Cara Mudah Menentukan Pereaksi Pembatas dan Persen Hasil

Pereaksi Pembatas

Dalam reaksi kimia, tidak selalu bahwa semua reaktan akan habis bereaksi. Kita akan menemukan dimana salah satu reaktan habis terlebih dahulu sedangkan reaktan yang lain masih bersisa. Reaktan yang habis terlebih dahulu disebut pereaksi pembatas. Misalkan ketika kita mereaksikan A dan B, A habis bereaksi, sedangkan B bersisa, maka senyawa A adalah pereaksi pembatas.

Contoh Soal:

Asam sulfat (H₂SO₄) terbentuk dalam reaksi kimia:

2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄

Misalkan 400 g SO₂, 175 g O₂, dan 125 g H₂O dicampur dan reaksi berlangsung sampai salah satu reaktan habis. Manakah yang merupakan reaktan pembatas? Berapa massa H₂SO₄ dihasilkan, dan berapa massa reaktan lain yang tersisa?

Penyelesaian:

Pertama, tentukan mol mula-mula dari masing-masing reaktan:

Mol SO₂ = massa/Mr = 400/64 = 6,25 mol

Mol O₂ = massa/Mr = 175/32 = 5,46875 mol

Mol H₂O = massa/Mr = 125/18 = 6,944 mol

Jika SO₂ yang habis bereaksi, maka mol H₂SO₄ yang terbentuk:

Mol H₂SO₄ = (koef H₂SO₄/koef SO₂) x mol SO₂ = (2/2) x 6,25 mol = 6,25 mol

Jika O₂ yang habis bereaksi, maka mol H₂SO₄ yang terbentuk:

Mol H₂SO₄ = (koef H₂SO₄/koef O₂) x mol O₂ = (2/1) x 5,46875 mol = 10,9375 mol

Jika H₂O yang habis bereaksi, maka mol H₂SO₄ yang terbentuk:

Mol H₂SO₄ = (koef H₂SO₄/koef H₂O) x mol H₂O = (2/2) x 6,944 mol = 6,944 mol

Dalam hal ini, SO₂ adalah pereaksi pembatas karena berdasarkan perhitungan menghasilkan jumlah produk terkecil (6,24 mol H₂SO₄). Oksigen dan air adalah pereaksi berlebih. Setelah reaksi, mol masing-masing reaktan yang tersisa adalah mol mula-mula dikurangi mol yang bereaksi:

Mol O₂ yang bereaksi = (koef O₂/koef SO₂) x mol SO₂ = (1/2) x 6,25 mol = 3,125 mol

Mol O₂ yang tersisa = mol mula-mula – mol yang bereaksi = 5,46875 – 3,125 = 2,34375 mol

Mol H₂O yang bereaksi= (koef H₂O/koef SO₂) x mol SO₂ = (2/2) x 6,25 mol = 6,25 mol

Mol H₂O yang tersisa = mol mula-mula – mol yang bereaksi = 6,944 – 6,25 = 0,694 mol

Massa reaktan dan produk setelah reaksi adalah

Massa H₂SO₄ = mol x Mr = 6,25 mol x 98 g/mol = 612,5 g

Massa O₂ yang tersisa = mol x Mr = 2,34375 mol x 32 g/mol = 75 g

Massa H₂O yang tersisa = mol x Mr = 0,694 mol x 18 g/mol = 12,492 g

Persen Hasil

Jumlah produk yang dihitung merupakan hasil teoritis, ditentukan dengan asumsi bahwa reaksi berjalan dengan bersih dan sempurna. Hasil sebenarnya dari produk (yaitu, jumlah yang ada setelah memisahkannya dari produk lain dan reaktan dan memurnikannya) biasanya kurang dari hasil teoritis.

Perbandingan hasil praktek dengan hasil teoritis (dikalikan dengan 100%) merupakan persen hasil reaksi.

