Home perhitungan kimia

Hubungan Mol dengan Volume Molar Gas

     
Hubungan Mol dengan Volume Molar Gas . Hipotesis Avogadro menyebutkan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama akan mengandung jumlah partikel yang sama pula. Oleh karena 1 mol setiap gas mempunyai jumlah molekul yang sama, maka pada suhu dan tekanan yang sama pula, 1 mol setiap gas mempunyai volume yang sama. Volume per mol gas disebut volume molar dan dilambangkan $Vm$.

Keterangan :
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol (mol)
$Vm$ = volume molar (liter/mol)
(Martin S. Silberberg, 2000)

Volume molar gas bergantung pada suhu dan tekanan. Beberapa keadaan suhu dan tekanan yang biasa dijadikan acuan penentuan volume gas sebagai berikut:

1. Keadaan standar

Kondisi dengan suhu 0 $^\circ$C dan tekanan 1 atm disebut keadaan standar dan dinyatakan dengan STP (Standard Temperature and Pressure).
   $ P.V = n.R.T $

keterangan:
$P$ = tekanan (atm)
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol (mol)
$R$ = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
$T$ = 0 $^\circ$C = 273 K

$\begin{align} P.V & = n.R.T \\ V & = \frac{n.R.T }{P} \\ & = \frac{1 \times 0,082 \times 273 }{1} \\ & = 22,4 \, \, \text{liter} \end{align} $
Jadi, pada keadaan standar (STP), volume molar (volume 1 mol gas) adalah 22,4 liter/mol.

2. Pada suhu kamar

Kondisi pengukuran gas pada suhu 25 $^\circ$C dan tekanan 1 atm disebut keadaan kamar dan dinyatakan dengan RTP (Room Temperature and Pressure).
   $ P.V = n.R.T $

keterangan:
$P$ = tekanan (atm)
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol (mol)
$R$ = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
$T$ = 25 $^\circ$C = 298 K

$\begin{align} P.V & = n.R.T \\ V & = \frac{n.R.T }{P} \\ & = \frac{1 \times 0,082 \times 298 }{1} \\ & = 24,4 \, \, \text{liter} \end{align} $
Jadi, pada keadaan kamar (RTP), volume molar (volume 1 mol gas) adalah 24,4 liter/mol.

3. Keadaan tertentu dengan tekanan dan suhu diketahui

Volume gas pada suhu dan tekanan yang diketahui dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gas yang disebut persamaan gas ideal. Persamaan gas ideal, yaitu $ PV = nRT$, untuk menentukan volume gas menjadi:
$\begin{align} V = \frac{n.R.T }{P} \end{align} $

dengan:
$P$ = tekanan gas (atm)
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol gas (mol)
$R$ = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
$T$ = suhu mutlak gas (K = 273 + suhu celcius)

4. Keadaan yang mengacu pada keadaan gas lain

Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas hanya bergantung pada jumlah molnya. Misalkan gas pertama dengan jumlah mol $n_1$ dan volume $V_1$ dan gas kedua dengan jumlah mol $n_2$ dan volume $V_2$, maka pada suhu dan tekanan yang sama berlaku:
$ \begin{align} \frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2} \, \text{ atau } \, \frac{n_1}{V_1} = \frac{n_2}{V_2} \end{align} $

Contoh soal hubungan mol dengan volume molar gas :
Tentukan volume dari 2 mol gas nitrogen jika diukur pada:
a. keadaan standar (STP)
b. keadaan kamar (RTP)
c. suhu 30 $^\circ$C dan tekanan 1 atm
d. suhu dan tekanan yang sama di mana 0,5 mol gas oksigen mempunyai volume 15 liter

Penyelesaian :
a. Pada keadaan standar (STP),$Vm$ = 22,4 liter/mol
$ \begin{align} V & = n \times Vm \\ & = 2 \text{ mol } \times 22,4 \text{ liter/mol} \\ & = 44,8 \text{ liter} \end{align} $

b. Pada keadaan kamar (RTP), $ Vm $ = 24,4 liter/mol
$ \begin{align} V & = n \times Vm \\ & = 2 \text{ mol } \times 24,4 \text{ liter/mol} \\ & = 48,8 \text{ liter} \end{align} $

