Aplikasi Stoikiometri

Asas-asas stoikiometri yang telah dikemukakan di awal dapat digunakan untuk menyelesaikan soal-soal perhitungan kimia. Perhitungan kimia yang dimaksud antara lain tentang perhitungan massa pereaksi yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah massa produk, pereaksi pembatas, pengubahan mol zat ke massa zat tersebut, dan sebaliknya.

A. Pengubahan Mol ke Gram atau sebaliknya.

Dalam ilmu kimia, mol adalah satuan pengukuran jumlah yang standar. Ketika kita mereaksikan zat-zat tertentu, zat-zat tersebut bereaksi dengan perbandingan mol yang bulat dan sederhana, tetapi kita tidak bisa mengukur jumlah zat-zat  tersebut secara langsung dengan neraca karena neraca hanya bisa dibaca dalam satuan massa, neraca  tidak dapat dibaca dalam satuan kimia yaitu mol.

Masalahnya adalah kita membandingkan jumlah satu zat dengan zat lainnya dengan menggunakan satuan kimia yaitu mol, sementara untuk bekerja di laboratorium kita tidak bisa menggunakan mol melainkan dengan satuan massa yaitu gram. Bagaimana cara mengatasi masalah tersebut? Caranya adalah kita harus mengubah mol ke gram.

Sesuai definisi massa molar unsur atau senyawa, dimana 1 mol unsur atau senyawa akan diperoleh jika kita menimbang unsur atau senyawa tersebut sebesar massa atom relatif atau massa rumus relatifnya dalam gram. Oleh karena itu, kita memerlukan data massa molar zat tersebut untuk bisa mengubah mol zat tersebut ke gram. Begitupun sebaliknya jika kita harus menghitung jumlah mol dari gram suatu zat kita juga dapat menggunakan data massa molar.

Hubungan mol ke gram atau sebaliknya dapat dirumuskan sebagai berikut :

Mol = gram/Mr      atau     gram = mol x Mr

Contoh soal :

1.    Tentukan jumlah zat (dalam mol) yang terkandung dalam 1,8 gram H₂O (Ar H=1; O=16;)

Penyelesaian:

Diketahui: massa H₂O = 1,8 gram,   Ar H = 1, Ar O = 16 

Ditanyakan:  mol H₂O = ....? 

Jawab:          
Mr H₂O           = Ar.H + Ar.H + Ar.O                                                 
1 + 1 + 16 = 18                         

Mol H₂O    =   gram / Mr      

1,8 / 18 

0,1 mol

2.  Tentukan massa (dalam gram) dari 4 mol HCl (Mr=36,5)?

Penyelesaian:

Diketahui: mol HCl = 4, Mr HCl = 36,5 

Ditanyakan: massa HCl = ... Gram?

Jawab:  
massa HCl    = mol HCl x Mr HCl

=  4 x 36,5

= 146 gram

B. Pengubahan Massa ke jumlah Partikel.

Adakalanya kita juga perlu mengetahui jumlah partikel suatu sampel unsur yang ditimbang. Untuk mengubah satuan massa suatu zat ke jumlah partikelnya kita dapat menggunakan definisi SI mengenai mol.

Satu mol suatu zat mengandung  6,022x10²³  jumlah partikel zat itu.

Jumlah partikel tersebut akan diperoleh jika massa zat tersebut sama dengan massa atom relatif  (jika zat tersebut merupakan unsur) dan massa rumus relatif (jika zat tersebut merupakan molekul atau pasangan ion). Dengan demikian kita dapat mengubah satuan massa suatu sampel zat ke jumlah partikel zat tersebut. 

Contoh soal:

1. Berapa jumlah atom dalam sampel Uranium dengan massa 1 g?

Penyelesaian :

Karena massa atom Uranium = 238,03

1 mol U 238,03 g U   = 6,022. 10²³ atom U

Maka 1 gram U         = 6,022. 10²³ / 238,03

2,53. 10²⁵ atom U 

C. Rumus Empiris dan Rumus Molekul

Rumus empiris senyawa dapat ditentukan berdasarkan persentase massa unsur-unsur yang membentuk senyawa.