Contoh Soal:

Bijih seng sulfida (ZnS) direduksi menjadi unsur seng dengan memanaskannya di udara untuk menghasilkan ZnO, dan kemudian memanaskan ZnO dengan karbon monoksida. Kedua reaksi tersebut dapat ditulis sebagai

ZnS + 3/2 O₂ → ZnO + SO₂

ZnO + CO → Zn + CO2

Sebanyak 5,32 kg ZnS direduksi dengan cara ini dan dihasilkan 3,30 kg Zn murni. Hitung hasil teoritis seng dan persen hasil yang sebenarnya.

Penyelesaian:

Tentukan mol ZnS (Mr = 97,3 g.mol^-1) :

Mol ZnS = massa/Mr = 5.320 g/ 97,3 g.mol^-1 = 54,6 mol

Tentukan mol ZnO dengan membandingkan koefisiennya:

Mol ZnO = (koef. ZnO/koef. ZnS) x mol ZnS = (1/1) x 54,6 mol = 54,6 mol

Lalu tentukan mol Zn dengan membandingkan koefisiennya:

Mol Zn = (koef. Zn/koef. ZnO) x mol ZnO = (1/1) x 54,6 mol = 54,6 mol

Dari mol Zn, ubah ke massa dengan mengalikannya dengan Ar Zn: (Ar = 65,3 g.mol^-1)

Massa Zn = mol x Ar = 54,6 mol x 65,3 g.mol^-1 = 3563,38 gram = 3,56338 kg

% hasil = (3,30 kg/3,56336 kg) x 100% = 92,6%

Langkah Sederhana Menyetarakan Persamaan Reaksi Kimia

Dalam reaksi kimia, suatu unsur digabungkan menjadi senyawa, suatu senyawa diuraikan kembali menjadi unsur, dan suatu senyawa diubah menjadi senyawa baru.

Karena atom tidak dapat dihancurkan dalam reaksi kimia, maka jumlah atom yang sama harus seimbang (setara) sebelum dan sesudah reaksi kimia berlangsung.

Suatu persamaan kimia dapat disetarakan dengan menggunakan penalaran bertahap. Misalkan pada reaksi penguraian ammonium nitrat (NH₄NO₃) ketika dipanaskan menghasilkan dinitrogen oksida dan air. Persamaan (yang belum setara) untuk reaksi ini adalah

NH₄NO₃ → N₂O + H₂O

Zat-zat disebelah kiri anak panah disebut reaktan (pereaksi), dan zat-zat di sebelah kanan disebut produk (hasil reaksi). Persamaan ini tidak setara, karena ada 3 atom oksigen, 4 atom hidrogen, di sebelah kiri anak panah, sedangkan di sebelah kanan hanya ada 2 atom oksigen dan 2 atom hidrogen.

Untuk menyetarakan persamaan, mulailah dengan menetapkan 1 sebagai koefisien satu senyawa, biasanya senyawa yang mengandung unsur paling banyak, dalam hal ini, NH₄NO₃.

1 NH₄NO₃ → N₂O + H₂O

Selanjutnya, cari unsur-unsur dalam zat itu yang muncul hanya sekali di tempat lain dalam persamaan dan tetapkan koefisien untuk menyeimbangkan jumlah atom unsur di kedua sisi. Atom nitrogen muncul hanya sekali di sisi kanan (N₂O), maka jumlah atom nitrogen di sisi kiri sudah sama dengan jumlah atom nitrogen di sisi kanan. Kita tambahkan koefisien 1 di samping N₂O :

1 NH₄NO₃ → 1 N₂O + H₂O

Kemudian kita setarakan atom hidrogen. Di sisi kiri terdapat 4 atom hydrogen, sedangkan disisi kanan hanya ada 2 atom hydrogen. Dengan demikian, untuk menyetarakannya, kita tambahkan koefisien 2 di samping H₂O untuk menyetarakannya. Maka:

1 NH₄NO₃ → 1 N₂O + 2 H₂O

Terakhir, pastikan bahwa unsur terakhir, oksigen, juga setara yaitu masing-masing memiliki jumlah atom sebanyak 3 baik di sisi kiri ataupun kanan.

