Hukum-hukum Dasar Kimia
A. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
Perhatikan reaksi pembakaran kertas. Sepintas lalu dapat kita lihat
bahwa massa abu hasil pembakaran lebih kecil daripada massa kertas yang
dibakar. Apakah pembakaran kertas disertai pengurangan massa?
Antoine Laurent Lavoisier telah menyelidiki massa zat-zat sebelum dan
sesudah reaksi. Lavoisier menimbang zat sebelum bereaksi, kemudian
menimbang hasil reaksinya. Ternyata massa zat sebelum dan sesudah reaksi
selalu sama. Lavoisier menyimpulkan hasil penemuannya dalam suatu hukum
yang disebut
hukum kekekalan massa: “Dalam sistem tertutup,
massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama“. Perubahan materi yang
kita amati dalam kehidupan sehari-hari umumnya berlangsung dalam wadah
terbuka. Jika hasil reaksi ada yang berupa gas (seperti pada pembakaran
kertas), maka massa zat yang tertinggal menjadi lebih kecil daripada
massa semula. Sebaliknya, jika reaksi mengikat sesuatu dari
lingkungannya (misalnya oksigen), maka hasil reaksi akan lebih besar
daripada massa semula. Misalnya, reaksi perkaratan besi (besi mengikat
oksigen dari udara) sebagai berikut. Besi yang mempunyai massa tertentu
akan bereaksi dengan sejumlah oksigen di udara membentuk senyawa baru
besi oksida
(Fe
2O
3(s)) yang massanya sama dengan massa besi dan oksigen mula-mula.
Fe
(s) + O
2(g) -> Fe
2O
3(s)
Gambar 3.2 Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794)
dari Perancis. Dia adalah “Bapak Kimia Modern”. Dia menekankan
pentingnya pengamatan kuantitatif dalam eksperimen. Sumber: Microsoft ®
Encarta ® Reference Library 2005.
B. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
Pada tahun 1799,
Joseph Louis Proust menemukan satu sifat penting dari senyawa, yang disebut
hukum perbandingan tetap.
Berdasarkan penelitian terhadap berbagai senyawa yang dilakukannya,
Proust menyimpulkan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam satu
senyawa adalah tertentu dan tetap.“ Senyawa yang sama meskipun berasal
dari daerah berbeda atau dibuat dengan cara yang berbeda ternyata
mempunyai komposisi yang sama.
Contohnya, hasil analisis terhadap garam natrium klorida dari berbagai daerah sebagai berikut.
Table 3.4 hasil Analisis terhadap garam dari berbagai daerah
Asal |
Massa Garam |
Massa Natrium |
Massa Klorida |
Massa Na : Cl |
Indramayu |
2 gram |
0,786 gram |
1,214 gram |
1 : 1,54 |
Madura |
1,5 gram |
0,59 gram |
0,91 gram |
1 : 1,54 |
Impor |
2,5 gram |
0,983 gram |
1,517 gram |
1 : 1,54 |
Sebagaimana ditunjukkan dalam perhitungan di atas, bahwa perbandingan
massa Na terhadap Cl ternyata tetap, yaitu 1 : 1,54. Jadi, senyawa
tersebut memenuhi hukum Proust
Gambar 3.3 Joseph
Louis Proust (1754 – 1826) adalah seorang ahli kimia Perancis. Ia
mendalami analisis kimia dan menjadi terkenal setelah merumuskan hukum
perbandingan tetap untuk senyawa. Sumber: Chemistry, The Molecular
Nature of Matter & Change, Martin S. Silberberg, 2000.
Table 3.5 perbandingan massa besi dan belerang pada senyawa FeS
No. |
Massa Besi (Fe) yang Direaksikan |
Massa Belerang (S) yang Direaksikan |
Massa FeS yang Terbentuk |
Perbandingan Massa Fe dan S pada FeS |
1 |
0,42 gram |
0,24 gram |
0,66 gram |
7 : 4 |
2 |
0,49 gram |
0,28 gram |
0,77 gram |
7 : 4 |
3 |
0,56 gram |
0,32 gram |
0,88 gram |
7 : 4 |
4 |
0,71 gram |
0,40 gram |
1,11 gram |
7 : 4 |
Berdasarkan data tersebut ternyata perbandingan massa besi dan
belerang pada senyawa besi sulfida (FeS) selalu tetap, yaitu 7 : 4.
