Kimia: Bilangan avogadro

1.    Bilangan Avogadro

Bilangan avogadro adalah jumlah molekul yang terdapat dalam satu mol atau berat gram molekul dari bahan apapun. Satu gram berat molekul adalah berat suatu zat (dalam gram) yang secara numerik setara dengan berat molekul berdimensi dari substansinya. Jumlah molekul dalam satu gram berat molekul telah ditentukan kira-kira sekitar 6.0221367x1023 molekul.

Hukum Avogadro 

Hukum avogadro merupakan hukum kimia dasar yang menyatakan bahwa gas-gas yang memiliki volume, suhu, dan tekanan yang sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula. Hukum ini pertama kali diusulkan sebagai sebuah hipotesis oleh fisikawan Italia, Amadeo Avogadro, pada 1811.

Para ahli kimia dan fisika terus mengembangkan hipotesis ini dan pada 1850-an, terutama atas kerja keras ahli kimia Stanislao Cannizzaro, hukum avogadro diterima secara universal.

Suhu 0ºC (32ºF) dan tekanan sama dengan tekanan atmosfer bumi di permukaan laut yang disebut suhu dan tekanan standar (STP). Menurut hukum avogadro, 1 meter kubik oksigen pada STP mengandung jumlah partikel sama dengan 1 meter kubik nitrogen pada STP.

Hukum avogadro menyatakan bahwa satu mol setiap gas pada STP menempati volume 22,4 liter. Sebuah mol beratnya adalah 6,02x1023 partikel dasar (atam atau molekul) suatu zat.

Hukum avogadro begitu mudah dibuktikan melalui teori kinetik, ditunjukkan bahwa volume gas tertentu pada suhu dan tekanan tertentu, selalu mengandung jumlah molekul yang sama, terlepas dari gas yang dipilih. Bagaimanapun, angka ini tidak bisa ditentukan secara akurat.

Para ahli fisika abad ke-19 tidak memiliki pengetahuan mengenai masa molekul atau atom dan ukurannya sampai pergantian abad ke-20, setelah penemuan elektron oleh ahli fisika Amerika, Robert Andrews Millikan, yang menentukan dengan hati-hati muatannya.

Penentuan ini, akhirnya, menunjukkan angka avogadro tersebut secara akurat, bahwa jumlah molekul dalam jumlah bahan yang sama beratnya sama dengan molekulnya.

2.      Redoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia.

Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH₄), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit.

Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

• Reduksi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
• Oksidasi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion.

Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai "redoks" walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen)

3.      Konsep Mol

Saat kita membeli apel atau daging kita selalu mengatakan kepada penjual berapa kilogram yang ingin kita beli, demikian pula berapa liter saat kita ingin membeli minyak tanah. Jarak dinyatakan dalam satuan meter atau kilometer. Ilmu kimia menggunakan satuan mol untuk menyatakan satuan jumlah atau banyaknya materi.

Unsur dengan jumlah mol berbeda

Hubungan Mol dengan Tetapan Avogadro

Kuantitas atom, molekul dan ion dalam suatu zat  dinyatakan dalam satuan mol. Misalnya, untuk mendapatkan 18 gram air maka 2 gram gas hidrogen direaksikan dengan 16 gram gas oksigen.

2H₂O  +  O₂ → 2H₂O

Dalam 18 gram air terdapat 6,023×10²³ molekul air. Karena jumlah partikel ini sangat besar maka tidak praktis untuk memakai angka dalam jumlah yang besar. Sehingga iistilah mol diperkenalkan untuk menyatakan  kuantitas  ini.  Satu  mol  adalah  jumlah  zat  yang mangandung partikel (atom, molekul, ion) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram karbon dengan nomor massa 12 (karbon-12, C-12). Jumlah  atom  yang  terdapat  dalam 12  gram  karbon-12 sebanyak 6,02×10²³ atom C-12. tetapan ini disebut tetapan Avogadro.

Tetapan Avogadro (L) = 6,02×10²³ partikel/mol

Lambang L menyatakan huruf pertama dari Loschmidt, seorang ilmuwan austria yang pada tahun 1865 dapat menentukan besarnya tetapan Avogadro dengan tepat. Sehingga,

1 mol emas       = 6,02×10²³ atom emas

1 mol air           = 6,02×10²³ atom air

1 mol gula         = 6,02×10²³ molekul gula

1 mol zat X        = L buah partikel zat X

Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel

Telah diketahui bahwa 1mol zat X = l buah partikel zat X, maka

2 mol zat X        = 2 x L partikel zat X

5 mol zat X        = 5 x L partikel zat X

n mol zat X        = n x L partikel zat X

Jumlah partikel = n x L

Contoh soal:

Berapa mol atom timbal dan oksigen yang dibutuhkan untuk membuat 5 mol timbal dioksida (PbO₂).