Koefisien 1 tidak ditulis dalam persamaan kimia, maka persamaan reaksi kimia setara untuk penguraian NH₄NO₃ menjadi dinitrogen oksida dan air adalah:

NH₄NO₃ → N₂O + 2 H₂O

Sebagai contoh kedua, perhatikan reaksi dimana butana (C₄H₁₀) dibakar dengan oksigen meghasilkan karbon dioksida dan air:

_C­₄H₁₀ + _O₂ → _CO₂ + _H₂O

Kita perlu menambahkan koefisien pada tempat yang telah disediakan agar reaksinya menjadi setara.

Mulailah dengan menetapkan koefisien 1 pada butana, C₄H₁₀.

Sehingga di sisi kiri mengandung 4 atom karbon, sedangka di sisi kanan hanya terdapat 1 atom karbon. Oleh karena itu, kita harus menambahkan koefisien 4 di samping CO₂.

Dengan cara yang sama, 10 atom hydrogen di sisi kiri, harus memiliki jumlah yang sama dengan atom hydrogen di sisi kanan. Namun, di sisi kanan hanya terdapat 2 atom hydrogen. Maka kita perlu menambahkan koefisien 5 untuk H₂O.

1 C­₄H₁₀ + _O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O atau

atau

C­₄H₁₀ + _O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

Empat molekul CO₂ mengandung 8 atom oksigen, dan 5 molekul H₂O mengandung 5 atom oksigen. Sehingga di sisi kanan terdapat 13 atom oksigen. Untuk menyetarakannya dengan sisi kiri, maka kita perlu menambahkan koefisien 13/2 di samping O₂.

C­₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

Pada dasarnya, tidak masalah menggunakan pecahan 13/2 sebagai koefisien. Akan tetapi, seringkali menjadi kebiasaan untuk mengubah pecahan menjadi bentuk bilangan bulat dengan mengalikan koefisien dengan angka 2. Maka reaksinya menjadi:

2C­₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O

Secara umum, Langkah-langkahnya dapat diringkas sebagai berikut:

1. Tetapkan 1 sebagai koefisien satu senyawa. Pilihan terbaik adalah senyawa yang paling rumit; yaitu, senyawa dengan jumlah atom banyak.

2. Identifikasi, secara berurutan, unsur-unsur yang muncul hanya dalam satu senyawa. Tentukan koefisien untuk menyetarakan jumlah mol atom unsur tersebut. Lanjutkan sampai semua koefisien telah diidentifikasi.

3. Jika diinginkan, kalikan seluruh persamaan dengan bilangan bulat terkecil yang akan menghilangkan pecahan apa pun.

Satu hal penting yang perlu diingat berkaitan dengan penyetaraan reaksi kimia adalah “jika Anda memiliki tiga karbon, dua oksigen, dan satu nitrogen sebelum reaksi, pastikan Anda memiliki tiga karbon, dua oksigen, dan satu nitrogen setelah reaksi.

Cara Menentukan Massa Zat dalam Persamaan Reaksi Kimia

 Persamaan kimia yang seimbang (setara) memberikan pernyataan yang kuantitatif tentang massa zat yang bereaksi. Contoh pada reaksi pembakaran butana,

2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O

Dapat diartikan sebagai

2 molekul C₄H₁₀ + 13 molekul O₂ → 8 molekul CO₂ + 10 molekul H₂O

Atau

2 mol C₄H₁₀ + 13 mol O₂ → 8 mol CO₂ + 10 mol H₂O

Dengan mengalikan massa molar setiap zat dalam reaksi dengan jumlah mol dapat diperoleh:

116 gram C₄H₁₀ + 416,0 gram O₂ → 352 gram CO₂ + 180 gram H₂O

Koefisien dalam persamaan kimia (yang sudah setara) berhubungan dengan jumlah zat yang bereaksi atau dihasilkan pada suatu reaksi kimia. Untuk lebih jelasnya, perhatikan soal berikut ini.

