REVIEW OF CONCEPTS
2.6 Rumus Kimia
Ahli kimia menggunakan rumus kimia untuk mengekspresikan komposisi atom Na 11 proton 11 proton ion Na+ 10 elektron 11 elektron atom Cl 17 proton 17 proton ion Cl‒ 18 elektron 17 elektron
molekul dan senyawa ionik dalam istilah simbol kimia. Komposisi yang dimaksud tidak hanya kehadiran unsur tetapi juga rasio atom yang dikombinasikan. Sebagian besar di sini mengacu pada dua tipe rumus: rumus molekul dan rumus empiris.
Rumus Molekul
Rumus molekul menunjukkan jumlah yang pasti dari atom dari masing-masing unsure dalam unit terkecil suatu zat. Dalam diskusi kita tentang molekul, masing-masing contoh diberikan dengan rumus formulanya dalam tanda kurung. Dengan demikian, H2 adalah rumus molekul untuk hidrogen, O2 untuk oksigen, O3 untuk ozon, dan H2O untuk air. Angka yang berada di bawah menunjukkan jumlah atom dari unsur yang hadir. Tidak ada indeks untuk O dalam H2O karena hanya ada satu atom oksigen dalam satu molekul air, sehingga angka "satu" dihilangkan dari rumus. Perhatikan bahwa oksigen (O2) dan ozon (O3) merupakan alotrop oksigen. Alotrop adalah salah satu dari dua atau lebih bentuk yang berbeda dari suatu unsur. Dua bentuk alotrop dari unsur karbon adalah berlian dan grafit yang secara dramatis berbeda tidak hanya
sifatnya tetapi juga dalam biaya relatifnya.
Model Molekul
Molekul terlalu kecil bagi kita untuk mengamatinya secara langsung. Sebuah cara yang efektif untuk memvisualisasikan mereka adalah dengan menggunakan model molekul. Dua jenis model molekul standar yang digunakan: model bola pasak dan model ruang termampatkan (Gambar 2.11). Dalam model bola pasak, atom-atom berupa bola kayu atau plastik dengan lubang di dalamnya. Batang atau pegas digunakan untuk mewakili ikatan kimia. Sudut antara atom-atom membentuk perkiraan sudut ikatan dalam molekul yang sebenarnya. Dengan pengecualian dari atom H, semua bola memiliki ukuran yang sama dan setiap jenis atom diwakili oleh warna tertentu.
Dalam model ruang termampatkan, atom diwakili oleh potongan bola dieratkan bersama dengan pengancing pasak, sehingga ikatan tidak terlihat. Bola proporsional dengan ukuran atom. Langkah pertama untuk membangun sebuah model molekul adalah menulis rumus struktur, yang menunjukkan bagaimana atom terikat satu sama lain dalam suatu molekul. Misalnya, diketahui bahwa masing-masing dari dua atom H yang terikat pada atom O dalam molekul air. Sehingga, rumus struktur air adalah H-O-H. Sebuah garis yang menghubungkan dua simbol atom merupakan ikatan kimia.
Gambar 2.11 Rumus molekul dan rumus struktur serta model molekul empat molekul yang umum
Model bola pasak menunjukkan susunan tiga dimensi dari atom dengan jelas, dan mereka cukup mudah untuk dibangun. Namun, bola tidak proporsional dengan ukuran atom. Selanjutnya, batang sangat membesar-besarkan ruang antara atom-atom dalam molekul. Model ruang termampatkan lebih akurat karena mereka menunjukkan variasi dalam ukuran atom. Kelemahannya adalah bahwa mereka memakan waktu untuk menempatkan bersama-sama dan tidak menunjukkan tiga-dimensi posisi atom denganb sangat baik. Kita akan menggunakan kedua model secara ekstensif dalam teks ini.
Rumus Empiris
Rumus molekul hidrogen peroksida, zat yang digunakan sebagai antiseptik dan sebagai agen pemutih untuk tekstil dan rambut, adalah H2O2. Rumus ini menunjukkan bahwa setiap molekul hidrogen peroksida terdiri dari dua atom hidrogen dan dua atom oksigen. Rasio atom hidrogen dan oksigen dalam molekul ini adalah 2:2 atau 1:1. Rumus empiris hidrogen peroksida adalah HO. Jadi, rumus empiris memberitahu kita unsur mana yang hadir dan jumlah keseluruhan rasio paling sederhana dari atom mereka, tetapi belum tentu jumlah sebenarnya dari atom dalam molekul yang diberikan. Sebagai contoh lain, perhatikan senyawa hidrazin (N2H4), yang digunakan sebagai bahan bakar roket. Rumus empiris hidrazin adalah NH2. Meskipun rasio nitrogen untuk hidrogen adalah 1:2 dalam kedua rumus molekul (N2H4) dan rumus empiris (NH2), hanya rumus molekul yang menyatakan berapa sebenarnya atom N (dua) dan atom H (empat) hadir dalam molekul hidrazin.
Rumus empiris adalah rumus kimia paling sederhana, mereka ditulis dengan pengurangan subskrip dalam rumus molekul ke nomor terkecil yang mungkin dari jumlah keseluruhan. Rumus molekul adalah rumus sebenarnya dari molekul. Jika kita tahu rumus molekul, kita juga tahu rumus empirisnya, tetapi sebaliknya tidak benar.
Mengapa, kemudian, ahli kimia repot-repot dengan rumus empiris? Seperti yang akan kita lihat dalam Bab 3, ketika ahli kimia menganalisis senyawa yang tidak diketahui, langkah pertama biasanya adalah penentuan rumus empiris senyawa. Dengan informasi tambahan, adalah mungkin untuk menyimpulkan rumus molekul.
Bagi banyak molekul, rumus molekul dan rumus empiris adalah satu dan sama. Beberapa contoh adalah air (H2O), amonia (NH3), karbon dioksida (CO2), dan metana (CH4).
Contoh 2.2
Penyelesaian Mengacu pada label (lihat juga kembali kertas terakhir). Ada empat atom H, satu atom C, dan satu atom O. Oleh karena itu, rumus molekulnya adalah CH4O. Namun, cara standar penulisan rumus molekul untuk metanol adalah CH3OH karena menunjukkan bagaimana atom bergabung dalam molekul.
Latihan Tuliskan rumus molekul dari kloroform, yang digunakan sebagai pelarut dan agen pembersih. Model pasak kloroform ditunjukkan dalam margin pada p. 43. Contoh 2.3
digunakan dalam obor las, (b) glukosa (C6H12O6), substansi yang dikenal sebagai gula darah, dan (c) nitrogen oksida (N2O), gas yang digunakan sebagai gas anestesi ("gas tertawa") dan sebagai propelan aerosol untuk krim kocok.
Strategi ingat kembali untuk menulis rumus empiris, subskrip dalam rumus molekul harus dikonversi ke nomor terkecil dari seluruh kemungkinan.
Penyelesaian
(a) Ada dua atom karbon dan dua atom hidrogen dalam asetilena. Membagi subskrip dengan 2, kita memperoleh rumus empiris CH.
(b) Dalam glukosa terdapat 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Membagi subskrip dengan 6, kita memperoleh rumus empiris CH2O. Perhatikan bahwa jika kita telah membagi subskrip dengan 3, kita akan memperoleh rumus C2H4O2. Meskipun rasio atom karbon terhadap hidrogen terhadap oksigen dalam C2H4O2 adalah sama seperti yang dalam C6H12O6 (1:2:1), C2H4O2 bukanlah rumus sederhana karena subskripnya yang tidak berada dalam rasio terkecil dari
keseluruhan jumlah.
(c) Karena subskrip di N2O sudah nomor terkecil dari seluruh kemungkinan, rumus empiris untuk nitrogen oksida adalah sama dengan rumus molekulnya.
Latihan Tuliskan rumus empiris untuk kafein (C8H10N4O2), stimulan yang ditemukan dalam teh dan kopi.
Rumus Senyawa Ionik
terdiri dari unit molekul diskrit. Misalnya, sampel padatan natrium klorida (NaCl) terdiri dari jumlah yang sama ion Na1 dan Cl2 yang diatur dalam jaringan tiga dimensi (Gambar 2.12). Dalam senyawa, ada rasio 1:1 dari kation ke anion sehingga senyawa tersebut bermuatan netral. Seperti yang dapat Anda lihat pada Gambar 2.12, tidak ada ion Na1 di NaCl dikaitkan dengan hanya satu Cl2 ion tertentu. Bahkan, masing-masing ion Na1 adalah sama-sama diikat oleh enam ion Cl2 di sekitarnya dan sebaliknya. Dengan demikian, NaCl adalah rumus empiris untuk natrium klorida. Dalam senyawa ionik lain, struktur yang sebenarnya mungkin berbeda, namun susunan kation dan anionnya sama sehingga senyawa semua elektrik netral. Perhatikan bahwa muatan pada kation dan anion tidak ditampilkan dalam formula dari senyawa ionik.
Gambar 2.12 (a) Struktur NaCl padat (b) Sebenarnya, kation saling berinteraksi dengan anion. Pada kedua gambar tersebut, gambar (a) dan (b), bulatan yang berukuran lebih kecil mewakili ion Na+ sedangkan yang berukuran lebih besar menunjukkan ion Cl‒ (c) Kristal NaCl
Agar senyawa ionik menjadi netral, jumlah muatan pada kation dan anion di masing-masing rumus harus nol. Jika muatan kation dan anion secara numerik berbeda, kami menerapkan aturan berikut untuk membuat formula elektrik netral: Subskrip dari kation secara numerik sama dengan muatan pada anion, dan subscript dari anion secara numerik sama dengan muatan pada kation. Jika muatan secara numerik adalah sama, maka tidak ada subskrip yang diperlukan. Aturan ini sesuai dengan fakta bahwa karena rumus senyawa ionik kebanyakan adalah rumus empiris, subskrip selalu harus
dikurangi dengan rasio terkecil. Mari kita perhatikan beberapa contoh.
Kalium Bromida. Kation kalium K1 dan anion bromin Br2 bergabung untuk membentuk senyawa ion kalium bromida. Jumlah muatan adalah 11 1 (21) 5 0, sehingga tidak ada subskrip yang diperlukan. Rumusnya adalah KBr.
Seng Iodida. Kation seng Zn2+ dan anion Iodida I1- bergabung untuk membentuk seng iodida. Jumlah muatan satu ion Zn2+ dan satu ion I1- adalah +2 + (-1) = +1. Untuk membuat muatan bertambahn hingga nol kita kalikan muatan -1 dari anion dengan 2 dan menambahkan "2" subskrip ke simbol iodin. Oleh karena itu, rumus untuk seng iodida adalah ZnI2.
Aluminum Oksida. Kationnya adalah Al3+ dan anion oksigen adalah O2-. Diagram berikut membantu kita menentukan subskrip untuk senyawa yang dibentuk kation dan anion:
Jumlah muatannya adalah 2 (+3) + 3 (-2) = 0. Jadi, rumus untuk aluminium oksida adalah Al2O3.