Jawab :

1 mol timbal dioksida tersusun oleh 1 mol timbal dan 2 mol atom oksigen (atau 1 mol molekul oksigen, O₂). Sehingga terdapat

Atom timbal      = 1 x 5 mol = 5 mol

Atom oksigen    = 2 x 5 mol = 10 mol (atau 5 mol molekul oksigen, O₂)

Contoh soal

Berapa jumlah atom besi (Ar Fe = 56 g/mol) dalam besi seberat 0,001 gram.

Jawab

Massa Molar

Telah diketahui bahwa satu mol adalah jumlah zat yang mengandung partikel (atom, molekul, ion) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram karbon dengan nomor massa 12 (karbon-12, C-12). Sehingga terlihat bahwa massa 1 mol C-12 adalah 12 gram. Massa 1 mol zat disebut massa molar. Massa molar sama dengan massa molekul relatif (Mr) atau massa atom relatif (Ar) suatu zat yang dinyatakan dalam gram.

Massa molar = Mr atau Ar suatu zat (gram)

Contoh:

Massa dan Jumlah Mol Atom/Moleku

Hubungan mol dan massa dengan massa molekul relatif (Mr) atau massa atom relatif (Ar) suatu zat dapat dicari dengan

Gram = mol x Mr atau Ar

Contoh soal:

Berapa mol besi seberat 20 gram jika diketahui Ar Fe = 56 g/mol

Jawab :

Besi tersusun oleh atom-atom besi, maka jumlah mol besi

Contoh soal :

Berapa gram propana C₃H₈ dalam 0,21 mol jika diketahui Ar C = 12 dan H = 1

Jawab:

Mr Propana = (3 x 12) + (8 x 1) = 33 g/mol, sehingga,

gram propana = mol x Mr = 0,21 mol x 33 g/mol = 9,23 gram

Volume Molar

Avogadro mendapatkan hasil dari percobaannya bahwa pada suhu 0°C (273 K) dan tekanan 1 atmosfir (76cmHg) didapatkan tepat 1 liter oksigen dengan massa 1,3286 gram. Maka,

Karena volume gas oksigen (O₂) = 1 liter,

Pengukuran dengan kondisi 0°C (273 K) dan tekanan 1 atmosfir (76cmHg) disebut juga keadaan STP(Standard Temperature and Pressure). Pada keadaan STP, 1 mol gas oksigen sama dengan 22,3 liter.

Avogadro yang menyata-kan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apabila jumlah molekul sama maka jumlah molnya akan sma. Sehingga, pada suhu dan tekanan yang sama, apabila jumlah mol gas sama maka volumenyapun akan sama. Keadaan standar pada  suhu dan tekanan yang sma (STP) maka volume 1 mol gas apasaja/sembarang berharga sama yaitu 22,3 liter. Volume 1 mol gas disebut sebagai volume molar gas (STP) yaitu 22,3 liter/mol.

Volume Gas Tidak Standar

Persamaan gas ideal

Persamaan gas ideal dinyatakan dengan:

PV=nRT

keterangan:

P; tekanan gas (atm)

V; volume gas (liter)

N; jumlah mol gas

R; tetapan gas ideal (0,082 liter atm/mol K) T; temperatur mutlak (Kelvin)

Gas Pada Suhu dan Tekanan Sama

Avogadro melalui percobaannya menyatakan bahwa pada suhu  dan  tekanan  yang  sama,  gas-gas  yang  bervolume  sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apabila jumlah molekulnya sama maka jumlah molnya sama. Jadi pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Maka,

Molaritas

Larutan merupakan campuran antara pelarut dan zat terlarut. Jumlah zat terlarut dalam larutan dinyatakan dalam konsentrasi. Salah  satu  cara  untuk  menyatakan  konsentrasi  dan  umumnya digunakan adlah dengan molaritas (M). molaritas merupakan ukuran banyaknya mol zat terlarut dalam 1 liter larutan.

pengenceran dilakukan apabila larutan terlalu pekat. Pengenceran dilakukan dengan penambahan air. Pengenceran tidak merubah jumlah mol zat terlarut. Sehingga,

V₁M₁ = V₂M₂

keterangan:

V₁ = volume sebelum pengenceran

M₁ = molaritas sebelum pengenceran

V₂ = volume sesudah pengenceran

M₂ = molaritas sesudah pengenceran