Asal Massa Garam Massa Natrium Massa Klorida Massa Na : Cl
Indramayu 2 gram 0,786 gram 1,214 gram 1 : 1,54
Madura 1,5 gram 0,59 gram 0,91 gram 1 : 1,54
Impor 2,5 gram 0,983 gram 1,517 gram 1 : 1,54
No. Massa Besi (Fe) Massa Belerang (S) Massa FeS Perbandingan
Massa yang Direaksikan yang Direaksikan yang Terbentuk Fe dan S pada
FeS
1. 0,42 gram 0,24 gram 0,66 gram 7 : 4
2. 0,49 gram 0,28 gram 0,77 gram 7 : 4
3. 0,56 gram 0,32 gram 0,88 gram 7 : 4
4. 0,71 gram 0,40 gram 1,11 gram 7 : 4
Data reaksi antara hidrogen dan oksigen membentuk air, jika diketahui
perbandingan massa H : O membentuk air adalah 1 : 8 sebagai berikut:
Tabel3.6 data reaksi Antara hydrogen dan oksigen membentuk Air
No. |
Massa Hidrogen yang Direaksikan |
Massa Oksigen yang Direaksikan |
Massa Air yang Terbentuk |
Massa Pereaksi yang Tersisa |
1 |
1 gram |
8 gram |
9 gram |
- |
2 |
2 gram |
16 gram |
18 gram |
- |
3 |
1 gram |
9 gram |
9 gram |
1 gram oksigen |
4 |
5 gram |
24 gram |
27 gram |
2 gram hidrogen |
5 |
10 gram |
10 gram |
11,25 gram |
8,75 gram hidrogen |
C. Hukum Kelipatan Perbandingan (Hukum Dalton)
Hukum Proust dikembangkan lebih lanjut oleh para ilmuwan untuk unsure
unsure yang dapat membentuk lebih dari satu jenis senyawa. Salah
seorang di antaranya adalah
John Dalton (1766 – 1844).
Dalton mengamati adanya suatu keteraturan yang terkait dengan
perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa. Untuk memahami hal
ini, perhatikan tabel hasil percobaan reaksi antara nitrogen dengan
oksigen berikut.
Tabel 3.7 Reaksi Antara nitrogen dan Oksigoen
Jenis Senyawa |
Massa Nitrogen Yang Direaksikan |
Massa Oksigen Yang Direaksikan |
Massa SenyawaYang Terbentuk |
Nitrogen monoksida |
0,875 gram |
1,00 gram |
1,875 gram |
Nitrogen dioksida |
1,75 gram |
1,00 gram |
2,75 gram |
Dengan massa oksigen yang sama, ternyata perbandingan massa nitrogen
dalam senyawa nitrogen dioksida dan senyawa nitrogen monoksida merupakan
bilangan bulat dan sederhana.
Massa Nitrogen dalam senyawa nitrogen dioksida/Massa Nitrogen dalam senyawa nitrogen monoksida
= 1,75 gram/ 0,87 gram
=2/1
Berdasarkan hasil percobaannya, Dalton merumuskan
hukum kelipatan perbandingan (hukum Dalton) yang
berbunyi:”Jika dua jenis unsur bergabung membentuk lebih dari satu
senyawa, dan jika massa-massa salah satu unsur dalam senyawa-senyawa
tersebut sama, sedangkan massa-massa unsur lainnya berbeda, maka
perbandingan massa unsur lainnya dalam senyawa-senyawa tersebut
merupakan bilangan bulat dan sederhana. ”
Gambar 3.4 John Dalton (1766 – 1844) adalah ilmuwan Inggris. Sumber: Microsoft ® Encarta ® Reference Library 2005
D. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)
Pada awalnya para ilmuwan menemukan bahwa gas hidrogen dapat bereaksi
dengan gas oksigen membentuk air. Perbandingan volume gas hydrogen dan
oksigen dalam reaksi tersebut adalah tetap, yaitu 2 : 1. Pada tahun
1808,
Joseph Louis Gay Lussac melakukan percobaan
serupa dengan menggunakan berbagai macam gas. Ia menemukan bahwa
perbandingan volume gas-gas dalam reaksi selalu merupakan bilangan bulat
sederhana.
2 volume gas hidrogen + 1 volume gas oksigen -> 2 volume uap air
1 volume gas nitrogen + 3 volume gas hidrogen -> 2 volume gas Ammonia
1 volume gas hidrogen + 1 volume gas klorin -> 2 volume gas hidrogen klorida
Percobaan-percobaan Gay Lussac tersebut dapat kita nyatakan dalam persamaan
reaksi sebagai berikut.
2 H2
(g) + O2
(g) -> 2 H2O
(l)
N2
(g) + 3 H2
(g) -> 2 NH3
(g)
H2
(g) + Cl2
(g) -> 2 HCl
(g)
Dari percobaan ini, Gay Lussac merumuskan
hukum perbandingan volume (
hukum Gay Lussac):
“Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas gas yang bereaksi dan
volume gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat
sederhana.“ Hukum perbandingan volume dari Gay
Lussac dapat kita nyatakan sebagai berikut. “Perbandingan volume gas-gas sesuai dengan
koefisien masing-masing gas.” Untuk dua buah gas (misalnya gas
A dan gas
B) yang tercantum dalam satu persamaan reaksi, berlaku hubungan:
Volume
A / Volume
B = koefisien
A / koefisien
B
Volume
A=koefisien
A / koefisien
B ×volume
B
Gambar 3.5. Joseph Louis Gay Lussac (1778 – 1850)
dari Perancis hidup pada masa revolusi Perancis sekaligus masa revolusi
ilmu kimia. Sumber: Microsoft ® Encarta ® Reference Library 2005
E. Hipotesis Avogadro
Mengapa perbandingan volume gas-gas dalam suatu reaksi merupakan
bilangan sederhana? banyak ahli termasuk Dalton dan Gay Lussac gagal
menjelaskan hokum perbandingan volume yang ditemukan oleh Gay Lussac.
Ketidakmampuan Dalton karena ia menganggap partikel unsur selalu berupa
atom tunggal (monoatomik). Pada tahun 1811,
Amedeo Avogadro menjelaskan
percobaan Gay Lussac. Menurut Avogadro, partikel unsure tidak selalu
berupa atom tunggal (monoatomik), tetapi berupa 2 atom (diatomik) atau
lebih (poliatomik). Avogadro menyebutkan partikel tersebut sebagai
molekul.
Gay Lussac:
2 volume gas hidrogen + 1 volume gas oksigen -> 2 volume uap air
Avogadro:
2 molekul gas hidrogen + 1 molekul gas oksigen -> 2 molekul uap air
Dari sini Avogadro mengajukan hipotesisnya yang dikenal
hipotesis Avogadro yang berbunyi:
“Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama
akan mengandung jumlah molekul yang sama pula.” Jadi, perbandingan
volume gas-gas itu juga merupakan perbandingan jumlah molekul yang
terlibat dalam reaksi. Dengan kata lain perbandingan volume
gas-gas yang bereaksi sama dengan koefisien reaksinya (Martin S.
Silberberg, 2000). Marilah kita lihat bagaimana hipotesis Avogadro dapat
menjelaskan hukum perbandingan volume dan sekaligus dapat menentukan
rumus molekul berbagai unsur dan senyawa.
Gambar 3.6 Amedeo Avogadro (1776–1857) berasal dari Italia. Sumber: Microsoft ® Encarta ® Reference Library 2005.