Kini, setelah banyak diskusi dan modifikasi, standar karbon digunakan. Dalam metoda ini, massa karbon 12C dengan 6 proton dan 6 neutron didefinisikan sebagai 12,0000. Massa atom dari suatu atom adalah massa relatif pada standar ini. Walaupun karbon telah dinyatakan sebagai standar, sebenarnya cara ini dapat dianggap sebagai standar hidrogen yang dimodifikasi.
Soal Latihan 1.1 Perubahan massa atom disebabkan perubahan standar.
Hitung massa atom hidrogen dan karbon menurut standar Berzelius (O = 100). Jawablah dengan menggunakan satu tempat desimal.
Jawab.
Massa atom hidrogen = 1 x (100/16) = 6,25 (6,3)
Massa atom karbon = 12 x (100/16)=75,0
Massa atom hampir semua unsur sangat dekat dengan bilangan bulat, yakni kelipatan bulat massa atom hidrogen. Hal ini merupakan kosekuensi alami fakta bahwa massa atom hidrogen sama dengan massa proton, yang selanjutnya hampir sama dengan massa neutron, dan massa elektron sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Namun, sebagian besar unsur yang ada secara alami adalah campuran beberapa isotop, dan massa atom bergantung pada distribusi isotop. Misalnya, massa atom hidrogen dan oksigen adalah 1,00704 dan 15,9994. Massa atom oksigen sangat dekat dengan nilai 16 agak sedikit lebih kecil.
Latihan Soal 1.2 Perhitungan massa atom.
Hitung massa atom magnesium dengan menggunakan distribusi isotop berikut: 24Mg: 78,70%; 25Mg: 10,13%, 26Mg: 11,17%.
Jawab:
0,7870 x 24 + 0,1013 x 25 +0,1117 x 26 = 18,89+2,533+2,904 = 24,327(sma)
Massa atom Mg = 18,89 + 2,533 + 2,904 =24,327 (sma).
Perbedaan kecil dari massa atom yang ditemukan di tabel periodik (24,305) hasil dari perbedaan cara dalam membulatkan angkanya.
a. Tahap Awal Stoikiometri
Pada awal sejarah kimia, aspek kuantitatif perubahan kimia, yakni stoikiometri reaksi kimia, tidak mendapat banyak perhatian. Bahkan saat perhatian telah diberikan, teknik dan alat percobaan tidak atau belum menghasilkan hasil yang benar.
Salah satu contohnya melibatkan teori flogiston. Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat terbakar (dari zat yang terbakar). Zat ini yang kemudian disebut ”flogiston”. Berdasarkan teori ini, mereka mendefinisikan pembakaran sebagai pelepasan flogiston dari zat terbakar. Perubahan massa kayu bila terbakar sesuai dengan baik dengan teori ini. Namun, perubahan massa logam ketika dikalsinasi tidak sesuai dengan teori ini. Walaupun demikian flogistonis menerima bahwa kedua proses tersebut pada dasarnya identik. Peningkatan massa logam terkalsinasi adalah merupakan fakta. Flogistonis berusaha menjelaskan anomali ini dengan menyatakan bahwa flogiston bermassa negatif.
Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa, dan memberikan dasar konsep ekuivalen dengan percobaannya yang akurat dan kreatif. Jadi, stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi metodologi dasar kimia. Semua hukum-hukum dasar kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan pada stoikiometri. Hukum-hukum dasar kimia ini merupakan dasar teori atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.
Salah satu contohnya melibatkan teori flogiston. Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat terbakar (dari zat yang terbakar). Zat ini yang kemudian disebut ”flogiston”. Berdasarkan teori ini, mereka mendefinisikan pembakaran sebagai pelepasan flogiston dari zat terbakar. Perubahan massa kayu bila terbakar sesuai dengan baik dengan teori ini. Namun, perubahan massa logam ketika dikalsinasi tidak sesuai dengan teori ini. Walaupun demikian flogistonis menerima bahwa kedua proses tersebut pada dasarnya identik. Peningkatan massa logam terkalsinasi adalah merupakan fakta. Flogistonis berusaha menjelaskan anomali ini dengan menyatakan bahwa flogiston bermassa negatif.
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 berkembang. Helmont mengenali pentingnya stoikiometri, dan jelas mendahului zamannya.
Pada 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 menetralkannya. Pengetahuan yang tepat tentang ekuivalen sangat penting untuk menghasilkan sabun dan serbuk mesiu yang baik. Jadi, pengetahuan seperti ini sangat penting secara praktis.
Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa, dan memberikan dasar konsep ekuivalen dengan percobaannya yang akurat dan kreatif. Jadi, stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi metodologi dasar kimia. Semua hukum-hukum dasar kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan pada stoikiometri. Hukum-hukum dasar kimia ini merupakan dasar teori atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.
1.3 Tahap Awal Stoikiometri
Pada awal sejarah kimia, aspek kuantitatif perubahan kimia, yakni stoikiometri reaksi kimia, tidak mendapat banyak perhatian. Bahkan saat perhatian telah diberikan, teknik dan alat percobaan tidak atau belum menghasilkan hasil yang benar.
Salah satu contohnya melibatkan teori flogiston. Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat terbakar (dari zat yang terbakar). Helmont mengenali pentingnya stoikiometri, dan jelas mendahului zamannya.
Pada 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 menetralkannya.
Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa, dan memberikan dasar konsep ekuivalen dengan percobaannya yang akurat dan kreatif. Jadi, stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi metodologi dasar kimia. Semua hukum-hukum dasar kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan pada stoikiometri. Hukum-hukum dasar kimia ini merupakan dasar teori atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.
