REVIEW OF CONCEPTS
3.7 Reaksi Kimia dan Persamaan Kimia
Setelah membahas massa atom dan molekul, kita beralih pada apa yang terjadi terhadap atom dan molekul selama berlangsungnya reaksi kimia, sebuah proses dimana suatu zat (atau senyawa) berubah menjadi satu atau lebih zat baru. Agar reaksi kimia dapat dikomunikasikan satu sama lain, ahli kimia telah menemukan cara standar untuk menggambarkan terjadinya reaksi kimia melalui persamaan kimia. Sebuah persamaan kimia menggunakan simbol kimia untuk menunjukkan apa yang terjadi selama reaksi kimia. Dalam bagian ini kita akan belajar bagaimana menulis persamaan kimia dan menyeimbangkannya.
Menulis Persamaan Kimia
Perhatikan apa yang terjadi ketika gas hidrogen (H2) terbakar di udara (yang mengandung gas oksigen, O2) untuk membentuk air (H2O). Reaksi ini dapat dinyatakan dalam persamaan kimia
𝐻2+ 𝑂2 → 𝐻2𝑂
dimana tanda "+" berarti "bereaksi dengan" dan tanda “” berarti menghasilkan. Jadi penulisan lambing diatas dibaca : "Molekul hidrogen bereaksi dengan molekul oksigen untuk menghasilkan air." Reaksi diasumsikan untuk melanjutkan dari kiri ke kanan sesuai dengan arah tanda panah.
Namun, persamaan diatas masih belum lengkap karena jumlah atom oksigen sisi kiri (dua) dua kali lebih banyak daripada sisi kanan tanda panah (satu). Untuk menyesuaikan dengan hukum kekekalan massa, maka jumlah tiap jenis atom di kedua sisi tanda panah harus sama, dapat dikatakan pula bahwa jumlah atom setelah reaksi berakhir sama seperti sebelum reaksi dimulai. Persamaan diatas dapat diseimbangkan dengan menempatkan koefisien yang sesuai. Dalam contoh ini koefisien 2 diberikan di depan H2 dan H2O.
2𝐻2 + 𝑂2 → 2𝐻2𝑂
+
dua molekul hidrogen + satu molekul oksigen dua molekul air
2H2 + O2 2H2O
Gambar 3.7 Tiga cara untuk menggambarkan proses pembakaran hydrogen. Sesuai dengan hukum kekekalan massa, jumlah tiap jenis atom harus sama pada kedua sisi persamaan.
Persamaan kimia yang seimbang ini menunjukkan bahwa "dua molekul hidrogen bergabung atau bereaksi dengan satu molekul oksigen untuk membentuk dua molekul air" (Gambar 3.7). Karena perbandingan jumlah molekul setara dengan perbandingan
jumlah mol, maka persamaan tersebut juga dapat dibaca sebagai "2 mol molekul hidrogen bereaksi dengan 1 mol molekul oksigen untuk menghasilkan 2 mol molekul air." Kita juga telah mengetahui massa satu mol masing-masing zat, sehingga kita juga bisa menafsirkan persamaan tersebut sebagai "4,04 g H2 bereaksi dengan 32,00 g O2 untuk menghasilkan 36,04 g H2O." Ketiga cara membaca persamaan reaksi kimia dirangkum dalam Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Penafsiran Persamaan Kimia
2H2 + O2 2H2O
dua molekul + satu molekul dua molekul
2 mol + 1 mol 2 mol
2(2,02 g) = 4,04 g + 32 g 2(18,02 g) = 36,04 g 36,04 g reaktan 36,04 g produk
Pada persamaan reaksi sebelumnya, H2 dan O2 disebut sebagai reaktan, yaitu bahan awal dalam reaksi kimia. Sedangkan air (H2O) adalah produk, yaitu bahan yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi kimia. Jadi, sebuah persamaan kimia hanya deskripsi singkat tentang terjadinya reaksi kimia. Dalam persamaan kimia, reaktan ditulis di sebelah kiri tanda panah dan produk di sebelah kanan tanda panah :
𝒓𝒆𝒂𝒌𝒕𝒂𝒏 → 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒌
Sebagai informasi tambahan, para ahli kimia sering menunjukkan wujud fisik dari reaktan dan produk dengan menggunakan huruf g, l, dan s yang masing-masing digunakan untuk menunjukkan wujud gas, cair, dan padat. Misalnya
2CO2(g) + O2(g) 2CO2(g) 2HgO(s) 2Hg(l) + O2(g)
Untuk menunjukkan apa yang terjadi ketika natrium klorida (NaCl) ditambahkan ke dalam air, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.
𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠)𝐻→ 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑞) 2𝑂
dimana (aq, aqueous) menunjukkan lingkungan berair (dalam contoh ini lingkungan air). Penulisan H2O diatas tanda panah melambangkan proses fisik pelarutan zat dalam air, meskipun seringkali diabaikan agar lebih sederhana.
Menyetarakan Persamaan Kimia
Misalkan kita ingin menulis sebuah persamaan untuk menggambarkan reaksi kimia yang baru saja kita dilakukan di laboratorium, bagaimana seharusnya kita melakukannya? Karena kita telah mengetahui identitas dari reaktan, maka kita bisa menulis rumus kimianya sedangkan identitas produk lebih sulit untuk ditentukan. Untuk reaksi yang sederhana, seringkali memungkinkan untuk menebak produk(-produk)nya. Untuk reaksi yang lebih rumit dengan melibatkan tiga atau lebih produk, kimiawan
mungkin perlu untuk melakukan analisis lebih lanjut untuk membuktikan keberadaan senyawa tertentu.
Setelah diidentifikasi semua jenis reaktan dan produk, serta telah ditulis rumus kimia yang benar untuk masing-masing senyawa, kita kumpulkan sesuai kelompoknya dan diurutkan secara manual, reaktan diletakkan di sebelah kiri dipisahkan oleh sebuah tanda panah, sedangkan produk berada di sebelah kanan tanda panah. Persamaan yang ditulis ini kemungkinan belum seimbang, dimana jumlah setiap jenis atom pada salah satu sisi dari tanda panah berbeda dari sisi yang lain. Secara umum, kita dapat menyeimbangkan persamaan kimia dengan langkah-langkah berikut :
1. Identifikasi semua reaktan dan produk serta menuliskan rumus kimia yang benar masing-masing di sisi kiri dan sisi kanan persamaan kimia.
2. Mulailah menyeimbangkan persamaan dengan mencoba koefisien yang berbeda untuk menyetarakan jumlah atom setiap unsur pada kedua sisi persamaan. Kita dapat mengubah koefisien (nomor yang ditulis sebelum rumus kimia senyawa) tetapi tidak bias mengubah indeks (nomor dalam rumus senyawa) karena mengubah indeks akan mengubah jenis zat. Misalnya, 2NO2 berarti "dua molekul nitrogen dioksida" tetapi jika kita melipatgandakan indeksnya kita akan memiliki senyawa N2O4, yaitu rumus kimia dari dinitrogen tetraoksida, suatu senyawa yang sama sekali berbeda dengan NO2.
3. Pertama-tama, carilah unsur yang hanya muncul sekali pada setiap sisi persamaan dengan jumlah yang sama atom di setiap sisi. Rumus yang mengandung unsur-unsur tersebut harus memiliki koefisien yang sama. Oleh karena itu, kita tidak perlu menyesuaikan koefisien unsur-unsur tersebut. Selanjutnya, carila unsure yang hanya muncul sekali pada setiap sisi persamaan, tetapi dalam jumlah atom yang berbeda. Setarakan jumlah unsur tersebut. Terakhir, setarakan unsur-unsur yang muncul dalam dua atau lebih rumus kimia pada sisi persamaan yang sama.
4. Periksa persamaan reaksi yang telah disetarakan untuk memastikan bahwa jumlah dari setiap jenis atom di kedua sisi persamaan yang dipisahkan oleh tanda panah adalah sama.
Perhatikan contoh yang lebih spesifik berikut ini. Di laboratorium, sejumlah kecil gas oksigen dapat dibuat dengan memanaskan kalium klorat (KClO3). Produk reaksi ini berupa gas oksigen (O2) dan kalium klorida (KCl). Dari informasi ini, kita menulis
KClO3 KCl + O2
(Untuk mempermudah, kita mengabaikan wujud fisik dari reaktan dan produk) Ketiga unsur-unsur dalam persamaan (K, Cl, dan O) hanya muncul sekali pada setiap sisi per-samaan, tapi hanya atom K dan Cl yang memiliki jumlah yang sama di kedua sisi persamaan. Dengan demikian, KClO3 dan KCl harus memiliki koefisien yang sama. Langkah selanjutnya adalah menyetarakan jumlah atom O pada kedua sisi persamaan. Karena ada tiga atom O di sebelah kiri dan dua atom O di sebelah kanan persamaan, kita dapat menyetarakannya dengan menempatkan koefisien 2 di depan rumus KClO3 dan 3 di depan rumus O2.
2KClO3 KCl + 3O2
Akhirnya, jumlah atom K dan Cl disetarakan dengan menempatkan koefisien 2 di depan rumus senyawa KCl :
2KClO3 2KCl + 3O2
Untuk pengecekan terakhir, kita dapat menyusun lembar kesetaraan untuk reaktan dan produk yang menunjukkan jumlah atom dari setiap unsur yang ditulis dalam tanda kurung :
Reaktan Produk
K (2) K (2)
Cl (2) Cl (2)
O (6) O (6)
Perhatikan bahwa persamaan ini juga setara jika koefisien yang ditambahkan merupakan kelipatan 2 (untuk KClO3), kelipatan 2 (untuk KCl), dan kelipatan 3 (untuk O2), misalnya
4KClO3 + 4KCl 6O2
Namun dalam prakteknya lebih umum digunakan angka bulat paling sederhana sebagai koefisien untuk menyetarakan suatu persamaan kimia.
Perhatikan reaksi pembakaran dari salah satu komponen gas alam yaitu etana (C2H6) dengan oksigen atau udara, yang menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan air. Persamaan reaksi tidak setaranya adalah
C2H6 + O2 CO2 + H2O
Dapat dilihal bahwa jumlah atom tidak sama pada kedua sisi persamaan untuk setiap unsur (C, H, dan O). Selain itu, C dan H hanya muncul sekali pada setiap sisi persamaan, sedangkan O muncul dalam dua senyawa berbeda di sisi kanan (CO2 dan H2O). Untuk menyeimbangkan jumlah atom C, kita tempatkan koefisien 2 di depan CO2
C2H6 + O2 2CO2 + H2O
Untuk menyeimbangkan atom H, kita tempatkan koefisien 3 di depan H2O C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O
Sampai pada tahap ini, atom C dan H telah setara, tetapi atom O belum setara karena ada tujuh atom O di sisi kanan dan hanya dua atom O di sisi kiri persamaan. Ketidaksetaraan atom O dapat diatasi dengan menuliskan koefisien 7/2 di depan O2 pada sisi kiri persamaan
C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O
Secara logika, penggunaan 7/2 sebagai koefisien menyatakan bahwa ada tujuh atom oksigen pada sisi kanan dari persamaan, tetapi hanya sepasang atom oksigen (O2) di sebelah kiri. Untuk menyeimbangkannya, muncul pertanyaan berapa pasang atom oksigen yang diperlukan yang nilainya sama dengan tujuh atom oksigen. Sama seperti 3,5 pasang sepatu yang sama tujuh sepatu, 7/2 molekul O2 sama dengan tujuh atom O. Seperti yang ditunjukkan dalam perhitungan berikut, persamaan reaksinya kini telah setara
Reaktan Produk
C (2) C (2)
H (6) H (6)
O (7) O (7)
Namun, koefisien reaksi lebih sering menggunakan bilangan bulat daripada pecahan. Oleh karena itu, kita kalikan persamaan keseluruhan dengan 2 untuk mengkonversi 7/2 menjadi 7.
2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O