Stoikiometri adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk dalam suatu reaksi kimia. Mengetahui stoikiometri memungkinkan ahli kimia untuk menentukan jumlah zat yang dikonsumsi dan diproduksi dalam suatu reaksi, sehingga penting untuk pekerjaan laboratorium dan aplikasi industri.
Dalam stoikiometri, persamaan kimia memberikan resep reaksi kimia. Ini menunjukkan reaktan mana yang bergabung dan produk apa yang terbentuk, beserta kuantitasnya masing-masing. Perhatikan persamaan pembakaran metana:
\( \textrm{CH}_4 + 2\textrm{HAI}_2 \rightarrow \textrm{BERSAMA}_2 + 2\textrm{H}_2\textrm{HAI} \)Persamaan ini menunjukkan bahwa satu molekul metana ( \(\textrm{CH}_4\) ) bereaksi dengan dua molekul oksigen ( \(2\textrm{HAI}_2\) ) menghasilkan satu molekul karbon dioksida ( \(\textrm{BERSAMA}_2\) ) dan dua molekul air ( \(2\textrm{H}_2\textrm{HAI}\) ).
Mol adalah satuan yang digunakan dalam kimia untuk menyatakan jumlah suatu zat kimia. Satu mol mengandung tepat \(6.022 \times 10^{23}\) partikel suatu zat (bilangan Avogadro). Dengan menggunakan konsep mol, ahli kimia dapat menghubungkan massa suatu zat dengan jumlah partikel atau mol yang terlibat dalam suatu reaksi.
Angka-angka di depan rumus kimia dalam persamaan kimia disebut koefisien stoikiometri. Mereka menunjukkan proporsi di mana reaktan bergabung dan produk terbentuk. Pada contoh pembakaran metana, koefisien stoikiometrinya adalah 1 untuk metana, 2 untuk oksigen, 1 untuk karbon dioksida, dan 2 untuk air.
Untuk melakukan perhitungan stoikiometri, seringkali kita perlu mengubah mol menjadi gram atau sebaliknya. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan massa molar suatu zat, yaitu massa satu mol zat tersebut. Massa molar suatu senyawa adalah jumlah massa molar komponen-komponen penyusunnya. Misalnya:
Mari kita hitung massa karbon dioksida yang dihasilkan ketika \(50.0\, \textrm{G}\) metana terbakar sempurna dalam oksigen. Massa molar metana adalah \(16.04\, \textrm{g/mol}\) , dan massa molar karbon dioksida adalah \(44.01\, \textrm{g/mol}\) .
Pertama, ubah massa metana menjadi mol:
\( \textrm{mol CH}_4 = \frac{50.0\, \textrm{G}}{16.04\, \textrm{g/mol}} \)Dengan menggunakan koefisien stoikiometri dari persamaan setara, kita mengetahui bahwa 1 mol metana menghasilkan 1 mol karbon dioksida, sehingga mol karbon dioksida yang dihasilkan akan sama dengan mol metana yang bereaksi.
Kemudian, ubah mol karbon dioksida menjadi gram:
\( \textrm{massa CO}_2 = \textrm{mol CO}_2 \times \textrm{massa molar CO}_2 \)Dalam reaksi kimia, reaktan pembatas adalah zat yang habis terlebih dahulu dan menentukan jumlah maksimum produk yang dapat dibentuk. Hasil teoretis adalah jumlah produk maksimum yang diharapkan dari suatu reaksi, berdasarkan jumlah reaktan pembatas.
Untuk mengidentifikasi reaktan pembatas, bandingkan perbandingan mol reaktan yang tersedia dengan perbandingan mol yang diperlukan oleh persamaan kimia setara. Reaktan yang menghasilkan jumlah produk paling sedikit menurut perbandingan stoikiometri adalah reaktan pembatas. Menghitung hasil teoritis melibatkan penggunaan jumlah reaktan pembatas dan stoikiometri reaksi.
