Pengertian Hukum Kekekalan Massa, Rumus, dan Contoh Soalnya

Ilustrasi hukum kekekalan massa. Unsplash.com/Vedrana-Filipović

Hukum kekekalan massa adalah prinsip fundamental dalam kimia dan fisika yang menyatakan bahwa massa total dari zat-zat dalam suatu sistem tertutup tidak berubah selama reaksi kimia. Artinya, jumlah massa reaktan sebelum reaksi sama dengan jumlah massa produk setelah reaksi.

Dikutip dari artikel umsu.ac.id, prinsip hukum ini pertama kali dikemukakan oleh Antoine Lavoisier pada abad ke-18 dan dinyatakan dalam bentuk: "Massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dalam reaksi kimia." Hal ini berarti bahwa meskipun zat-zat dapat berubah bentuk atau bergabung untuk membentuk zat baru, total massa dari sistem tersebut tetap konstan sepanjang waktu.

Hukum Kekekalan Massa dan Sejarahnya

Ilustrasi hukum kekekalan massa. Unsplash.com/Pawan-Parihar

Hukum kekekalan massa sangat penting dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, karena memungkinkan ilmuwan untuk memprediksi hasil reaksi kimia dan memahami transformasi energi serta materi dalam sistem tertutup.

Hukum kekekalan massa memiliki sejarah yang kaya dan penting dalam perkembangan ilmu kimia. Berikut adalah beberapa poin utama dalam sejarah hukum ini:

1. Antoine Lavoisier (1743-1794)

Antoine Lavoisier, seorang ahli kimia asal Perancis, dianggap sebagai bapak kimia modern. Ia yang pertama kali merumuskan hukum kekekalan massa pada akhir abad ke-18.

Melalui serangkaian eksperimen teliti, Lavoisier menyimpulkan bahwa dalam setiap reaksi kimia, total massa zat-zat yang terlibat tidak berubah. Ia mendemonstrasikan hal ini dengan membakar fosfor dan belerang di dalam wadah tertutup dan menunjukkan bahwa massa total sebelum dan sesudah reaksi tetap sama.

Karyanya yang terkenal, "Traité élémentaire de chimie" (1789), menyajikan hukum kekekalan massa dan mengubah cara ilmuwan memandang reaksi kimia.

2. Mikhail Lomonosov (1711-1765)

Sebelum Lavoisier, ilmuwan Rusia Mikhail Lomonosov juga mengusulkan prinsip yang serupa. Pada tahun 1756, Lomonosov melakukan eksperimen yang menunjukkan bahwa massa sistem tertutup tetap konstan selama reaksi kimia. Namun, karena kurangnya komunikasi ilmiah pada masa itu, karyanya tidak banyak diketahui di luar Rusia.

Dalam salah satu eksperimennya, Lomonosov memanaskan logam dalam wadah tertutup dan mencatat bahwa massa total sistem tidak berubah, meskipun terjadi reaksi kimia di dalamnya.

3. Pengakuan Luas

Setelah Lavoisier mempublikasikan hasil penelitiannya, hukum kekekalan massa diterima secara luas oleh komunitas ilmiah dan menjadi salah satu prinsip dasar dalam kimia.

Hukum ini menjadi landasan penting dalam stoikiometri, yaitu cabang kimia yang mempelajari hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk dalam reaksi kimia.

4. Aplikasi dan Pengembangan Modern

Hukum ini tetap relevan dalam konteks modern, termasuk dalam fisika dan teknik kimia. Prinsip ini juga diperluas ke konsep kekekalan energi dan kekekalan momentum dalam fisika.

Dalam fisika nuklir dan relativitas, hukum ini juga dipandang dalam konteks lebih luas sebagai hukum kekekalan massa-energi, di mana massa dapat diubah menjadi energi dan sebaliknya, sebagaimana dinyatakan dalam persamaan terkenal Einstein \(E = mc^2\).

Hukum ini berperan penting dalam pemahaman tentang proses alamiah dan merupakan salah satu pilar dari hukum-hukum dasar alam.

