Hukum Dasar Kimia: Perbandingan Massa, Perbandingan Ganda, Perbandingan Volume, dan Perbandingan Tetap [Lengkap + Contoh Soal]

Pernahkah kalian membakar sesuatu, misalnya kayu, kertas, atau dedaunan, kemudian kalian menimbang hasil pembakaran itu? Sisa zat yang kita dapatkan menjadi semakin sedikit, bukan? Memang pada umumnya, banyak dari kita akan beranggapan bahwa sebagian hasil pembakaran tersebut akan berkurang atau bahkan menghilang?

Ternyata dalam proses kehidupan sehari-hari seperti pada peristiwa yang sebutkan di atas dapat dipahami menggunakan hukum-hukum dasar dalam kimia. Hukum dasar yang ada dalam kimia tersebut terbagi menjadi empat bagian yaitu Hukum Kekekalan Massa, Hukum Perbandingan Tetap, Hukum Perbandingan Berganda dan Hukum Perbandingan Volume.

Nah, sekarang kita mulai bahas satu per satu!

A. Hukum Kekekalan Massa

Dalam kehidupan sehari-hari, pasti kita semua pernah menemukan besi yang berkarat. Baik itu ketika dalam perjalanan, di tempat-tempat rekreasi ataupun barang-barang milik kita sendiri. Pada keadaan normalnya, ketika besi itu kita diamkan atau disimpan dalam udara bebas, maka besi tersebut akan berubah menjadi berkarat. Biasanya besi tersebut akan kita ketemukan dalam keadaan yang lebih besar dari sebelumnya, yakni dengan timbulnya benjolan-benjolan keras pada permukaan besi tersebut.

Kemudian, jika kita melakukan penimbangan pada besi tersebut, ternyata masa besi tersebut akan berubah, massa besi yang berkarat akan menjadi lebih besar daripada massa besi normal sebelumnya. Contoh lain misalnya ketika sebuah kayu dibakar hingga menghasilkan abu yang rapuh dan juga ringan dari massa kayu sebelumnya. Lalu bagaimana sebenarnya hal ini bisa terjadi?

Terkait dengan ini, ada seorang ilmuan kimia asal Prancis, Antonie Laurent Lavoisier (1743-1794) yang melakukan percobaan pembakaran pada merkuri cair yang berwarna putih dengan oksigen sampai membentuk merkuri oksida berwarna merah. Dari hasil penelitian ini, Lavoisier memperoleh hasil bahwa massa oksigen yang dibutuhkan pada proses pembakaran sama dengan massa oksigen yang terbentuk setelah oksigen dipanaskan.

Akhirnya, hasil-hasil percobaan ini Ia terbitkan ke dalam sebuah buku yang berjudul “Traite Elementaire de Chemie” untuk memberikan jawaban bahwa jika suatu reaksi kimia dilakukan pada tempat tertutup, sehingga tidak ada hasil reaksi yang keluar dari tempat tersebut. Maka ternyata massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap. Sehingga pada akhirnya Lavoisier memberikan kesimpulan yang dikenal sebagai Hukum Kekekalan Massa.

“Dalam setiap reaksi kimia, jumlah massa zat-zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap atau sama”

Contoh soal:

Sebuah logam besi memiliki massa 30 gram direaksi dengan belerang sehingga membentuk 42 gram besi belerang. Berapakah massa belerang tersebut?

Maka, berdasarkan hukum lavoisier bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Sehingga diperoleh:

B. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Senyawa kimia merupakan suatu zat yang terbentuk oleh dua unsur atau lebih, misalnya saja garam (NaCl) dan air (H₂O). Garam terbentuk dari dua unsur yaitu Natrium dan Klorin. Pada umumnya, suatu materi pasti memiliki massa, termasuk unsur-unsur Natrium, Klorin, Hidrogen, maupun Oksigen. Lalu bagaimana kita bisa mengetahui massa Natrium dan gas Klorin yang terdapat dalam garam? Atau massa hidrogen dan oksigen dalam air?

Pertanyaan diatas pernah muncul dalam benak pikiran seorang ahli kimia asal Prancis yang bernama Joseph Louis Proust (1754 – 1826); yang mencoba membuat air dengan cara mencampurkan unsur hidrogen dengan oksigen.

Adapun hasil data eksperimen yang dilakukan oleh Proust dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Melalui hasil percobaan inilah, Proust membuktikan bahwa perbandingan massa hidrogen dan air adalah tetap yaitu 1:8. Sehingga Proust mengemukakan hasil temuannya yang dikenal sebagai Hukum Perbandingan Tetap:

“Perbandingan massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap”

Contoh Soal:

Tentukan perbandingan massa nitrogen dan oksigen dalam NO₂? (Ar N = 14, Ar O = 16)

Penyelesaian:

Pebandingan massa dalam NO₂ dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan seperti berikut ini:

Massa atom N : Massa atom O = jumlah atom N x Ar N : jumlah atom O x Ar O

Dan tidak hanya itu, hukum Proust juga sebenarnya bisa dijabarkan lagi untuk digunakan dalam penentuan kadar unsur atau massa unsur dalam suatu senyawa.

Rumus:
Massa unsur X = (Ar X / Mr Senyawa) x massa senyawa

% kadar unsur = (Massa unsur / Massa senyawa) x 100%

Contoh:

Berapa banyak kadar C dalam 50 g CaCO₃? (Ar C = 12, O = 16, Ca = 40)

Jawab:

C. Hukum Perbandingan Ganda (Hukum Dalton)

Rumus kimia selalu menunjukkan besarnya komposisi kimia dalam suatu senyawa. Misalnya, Air selalu dihubungkan dengan gabungan dari dua unsur yang masing-masing menyumbangkan jumlah tertentu yaitu 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen. Beberapa contoh lain juga misalnya didapatkan pada senyawa seperti SO₂, SO₃, NO₂, NO₃, H₂O dan H₂O₂.

Pebandingan berganda semacam ini diselidiki oleh John Dalton (1803), seorang ahli kimia dan fisika dari Inggris. Ia menyelidiki unsur-unsur tersebut pada setiap senyawa, kemudian akhirnya ia mendapatkan pola pembentukan senyawa yang memiliki keteraturan yang baik. Pola tersebut ia sebut sebagai Hukum Perbandingan Berganda:

“ Jika terdapat dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, dan massa salah satu unsur dari senyawa yang tebentuk itu tetap (sama), maka perbandingan massa unsur yang lain dalam senyawa-senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana”

Nitrogen dan oksigen dapat membentuk senyawa-senyawa N₂O, NO, N₂O₃, N₂O₄ dengan perbandingan komposisi seperti terlihat pada tabel di bawah ini.

Dari tabel tersebut dapat kita lihat bahwa ketika massa N dibuat sama (tetap) sebanyak 7 gram, maka perbandingan massa oksigen dalam senyawa-senyawa tersebut selalu tetap.

N₂O : NO : N₂O₃ : N₂O₄ = 4 : 8 : 12 : 16 atau 1 : 2 : 3 : 4.

Namun bagaimana jika diketemukan senyawa-senyawa yang tidak memiliki massa unsur yang sama pada salah satu unsurnya. Coba kita perhatikan contoh soal berikut:

Contoh:

Pebandingan massa N dan O dalam senyawa NO dan NO₂ adalah sebagai berikut:

Buktikan apakah kedua rumus senyawa tersebut bisa memenuhi Hukum Perbandingan Tetap dari Dalton?

Penyelesaian:

Jika Massa N pada senyawa NO disamakan dengan massa N pada NO₂ yaitu 28, maka massa O pada NO dapat dihitung dengan cara sebagai berikut:

Dari perbandingan ini, untuk perbandingan massa N yang sama ternyata perbandingan massa oksigennya 32 : 64 atau 1 : 2 yang merupakan bilangan bulat sederhana dan memenuhi hukum perbandingan tetap.

D. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)

Pada massa awal-awal perkembangan ilmu kimia, ilmuan hanya membagi kelompok unsur itu hanya menjadi empat golongan yaitu Air, Api, Udara dan Tanah. Wow, seperti yang ada pada film Avatar yah. Hehe.

Setelah ilmu pengetahuan mengalami perkembangan, para ilmuwan dapat menemukan bahwa air tersusun atas reaksi unsur hidrogen dengan oksigen. Perbandingan yang dihasilkan dari kedua unsur tersebut adalah 2 : 1. Pada 1808, Joseph Louis Gay Lussac yang merupakan ilmuwan dari Prancis berhasil melakukan percobaan tentang volume gas yang terlibat dalam berbagai macam reaksi kimia.

Adapun hasil percobaan yang didapatkan oleh Gay Lussac dapat dilihat pada tabel berikut:

Nah, dari hasil percobaan tersebut, Gay Lussac berpendapat bahwa jika 2 L gas hidrogen bereaksi dengan 1 L gas oksigen akan membentuk 2 L uap air. Sehingga untuk membentuk uap air dengan reaksi yang sempurna, maka setiap 2 L gas hidrogen diperlukan 1 L gas oksigen. Maka Guy Lussac berkesimpulan bahwa hal tersebut dapat dinyatakan sebagai Hukum Perbandingan Volume:

“Pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat”

Sehingga dapat diturunkan persamaanya menjadi:

Berikut contoh perbandingan volume pada reaksi-reaksi gas pada konsis suhu dan tekanan yang sama.

Contoh Soal:

Sebanyak 4 liter gas metana, CH₄ bereaksi dengan gas oksigen menghasilkan CO₂ dan uap air.

Tentukan:

1. Volume gas O₂ yang diperlukan;
2. Volume gas CO₂ yang dihasilkan;
3. Volume uap air yang dihasilkan.

Penyelesaian:

Jadi, volume O₂ yang diperlukan adalah 8 liter, volume gas CO₂ yang dihasilkan adalah 4 liter, dan volume uap air yang dihasilkan adalah 8 liter.

Itulah beberapa materi hukum dasar kimia teman-teman. Adapun kesimpulan dari materi di atas adalah:

1. Hukum kekekalan massa dikemukakan oleh Lovoisier yakni massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.
2. Hukum perbandingan tetap (Proust) yang menyatakan bahwa perbandingan massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa selalu tetap.
3. Hukum perbandingan berganda (Dalton) adalah Jika dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa dan massa salah satu unsur tersebut tetap, maka perbandingan massa unsur yang lain dalam senyawa-senyawa tersebut merupakan bilangan bulat dan sederhana.
4. Hukum perbandingan volume (Gay Lussac) adalah pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat.

Referensi:

• Devi, P.K. dkk. 2009. Kimia 1 Kelas X SMA dan MA. Jakarta. Departemen Pendidikan Nasional, PT. Remaja Rosdakarya.
• Setyawati, A.A. 2009. Kimia: Mengkaji Fenomena Alam untuk Kelas X SMA/MA. Jakarta. Departemen Pendidikan Nasional, PT. Cempaka Putih.
• https://www.nagwa.com/en/videos/418127413712/ (Diakses 23 Januari 2020, 21.39)