c. Pada suhu 30 $^\circ$C dan tekanan 1 atm, dihitung dengan $ PV = nRT$
$\begin{align} T & = 273 + 30 = 303 \, K \\ P.V & = n.R.T \\ V & = \frac{n.R.T }{P} \\ & = \frac{1 \times 0,082 \times 303 }{1} \\ & = 49,692 \, \, \text{liter} \end{align} $

d. Pada suhu dan tekanan yang sama pada saat 0,5 mol gas oksigen volumenya 15 liter
$ \begin{align} \frac{V_1}{V_2} & = \frac{n_1}{n_2} \\ \frac{V_{O_2}}{V_{N_2}} & = \frac{n_{O_2}}{n_{N_2}} \\ V_{N_2} & = \frac{n_{N_2}}{n_{O_2}} \times V_{O_2} \\ & = \frac{2}{0,5} \times 15 \\ & = 60 \, \, \text{liter} \end{align} $

Demikian pembahasan materi Hubungan Mol dengan Volume Molar Gas dan contohnya.

Hubungan Mol dengan Massa Molar

     
Hubungan Mol dengan Massa Molar. Massa molar ($mm$) menyatakan massa yang dimiliki oleh 1 mol zat. Massa 1 mol zat sama dengan massa molekul relatif ($Mr$) zat tersebut dengan satuan gram/mol. Untuk unsur yang partikelnya berupa atom, maka massa molar sama dengan $Ar$ (massa atom relatif) dalam satuan gram/mol.

Contoh:
  1.  Massa molar kalsium (Ca) = massa dari 1 mol kalsium (Ca) = $Ar$ Ca = 40 gram/mol.
  2.  Massa molar besi (Fe) = massa dari 1 mol besi (Fe) = $Ar$ Fe = 56 gram/mol.
  3. Massa molar aluminium (Al) = massa dari 1 mol aluminium (Al) = $Ar$ Al = 27 gram/mol.
Untuk unsur yang partikelnya berupa molekul dan senyawa, maka massa molar sama dengan $Mr$ (massa molekul relatif) dalam satuan gram/mol.
dengan:
$Mr$ = massa molekul relatif (gram/mol)
$Ar$ = massa atom relatif (gram/mol)
(James E. Brady, 1990)

Hubungan jumlah mol (n) dengan massa zat (m)

Rumus menentukan hubungan jumlah mol ($n$) dengan massa zat ($m$) yaitu :
$\begin{align} m = n \times mm \, \text{ atau } \, m = n \times A_r \, \text{ atau } \, m = n \times M_r \end{align} $

Keterangan :
$m = \, $ massa zat (gram)
$n = \, $ jumlah mol (mol)
$mm = \, $ massa molar = $Ar$ atau $Mr$ (gram/mol)

Sehingga untuk mencari banyak mol ($n$) :
$\begin{align} n = \frac{m}{A_r} \, \text{ atau } \, n = \frac{m}{M_r} \end{align} $

Contoh soal hubungan mol dengan massa molar :

1). Diketahui $Ar$ C = 12, O = 16, dan Fe = 56. Berapakah massa molar Fe dan molekul CO$_2$?

Penyelesaian :
*). Perbandingan massa 1 atom C-12 : massa 1 atom Fe : massa 1 molekul CO$_2$ = 12 : 56 : 44.
Massa 1 mol C-12 = 12 gram, maka
massa 1 mol Fe = $ \frac{56}{12} \times 12 = 56 \, $ gram
massa 1 mol CO$_2 = \frac{44}{12} \times 12 = 44 \, $ gram
Jadi, massa 1 mol Fe = $Ar$ Fe, dan massa 1 mol CO$_2$ = $Mr $ CO$_2$.

2). Hitunglah massa dari :
a). 5 mol besi ($Ar$ Fe = 56)
b). 0,75 mol urea CO(NH$_2$)$_2$ ($Ar$ C = 12, O = 16, N = 14, H = 1)
c). 0,5 mol O$_2$ ($Ar$ O = 16)

Penyelesaian :
a). massa besi $ = n \times A_r \, Fe = 5 \times 56 = 280 \, $ gram.
b). massa urea $ = n \times M_r \, CO[NH_2]_2 = 0,75 \times 60 = 45 \, $ gram.
c). massa urea $ = n \times M_r \, O_2 = 0,5 \times 32 = 16 \, $ gram.