Rumus Hukum Kekekalan Massa

Ilustrasi hukum kekekalan massa. Unsplash.com/Chromatograph

Rumus hukum ini menyatakan bahwa jumlah massa reaktan sebelum reaksi sama dengan jumlah massa produk setelah reaksi. Secara matematis, hukum ini dapat dituliskan sebagai:

∑𝑚 𝗋𝖾𝖺𝗄𝗍𝖺𝗇 = ∑𝑚 𝗉𝗋𝗈𝖽𝗎𝗄

Di mana:

∑𝑚 𝗋𝖾𝖺𝗄𝗍𝖺𝗇 adalah jumlah massa seluruh reaktan sebelum reaksi.

∑𝑚 𝗉𝗋𝗈𝖽𝗎𝗄 adalah jumlah massa seluruh produk setelah reaksi.

Sebagai contoh, untuk reaksi kimia umum:

aA + bB ⟶ cC + dD

Maka:

𝑚(A) + 𝑚(B) = 𝑚(C) + 𝑚(D)

Rumus ini menegaskan bahwa total massa zat-zat yang bereaksi (reaktan) sama dengan total massa zat-zat yang dihasilkan (produk) setelah reaksi berlangsung.

Hukum ini menyatakan bahwa massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dalam reaksi kimia atau fisika, memiliki banyak aplikasi praktis dalam kehidupan sehari-hari.

Berikut ini beberapa contoh bagaimana prinsip ini digunakan:

1. Industri dan Pabrik Kimia

Dalam pabrik kimia, hukum kekekalan massa digunakan untuk memastikan bahwa bahan baku yang masuk ke dalam reaktor kimia akan menghasilkan produk yang diharapkan tanpa kehilangan massa. Misalnya, dalam produksi amonia melalui proses Haber, massa nitrogen dan hidrogen yang digunakan akan sama dengan massa amonia yang dihasilkan.

Pabrik kimia sering harus mengelola limbah mereka. Dengan hukum kekekalan massa, perusahaan dapat merancang sistem pengolahan limbah yang memastikan bahwa semua bahan kimia dalam limbah ditangani dengan benar, mengurangi risiko pencemaran lingkungan.

2. Kesehatan dan Nutrisi

Prinsip dasar diet dan penghitungan kalori menggunakan hukum kekekalan massa. Ketika seseorang mengonsumsi makanan, jumlah kalori (energi) yang masuk ke dalam tubuh harus seimbang dengan jumlah energi yang dikeluarkan untuk mempertahankan berat badan yang stabil.

Tubuh manusia melakukan reaksi kimia yang mengubah makanan menjadi energi dan produk sisa. Dengan memahami hukum kekekalan massa, ahli gizi dapat merancang diet yang seimbang untuk memenuhi kebutuhan energi dan nutrisi seseorang.

3. Lingkungan dan Reklamasi

Dalam instalasi pengolahan air limbah, hukum kekekalan massa digunakan untuk merancang proses yang mengubah air limbah menjadi air bersih dengan cara mengukur dan mengontrol input dan output dari bahan kimia yang terlibat dalam proses pengolahan.

Dalam reklamasi tambang, perusahaan harus memastikan bahwa tanah dan bahan yang dipindahkan selama proses penambangan dipulihkan dan diperlakukan dengan cara yang menjaga keseimbangan massa di lingkungan setempat.

4. Energi dan Pembakaran

Dalam mesin pembakaran internal, seperti mobil dan pesawat, hukum kekekalan massa memastikan bahwa massa bahan bakar dan oksigen yang masuk ke dalam mesin akan sama dengan massa gas buang dan energi yang dihasilkan. Ini membantu dalam perancangan mesin yang efisien dan pengelolaan emisi.

Dalam penggunaan sehari-hari, seperti pemanas air atau kompor gas, hukum ini memastikan bahwa jumlah gas yang dibakar akan menghasilkan jumlah energi panas yang diinginkan dan produk sisa yang diketahui.

