PINTERpandai
Pinter Pandai

Bilangan Avogadro – Reaksi Kimia – Contoh Soal dan Jawaban

8 min read

avogadro

Bilangan Avogadro

Bilangan Avogadro adalah banyaknya “entitas” (biasanya atom atau molekul) dalam satu mol, yang merupakan jumlah atom karbon-12 dalam 12 gram (0,012 kilogram) karbon-12 dalam keadaan dasarnya.

Bilangan Avogadro (lambang: L, atau NA), juga dinamakan sebagai tetapan Avogadro atau konstanta Avogadro.

Perkiraan terbaik terakhir untuk angka ini adalah:

Nilai ini kebetulan sangat dekat (hanya berbeda 0.37% lebih kecil) dengan 279 mol−1, sehingga angka ini berguna sebagai perkiraan pada fisika nuklir pada waktu menghitung laju pertumbuhan reaksi berantai.

Nilai NA dalam berbagai satuan
6.02214129(27)×1023 mol−1
2.73159734(12)×1026 (lb-mol)−1
1.707248434(77)×1025 (oz-mol)−1

Hipotesis Avogadro

Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama pula.

Rumus hukum Avogadro

  • (Jumlah molekul x) / (Jumlah molekul y)  = (Volume gas x ) / (volume gas y)
  • Volume yang dicari   =   (koefisien yang dicari) / (koefisien yang diketahui)  X  volume yang diketahui
  • Jumlah molekul yg dicari =  (koefisien yang dicari) / (koefisien yang diketahui)  X  Jumlah molekul yang diketahui

Rumus-rumus Avogadro

Hukum Avoadro dapat dinyatakan melalui persamaan:

atau

dalam persamaan di atas:

V adalah volume gas;
n adalah jumlah zat dari gas tersebut (diukur dalam mol);
k adalah konstanta kesebandingan.

Hukum ini menjelaskan bagaimana, dalam kondisi suhu dan tekanan yang sama, volume sebanding dari semua gas mengandung jumlah molekul yang sama.

Untuk membandingkan zat yang sama dalam dua kondisi yang berbeda, hukum ini dapat dinyatakan melalui persamaan:

Persamaan ini menunjukkan bahwa, ketika jumlah mol gas meningkat, volume gas juga meningkat secara proporsional.

Demikian pula, jika jumlah mol gas berkurang, maka volumenya juga berkurang. Sehingga, jumlah molekul atau atom dalam sejumlah volume spesifik gas ideal tidak bergantung pada ukuran atau massa molar dari gas tersebut.

Penurunan dari hukum gas ideal

Penurunan rumusan hukum Avogadro mengikuti langsung dari hukum gas ideal, yaitu

,

yang dalam persamaan tersebut R adalah konstanta gas, T adalah suhu dalam Kelvin, dan P adalah tekanan (dalam Pascal).

Untuk mendapat V/n, karenanya diperoleh

.

Sebagai perbandingan didapat

yang bernilai konstan bagi suhu dan tekanan tetap.

Rumusan yang sebanding bagi hukum gas ideal dapat ditulis menggunakan konstanta Boltzmann kB, yaitu

,

yang dalam persamaan ini N adalah jumlah partikel dalam gas, dan perbandingan R dan kB sebanding dengan tetapan Avogadro.

Dalam bentuk ini, untuk V/N bernilai konstan, diperoleh

.

Jika T dan P dilakukan pada suhu dan tekanan standar (STP), maka k‘=1/n0, di mana n0 adalah konstanta Loschmidt.

Volume molar

Dengan mengambil keadaan STP sebesar 101.325 kPa dan 273.15 K, maka volume dari satu mol gas dapat dihitung:

Untuk 100.00 kPa dan 273.15 K, volume molar dari suatu gas ideal adalah 22.712 dm3mol−1.

Sejarah Konstanta Avogadro

Konstanta Avogadro dinamakan menurut seorang ilmuwan Italia dari awal abad ke-19, Amedeo Avogadro, yang pada tahun 1811 pertama kalinya mengemukakan bahwa volume suatu gas (pada tekanan dan suhu tertentu) berbanding lurus dengan jumlah atom atau molekul tanpa tergantung dari jenis gas.

Fisikawan Prancis, Jean Perrin, pada tahun 1909 mengusulkan penamaan konstanta ini untuk menghormati Avogadro. Perrin mendapat penghargaan Nobel Prize in Physics tahun 1926, terutama karena karyanya dalam menentukan bilangan Avogadro dengan beberapa metode.

Nilai bilangan Avogadro ini pertama kali diperkirakan oleh Johann Josef Loschmidt, yang pada 1865 menghitung diameter rata-rata molekul di udara dengan metode yang sama dengan menghitung jumlah partikel di dalam volume gas tertentu dalam keadaan standar.