3). Hitunglah banyaknya mol dari:
a). 2,3 gram natrium (Ar Na = 23)
b). 45 gram C$_6$H$_{12}$O$_6$ ( Ar C = 12, H = 1, dan O = 16)
c). 35,1 gram NaCl (Ar Na = 23, dan Cl = 35,5)
d). 196,5 gram seng (Ar Zn = 65,5)

Penyelesaian :
a). mol Na $ = \frac{m}{A_r \, Na} = \frac{2,3}{23} = 0,1 \, $ mol.
b). mol C$_6$H$_{12}$O$_6 = \frac{m}{M_r \, C_6H_{12}O_6} = \frac{45}{180} = 0,25 \, $ mol.
c). mol NaCl $ = \frac{m}{M_r \, NaCl} = \frac{35,1}{58,5} = 0,6 \, $ mol.
d). mol Zn $ = \frac{m}{A_r \, Zn} = \frac{196,5}{65,5} = 3 \, $ mol.

Demikian pembahasan materi Hubungan Mol dengan Massa Molar dan contoh-contohnya.

Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel

     
Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel. Hubungan antara jumlah mol ($n$) dengan jumlah partikel ($X$) dalam zat dapat dinyatakan sebagai berikut:

Contoh soal hubungan mol dengan jumlah partikel :

1). 1 mol besi (Fe) mengandung $ 6,02 \times 10^{23} \, $ atom. Berapakah jumlah atom besi yang terdapat dalam 2 mol besi?

Penyelesaian :
*). Diketahui :
Jumlah atom dalam 1 mol besi $ = 6,02 \times 10^{23} $.
*). Ditanyakan :
Jumlah atom dalam 2 mol besi.
*). Menentukan jumlah atomnya,
1 mol besi $ = 6,02 \times 10^{23} \, $ atom besi
2 mol besi $ = 2 \times 6,02 \times 10^{23} = 12,05 \times 10^{23} \, $ atom besi.
Jadi, 2 mol atom besi mengandung $ 12,04 \times 10^{23} \, $ atom besi.

2). Suatu sampel gas O$_2$ mengandung $ 1,505 \times 10^{23} \, $ partikel.
a). Apa jenis partikel gas O$_2$?
b). Berapa banyaknya mol O$_2$ tersebut?

Penyelesaian :
*). Diketahui : $ X = 1,505 \times 10^{23} $
a). Gas O$_2$ adalah unsur diatomik dengan partikel berupa molekul unsur.
b). Menentukan banyaknya mol O$_2$ :
$ \begin{align} n = \frac{X}{6,02 \times 10^{23}} = \frac{1,505 \times 10^{23}}{6,02 \times 10^{23}} = 0,25 \end{align} \, $ mol.
Jadi, banyaknya mol O$_2$ ada 0,25 mol.

3). Terdapat 10 mol senyawa MgCl$_2$.
a). Sebutkan jenis partikel senyawa MgCl$_2$.
b). Berapa jumlah partikel senyawa dalam sampel tersebut.

Penyelesaian :
*). Diketahui : $ n = 10 \, $ mol.
a). MgCl$_2$ adalah senyawa ion dengan partikel berupa ion Mg$^{2+}$ dan ion Cl$^-$.
b). Jumlah partikel berupa ion Mg$^{2+}$ dan ion Cl$^-$ dalam 10 mol MgCl$_2$.
1 mol MgCl$_2$ mengandung 1 mol Mg$^{2+}$ dan 2 mol Cl$^-$, sehinnga 10 mol MgCl$_2$ mengandung 10 mol Mg$^{2+}$ dan 20 mol Cl$^-$ .
$ \begin{align} \text{Jumlah ion Mg}^{2+} \, & = \text{mol } \times 6,02 \times 10^{23} \\ & = 10 \times 6,02 \times 10^{23} \\ & = 6,02 \times 10^{24} \end{align} $
$ \begin{align} \text{Jumlah ion Cl}^{-} \, & = \text{mol } \times 6,02 \times 10^{23} \\ & = 20 \times 6,02 \times 10^{23} \\ & = 1,204 \times 10^{25} \end{align} $
Jadi, dalam 10 senyawa MgCl$_2$ mengandung $ 6,02 \times 10^{24} \, $ ion Mg$^{2+}$ dan $ 1,204 \times 10^{25} \, $ ion Cl$^-$ .

Demikian pembahasan materi Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel dan contoh-contohnya.