Contoh soal empiris:

Senyawa mengandung  64,8 g natrium, 45,2 g belerang dan 90 g oksigen. Jika diketahui Ar.N = 23, Ar.S = 32, dan Ar.O = 16. Maka tentukan rumus empiris senyawa tersebut?

Penyelesaian

mol Na : mol S : mol O

64,8/23 : 45,2/32 : 90/16

2,8 : 1,4 : 5,6

2 : 1 : 4

Jadi rumus empiris senyawa tersebut adalah Na₂SO₄

Rumus Molekul menggambarkan jumlah atom sebenarnya dari tiap unsur dalam molekul suatu nyawa. Rumus molekul merupakan kelipatan bulat (kelipatan satu, dua, tiga dst) dari rumus empiris

Contoh soal Molekul

Tentukan rumus molekul yang dimiliki senyawa dengan rumus empiris CH, jika diketahui Mr senyawa tersebut adalah 78, Ar C=12 dan Ar H=1?

 Jawab :        Mr senyawa = (CH)n

                     78 = (12+1)n

78 = 13n

n = 78 / 13

n = 6

jadi rumus molekul yang dimiliki senyawa tersebut adalah (CH)n = C₆H_6.

D. Perhitungan Mol Zat-zat dalam Persamaan Kimia

Mol zat-zat dalam suatu persamaan kimia dapat dihitung berdasarkan kesetaraan stoikiometrinya. Dengan demikian, kita dapat memperkirakan berapa mol produk yang akan dihasilkan dari sejumlah tertentu mol pereaksi yang digunakan.

Contoh soal:

Bila kita memiliki 2 mol Nitrogen (N₂) direaksikan dengan Hidrogen (H₂) secukupnya, berapa mol  Amonia (NH₃) akan dihasilkan?

Diketahui persamaan kimia     N₂ + 3H₂ → 2 NH₃

Pertanyaan tersebut dapat dinyatakan kembali sebagai berikut:

            2 mol N₂ ~ ? mol NH₃

kesetaraan mol secara stoikiometri:

1 mol N₂ ~ 2 mol NH₃

1 mol molekul N₂ = 2 mol molekul NH₃
Maka    2 mol N₂ = 4 mol molekul NH₃

jadi 2 mol N₂      = 4 mol NH₃

E. Perhitungan Massa Zat-zat Dalam Persamaan Kimia

Perhitungan massa zat yang terlibat dalam reaksi kimia merupakan salah satu pertanyaan yang dihadapi oleh para ahli kimia di laboratorium. Jika kita memiliki sejumlah gram tertentu pereaksi A, berapakah gram pereaksi B yang harus direaksikan dan berapa gram produk yang akan dihasilkan?

Jawaban pertanyaan tersebut dapat digambarkan dalam diagram alur penyelesaian soal sebagai berikut:
Mol zat  =  Massa zat  x  Mr atau Ar
Massa zat  =  mol zat /  Mr atau Ar

Contoh soal

Berapa gram Klor (Cl₂) dapat dibuat dari penguraian 64 gram Emas(III) Klorida (AuCl₃), dimana Ar Au=197, Ar Cl=35,5 dengan persamaan kimia: 2 AuCl₃ →2 Au + 3 Cl₂

Penyelesaian

1 mol AuCl_{3 ~}  303,5 gram AuCl₃

64 g AuCl₃   x  (1 mol AuCl₃   / 303,5 g AuCl₃ )     = 0,21 mol AuCl₃  

Koefisien dalam persamaan reaksi menunjukkan ekivalensi stoikiometri antara AuCl₃ dan Cl₂, yaitu   2 mol AuCl₃ ~ 3 mol Cl₂ maka 0,21 mol AuCl₃ setara dengan 3/2 x 0,21 mol = 0,315 mol Cl₂.

Jika rumus massa molekul Cl₂  adalah 71, maka perhitungannya adalah sebagai berikut:             

                0,315 mol Cl₂ x (71 g Cl₂ / 1 mol Cl₂ ) = 22,365 g Cl₂