5. Dapur dan Memasak

Saat memasak, hukum kekekalan massa dapat dilihat dalam praktek saat bahan-bahan digabungkan dan diubah menjadi makanan. Misalnya, massa total bahan sebelum memasak (tepung, gula, mentega, dll.) akan sama dengan massa total makanan yang dihasilkan (kue, roti, dll.) setelah memperhitungkan penguapan air dan perubahan lain selama memasak.

Proses seperti pengeringan dan pengalengan makanan juga memanfaatkan prinsip kekekalan massa untuk memastikan bahwa produk akhir tetap memiliki kandungan nutrisi yang seimbang.

6. Teknik dan Konstruksi

Dalam proyek konstruksi, bahan bangunan seperti beton, baja, dan kayu dikelola sedemikian rupa sehingga massa total bahan yang digunakan dihitung dengan cermat untuk menghindari kelebihan atau kekurangan material.

Selama konstruksi, massa total bahan yang masuk dan keluar (termasuk limbah) dicatat untuk mengelola dan mengurangi limbah konstruksi dengan efisien.

Dengan menggunakan prinsip hukum kekekalan massa, berbagai bidang kehidupan sehari-hari dapat dioptimalkan untuk efisiensi, keberlanjutan, dan pemahaman yang lebih baik tentang transformasi materi dalam berbagai proses.

Contoh Soal dan Penyelesaian

Ilustrasi hukum kekekalan massa. Unsplash.com/Clint-Patterson

Berikut adalah contoh soal tentang hukum kekekalan massa beserta penyelesaiannya:

Soal:

Dalam suatu percobaan, 10 gram natrium (Na) direaksikan dengan 15,7 gram klorin (Cl(_2)) untuk membentuk natrium klorida (NaCl). Setelah reaksi selesai, ditemukan bahwa sisa klorin yang tidak bereaksi adalah 1,2 gram. Hitunglah massa natrium klorida (NaCl) yang terbentuk.

Penyelesaian:

1. Tentukan jumlah massa reaktan sebelum reaksi:

Massa natrium (Na) = 10 gram

Massa klorin (Cl(_2)) = 15,7 gram

Total massa reaktan = Massa natrium (Na) + Massa klorin (Cl(_2))

Total massa reaktan = 10 gram + 15,7 gram = 25,7 gram

2. Tentukan massa klorin yang bereaksi:

Massa klorin (Cl(_2)) yang bereaksi = Massa klorin (Cl(_2)) total - Massa klorin (Cl(_2)) yang tidak bereaksi

Massa klorin yang bereaksi = 15,7 gram - 1,2 gram = 14,5 gram

3. Menurut hukum kekekalan massa, total massa produk harus sama dengan total massa reaktan:

Total massa reaktan = Total massa produk

4. Tentukan massa natrium klorida (NaCl) yang terbentuk:

Massa produk (NaCl) = Massa natrium (Na) yang bereaksi + Massa klorin (Cl(_2)) yang bereaksi

Massa NaCl = 10 gram + 14,5 gram = 24,5 gram

Jadi, massa natrium klorida (NaCl) yang terbentuk adalah 24,5 gram.

Penjelasan:

Hukum ini menyatakan bahwa massa total zat-zat dalam suatu reaksi kimia dalam sistem tertutup tetap konstan. Dalam soal ini, massa natrium dan massa klorin yang bereaksi dijumlahkan untuk menentukan massa natrium klorida yang terbentuk. Massa sisa klorin yang tidak bereaksi diperhitungkan untuk memastikan massa total sebelum dan sesudah reaksi tetap sama.

Demikian pembahasan lengkap tentang hukum kekekalan massa yang dilengkapi sejarah dan contoh soal dalam kehidupan sehari-hari. Hal ini membuktikan bahwa setiap hari terdapat reaksi kimia di sekitar kehidupan manusia.(Win)

Baca juga: 28 Contoh Soal Algoritma dan Flowchart untuk Referensi Belajar