Dalam ilmu kimia, stoikiometri (kadang disebut stoikiometri reaksi untuk membedakannya dari stoikiometri
komposisi) adalah
ilmu yang mempelajari dan menghitung hubungan kuantitatif dari reaktan dan
produk dalam reaksi kimia (persamaan kimia). Kata ini berasal dari bahasa Yunani stoikheion (elemen) dan metriā (ukuran).
Stoikiometri didasarkan pada hukum-hukum dasar kimia, yaitu hukum kekekalan
massa, hukum perbandingan
tetap, dan hukum perbandingan
berganda.
Stoikiometri gas adalah suatu bentuk khusus, dimana
reaktan dan produknya seluruhnya berupa gas. Dalam kasus ini, koefisien zat
(yang menyatakan perbandingan mol dalam stoikiometri
reaksi) juga sekaligus menyatakan perbandingan volume antara zat-zat yang
terlibat.
Di awal kimia, aspek kuantitatif perubahan kimia,
yakni stoikiometri reaksi kimia, tidak mendapat banyak perhatian. Bahkan saat
perhatian telah diberikan, teknik dan alat percobaan tidak menghasilkan hasil
yang benar.
Salah satu contoh melibatkan teori flogiston.
Flogistonis mencoba menjelaskan fenomena pembakaran dengan istilah “zat dapat
terbakar”. Menurut para flogitonis, pembakaran adalah pelepasan zat dapat
etrbakar (dari zat yang terbakar). Zat ini yang kemudian disebut ”flogiston”.
Berdasarkan teori ini, mereka mendefinisikan pembakaran sebagai pelepasan
flogiston dari zat terbakar. Perubahan massa kayu bila terbakar cocok dengan
baik dengan teori ini. Namun, perubahan massa logam ketika dikalsinasi tidak
cocok dengan teori ini. Walaupun demikian flogistonis menerima bahwa kedua
proses tersebut pada dasarnya identik. Peningkatan massa logam terkalsinasi
adalah merupakan fakta. Flogistonis berusaha menjelaskan anomali ini dengan
menyatakan bahwa flogiston bermassa negatif.
Filsuf dari Flanders Jan Baptista van Helmont
(1579-1644) melakukan percobaan “willow” yang terkenal. Ia menumbuhkan bibit
willow setelah mengukur massa pot bunga dan tanahnya. Karena tidak ada
perubahan massa pot bunga dan tanah saat benihnya tumbuh, ia menganggap bahwa
massa yang didapatkan hanya karena air yang masuk ke bijih. Ia menyimpulkan
bahwa “akar semua materi adalah air”. Berdasarkan pandangan saat ini, hipotesis
dan percobaannya jauh dari sempurna, tetapi teorinya adalah contoh yang baik
dari sikap aspek kimia kuantitatif yang sedang tumbuh. Helmont mengenali
pentingnya stoikiometri, dan jelas mendahului zamannya.
Di akhir abad 18, kimiawan Jerman Jeremias Benjamin
Richter (1762-1807) menemukan konsep ekuivalen (dalam istilah kimia modern
ekuivalen kimia) dengan pengamatan teliti reaksi asam/basa, yakni hubungan
kuantitatif antara asam dan basa dalam reaksi netralisasi. Ekuivalen Richter,
atau yang sekarang disebut ekuivalen kimia, mengindikasikan sejumlah tertentu
materi dalam reaksi. Satu ekuivalen dalam netralisasi berkaitan dengan hubungan
antara sejumlah asam dan sejumlah basa untuk mentralkannya. Pengetahuan yang
tepat tentang ekuivalen sangat penting untuk menghasilkan sabun dan serbuk
mesiu yang baik. Jadi, pengetahuan seperti ini sangat penting secara praktis.
Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum
kekekalan massa, dan memberikan dasar konsep ekuivalen dengan percobaannya yang
akurat dan kreatif. Jadi, stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi
kimia menjadi metodologi dasar kimia. Semua hukum fundamental kimia, dari hukum
kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua
didasarkan stoikiometri. Hukum-hukum fundamental ini merupakan dasar teori
atom, dan secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk
dicatat bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.
Dalton mengenali bahwa penting untuk menentukan massa
setiap atom karena massanya bervariasi untuk setiap jenis atom. Atom sangat
kecil sehingga tidak mungkin menentukan massa satu atom. Maka ia memfokuskan
pada nilai relatif massa dan membuat tabel massa atom (gambar 1.3) untuk
pertamakalinya dalam sejarah manusia. Dalam tabelnya, massa unsur teringan,
hidrogen ditetapkannya satu sebagai standar (H = 1). Massa atom adalah nilai
relatif, artinya suatu rasio tanpa dimensi. Walaupun beberapa massa atomnya
berbeda dengan nilai modern, sebagian besar nilai-nilai yang diusulkannya dalam
rentang kecocokan dengan nilai saat ini. Hal ini menunjukkan bahwa ide dan
percobaannya benar.
Kemudian kimiawan Swedia Jons Jakob Baron Berzelius
(1779-1848) menentukan massa atom dengan oksigen sebagai standar (O = 100).
Karena Berzelius mendapatkan nilai ini berdasarkan analisis oksida, ia mempunyai
alasan yang jelas untuk memilih oksigen sebagai standar. Namun, standar
hidrogen jelas lebih unggul dalam hal kesederhanaannya. Kini, setelah banyak
diskusi dan modifikasi, standar karbon digunakan. Dalam metoda ini, massa
karbon 12C dengan 6 proton dan 6 neutron didefinisikan sebagai 12,0000. Massa
atom dari suatu atom adalah massa relatif pada standar ini. Walaupun karbon
telah dinyatakan sebagai standar, sebenarnya cara ini dapat dianggap sebagai
standar hidrogen yang dimodifikasi.
Soal Latihan 1.1 Perubahan massa atom disebabkan
perubahan standar. Hitung massa atom hidrogen dan karbon menurut standar
Berzelius (O = 100). Jawablah dengan menggunakan satu tempat desimal.
Jawab.
Massa atom hidrogen = 1 x (100/16) = 6,25 (6,3), massa
atom karbon = 12 x (100/16)=75,0
Massa atom hampir semua unsur sangat dekat dengan
bilangan bulat, yakni kelipatan bulat massa atom hidrogen. Hal ini merupakan
kosekuensi alami fakta bahwa massa atom hidrogen sama dengan massa proton, yang
selanjutnya hampir sama dengan massa neutron, dan massa elektron sangat kecil
hingga dapat diabaikan. Namun, sebagian besar unsur yang ada secara alami
adalah campuran beberapa isotop, dan massa atom bergantung pada distribusi
isotop. Misalnya, massa atom hidrogen dan oksigen adalah 1,00704 dan 15,9994.
Massa atom oksigen sangat dekat dengan nilai 16 agak sedikit lebih kecil.
Contoh Soal 1.2 Perhitungan massa atom. Hitung massa
atom magnesium dengan menggunakan distribsui isotop berikut: 24Mg: 78,70%;
25Mg: 10,13%, 26Mg: 11,17%.
Jawab:
0,7870 x 24 + 0,1013 x 25 +0,1117 x 26 =
18,89+2,533+2,904 = 24,327(amu; lihat bab 1.3(e))
Massa atom Mg = 18,89 + 2,533 + 2,904 =24.327 (amu).
Perbedaan kecil dari massa atom yang ditemukan di
tabel periodik (24.305) hasil dari perbedaan cara dalam membulatkan angkanya.
hitunglah massa dari gas metana 1,23 liter diukur pada
suhu 25c dan tekanan 1 atm
Metoda kuantitatif yang paling cocok untuk
mengungkapkan jumlah materi adalah jumlah partikel seperti atom, molekul yang
menyusun materi yang sedang dibahas. Namun, untuk menghitung partikel atom atau
molekul yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat sangat sukar. Alih-alih
menghitung jumlah partikel secara langsung jumlah partikel, kita dapat
menggunakan massa sejumlah tertentu partikel. Kemudian, bagaimana sejumlah
tertentu bilangan dipilih? Untuk
menyingkat cerita, jumlah partikel dalam 22,4 L gas
pada STP (0℃, 1atm) dipilih sebagai jumlah standar.
Bilangan ini disebut dengan bilangan Avogadro. Nama bilangan Loschmidt juga
diusulkan untuk menghormati kimiawan Austria Joseph Loschmidt (1821-1895) yang
pertama kali dengan percobaan (1865).
Sejak 1962, menurut SI (Systeme Internationale)
diputuskan bahwam dalam dunia kimia, mol digunakan sebagai satuan jumlah
materi. Bilangan Avogadro didefinisikan jumlah atom karbon dalam 12 g 126C dan
dinamakan ulang konstanta Avogadro.
Ada beberapa definisi “mol”:
(i)
Jumlah materi yang mengandung sejumlah partikel yang terkandung dalam 12 g
12C.
(ii)
satu mol materi yang mengandung
sejumlah konstanta Avogadro partikel.
(iii)
Sejumlah materi yang mengandung 6,02
x 1023 partikel dalam satu mol.
Karena standar massa atom dalam sistem Dalton adalah
massa hidrogen, standar massa dalam SI tepat 1/12 massa 12C. Nilai ini disebut
dengan satuan massa atom (sma) dan sama dengan 1,6605402 x 10–27 kg dan D
(Dalton) digunakan sebagai simbolnya. Massa atom didefinisikan sebagai rasio
rata-rata sma unsur dengan distribusi isotop alaminya dengan 1/12 sma 12C.