Densitas jumlah  partikel dalam suatu gas ideal

Nilai ini, densitas jumlah  partikel dalam suatu gas ideal, sekarang disebut Tetapan atau Konstanta Loschmidt untuk menghormatinya, dan terkait dengan bilangan Avogadro, NA, melalui persamaan:

di mana p0 adalah tekanan, R adalah konstanta gas dan T0 adalah suhu mutlak. Hubungan dengan Loschmidt adalah akar dari lambang L yang kadang digunakan untuk bilangan Avogadro constant, dan kepustakaan bahasa Jerman dapat merujuk kedua konstanta ini dengan nama yang sama, dibedakan hanya dari satuan ukurannya.

Peranan Bilangan Avogadro Secara Umum dalam Sains

Bilangan Avogadro merupakan faktor skala antara pengamatan makroskopik dan mikroskopik (skala atom) dari alam, yaitu mengkaitkan sejumlah konstanta fisika dengan sifat-sifat. Misalnya, konstanta ini memberikan hubungan antara konstanta gas R dan konstanta Boltzmann kB,

dan konstanta Faraday F dan muatan elementer e,

Bilangan Avogadro juga masuk ke dalam definisi satuan massa atom bersatu, u,

di mana Mu merupakan konstanta massa molar.

Pengukuran Bilangan Avogadro

Coulometry

Metode akurat paling awal untuk mengukur bilangan Avogadro didasarkan pada metode coulometry. Prinsipnya adalah pengukuran konstanta Faraday, F, yaitu muatan listrik yang dibawa oleh satu mol elektron, dan dibagi dengan muatan elementer, e, untuk mendapatkan bilangan Avogadro.

Eksperimen yang klasik dilakukan oleh Bower dan Davis pada NIST, dan berpatokan pada pelarutan logam perak dari anoda suatu sel elektrolisis, ketika dilewati oleh suatu aliran listrik konstan I selama waktu t yang diketahui.

Jika m adalah massa perak yang hilang dari anode dan Ar adalah berat atom perak, maka konstanta Faraday dapat dihitung melalui:

Ilmuwan-ilmuwan NIST merancang suatu metode untuk mengkompensasi perak yang hilang dari anode karena sebab mekanik, dan menjalankan sebuah analisis isotop perak yang digunakan untuk menentukan berat atomnya.

Nilai yang mereka dapatkan untuk konstanta Faraday konvensional adalah F90 = 96,485.39(13) C/mol, yang bersesuaian dengan nilai bilangan Avogadro 6.0221449(78)×1023 mol−1: kedua nilai ini mempunyai ketidakpastian standar relatif sebesar 1.3×10−6.

Pengukuran massa elektron

Committee on Data for Science and Technology (CODATA) menerbitkan nilai-nilai konstanta fisika untuk penggunaan internasional. Bilangan Avogadro ditentukan  dari rasio massa molar suatu elektron Ar(e)Mu dengan massa diam elektron me:

Massa atom relatif dari elektron, Ar(e), merupakan kuantitas yang langsung terukur, dan konstanta massa molar, Mu, merupkana konstanta yang didefinisikan dalam SI.

Massa diam elektron

Namun, massa diam elektron dihitung dari konstanta-konstanta lain yang terukur:

Sebagaimana dapat dilihat pada tabel nilai-nila CODATA 2006 di bawah ini, faktor pembatas utama dalam ketepatan bilangan Avogadro adalah ketidakpastian dari nilai Konstanta Planck, karena konstanta lain yang terlibat semuanya diketahui lebih tepat nilainya.

KonstantaSimbolNilai CODATA 2006Ketidakpastian standar relatifKoefisien korelasi
dengan NA
Massa atom relatif suatu elektronAr(e)5.485 799 0943(23)×10–44.2×10–100.0082
Konstanta massa molarMu0.001 kg/mol = 1 g/moldefined—
Konstanta RydbergR∞10 973 731.568 527(73) m−16.6×10–120.0000
Konstanta Planckh6.626 068 96(33)×10–34 J s5.0×10–8−0.9996
Kecepatan cahayac299 792 458 m/sdi—
Konstanta struktur halusα7.297 352 5376(50)×10–36.8×10–100.0269
Bilangan AvogadroNA6.022 141 79(30)×1023 mol−15.0×10–81

Soal dan Jawaban Bilangan Avogadro

1. Pada suhu dan tekanan tertentu, gas N2 direaksikan dengan gas H2 menjadi gas NH3. Jika gas H2 yang bereaksi sebanyak 7,5 × 1023 molekul, berapakah jumlah molekul NH3 yang terbentuk?