Konsep Mol pada Kimia

     
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan satuan untuk menyebutkan bilangan yang besar untuk mempermudah perhitungan. Sebagai contoh satuan lusin digunakan untuk menyebutkan benda yang jumlahnya 12 buah.
  1. 1 lusin = 12 buah
  2. 2 lusin = 2 x 12 = 24 buah
Satuan jumlah zat dalam ilmu kimia disebut mol. Pada artikel ini kita akan mempelajari materi konsep mol pada kimia. Satu mol zat mengandung jumlah partikel yang sama dengan jumlah partikel dalam 12 gram C-12, yaitu $ 6,02 \times 10^{23} $ partikel. Jumlah partikel ini disebut sebagai bilangan Avogadro. Partikel zat dapat berupa atom, molekul, atau ion (Martin S. Silberberg, 2000). Berikut adalah gambar yang dinyatakan dalam satuan mol.


Mol merupakan satuan untuk memudahkan menghitung jumlah partikel suatu zat. Partikel yang jumlahnya milyaran disederhankan dalam bentuk mol. Pengertian mol tidak ada bedanya dengan satuan lusin untuk jumlah barang dan rim untuk satuan lembar kertas, hanya saja mol khusus digunakan untuk menghitung jumlah partikel.
1 mol = $ 6,02 \times 10^{23} $ = NA

NA adalah tetapan Avogadro dimana bilangan tersebut adalah jumlah atom yang terdapat pada 12 gram atom C-12, artinya untuk menentukan jumlah partikel digunakan standar mol yaitu 12 gram C-12.
1 mol didefinisikan sebagai jumlah partikel yang jumlahnya sama dengan jumlah partikel dalam 12 gram C-12. Partikel ada 3 macam, yaitu atom, molekul, dan ion. Unsur partikelnya berupa atom, senyawanya berupa molekul dan unsur atau senyawa dalam bentuk ion.

Contoh:
  1. 1 mol besi (Fe) mengandung $ 6,02 \times 10^{23} $ atom besi (partikel unsur besi adalah atom).
  2. 1 mol air (H$_2$O) mengandung $ 6,02 \times 10^{23} $ molekul air (partikel senyawa air adalah molekul).
  3. 1 mol Na+ mengandung $ 6,02 \times 10^{23} $ ion Na$^+ $(partikel ion Na$^+ $ adalah ion).
  4. 5 mol CO$_2$ mengandung $ 5 \times 6,02 \times 10^{23} = 3,01 \times 10^{24} $ molekul CO$_2$ .
  5. 0,2 mol hidrogen mengandung $ 0,2 \times 6,02 \times 10^{23} = 1,204 \times 10^{23} $ atom hidrogen.

Demikian pembahasan materi Konsep Mol pada Kimia dan contohnya.

Contoh Penerapan Hukum Avogadro

     
Berdasarkan Hipotesis Avogadro diketahui bahwa perbandingan volume gas dalam suatu reaksi sesuai dengan koefisien reaksi gas-gas tersebut. Dengan demikian, jika volume salah satu gas diketahui, volume gas yang lain dapat ditentukan dengan cara membandingkan koefisien reaksinya. Dimana "Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama akan mengandung jumlah molekul yang sama pula." Sebenarnya materi ini sudah kita bahas sebelumnya secara lebih lengkap yaitu pada artikel "Hipotesis Avogadro", silahkan baca kembali untuk penjelasan yang lebih mendetail. Sementari pada artikel ini, kita hanya akan membahas Penerapan Hukum Avogadro pada soal.

Hukum Avogadro berbunyi :

Contoh Soal Hukum Avogadro :

Pada suhu dan tekanan yang sama, 10 molekul gas hidrogen klorida diperoleh dari reaksi antara gas hidrogen dan gas klorin. Berapakah jumlah molekul gas tersebut?

Penyelesaian :
Persamaan reaksi yang sudah setara :
$ H_2(g) + Cl_2(g) \rightarrow 2HCl(g) $

Perbandingan koefisiennya :
$ H_2 : Cl_2 : HCl = 1 : 1 : 2 $

Menentukan Jumlah molekul $ H_2 $ :
$ \begin{align} \text{perbandingan jumlah molekul } & = \text{ perbandingan koefisien} \\ \frac{\text{jml molekul } H_2}{\text{jml molekul } HCl} & = \frac{koef. \, H_2}{koef. \, HCl} \\ \frac{\text{jml molekul } H_2}{10} & = \frac{1}{2} \\ \text{jml molekul } H_2 & = \frac{1}{2} \times 10 = 5 \\ \end{align} $

Menentukan Jumlah molekul $ Cl_2 $ :
$ \begin{align} \text{perbandingan jumlah molekul } & = \text{ perbandingan koefisien} \\ \frac{\text{jml molekul } Cl_2}{\text{jml molekul } HCl} & = \frac{koef. \, Cl_2}{koef. \, HCl} \\ \frac{\text{jml molekul } Cl_2}{10} & = \frac{1}{2} \\ \text{jml molekul } Cl_2 & = \frac{1}{2} \times 10 = 5 \\ \end{align} $
Sehingga jumlah molekul gas hidrogen adalah 5 molekul, jumlah molekul gas klorin adalah 5 molekul.

Atau bisa juga langsung menggunakan perbandingan bentuk sederhananya,
Perbandingan volumenya : $ H_2 : Cl_2 : HCl = 1 : 1 : 2 $
agar diperoleh jumlah molekul $ HCl = 10, \, $ maka perbandingan awal semuanya di kalikan 5, sehingga kita peroleh :
$ H_2 : Cl_2 : HCl = 1 \times 5 : 1 \times 5 : 2 \times 5 = 5 : 5 : 10 $
Artinya juga kita peroleh jumlah molekul gas hidrogen adalah 5 molekul, jumlah molekul gas klorin adalah 5 molekul.

Demikian pembahasan materi Penerapan Hukum Avogadro dan contohnya.

Contoh Penerapan Hukum Gay Lussac

     
Penerapan Hukum Gay Lussac, dimana sebelumnya juga telah dibahas dengan artikel berjudul "Hukum Perbandingan Volume atau Hukum Gay Lussac" yang dijelaskan lebih terperinci. Pada perhitungan kimia, kita hanya langsung menggunakan rumusnya pada soal-soal. Berdasarkan kesimpulan Gay Lussac pada percobaanya, pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana. Sehingga dalam wujud gas, koefisien menyatakan perbandingan volume. Seperti pada reaksi berikut ini:
$ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) $
Perbandingan volumenya = 2 : 1 : 2 .

Rumus Menghitung Volume Hukum Gay Lussac
$ Va = \frac{ka}{kb} \times Vb $

Keterangan :
$ ka $ = koefisien molekul zat a (yang dicari volumenya)
$ kb $ = koefisien molekul zat b (yang diketahui volumenya)
$ Vb $ = volume yang diketahui zat b
$ Va $ = volume yang dicari zat a

Contoh Soal Penerapan Hukum Gay Lussac:
Pada suhu dan tekanan yang sama, direaksikan 3 ml gas nitrogen dengan gas oksigen membentuk gas ammonia. Berapa volume gas oksigen yang diperlukan untuk bereaksi dan volume ammonia yang terbentuk?

Penyelesaian :
Persamaan reaksi yang sudah setara :
$ N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g) $

Perbandingan volumenya :
$ N_2 : H_2 : NH_3 = 1 : 3 : 2 $

Rumus : $ Va = \frac{ka}{kb} \times Vb $

Menentukan volume $ H_2 $ :
$ \begin{align} Va & = \frac{ka}{kb} \times Vb \\ \text{Volume } H_2 & = \frac{koef. \, H_2}{koef. \, N_2} \times \text{Volume } N_2 \\ & = \frac{3}{1} \times 3 \\ & = 9 \, \, ml \end{align} $

Menentukan volume $ NH_3 $ :
$ \begin{align} Va & = \frac{ka}{kb} \times Vb \\ \text{Volume } NH_3 & = \frac{koef. \, NH_3}{koef. \, N_2} \times \text{Volume } N_2 \\ & = \frac{2}{1} \times 3 \\ & = 6 \, \, ml \end{align} $

Atau bisa juga langsung menggunakan perbandingan bentuk sederhananya,
Perbandingan volumenya : $ N_2 : H_2 : NH_3 = 1 : 3 : 2 $
agar diperoleh volume $ N_2 = 3, \, $ maka perbandingan awal semuanya di kalikan 3, sehingga kita peroleh :
Volume $ N_2 : H_2 : NH_3 = 1 \times 3 : 3 \times 3 : 2 \times 3 = 3 : 9 : 6 $
Artinya juga kita peroleh volume $ H_2 = 9 \, $ ml dan $ NH_3 = 6 \, $ ml.

Demikian pembahasan Penerapan Hukum Gay Lussac dan contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan perhitungan kimia yaitu Penerapan hukum Avogadro.