Hukum Dasar Kimia: Pengertian dan Contoh Soalnya

Ilustrasi Hukum Dasar Kimia, Foto Unsplash/Terry Vlisidis

Dalam ilmu Kimia, terdapat hukum dasar Kimia yang perlu diketahui siswa. Perhitungan dalam ilmu Kimia berkaitan dengan materi atau zat yang ukurannya sangat kecil secara kuantitatif maupun kualitatif.

Perhitungan secara kuantitatif karena melibatkan jumlah atom-atom yang terlibat dalam reaksi Kimia, sedangkan secara kualitatif karena terkait dengan penentuan jenis zat. Maka dari itu, diperlukan hukum-hukum dasar untuk membantu dan mempermudah dalam melakukan perhitungan Kimia dan penentuan rumus kimia zat.

Hukum Dasar Kimia

Ilustrasi Hukum Dasar Kimia, Foto Unsplash/Shubham Dhage

Berikut merupakan penjelasan dari hukum dasar Kimia lengkap dengan contoh soal yang perlu dipahami para siswa mengutip dari buku yang berjudul Kimia Dasar Konsep dan Aplikasi Dalam Ilmu Tanah, Sulakhudin, (2019:51).

1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Hukum kekekalan massa pada awalnya dijelaskan oleh ilmuwan dari Rusia bernama Mikhail Lomonosov (1748) setelah dapat membuktikannya melalui eksperimen yang dilakukan tujuh belas tahun sebelum Lavoisier mengungkapkan tentang kekekalan massa.

Lomonosov dalam eksperimennya membuktikan hukum kekekalan materi dengan menunjukkan bahwa pelat timah yang dipanaskan dalam wadah tertutup tanpa akses ke udara tidak berubah massanya.

Kemudian Hukum kekekalan massa disempurnakan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1765. Oleh karenanya, Hukum kekekalan massa dikenal juga sebagai hukum Lomonosov-Lavoisier.

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".

Kedua larutan tersebut sebelum reaksi mempunyai massa 300,23 g. setelah dicampur akan terbentuk senyawa BaSO, yang berbentuk endapan dan larutan NaCl yang keduanya juga mempunyai massa 300,23g. Reaksi ini menunjukkan bahwa massa senyawa sebelum dan sesudah reaksi mempunyai berat yang sama.

Contoh soal

Pupuk Kalium Nitrat merupakan pupuk majemuk karena mengandung lebih dari satu unsur hara, yaitu unsur Kalium dan Nitrogen. Pupuk tersebut dalam skala industri dibuat dari senyawa Natrium Nitrat dan Kalium Klorida. Bila jumlah kedua bahan baku pupuk tersebut sebanyak 620 kg dan Natrium, Klorida yang terbentuk sebanyak 300 kg, hitung berapa pupuk Kalium Nitrat yang terbentuk?

Penyelesaian:

Reaksi pembuatan pupuknya NaNO,+KCI → NaCl + KNO

Massa NaNO3 = m1 massa NaCI = m3

Massa KCI = m = m2 massa /kno3 = m4

Hukum kekekalan massa → m1 + m2 = m3 +m4

m1 + m2 = 620 kg

m3 = 300 kg

m1 + m2 = m3 + m4

m4 = (m1 + m2) - m3

m4 = 620 kg - 300 kg

m4 = 320 kg

Jadi pupuk Kalium Nitrat yang terbentuk sebanyak 320 kg.

2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Hukum Perbandingan Tetap pertama kali dikemukakan oleh seorang Kimiawan Asal Prancis yang hidup di tahun 1754-1826 bernama Joseph Proust, setelah melakukan serangkaian eksperimen antara tahun 1797-1803.

Satu di antara percobaannya, Proust memanaskan tembaga karbonat (PbCO₂) yang dibuat di laboratorium dan yang berasal dari alam, kedua jenis senyawa tersebut mengeluarkan gas karbondioksida dalam jumlah prosen yang membentuk lebih dari satu oksida atau sulfida yang masing-masing mempunyai susunan kimia tertentu.

Joseph Proust pada percobaan lainnya, mencoba mereaksikan oksigen dengan hidrogen yang menghasilkan air. Hasil percobaannya menunjukkan bahwa hidrogen dan oksigen selalu bereaksi membentuk air dengan perbandingan massa yang tetap yaitu 1: 8, meskipun jumlah oksigen dan atau hidrogen dibuat berlebihan.

Contoh soal

Reaksi antara Kalsium sebanyak 25 gram dengan 10 gram oksigen sesuai persamaan reaksi:

2 Ca (s) + O2 (g) >2 CaO (s)

Percobaan ini menghasilkan 28 gram Kalsium oksida, berapakah massa oksigen dan massa Kalsium pada Kalsium oksida? (Ar Ca = 40, Ar O = 16)

Solusi:

Berdasarkan persamaan reaksi diatas maka dapat ditentukan menggunakan rumus hukum proust yaitu:

Massa O dalam CaO = (Ar O)/(Mr CaO) x massa CaO

= 16/56 x 28 gram

= 8 gram

Massa Ca dalam CaO = (Ar Ca)/(Mr CaO) x massa CaO

= 40/56 x 28 gram

= 20 gram

Jadi, massa Kalsium yang bereaksi adalah 20 gram (tersisa 5 gram) dan massa oksigen yang bereaksi adalah 8 gram, sehingga oksigen yang tersisa sebanyak 2 gram

3. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Adanya hukum perbandingan tetap yang dikemukakan oleh Proust telah menarik perhatian John Dalton (1766 - 1844) untuk mengamati senyawa- senyawa yang terbentuk dari suatu unsur. Dalton mencermati adanya suatu keteraturan yang terkait dengan perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa.

Data yang diperoleh Dalton dalam mengamati reaksi antara unsur Nitrogen dan Oksigen tercantum pada tabel berikut.

Ilustrasi Hukum Dasar Kimia, Sumber: Kimia Dasar Konsep dan Aplikasi Dalam Ilmu Tanah

Perbandingan nitrogen dalam senyawa nitrogen dioksida dan nitrogen monoksida: = 1,75/0,85 → 2 : 1. Berdasarkan eksperimen ini dirumuskan hukum perbandingan berganda atau sering juga disebut hukum kelipatan perbandingan yang berbunyi, "jika dua jenis unsur bergabung membentuk lebih dari satu senyawa dan 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".

Contoh soal

Unsur Belerang (S) dan oksigen (O) membentuk dua jenis senyawa. Kadar belerang dalam senyawa I adalah 50% dan II 40%. Apakah hukum perbandingan berganda berlaku untuk senyawa tersebut?

Penyelesaian:

Jika massa belerang dalam kedua senyawa sama, misalnya sama-sama 1 gram, maka perbandingan massa oksigen dalam senyawa I : senyawa II = 1 : 1,5 = 2 : 3.

Angka perbandingan merupakan bilangan bulat dan sederhana, berarti kedua senyawa memenuhi hukum perbandingan berganda.

4. Hukum Perbandingan Volume

Hukum perbandingan volume ditemukan oleh Joseph Louis Gay Lussac pada tahun 1808. Joseph Louis Gay Lussac mengamati suhu dan tekanan yang berjumlah sama, selain itu volume gas oksigen bereaksi dengan dua volume hidrogen yang menghasilkan dua volume uap air. Maka bunyi hukum Gay Lussac adalah:

"Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana."

Contoh soal

Setiap 4 liter gas nitrogen bereaksi dengan 6 liter gas oksigen dan menghasilkan 2 liter gas oksida nitrogen. Jika volume diukur pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan rumus molekul oksida nitrogen tersebut!

Penyelesaian:

N2 (g) + O2 (g) -> NxOy (g)

4 L 6L 2L

Berdasarkan hukum Gay-Lussac, perbandingan volume = perbandingan koefisien. Sehingga perbandingan koefisiennya 4 : 6 : 2 yang kemudian bisa disederhanakan 2 : 3 : 1.

Bila dimasukkan koefisiennya ke reaksi menjadi 2N2(g) + 3O2 (g) -> INxOy (g). Lalu, setarakan antara jumlah unsur di sisi kiri dan sisi kanan.

Jumlah N pada sisi kiri unsur N berjumlah 4(2x2), sedangkan unsur O sebanyak 6 (3x2). Maka, supaya unsur N dan O di sebelah kanan masing-masing sama dengan 4 dan 6, sehingga rumus molekulnya N4O6.

Jadi, penulisan rumus molekul yang sudah disederhanakan dan disesuaikan dengan senyawa stabil adalah N2O3.

5. Hipotesis Avogadro

Hipotesis Avogadro merupakan teori yang ditemukan oleh Amedeo Avogadro pada tahun 1811. Dalam penelitiannya, Avogadro menemukan bahwa partikel unsur tidak harus selalu berupa atom tunggal, tetap dapat juga berupa molekul unsur atau dua atom atau lebih.

Hipotesis dari Avogadro itu lantas mengatakan “Pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan gas yang bervolume sama memiliki jumlah molekul yang sama juga”. Salah satu contoh dari hukum Avogadro ini terbukti dalam reaksi pembentukan air.

Contoh soal

Gas nitrogen dan gas hidrogen dapat bereaksi membentuk gas amoniak (NH3) pada keadaan tekanan dan suhu yang sama. Jika 40 molekul gas nitrogen, berapa molekul gas hidrogen yang diperlukan dan berapa molekul gas NH3 yang dihasilkan?

Penyelesaian:

Reaksi: N2 (g) + 3H2 (g) → 2 NH3 (g)

Perbandingan koefisien: 1:3:2

Perbandingan volume: 1 vol: 3 vol: 2 vol

Perbandingan molekul : 40 molekul: 3 x 40 molekul : 2 x 40 molekul

Gas H2 yang diperlukan: 3 x 40 molekul = 120 molekul

Gas NH3 yang terjadi : 2 x 40 molekul = 80 molekul

Jadi, gas H2 yang diperlukan adalah 120 molekul dan NH3 yang terjadi adalah 80 molekul.

Itulah penjelasan dari hukum dasar Kimia lengkap dengan contoh soalnya. Agar lebih memahami materi tentang hukum dasar yang ada dalam pelajaran Kimia, siswa dapat mengerjakan banyak soal latihan. (Adm)

Baca juga: 9 Aturan Bilangan Oksidasi dan Reksi Reduksi dalam Ilmu Kimia