Stoikiometri Paduan: Siapa yang Bereaksi?

Selektivitas Reaksi Asam

Dalam campuran paduan logam, asam non-oksidator hanya melarutkan logam spesifik dan menyisakan yang lain.

Kuningan padat beserta sampel logam penyusunnya: seng dan tembaga Gambar: Splarka, Public domain — Wikimedia Commons

Paduan logam seperti kuningan merupakan campuran fisik, bukan senyawa baru. Atom tembaga ($\text{Cu}$) dan seng ($\text{Zn}$) berbaur rapat tanpa membentuk ikatan kimia baru, sehingga masing-masing logam tetap mempertahankan sifat kimianya sendiri.

Asam sulfat ($\text{H}_2\text{SO}_4$) encer bekerja layaknya mesin penyortir koin. Reagen ini hanya bereaksi dengan seng ($\text{Zn}$) karena posisi seng berada di sebelah kiri hidrogen pada deret keaktifan logam. Sebaliknya, tembaga ($\text{Cu}$) berada di sebelah kanan hidrogen sehingga sama sekali tidak bereaksi dan tidak larut dalam asam non-oksidator.

Artinya, seluruh $4{,}48\text{ liter}$ gas hidrogen ($\text{H}_2$) yang terbentuk murni berasal dari reaksi seng ($\text{Zn}$). Pola ini sangat berguna pada analisis sampel campuran atau bijih logam kotor, di mana zat uji dipisahkan secara selektif menggunakan reagen kimia tertentu.

Campuran serbuk Besi (Fe) dan Perak (Ag) dimasukkan ke dalam larutan asam klorida (HCl) encer. Diketahui hanya Fe yang dapat bereaksi dengan HCl menghasilkan gas. Apa yang terjadi pada campuran tersebut?

  • Kedua logam larut bersamaan, tetapi hanya Besi yang melepaskan gas.
  • Hanya Besi yang larut dan menghasilkan gas, sedangkan Perak tetap utuh sebagai padatan.
  • Besi dan Perak bereaksi membentuk senyawa baru sebelum dilarutkan oleh asam.
  • Hanya Perak yang larut karena sifatnya yang lebih stabil terhadap asam encer.

Jawaban: Hanya Besi yang larut dan menghasilkan gas, sedangkan Perak tetap utuh sebagai padatan.

Campuran logam adalah campuran fisik sehingga tiap logam mempertahankan sifat aslinya. Karena hanya Besi (Fe) yang reaktif terhadap HCl encer, Fe akan larut membentuk garam dan gas hidrogen, sedangkan Perak (Ag) tidak bereaksi dan tetap utuh sebagai padatan. Opsi A salah karena Perak tidak larut sama sekali; Opsi C salah karena campuran logam bukan senyawa kimia baru; Opsi D salah karena Perak justru kurang reaktif dibanding Besi terhadap asam non-oksidator.

Membedakan komponen yang bereaksi dalam campuran fisik.

Mendeduksi Mol yang Bereaksi

Mol zat pereaksi didapatkan langsung dari rasio koefisien reaksinya yang telah setara.

Langkah pertama dalam perhitungan stoikiometri gas adalah mengubah volume gas hidrogen menjadi satuan mol. Pada keadaan standar (STP), $1\text{ mol}$ gas apapun selalu menempati volume $22{,}4\text{ liter}$:

$$n\text{ H}_2 = \frac{V}{22{,}4\text{ L/mol}} = \frac{4{,}48\text{ L}}{22{,}4\text{ L/mol}} = 0{,}2\text{ mol}$$

Persamaan reaksi yang setara antara seng dan asam sulfat adalah:

$$\text{Zn}(s) + \text{H}_2\text{SO}_4(aq) \rightarrow \text{ZnSO}_4(aq) + \text{H}_2(g)$$

Perhatikan bahwa koefisien reaksi antara $\text{Zn}$ dan $\text{H}_2$ berada dalam perbandingan $1 : 1$. Karena seng adalah satu-satunya reaktan yang menghasilkan gas hidrogen, jumlah mol seng yang bereaksi tepat sama dengan mol gas hidrogen yang terbentuk, yaitu $0{,}2\text{ mol}$.

Logam magnesium bereaksi dengan asam klorida menurut reaksi setara: Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2. Diketahui reaksi tersebut menghasilkan 0,5 mol gas H2. Berapa mol magnesium (Mg) yang bereaksi?

  • 0,5 mol
  • 1,0 mol
  • 0,25 mol
  • 2,0 mol

Jawaban: 0,5 mol

Berdasarkan persamaan reaksi yang setara Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2, koefisien Mg dan H2 sama-sama 1 (perbandingan rasio mol 1:1). Oleh karena itu, jumlah mol Mg yang bereaksi sama persis dengan mol gas H2 yang dihasilkan, yaitu 0,5 mol. Opsi B salah karena keliru menghubungkan mol Mg dengan koefisien HCl yang bernilai 2; Opsi C dan D salah karena membagi atau mengalikan mol produk tanpa dasar rasio koefisien yang benar.

Menentukan mol reaktan berdasarkan koefisien reaksi dari mol produk.

Dari Bagian Menuju Total

Massa total paduan dihitung dengan membagi massa komponen yang bereaksi dengan persentasenya.

Setelah mengetahui bahwa seng yang bereaksi adalah $0{,}2\text{ mol}$, kita dapat menentukan massa seng tersebut menggunakan massa atom relatifnya ($\text{Ar Zn} = 65$):

$$\text{Massa Zn} = 0{,}2\text{ mol} \times 65\text{ g/mol} = 13{,}0\text{ gram}$$

Diagram lingkaran komposisi kuningan menunjukkan bagian seng 65 persen sebesar 13 gram dan bagian tembaga 35 persen.

Angka $13{,}0\text{ gram}$ ini mewakili massa seng saja, bukan massa keseluruhan kerajinan kuningan (inilah jebakan pada Opsi A). Di dalam kuningan, seng menyusun $65\%$ dari total massa paduan. Kita dapat menggunakan penalaran proporsi sederhana:

$$\text{Massa Kuningan} = \frac{\text{Massa Zn}}{65\%} = \frac{13{,}0\text{ gram}}{0{,}65} = 20{,}0\text{ gram}$$

Perhitungan ini mengonfirmasi bahwa Opsi C adalah jawaban yang benar.

Dalam sampel pupuk campuran seberat tertentu, terdapat 40% urea. Setelah dianalisis secara kimia, massa urea dalam sampel tersebut terukur sebanyak 8 gram. Berapa gram massa total sampel pupuk campuran tersebut?

  • 8 gram
  • 20 gram
  • 32 gram
  • 13 gram

Jawaban: 20 gram

Massa total campuran diperoleh dengan membagi massa komponen terukur dengan persentase kadarnya dalam campuran: 8 gram / 0,40 = 20 gram. Opsi A salah karena hanya menyebut massa urea saja; Opsi C salah akibat salah operasi dengan mengalikan massa dan persen; Opsi D salah karena membagi dengan persentase komponen sisa yang tidak sesuai (8 gram / 0,60 = 13,3 gram).

Menghitung massa keseluruhan campuran dari massa sebagian yang sudah diketahui persentasenya.