Contoh Soal:

Kalsium hipoklorit, Ca(OCl)₂, digunakan sebagai zat pemutih, dihasilkan dari natrium hidroksida, kalsium hidroksida, dan klorin menurut persamaan reaksi berikut:

2NaOH + Ca(OH)₂ + 2Cl₂ → Ca(OCl)₂ + 2NaCl + 2H₂O

Berapa gram klor dan natrium hidroksida yang bereaksi dengan 1067 gram Ca(OH)₂, dan berapa gram kalsium hipoklorit yang dihasilkan?

Penyelesaian:

Hitung terlebih dahulu Mr Ca(OH)₂ :

Mr Ca(OH)₂ = Ar Ca + 2(Ar O) + 2(Ar H) = 40 + 2(16) + 2(1) = 74 gram/mol

Lalu hitung mol Ca(OH)₂ yang bereaksi:

Mol Ca(OH)₂ = gram/Mr = 1067/74 = 14,42 mol

Berdasarkan persamaan reaksi yang sudah setara, 1 mol Ca(OH)₂ bereaksi dengan 2 mol NaOH dan 2 mol Cl₂ untuk menghasilkan 1 mol Ca(OCl)₂. Jika 14,42 mol Ca(OH)₂ bereaksi sempurna, maka:

Mol NaOH = (2/1) x mol Ca(OH)₂

                 = 2 x 14,42 mol = 28,84 mol

Mol Cl₂ = (2/1) x mol Ca(OH)₂

                 = 2 x 14,42 mol = 28,84 mol

Mol Ca(OCl)₂ = (1/1) x mol Ca(OH)₂

                 = 1 x 14,42 mol = 14,42 mol

Dengan mengalikan mol dengan Mr , akan diperoleh massa masing-masing zat:

Mr NaOH = Ar Na + Ar O + Ar H = 23 + 16 + 1 = 40 gram/mol

Mr Cl₂ = 2(35,5) = 71 gram/mol

Mr Ca(OCl)₂ = Ar Ca + 2(Ar O) + 2(Ar Cl) = 40 + 2(16) + 2(35,5) = 143 gram/mol

 

Massa NaOH = mol x Mr NaOH = 28,84 mol x 40 g/mol = 1.153,6 g

Massa Cl₂ = mol x Mr  Cl₂= 28,84 mol x 71 g/mol = 2.047,64 g

Massa Ca(OCl)₂ = mol x Mr Ca(OCl)₂ = 14,42 mol x 143 g/mol = 2.062,06 g

Cara Menentukan Rumus Empiris dan Rumus Molekul

Rumus Empiris

Rumus empiris adalah rumus yang menyatakan perbandingan paling sederhana dari mol tiap-tiap atom penyusun suatu senyawa. Kita ambil contoh pada senyawa glukosa C₆H₁₂O₆, menunjukkan bahwa untuk glukosa tersusun atas 6 atom karbon, 12 atom hidrogen dan 6 atom oksigen. Hal ini setara dengan 6 mol karbon, 12 mol hidrogen dan 6 mol oksigen. Jumlah atom dan jumlah mol masing-masing unsur disajikan dalam perbandingan yang sama, yaitu 6 : 12 : 6 atau dalam bentuk paling sederhana 1:2:1. Maka rumus empiris dari glukosa C₆H₁₂O₆ adalah CH₂O.

Menentukan Rumus Empiris dari Persen Massa

Rumus empiris suatu senyawa dapat dikaitkan dengan persen massa unsur-unsur penyusunnya menggunakan konsep mol. Sebagai contoh, rumus empiris untuk etilena (rumus molekul C₂H₄) adalah CH₂. Persen massa dihitung dari massa karbon dan hydrogen dalam 1 mol CH₂ menggunakan rumus:  

Massa C = 1 mol C x 12 gram/mol = 12 gram

Massa H = 2 mol H x 1 gram/mol = 2 gram

Kemudian kita jumlahkan massa C dan H sehingga diperoleh massa total 14 gram. Persentase massa karbon dan hidrogen dalam senyawa tersebut kemudian diperoleh dengan membagi massa masing-masing dengan massa total dan dikalikan 100%. Hasil yang diperoleh adalah 85,714% C dan 14,286% H. 

 Lalu bagaimana cara menentukan rumus empiris jika pada soal yang diketahui adalah persen massa? 

Untuk menentukan rumus empiris dari persen massa suatu unsur, terlebih dahulu kita dapat mencari mol masing-masing unsur penyusun suatu senyawa dengan membagi persen massa dengan Ar unsur. Setelah itu membandingkan mol masing-masing unsur yang diperoleh. Perbandingan paling sederhana dari perbandingan mol unsur penyusun senyawa itulah yang merupakan rumus empiris.

Contoh Soal: 

Tentukan rumus empiris suatu senyawa hidrokarbon yang mengandung 80% massa C dan 20% massa H! (Ar C = 12, H =1)

Penyelesaian:

Mol C = persen massa C/ Ar C = 80/12 = 6,67 mol

Mol H = persen massa H/Ar H = 20/1 = 20 mol

 mol C : mol H = 6,67 : 20 = 1 : 3

Maka rumus empiris senyawa hidrokarbon tersebut adalah CH₃

Menentukan Rumus Empiris dari Massa Unsur 

Cara menentukan rumus empiris dari massa unsure sama dengan cara menentukan rumus empiris menggunakan persen massa. Kita perlu mencari mol masing-masing unsur penyusun kemudian membandingkannya. Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal berikut.

Contoh Soal:

Tentukan rumus empiris suatu senyawa yang mengandung 3 gram C, 0,5 gram H dan 4 gram O! (Ar C = 12, H = 1, O = 16)

Penyelesaian: 

Mol C = massa C/Ar C = 3/12 = 0,25 mol 

Mol H = massa H/Ar H = 0,5/1 = 0,5 mol 

Mol O = massa O/Ar O = 4/16 = 0,25 mol 

mol C : mol H : mol O = 0,25 : 0,5 : 0,25 = 1 : 2 : 1 

Maka rumus empiris senyawa tersebut adalah CH₂O 

Menentukan Rumus Empiris Senyawa Berdasarkan Reaksi Pembakaran 

Hidrokarbon merupakan senyawa yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Rumus empirisnya dapat ditentukan melalui reaksi pembakaran dimana massa CO₂ dan H₂O yang dihasilkan dari reaksi pembakaran diketahui. 

Contoh Soal: 

Suatu senyawa yang digunakan sebagai bahan bakar pengelasan, hanya mengandung karbon dan hidrogen. Pembakaran sampel bahan bakar ini menghasilkan 3,38 gram CO₂ 0,692 gram air, dan tidak ada produk lain. Tentukan rumus empiris senyawa tersebut! 

Penyelesaian: 

Pertama kita hitung dulu mol C dan H. Karena semua karbon dalam senyawa telah diubah menjadi CO₂ dan semua hidrogen menjadi air (H₂O), maka mol C dan H dalam senyawa dapat kita tentukan: 

Mol CO₂ = massa CO₂ / Mr CO₂ = 3,38/44 = 0,0768 mol 

Mol C = mol CO₂ = 0,0768 mol 

Mol H₂O = massa H₂O/Mr H₂O = 0,692/18 = 0,0384 mol 

Mol H = 2 x mol H₂O = 2 x 0,0384 mol = 0,0768 mol 

mol C : mol H = 0,0768 : 0,0768 = 1 : 1 

Maka rumus empiris senyawa tersebut adalah CH. 

Hubungan antara Rumus Empiris dengan Rumus Molekul 

Rumus molekul adalah kelipatan bilangan bulat dari rumus empiris. Untuk menentukan rumus molekul, kita harus mengetahui massa molekul relatif (Mr) senyawa yang dicari. 

Contoh Soal: 

Suatu senyawa hidrokarbon memiliki rumus empiris CH₃. Jika 0,3 mol senyawa hidrokarbon tersebut memiliki massa 9 gram. Tentukan rumus molekulnya!