Perhatikan reaksi antara gas nitrogen ( \(\textrm{N}_2\) ) dan gas hidrogen ( \(\textrm{H}_2\) ) menghasilkan amonia ( \(\textrm{NH}_3\) ):
\( \textrm{N}_2 + 3\textrm{H}_2 \rightarrow 2\textrm{NH}_3 \)Jika kita mempunyai 28 g \(\textrm{N}_2\) dan 10 g \(\textrm{H}_2\) , manakah reaktan pembatas dan berapa hasil teoritis dari \(\textrm{NH}_3\) ?
Massa molar \(\textrm{N}_2 = 28.02\, \textrm{g/mol}\) ; Massa molar \(\textrm{H}_2 = 2.016\, \textrm{g/mol}\)
Mengonversi gram ke mol:
\( \textrm{mol N}_2 = \frac{28\, \textrm{G}}{28.02\, \textrm{g/mol}} \) \( \textrm{mol H}_2 = \frac{10\, \textrm{G}}{2.016\, \textrm{g/mol}} \)Bandingkan rasio mol yang tersedia dari \(\textrm{H}_2\) dengan \(\textrm{N}_2\) dengan rasio stoikiometri dari persamaan. Reaktan pembatas menentukan jumlah maksimum \(\textrm{NH}_3\) yang dapat dihasilkan. Ubah mol reaktan pembatas menjadi mol \(\textrm{NH}_3\) menggunakan koefisien stoikiometri, lalu menjadi gram jika diperlukan.
Perhitungan stoikiometri tidak terbatas pada reaktan dan produk dalam bentuk murni; mereka juga berlaku untuk solusi. Dalam larutan air, konsentrasi sering dinyatakan dalam molaritas, yaitu mol zat terlarut per liter larutan ( \(M = \textrm{perempuan jalang}\) ).
Saat melakukan reaksi dalam larutan, volume larutan dan molaritasnya dapat digunakan untuk mencari mol reaktan atau produk yang terlibat. Hal ini sangat berguna dalam percobaan titrasi, di mana larutan yang konsentrasinya diketahui digunakan untuk menentukan konsentrasi larutan yang tidak diketahui melalui netralisasi.
Misalkan kita perlu menetralkan 50,0 mL larutan HCl 1,0 M dengan larutan NaOH. Reaksinya adalah sebagai berikut:
\( \textrm{HCl} + \textrm{NaOH} \rightarrow \textrm{NaCl} + \textrm{H}_2\textrm{HAI} \)Stoikiometri reaksi menunjukkan bahwa satu mol HCl bereaksi dengan satu mol NaOH menghasilkan satu mol NaCl dan satu mol air. Pertama, tentukan mol HCl:
\( \textrm{Mol HCl} = \textrm{Volume (L)} \times \textrm{Molaritas (M)} \)Kemudian, dengan menggunakan perbandingan stoikiometri, hitung volume larutan NaOH yang diperlukan agar dapat bereaksi sempurna dengan larutan HCl. Contoh ini menunjukkan penerapan stoikiometri dalam larutan, dimana konsentrasi dan volume larutan menentukan jumlah reaktan dan produk.
Stoikiometri adalah konsep dasar dalam kimia yang memungkinkan analisis kuantitatif reaktan dan produk dalam suatu reaksi kimia. Dengan memahami hubungan antara jumlah zat berbeda yang terlibat dalam suatu reaksi, ahli kimia dapat memprediksi hasil produk, mengidentifikasi reaktan pembatas, dan menghitung jumlah bahan yang diperlukan untuk reaksi. Baik dalam reaksi murni maupun larutan, penghitungan stoikiometri memberikan wawasan berharga baik untuk eksperimen laboratorium maupun proses kimia industri. Komponen utama, termasuk konsep mol, koefisien stoikiometri, dan kemampuan untuk mengkonversi antara mol dan gram atau menentukan konsentrasi dalam larutan, sangat penting untuk melakukan penghitungan ini secara akurat. Melalui latihan dan penerapan, seseorang dapat menguasai perhitungan stoikiometri dan menerapkannya pada berbagai masalah kimia.