Jawaban:
  • Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama akan mengandung jumlah molekul yang sama (menurut Avogadro)
  • Koefisien reaksi menyatakan perbandingan volume gas-gas yang bereaksi (menurut Gay Lussac).
  • Persamaan reaksi kimia dari reaksi N2 dan H2 dapat dituliskan sebagai berikut:
H2(g) + N2(g) → NH3(g) [belum setara]
3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) [setara]
Dari soal diketahui bahwa gas H2 yang bereaksi sebanyak 7,5 × 1023 molekul dan berdasarkan persamaan reaksi kimia di atas, koefisien H2 adalah 3. Hal ini mengandung pengertian bahwa dalam 3 volume H2 terkandung 7,5 × 1023 molekul maka dalam 2 volume NH3 terkandung:
⇔ (2 volume NH3/3 volume H2) × 7,5 × 1023 molekul H2
⇔ (2/3) × 7,5 × 1023 = 5,0 × 1023
Jadi, jumlah molekul NH3 yang terbentuk adalah sebanyak 5,0 × 1023 molekul.

2. Sebanyak 35 L gas karbon dioksida mengandung 4,5 x 1023 molekul pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan:

  1. Jumlah molekul 7 L gas hidrogen

  2. Volume gas amoniak yang mengandung 9 x 1023 molekul

Jawaban:

1. Jumlah molekul H2 = (volume H2) / (Volume CO2)  X  jumlah molekul CO2

=  (7 L) / (35 L) X  4,5 x 1023 molekul
= 0,9 x 1023 molekul
= 9 x 1022 molekul
Jadi 7 L hidrogen mengandung 9 x 1022 molekul

2. Volume NH3  =    (jumlah molekul NH3)/(jumlah molekul CO2)   X volume CO2

= 9 x 1023 molekul /  4,5 x 1023 molekul X 35 L
= 70 L
Jadi 9 x 10 23 molekul gas amoniak memiliki vlume sebesar 70 L

3. Jika 5 liter gas hidrogen pada suhu dan tekanan yang sama jumlah molekulnya 3n, maka tentukan:
Volume gas CO2 yang mengandung 6n buah molekul CO2.
Jumlah molekul dari 15 liter gas oksigen

Jawaban:
■Volume CO2
⇔ Volume CO2 = (jumlah molekul CO2/jumlah molekul H2) × volume H2
⇔ Volume CO2 = (6n/3n) × 5 liter
⇔ Volume CO2 = 10 liter
■Jumlah molekul O2
⇔Jumlah molekul O2= (volume O2/volume H2) × jumlah molekul H2
⇔Jumlah molekul O2= (15/5) × 3n
⇔Jumlah molekul O2= 9n buah molekul.

4. Pada pembakaran 5 liter (T, P) alkohol menurut reaksi:
C2H5OH(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l)
Tentukan volume oksigen (T, P) dan volume gas karbon dioksida (T, P)!

Jawaban:
5 L  alcohol (C2H5OH) dibakar menurut persamaan reaksi:
C2H5OH(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l)
Reaksi setara untuk pembakaran alkohol adalah:
2C2H5OH(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(l)
V C2H5OH : VO2 : VCO2 : VH2O = 2 : 7 : 4 : 5
Untuk mencari volume oksigen maka kita pakai perbandingan alcohol dan oksigen.
V C2H5OH : VO2 = 2 : 7
V O2 = 7/2 x V C2H5OH = 7/2 x 5 L = 17,5 L
Untuk mencari volume karbon dioksida kita apaka perbandingan alcohol dan CO2
V C2H5OH : VCO2 = 2 : 4
V CO2 = 4/2 x V C2H5OH = 4/2 x 5 L = 10 L

5. Pada pembakaran sempurna 5 liter (T, P) gas CxHy diperlukan 15 liter (T, P) gas oksigen dan dihasilkan 10 liter (T, P) gas karbon dioksida sesuai persamaan reaksi berikut.
CxHy(g) + O2(g)  → CO2(g) + H2O(l) (belum setara)
Tentukan rumus molekul CxHy tersebut!

Jawaban:
5 L CxHy + 15 L O2 → 10 L CO2 + a L H2O
Berdasarkan data tersebut dapat kita buat :
VCxHy : VO2 : VCO2 = 5 : 15 : 10 = 1 : 3 : 2
Maka reaksinya dapat kita tulis menjadi :
1 CxHy(g) + 3 O2(g)  →2 CO2(g) + H2O(l)
Reaksinya kan belum setara, maka tugas pertama kita adalah menyetarakan reaksinya. Yang kalian lakukan pertama kali adalah mencari berapa koefisien H¬2O dan jangan mengubah koefisien reaksi yang kita dapatkan dari percobaan (yaitu 1 : 3 : 2). Untuk itu kita mulai dari atom O ya.
Dikiri reaksi atom O ada 6 buah (3O2) sedangkan dikanan ada 5 buah (4 pada molekul CO2 dan 1 pada molekul H2O ). Untuk menyetarakannya, maka koefisien H2O kita ganti jadi 2.
Reaksinya menjadi:
1 CxHy(g) + 3 O2(g)  →2 CO2(g) + 2H2O(l)
Setelah itu baru kita setarakan atom C dan H nya.
Dikiri atom C ada x buah sedangkan dikanan atom C ada 2, maka dapat kita pastikan bahwa harga x adalah 2.
Dikiri jumlah atom H adayah y buah, sedangkan dikanan jumlah atom H ada 4 buah, maka nilai y adalah 4.
Dengan menganti nilai x dan ya sesuai dengan yang kita dapatkan diatas, maka reaksinya menjadi :
1 C2H4(g) + 3 O2(g)  →2 CO2(g) + 2H2O(l)
Jadi reaksi diatas sudah setara jadi rumus molekul CxHy adalah C2H4