Penyelesaian: 

Langkah pertama yang harus kita lakukan adalah menentukan massa molekul relatif (Mr) senyawa hidrokarbon tersebut: 

 Mr hidrokarbon = massa/mol = 9 gram/0,3 mol = 30 gram/mol 

 Kemudian kita tentukan Mr untuk rumus empirisnya: 

 Mr CH₃ = 12 + 3x1 = 12 + 3 = 15 gram/mol 

 Terakhir, carilah kelipatan bilangan bulat untuk rumus empiris terhadap rumus molekul: 

 (Mr Rumus empiris) x n = Mr Rumus molekul 

15 x n = 30 n = 2 

 Sehingga rumus molekulnya adalah (CH₃)₂ = C₂H₆.

Cara Menentukan Energi Ionisasi Atom

Sebelum kita membahas bagaimana cara membandingkan energi suatu atom dengan atom lain, sebaiknya kita mengetahui terlebih dahulu apa itu energi ionisasi.

Gambar Energi Ionisasi Atom Netral

Energi ionisasi, EI1, dari sebuah atom (disebut juga energi ionisasi pertama, atau potensial ionisasi) adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom netral dalam fasa gas dan membentuk ion bermuatan positif dalam fasa gas. Energi ionisasi ini termasuk perubahan energi. ∆E.

X_(g) → X_(g)⁺ + e                       ∆E = EI1

∆E untuk reaksi ionisasi selalu positif. Energi ionisasi adalah ukuran stabilitas atom bebas. Atom-atom dengan energi ionisasi yang lebih besar, lebih stabil daripada atom dengan energi ionisasi yang lebih kecil.

Energi ionisasi umumnya meningkat dari kiri ke kanan dalam satu periode, menjadi besar untuk setiap atom gas mulia, dan kemudian menurun untuk atom alkali pada awal periode berikutnya. Energi ionisasi yang besar untuk atom gas mulia menunjukkan bahwa konfigurasi elektronnya sangat stabil, dan butuh energi yang cukup besar untuk melepaskan elektronnya. Selain itu, konfigurasi elektron atom gas mulia lebih stabil daripada konfigurasi elektron atom sebelum dan sesudahnya pada tabel periodik unsur.

Sedangkan dalam satu golongan, energi ionisasi umumnya menurun dari atas ke bawah. Hal ini disebabkan semakin besarnya jari-jari atom yang mengakibatkan daya tarik inti pada electron terluar semakin menurun. Sehingga tidak butuh enenrgi yang besar untuk melepaskan elektronnya.

Energi ionisasi kedua, EI2, adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron kedua, seperti yang ditunjukkan pada proses berikut

X⁺_(g) → X_(g)²⁺ + e                    ∆E = EI2

Reaktan dalam persamaan kimia ini adalah kation yang terbentuk dari pelepasan elektron pertama dari atom netral.

Begitu juga dengan energi ionisasi ketiga, keempat, dan yang lebih tinggi, didefenisikan dengan analogi yang sama.

 

Soal 1

Untuk setiap pasangan atom berikut, manakah yang memiliki energi ionisasi pertama paling tinggi

1. Rb atau Sr
2. Po atau Rn
3. Xe atau Cs
4. Ba atau Sr

Jawab:

1. Dalam sistem periodik unsur, Rb dan Sr terletak dalam satu periode. Sr terletak disebelah kanan Rb, sehingga Sr memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Rb.
2. Dalam sistem periodik unsur, Po dan Rn terletak dalam satu periode. Rn merupakan gas mulia dan terletak paling kanan, sehingga Rn memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Po.
3. Dalam sistem periodik unsur, Xe dan Cs terletak dalam periode yang berbeda. Xe merupakan gas mulia yang terletak pada periode 5, sedangkan Cs merupakan golongan alkali yang terletak pada periode 6. Xe memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Cs, sebab atom gas mulia memiliki energi ionisasi yang lebih tinggi daripada atom alkali pada periode berikutnya.
4. Dalam sistem periodik unsur, Ba dan Sr terletak dalam satu golongan. Sr terletak di atas Ba, sehingga Sr memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Ba.

