Latihan 1 Lahirnya Teori Atom

1. Isotop.

Karbon alami adalah campuran dua isotop, 98,90(3)% ¹²C dan 1,10(3)% ¹³C. Hitung massa atom karbon.

Jawab:

Massa atom karbon = 12 x 0,9890 + 13 x 0,0110 = 12,01(1)

2. Konstanta Avogadro.

Intan adalah karbon murni. Hitung jumlah atom karbon dalam 1 karat (0,2 g) intan.

Jawab:

Jumlah atom karbon = [0,2 (g)/12,01 (g mol^–1)] x 6,022 x 10²³(mol^–1) = 1,00 x 10²²

3. Hukum perbandingan berganda.

Komposisi tiga oksida nitrogen A, B dan C diuji. Tunjukkan bahwa hasilnya konsisten dengan hukum perbandingan berganda: massa nitrogen yang bereaksi dengan 1 g oksigen dalam tiap oksida: Oksida A: 1,750 g, oksida B: 0,8750 g, oksida C: 0,4375 g.

Jawab:

Bila hukum perbandingan berganda berlaku, rasio massa nitrogen yang terikat pada 1 g oksigen harus merupakan bilangan bulat.

Hasilnya cocok dengan hukum perbandingan berganda.

4. Massa atom.

Tembaga yang ada di alam dianalisis dengan spektrometer massa. Hasilnya: ⁶³Cu 69,09% ⁶⁵Cu 30,91%. Hitung massa atom Cu. Massa ⁶³Cu dan ⁶⁵Cu adalah 62,93 dan 64,93 sma.

Jawab:

Massa atom Cu=62,93 x (69,09/100) + 64,93 x (30,91/100) = 63,55 (sma)

5. Konsep Mol.

Bila kumbang menyengat korbannya, kumbang akan menyalurkan sekitar 1 mg (1x 10^–6 g) isopentil asetat C₇H₁₄O₂. Senyawa ini adalah komponen fragrant pisang, dan berperan sebagai materi pentransfer informasi untuk memanggil kumbang lain. Berapa banyak molekul dalam 1 mg isopentil asetat?

Jawab:

Massa molekular isopentil asetat adalah 

M = 7 x 12,01 + 14 x 1,008 + 2 x 16,00 = 130.18 (g mol^–1). 

Jumlah mol= 1,0 x 10⁶ (g)/130,18(g mol^–1) = 7,68 x 10^–9(mol) 

Jumlah molekul 1 mg isopentil asetat: 

=7,68 x 10^–9(mol) x 6,022 x 10²³ (mol^–1) = 4,6 x 10¹⁵

6. Massa molekul.

Massa atom hidrogen adalah 1,008. Hitung massa molekul hidrogen.

Jawab:

Massa molar hidrogen = 2,016 x 10^–3 kg mol^–1. 

Massa satu molekul hidrogen: 

= [2,016 x 10^–3 (kg mol^–1)]/[6,022 x 10²³(mol^–1) = 3,35 x 10^–27(kg).

Read More

Lahirnya Teori Atom

Kimia modern lahir berdasarkan atas teori atom. Untuk memahami teori atom, kita pertama-tama harus mempelajari hukum-hukum dasar termasuk hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap, dan hukum perbandingan berganda. Hukum-hukum ini adalah dasar teori atom dan pada saat yang sama merepresentasikan kesimpulan yang ditarik dari teori atom. Namun, teori atom sendiri belumlah lengkap. Kimia dapat menjadi sistem yang konsisten sejak teori atom dikombinasikan dengan konsep molekul. Di masa lalu, keberadaan atom hanyalah sebuah hipotesis. Di awal abad ke-20 teori atom akhirnya dapat dibuktikan. Akhirnya menjadi jelas bahwa atom terdiri atas partikel-partikel yang lebih kecil. Teori atom saat ini secara pelahan berkembang sejalan dengan perkembangan ini dan menjadi kerangka dunia material.

1.Lahirnya Kimia

Perkembangan kimia mengalami kemajuan sejak seorang kimiawan Perancis Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) menemukan hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia dan mengungkap peran oksigen dalam pembakaran. Berdasarkan prinsip ini, kimia maju di arah yang benar. 

Sebenarnya oksigen ditemukan secara independen oleh dua orang kimiawan, yaitu kimiawan Inggris Joseph Priestley (1733-1804) dan kimiawan Swedia Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) pada penghujung abad ke-18. Kimia merupakan ilmu pengetahuan yang relatif muda bila dibandingkan dengan fisika dan matematika, karena keduanya telah berkembang beberapa ribu tahun sebelumnya. 

Fisika dan matematika modern memberi kontribusi besar terhadap lajunya perkembangan kimia modern. Terutama setelah ditemukan peralatan labolatorium modern. Namun demikian alkimia, metalurgi dan farmasi di zaman kuno dapat dianggap sebagai cikal bakal kimia. Banyak penemuan yang dijumpai oleh orang-orang yang terlibat aktif di bidang-bidang ini berkontribusi besar pada kimia modern walaupun alkimia didasarkan atas teori yang belum atau tidak ilmiah sama sekali. Lebih lanjut, sebelum abad ke-18, metalurgi dan farmasi sebenarnya didasarkan atas pengalaman saja dan bukan teori ilmiah. Jadi, nampaknya tidak mungkin titik-titik awal ini yang kemudian berkembang menjadi kimia modern. Berdasarkan hal-hal ini dan sifat kimia modern yang terorganisir dengan baik dan sistematik metodologinya, akar sebenarnya kimia modern mungkin dapat kita temui dalam filsafat Yunani kuno. 

Perjalanan dari filsafat Yunani kuno sampai ke teori atom modern tidak selalu mulus. Pada era Yunani kuno, ada perselisihan yang tajam antara teori atom dan penolakan keberadaan atom. Sebenarnya, teori atom tetap tidak ortodoks dalam dunia kimia dan sains. Orang-orang terpelajar tidak tertarik pada teori atom sampai dengan abad ke-18. Baru pada awal abad ke-19, kimiawan Inggris John Dalton (1766-1844) melahirkan ulang teori atom Yunani kuno. Bahkan setelah kelahiran kembali inipun tidak semua ilmuwan menerima teori atom. Belum sampai ke abad 20, teori atom akhirnya dapat dibuktikan sebagai fakta, bukan hanya hipotesis. Hal ini dicapai dengan percobaan yang terampil oleh kimiawan Perancis Jean Baptiste Perrin (1870-1942). Jadi, perlu waktu yang cukup panjang untuk menetapkan dasar kimia modern. 

Sebagaimana dicatat sebelumnya, kimia adalah ilmu yang relatif muda jika dibandingkan dengan fisika dan matematika. Akibatnya, banyak yang masih harus dikerjakan sebelum kimia dapat mengklaim sebagai ilmu yang mempelajari materi dan perubahannya melalui pemahaman materi (zat) dapat memahami alam semesta. Jadi, sangat penting pada saat awal pembelajaran kimia mahasiswa harus mempelajari dan meninjau ulang secara singkat bagaimana kimia berkembang sejak kelahirannya.

a. Teori Atom Kuno
Sebagaimana disebut sebelumnya, cikal bakal atau embrio kimia modern adalah teori atom yang dikembangkan oleh filsuf Yunani kuno. Filsafat atomik Yunani kuno sering dihubungkan dengan tokoh Democritus (kira-kira 460SM- 370M). Namun, tidak ada tulisan Democritus yang masih tertinggal. Oleh karena itu, sumber yang dapat dirujuk hanyalah sebuah puisi panjang “De rerum natura” yang ditulis oleh seniman Romawi Lucretius (kira-kira 96 SM- 55 M). 

Atom yang dipaparkan oleh Lucretius memiliki kemiripan dengan molekul modern. Anggur (wine) dan minyak zaitun, misalnya memiliki atom-atom sendiri. Atom adalah entitas abstrak. Atom memiliki bentuk yang khas dengan fungsi yang sesuai dengan bentuknya. ”Atom anggur bulat dan mulus sehingga dapat melewati kerongkongan dengan mulus sementara atom kina kasar dan akan sukar melalui kerongkongan”. Teori struktural modern molekul menyatakan bahwa terdapat hubungan yang sangat dekat antara struktur molekul dan fungsinya. 

Walaupun filosofi yang terartikulasi oleh Lucretius tidak didukung oleh bukti yang didapat dari percobaan, ini dapat dirujuk sebagai awal lahirnya kimia. 

Dalam periode yang panjang sejak zaman kuno sampai zaman pertengahan, teori atom tetap In heretikal (artinya berlwanan dengan teori yang umum diterima) sebab teori empat unsur (air, tanah, udara dan api) yang diusulkan oleh filsuf Yunani kuno Aristotole (384 SM-322 M) masih sangat mendominasi. Ketika otoritas Aristotle mulai menurun pada awal abad modern, banyak filsuf dan ilmuwan mulai mengembangkan teori yang dipengaruhi teori atom Yunani. Gambaran materi tetap dipegang oleh filsuf Perancis Rene Descartes (1596-1650), filsuf Jerman Gottfried Wilhelm Freiherr von Leibniz (1646-1716), dan ilmuwan Inggris Sir Issac Newton (1642-1727) yang lebih kurang dipengaruhi oleh teori atom.

b. Teori Atom Dalton
Pada awal abad ke-19, teori atom sebagai filosofi materi telah dikembangkan dengan baik oleh Dalton yang mengembangkan teori atomnya berdasarkan peran atom dalam reaksi kimia. Teori atomnya dirangkumkan sebagai berikut: 

Teori atom Dalton: 

1. partikel dasar yang menyusun unsur adalah atom. Semua atom unsur tertentu identik. 
2. massa atom yang berjenis sama akan identik tetapi berbeda dengan massa atom unsur jenis lain. 
3. keseluruhan atom terlibat dalam reaksi kimia. Keseluruhan atom akan membentuk senyawa. Jenis dan jumlah atom dalam senyawa tertentu selalu tetap. 

Senyawa tertentu selalu mengandung perbandingan massa unsur yang sama. Bila dua unsur A dan B membentuk sederet senyawa, rasio massa B yang bereaksi dengan sejumlah A dapat direduksi menjadi bilangan bulat sederhana. 

Dasar teoritik teori atom Dalton terutama didasarkan pada hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap, keduanya telah ditemukan sebelumnya, dan hukum perbandingan berganda yang dikembangkan oleh Dalton sendiri. 

Atom Democritos dapat dikatakan sebagai sejenis miniatur materi. Jadi jumlah jenis atom akan sama dengan jumlah materi. Di sisi lain, atom Dalton adalah penyusun materi dan banyak senyawa dapat dibentuk oleh sejumlah terbatas atom. Jadi, akan terdapat sejumlah terbatas jenis atom. Teori atom Dalton mensyaratkan proses dua atau lebih atom bergabung membentuk materi. Hal ini merupakan alasan mengapa atom Dalton disebut atom kimia.

c. Bukti Keberadaan Atom
Ketika Dalton mengusulkan teori atomnya, teorinya menarik perhatian para ilmuwan dan filsuf pada zamannya. Namun, teori Dalton gagal mendapat dukungan penuh dari para ilmuwan. Beberapa ilmuwan membuat berbagai usaha penting untuk mempersuasi yang melawan teori ini, tetapi beberapa oposisi masih tetap ada. Kimia saat itu belum cukup bukti untuk membuktikan keberadaan atom berdasarkan hasil percobaan eksperimental. Jadi teori atom masih tetap merupakan hipotesis. Lebih lanjut, sains setelah abad ke-18 mengembangkan berbagai percobaan yang membuat banyak ilmuwan menjadi skeptis pada hipotesis atom. Misalnya, kimiawan tenar seperti Sir Humphry Davy (1778-1829) dan Michael Faraday (1791-1867), keduanya dari Inggris, keduanya masih ragu pada kebenaran teori atom. 

Sementara teori atom masih tetap hipotesis, berbagai kemajuan besar dibuat di berbagai bidang sains. Salah satunya adalah kemunculan termodinamika yang cepat di abad 19. Kimia struktural saat itu yang direpresentasikan oleh teori atom hanyalah masalah akademik dengan sedikit kemungkinan aplikasi praktis. Tetapi termodinamika yang diturunkan dari isu praktis seperti efisiensi mesin uap nampak lebih penting. Ada kontroversi yang sangat tajam antara pendukung teori atom dengan yang mendukung termodinamika. Debat antara fisikawan Austria Ludwig Boltzmann (1844-1906) dan kimiawan Jerman Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) dengan fisikawan Austria Ernest Mach (1838-1916) pantas dicatat. Debat ini berakibat buruk, Boltzmann bunuh diri.

Pada awal abad ke-20, terdapat perubahan besar dalam minat para ahli dan orang terpelajar terhadap sains. Sederet penemuan penting, termasuk keradioaktifan unsur, menimbulkan minat pada sifat atom, dan lebih umum, sains struktural. Bahwa atom ada secara percobaan dikonfirmasi dengan percobaan kesetimbangan sedimentasi oleh Perrin. 

Botanis Inggris, Robert Brown (1773-1858) menemukan gerak tak beraturan partikel koloid dan gerakan ini disebut dengan gerak Brown, untuk menghormatinya. Fisikawan Swiss Albert Einstein (1879-1955) mengembangkan teori gerak yang berdasarkan teori atom. Menurut teori ini, gerak Brown dapat diungkapkan dengan persamaan yang memuat bilangan Avogadro. 

D =(RT/N).(1/6παη) (1.1) 

D adalah gerakan partikel, R tetapan gas, T temperatur, N bilangan Avogadro, α jari-jari partikel dan η viskositas larutan. 

Inti ide Perrin adalah sebagai berikut. Partikel koloid bergerak secara acak dengan gerak Brown dan secara simultan mengendap ke bawah oleh pengaruh gravitasi. Kesetimbangan sedimentasi dihasilkan oleh kesetimbangan dua gerak ini, gerak acak dan sedimentasi. Perrin dengan teliti mengamati distribusi partikel koloid dan dengan bantuan persamaan 1.1 dan datanya, ia mendapatkan bilangan Avogadro. Mengejutkan nilai yang didapatkannya cocok dengan bilangan Avogadro yang diperoleh dengan metoda lain yang berbeda. Kecocokan ini selanjutnya membuktikan kebenaran teori atom yang menjadi dasar teori gerak Brown. 

Tidak perlu disebutkan, Perrin tidak dapat mengamati atom secara langsung. Apa yang dapat dilakukan ilmuwan waktu itu, termasuk Perrin, adalah menunjukkan bahwa bilangan Avogadro yang didapatkan dari sejumlah metoda yang berbeda berdasarkan teori atom hasilnya identik. Dengan kata lain mereka membuktikan teori atom secara tidak langsung dengan konsistensi logis. 

Dalam kerangka kimia modern, metodologi seperti ini masih penting. Bahkan sampai hari ini masih tidak mungkin mengamati secara langsung partikel-partikel sekecil atom dengan mata telanjang atau mikroskop optik. Untuk mengamati secara langsung dengan cahaya tampak, ukuran partikelnya harus lebih besar daripada panjang gelombang cahaya tampak. Panjang gelombang cahaya tampak berada dalam rentang 4,0 x 10⁻⁷ - 7,0 x 10⁻⁷ m, yang besarnya 1000 kali lebih besar daripada ukuran atom. Jadi jelas di luar rentang alat optik untuk mengamati atom. Dengan bantuan alat baru seperti mikroskop elektron (EM) atau scanning tunneling microscope (STM), ketidakmungkinan ini dapat diatasi. Walaupun prinsip mengamati atom dengan alat ini, berbeda dengan apa yang terlibat dengan mengamati bulan atau bunga, kita dapat mengatakan bahwa kita kini dapat mengamati atom secara langsung.

2. Atom, Molekul dan Ion

a. Atom

Dunia kita hari ini adalah dunia Kimia yang didasarkan pada teori atom. Satuan terkecil materi adalah atom. Materi didefinisikan sebagai kumpulan atom-atom. Definisi atom adalah komponen terkecil unsur yang tidak akan mengalami perubahan dalam reaksi Kimia sederhana (bukan reaksi inti). Semua atom terdiri atas komponen yang sama, sebuah inti dan elektron-elektron. Diameter inti berkisar antara 10^–15-10^–14 m, yakni sekitar 1/10.000 besarnya atom. Lebih dari 99 % massa atom terkonsentrasi di inti. Inti terdiri atas proton dan neutron, dan jumlahnya menentukan sifat suatu unsur.

Massa proton sekitar 1,67 x 10^–27 kg dan memiliki muatan positif, yaitu 1,60 x 10^–19 C (Coulomb). Muatan ini adalah satuan muatan listrik terkecil dan disebut muatan listrik elementer. Inti memiliki muatan listrik positif yang jumlahnya bergantung pada jumlah proton yang dikandungnya. Massa neutron hampir sama dengan massa proton, tetapi neutron tidak memiliki muatan listrik. Elektron adalah partikel dengan satuan muatan negatif, dan suatu atom tertentu mengandung sejumlah elektron yang sama dengan jumlah proton yang ada di inti atomnya pada keadaan dasar. Jadi atom pada keadaan dasar secara listrik bermuatan netral. Sifat partikel-partikel yang menyusun atom dirangkumkan pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Sifat partikel penyusun atom.

	Massa (kg)	Massa relatif	Muatan listrik (C)
Proton	1,672623 x 10-27	1836	1,602189 x 10-19
Neutron	1,674929 x 10-27	1839	0
Elektron	9,109390 x 10-31	1	-1,602189 x 10-19

Jumlah proton dalam inti disebut nomor atom. Jumah proton dan neutron disebut nomor massa. Karena massa proton dan neutron hampir sama, sedangkan massa elektron jauh lebih kecil sehingga dapat diabaikan dibandingkan massa neutron dan proton, massa suatu atom hampir sama dengan nomor massanya.

Bila nomor atom dan nomor massa suatu atom tertentu dinyatakan, nomor atom ditambahkan di kiri bawah simbol atom sebagai subscript atau indeks bawah, dan nomor massa di kiri atas sebagai superscript atau indeks atas. Misalnya untuk atom karbon dinyatakan sebagai ^12­₆C karena nomor atom karbon adalah 6 dan nomor massanya adalah 12. Kadang hanya nomor massanya yang dituliskan sebagai ¹²C.

Jumlah proton dan elektron yang dimiliki oleh suatu unsur menentukan sifat Kimia suatu unsur tersebut. Jumlah neutron mungkin bervariasi. Suatu unsur tertentu akan selalu memiliki nomor atom yang sama walaupun mungkin memiliki jumlah neutron yang berbeda-beda. Varian-varian ini yang disebut isotop. Sebagai contoh hidrogen memiliki isotop yang dituliskan pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Isotop-isotop hidrogen

Simbol	Nama	Jumlah proton	Jumlah neutron
1H	Hidrogen	1	0
2H atau D	Deuterium	1	1
3H atau T	Tritium	1	2

Banyak unsur yang ada secara alami di alam memiliki isotop-isotop. Beberapa memiliki lebih dari dua isotop. Sifat kimia isotop sangat mirip, hanya nomor massanya yang berbeda.

b. Molekul

Komponen independen netral terkecil materi disebut molekul. Molekul monoatomik terdiri dari satu jenis atom (misalnya, O₂). Molekul poliatomik terdiri dari lebih dari satu jenis atom (misalnya, CO₂). Jenis ikatan antar atom dalam molekul poliatomik umumnya adalah ikatan kovalen.

Salah satu alasan mengapa diperlukan waktu yang lama sampai teori atom dapat diterima dengan penuh adalah sebagai berikut. Dalam teorinya, Dalton menerima keberadaan molekul (dalam terminologi modern) yang dibentuk oleh kombinasi atom yang berbeda-beda, tetapi ia tidak tidak menerima ide molekul diatomik untuk unsur seperti oksigen, hidrogen atau nitrogen yang telah diteliti dengan intensif pada waktu itu. Dalton percaya pada apa yang disebut “prinsip tersederhana” (alam menyukai yang tersederhana bila lebih dari satu kemungkinan) dan berdasarkan prinsip ini, ia secara otomatis mengasumsikan bahwa unsur seperti hidrogen dan oksigen adalah monoatomik.

Kimiawan Perancis Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) mengusulkan hukum reaksi gas yang menyatakan bahwa dalam reaksi gas, perbandingan volume adalah bilangan bulat. Teori atom Dalton tidak memberikan rasional hukum ini. Pada tahun 1811, kimiawan Italia Amedeo Avogadro (1776-1856) mengusulkan unsur gas seperti hidrogen dan oksigen yang bukan monoatomik tetapi diatomik. Lebih lanjut, ia juga mengusulkan bahwa pada temperatur dan tekanan tetap, semua gas dalam volume tertentu mengandung jumlah partikel yang sama. Hipotesis ini awalnya disebut hipotesis Avogadro, tetapi kemudian disebut hukum Avogadro.

Hukum Avogadro memberikan dasar penentuan massa atom relatif, yakni massa atom (secara nalar disebut berat atom karena adanya gaya gravitasi). Pentingnya massa atom ini lambat disadari. Kimiawan Italia Stanislao Cannizzaro (1826-1910) menyadari pentingnya hipotesis Avogadro dan validitasnya di International Chemical Congress yang diselenggarakan di Karlsruhe, Jerman, pada tahun 1860, yang diadakan utuk mendiskusikan kesepakatan internasional untuk standar massa atom. Sejak itu, validitas hipotesis Avogadro secara perlahan diterima.

c. Ion
Atom atau kelompok atom yang memiliki muatan listrik disebut ion. Kation adalah ion yang memiliki muatan positif, sedangkan anion adalah ion yang memiliki muatan negatif. Tarikan listrik akan timbul antara kation dan anion. Dalam kristal natrium khlorida (NaCl) misalnya, ion natrium (Na⁺) dan ion khlorida (Cl¯) diikat dengan tarikan listrik atau gaya elektrostatik. Jenis ikatan ini disebut ikatan ion.

3. Stoikiometri
a. Tahap awal stoikiometriPada 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.

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.

b. Massa Atom dan Massa Atom Relatif

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 adalah karena cara dalam membulatkan angkanya.

c. Massa Molekul dan Massa Rumus

Setiap senyawa didefinisikan oleh rumus kimia yang mengindikasikan jenis dan jumlah atom yang menyususn 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. 

d. Jumlah Partikel dan Konsep Mol

Metode kuantitatif yang paling cocok untuk mengungkapkan kuantitas materi adalah menentukan jumlah partikel seperti atom atau molekul yang menyusun materi tersebut. 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” 

1. Jumlah materi yang mengandung sejumlah partikel yang terkandung dalam 12 g atom ¹²C. 
2. satu mol materi yang mengandung sejumlah konstanta Avogadro partikel. 
3. Sejumlah materi yang mengandung 6,022 x 10²³ partikel.

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.

Read More