5. Berapa volume 4 g gas metana (CH4) yang diukur pada keadaan sama dengan 3 g NO volumenya 5 L (Ar : H = 1, C = 12, N = 14, O = 16)?

Jawaban:
Mr CH4 = 16
mol CH4 = 4 / 16 = 0,25 mol
Mr NO = 30
V1 / V2 = n1 / n2
V1 = (n1 / n2) x V2 = (0, 25 / 0,1) x 5 L = 12,5 L

6. Diketahui 0,5 liter gas hidrokarbon CxHy tepat bereaksi dengan 1,75 liter gas oksigen menghasilkan 1 liter gas karbon dioksida dan 1,5 liter uap air. Semuanya diukur pada suhu dan tekanan yang sama. Tentukan rumus kimia gas hidrokarbon tersebut!

Jawaban:
CxHy(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)
Perbandingan volume antara gas hidrokarbon, oksigen, karbon dioksida dan uap air adalah sebagai berikut.
⇔ CxHy : O2 : CO2 : H2O = 0,5 L : 1,75 L : 1 L : 1,5 L
⇔ CxHy : O2 : CO2 : H2O = 2 : 7 : 4 : 6
Karena perbandingan volume = perbandingan koefisien, maka persamaan reaksi kimia di atas bisa kita tuliskan sebagai berikut.
2CxHy(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(g)
Kemudian, kita samakan jumlah atom di ruas kiri dengan jumlah atom di ruas kanan sebagai berikut.
■Jumlah atom C di kiri = jumlah atom C di kanan
2x = 4
x = 2
■Jumlah atom H di kiri = jumlah atom H di kanan
2y = 12
y = 6
Dengan demikian, rumus kimia gas hidrokarbon tersebut adalah C2H6.

7. Dalam satu wadah terdapat L partikel gas hidrogen. Jika L adalah bilangan Avogadro, volume wadah yang ditempati gas tersebut pada suhu dan tekanan standar adalah…

A. 22,4 liter
B. 11,2 liter
C. L liter
D. 1 liter
E. 0,5 liter
Jawaban :
jumlah partikel / bilangan Avogadro = L / L = 1 mol
maka volume = 1 × 22,4 L = 22,4 L
Jadi, volume wadah yang ditempati adalah (A) 22,4 liter.

8. Tiga liter gas metana (CH4) dibakar sempurna menghasilkan gas CO2 dan H2O. Jika pengukuran dilakukan pada suhu dan tekanan yang sama, maka tentukan:
Persamaan reaksinya.
Volume gas oksigen yang diperlukan.
Volume gas CO2 yang dihasilkan.
Volume uap air yang dihasilkan.

Jawaban:
■Persamaan reaksi:
CH4(g) + 2O2(g) → 2H2O(g) + CO2(g)
■Volume O2
⇔Volume O2= (koefisien O2/koefisien CH4) × volume CH4
⇔Volume O2= (2/1) × 3 liter
⇔Volume O2= 6 liter
■Volume O2
⇔Volume CO2= (koefisien CO2/koefisien CH4) × volume CH4
⇔Volume CO2= (1/1) × 3 liter
⇔Volume CO2= 3 liter
■Volume H2O
⇔Volume H2O = (koefisien H2O/koefisien CH4) × volume CH4
⇔Volume H2O = (2/1) × 3 liter
⇔Volume H2O = 6 liter

Bacaan Lainnya

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar jika Anda mengunduh aplikasi kita!

Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!

Sumber bacaan: Science ABC, ThoughtCo, Socratic

Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya | Business & Marketing

Pinter Pandai
«
»

Rahasia Kehidupan Harimau: Mengenal Lebih Dekat dengan Sang Raja…

PinterPandai
Mar 24, 2024 3 min read

Asteroid Apophis “Dewa Kekacauan” dan Bumi: data baru pada…

PinterPandai
Mar 10, 2024 2 min read

Keajaiban Bintang Jatuh (Shooting Stars): Gemerlap Meteor di Langit…

PinterPandai
Jan 17, 2024 1 min read

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *