Konsep Mol dan Tetapan Avogadro
Table of Contents
Konsep Mol
Konsep mol berasal dari pemahaman suatu peristiwa dimana satu atom karbon (C) bereaksi dengan satu molekul oksigen (O2) dan terbentuk satu molekul CO2.Persamaan di atas sudah secara umum dikenal, namun sebenarnya yang terjadi tidaklah demikian. Reaksi yang dijelaskan di atas bukanlah reaksi satu atom karbon (C) dengan satu molekul oksigen (O2), melainkan sejumlah besar atom karbon (C) dan sejumlah besar molekul oksigen(O2).
Dikarenakan jumlah atom atau jumlah molekul yang bereaksi begitu besarnya maka untuk menyatakannya, para ahli kimia menggunakan istilah mol sebagai satuan jumlah partikel molekul, atom, atau ion.
Satu mol didefinisikan dengan jumlah zat yang mengandung partikel zat itu sebanyak atom yang terdapat dalam 12,000g atom karbon–12.
Jadi, dapat kita simpulkan bahwa dalam satu mol suatu zat terdapat 6,022 x 1023 partikel. Angka 6,022 x 1023 partikel per mol dikenal dengan tetapan Avogadro, dan diberi lambang L atau N.
Dalam kehidupan sehari-hari, istilah mol dapat kita analogikan sebagai "lusin". Atau jika satu lusin menyatakan jumlah 12 buah, maka satu mol menyatakan jumlah 6,022 x 1023 partikel zat.
Kata partikel untuk NaCl, H2O, dan N2 dapat dinyatakan dengan ion dan molekul, sedangkan untuk unsur seperti Zn, C, dan Al dapat dinyatakan dengan atom.
Perhatikan tabel jumlah partikel dalam beberapa zat di bawah ini.
| Jumlah Partikel dalam Beberapa Zat | ||||
|---|---|---|---|---|
| Seng | Rumus | Jumlah | Jenis Partikel | Jumlah Partikel |
| Seng | Zn | 1 mol | atom | 1 x (6.022 x 1023) atom |
| Aluminium | Al | 1 mol | atom | 1 x (6.022 x 1023) atom |
| Natrium Klorida | NaCl | 1 mol | ion | 1 x (6.022 x 1023) molekul |
| Air | H2O | 1 mol | molekul | 1 x (6.022 x 1023) molekul |
Jadi rumus kimia suatu senyawa menunjukkan perbandingan jumlah atom yang ada dalam senyawa tersebut.
| Perbandingan Atom-Atom dalam H2SO4 | |||
|---|---|---|---|
| Jumlah H2SO4 | Jumlah Atom H | Jumlah Atom S | Jumlah Atom O |
| 1 | 2 | 1 | 4 |
| 1 mol | 2 mol | 1 mol | 4 mol |
| 1 x (6.022 x 1023) | 2 x (6.022 x 1023) | 1 x (6.022 x 1023) | 4 x (6.022 x 1023) |
1 mol zat mengandung 6,022 x 1023 partikel
Contoh soal
Diketahui pada satu molekul air (H2O) terdapat 6,022 x 10–23 molekul H2O. Tentukan ada berapa atom dalam 1 mol air tersebut ?
Jawab:
Satu molekul air (H2O) tersusun dari 2 atom H dan 1 atom O. Jadi 1 molekul air tersusun dari 3 atom. Oleh karena itu, 1 mol H2O mengandung 6,022 x 1023 molekul atau 3 x 6,022 x 1023 atom = 1,806 x 1024 atom.
Contoh soal
Tentukanlah jumlah atom yang terdapat dalam 0,5 mol belerang!
Jawab:
0,5 mol belerang = 0,5 mol x N
0,5 mol belerang = 0,5 mol x 6,02 x 1023 atom belerang
0,5 mol belerang = 3,01 x 1023 atom belerang
Contoh soal
Tentukan jumlah atom H, S, dan O, dalam 5 mol asam sulfat (H2SO4).
Jawab:
Jumlah molekul = 5 mol x N
Jumlah molekul = 5 mol x 6,02 x 1023
Jumlah molekul = 3,01 x 1024 molekul
Jumlah atom H = 2 x 6,02 x 1023 atom = 12,04 x 1023 atom
Jumlah atom S = 1 x 6,02 x 1023 atom = 6,02 x 1023 atom
Jumlah atom O = 4 x 6,02 x 1023 atom = 24,08 x 1023 atom
Dari contoh-contoh di atas, kita dapat simpulkan bahwa hubungan jumlah mol (n) dengan jumlah partikel, yang secara matematik dapat dituliskan sebagai berikut.
n = jumlah mol
N = bilangan Avogadro
1. Massa Molar (Mr)
Massa satu mol zat disebut massa molar (lambang Mr). Besar massa molar suatu zat adalah massa atom relatif atau massa molekul relatif zat yang dinyatakan dalam satuan gram per mol. Atau dapat dituliskan seperti rumus di bawah ini.
Massa molar = Mr atau Ar zat(g/mol)
Perhatikan contoh tabel massa molar beberapa zat di bawah ini.
| Massa Molar Beberapa Zat | |||
|---|---|---|---|
| Nama Zat | Rumus | Ar dan Mr | Massa Molar |
| Besi | Fe | Ar = 56 | 56 g/mol |
| Air | H2O | Mr = 18 | 18 g/mol |
| Garam Dapur | NaCl | Mr = 53,5 | 53,5 g/mol |
| Karbon | C | Ar = 12 | 12 g/mol |
Massa suatu zat merupakan perkalian massa molarnya (g/mol) dengan mol zat tersebut (n).
Jadi hubungan mol suatu zat dengan massanya dapat dinyatakan secara matematis dengan rumus berikut.
Massa molar = massa : mol
Massa = mol x Mr / Ar(massa molar)
contoh soal
Diketahui terdapat 6g urea ( CO(NH2)2 ) jika Ar : H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, maka tentukanlah berapa mol urea dan jumlah partikel
Jawab:
Mr urea = 12 + 16 + (16 x 2) = 60
a. mol urea
= massa urea / Mr urea
= 6g / 60g/mol
= 0,1 mol
b. jumlah partikel
= n x N
= 0,1 x 6,02 x 1023 molekul
= 0,602 x 1023 molekul
= 6,02 x 1024 molekul
2. Volume Molar (Vm)
Volume satu mol zat dalam wujud gas disebut volume molar, dan dilambangkan dengan Vm.Lau bagaimana cara menghitung atau menentukan volume sejumlah tertentu gas pada suhu dan tekanan tertentu ?
Pertanyaan di atas dijawab oleh Avogadro dalam percobaannya dan mendapat kesimpulan bahwa 1L gas oksigen pada suhu 0°C dengan tekanan 1 atm mempunyai massa sebesar 1,4286g, atau dapat juga kita nyatakan bahwa pada tekanan 1 atm:
1L gas O2 = ( 1,4286 / 32 ) mol
1L gas O2 = 1 / 22,4 mol1 mol gas O2 = 22,4L
Maka, berdasarkan hukum Avogadro dapat kita simpulkan, bahwa
1 mol gas O2 sama dengan 22,4L
Sesuai dengan bunyi hukum Avogadro yang menyatakan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas yang sama mengandung jumlah molekul yang sama atau banyaknya mol dari tiap-tiap gas volumenya sama.
Berdasarkan konsep hukum tersebut, maka berlaku volume 1 mol setiap gas dalam keadaan standar (suhu 0°C dan tekanan 1 atm) sebagai berikut.
Volume gas dalam keadaan standar = 22,4L
contoh soal:
Tentukan berapa volume gas CO2 yang massanya 22g (Ar : C = 12, O = 16) jika diukur pada tekanan 1 atm ?
Jawab:
Mr CO2 = 44
mol CO2 = 22 / 44 = 0,5 mol
volume CO2 = 0,5 x 22,4 = 11,2L
3. Volume Gas pada Keadaan Tidak Standar
Perhitungan volume gas tidak dalam keadaan standar atau non-STP dapat menggunakan dua pendekatan sebagai berikut.a. Persamaan gas ideal
Bagaimana cara menghitung atau menentukan persamaan gas ideal ? Secara umum dengan mengandaikan gas yang akan diukur bersifat ideal, persamaan yang menghubungkan jumlah mol (n) gas, tekanan, suhu, dan volume dapat ditulis sebagai rumus berikut:- P adalah tekanan (satuan atmosfir, atm)
- V adalah volume (satuan liter, L)
- n adalah jumlah mol gas (satuan mol)
- R adalah tetapan gas (0,08205 L atm/mol K)
- T adalah suhu mutlak (°C + 273,15 K)
atau
V = ( n.R.T ) / P
- n = 1 mol
- P = 1 atm
- R = 0,08205 L atm/mol K
- T = 273 K
V = 22,4 L
Contoh:
Tentukan volume dari 4,4g gas CO2 yang diukur pada tekanan 2 atm dengan suhu 27°C! (Ar : C = 12, O = 16)
Jawab:
Mol CO2 = massa CO2 / Mr CO2
Mol CO2 = 4,4 / 44 = 0,1 mol
Volume CO2 = nRT / P
Volume CO2 = ( 0,1 × 0,082 × (273 + 27) ) / 2
Volume CO2 = 1,21L
b. Dengan konversi gas pada suhu dan tekanan yang sama
Menurut hukum Avogadro, perbandingan gas-gas yang memiliki jumlah molnya sama memiliki volume sama. Secara matematis dapat ditulis seperti di bawah ini.- n1 = mol gas 1
- V1 = volume gas 1
- n2 = mol gas 2
- V2 = volume gas 2
Contoh :
Tentukan berapa volume 4g gas metana (CH4) yang diukur pada keadaan sama dengan 3g NO volumenya 5L (Ar : H = 1, C = 12, N = 14, O = 16) ?
Jawab:
Mr CH4 = 16
mol CH4 = 4 / 16 = 0,25 mol
MrNO = 30
mol NO = 3 / 30 = 0,1 mol
( V1 / V2 ) = ( n1 / n2 )
V1 = ( n1 / n2 ) x V2
V1 = ( 0, 25 / 0,1 ) x 5L = 12,5L
4. Molaritas (M)
Banyak zat yang terdapat dalam suatu larutan dapat diketahui dengan menggunakan konsentrasi larutan yang dinyatakan sebagai molaritas (M). Molaritas menyatakan banyaknya mol zat dalam 1L (satu liter) larutan. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut.- M adalah molaritas (satuan M)
- massa adalah dalam satuan g
- Mr adalah massa molar (satuan g/mol)
- V adalah volume (satuan mL)
Contoh soal:
Tentukan molaritas 2L air dan 500 mL air jika dilarutkan dengan 4g NaOH
Jawab:
Mr NaOH = 40, maka mol NaOH adalah 4 / 40 = 0,1 mol
a. untuk 2L air
M = mol x ( 1000 / V )
M = 0,1 x ( 1000 / 2000 )
M = 0,05 mol/L
b. untuk 500 mL air
M = ( massa / Mr ) x ( 1000 / V )
M = ( massa / Mr ) x ( 1000 / V )
M = ( 4 / 40) x ( 1000 / 500 )
M = 0,2 mol/L
Hubungan mol dengan massa, jumlah partikel dan volume pada STP, dapat digambarkan seperti gambar di bawah ini.