Soal 2

Untuk setiap pasangan atom berikut, manakah yang memiliki energi ionisasi pertama paling tinggi

1. Bi atau Xe
2. Se atau Te
3. Rb atau Y
4. K atau Ne

Jawab:

1. Dalam sistem periodik unsur, Bi dan Xe terletak dalam periode yang berbeda. Xe merupakan gas mulia yang terletak pada periode 5, sedangkan Bi merupakan atom golongan VA yang terletak pada periode 6. Xe memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Bi, sebab atom gas mulia memiliki energi ionisasi yang lebih tinggi daripada atom pada periode berikutnya.
2. Dalam sistem periodik unsur, Se dan Te terletak dalam satu golongan. Se terletak di atas Te, sehingga Se memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Te.
3. Dalam sistem periodik unsur, Rb dan Y terletak dalam satu periode. Y terletak disebelah kanan Rb, sehingga Y memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding Rb.
4. Dalam sistem periodik unsur, K dan Ne terletak dalam periode yang berbeda. Ne merupakan gas mulia yang terletak pada periode 2, sedangkan K merupakan golongan alkali yang terletak pada periode 4. Ne memliki energi ionisasi pertama yang lebih besar dibanding K, sebab atom gas mulia memiliki energi ionisasi yang lebih tinggi daripada atom alkali pada periode berikutnya.

Mengupas Tuntas Soal Olimpiade Kimia Organik Materi Alkohol (Part II)

Soal dan Pembahasan Berkaitan dengan Alkohol

Soal olimpiade tentang kimia organik tidak konsisten untuk suatu materi tertentu. Tiap tahun soal olimpiade tentang kimia organik selalu berubah-ubah. Tahun ini tentang reaksi substitusi alkohol, reaksi ozonolisis, ataupun tata nama alkena, tahun depan tentang reaksi kondensasi aldol, reaksi substitusi elektrofilik benzena, ataupun stereoisomer, tahun depannya lagi tentang tata nama amina, kereaktifan turunan asam karboksilat dan masih banyak lagi. Hal ini adalah sesuatu yang wajar, mengingat materi kimia organik yang sangat luas dengan reaksi-reaksi yang banyak dan kondisi reaksi yang berbeda-beda.

Dalam kimia organik sangat dibutuhkan daya ingat yang kuat untuk mengingat pereaksi-pereaksi yang digunakan beserta produk yang dihasilkan. Jika anda memiliki daya yang kuat maka anda sudah punya satu alat yang berguna untuk menguasai materi kimia organik. Selain itu, anda juga perlu membuat rangkuman catatan untuk setiap reaksi-reaksi yang terjadi. Dengan begitu, anda akan mudah membukanya kembali jika suatu saat anda lupa reaksinya.

Pada artikel kali ini, saya akan membagikan soal-soal dan pembahasannya yang berkaitan dengan alkohol. Sebelumnya pada artikel Mengupas Tuntas Soal Olimpiade Kimia Organik Materi Alkohol (Part I) telah dibahas tentang alkohol, baik struktur dan tata nama, sifat fisik, pembuatan hingga reaksi-reaksi alkohol. Pada artikel Mengupas Tuntas Soal Olimpiade Kimia Organik Materi Alkohol (Part II) saya akan membahas tentang soal-soal yang berkaitan dengan alkohol. Soal-soal yang akan saya bahas kali ini saya ambil dari buku "Langkah Sukses Menuju Olimpiade Kimia Organik Tingkat SMA/MA" karangan Riswiyanto. Saya belum mengambil secara langsung soal-soal tentang alkohol yang telah muncul di olimpiade sains tingkat kabupaten, provinsi maupun nasional. Untuk soal-soal tentang alkohol yang telah muncul pada olimpiade saya akan bahas pada artikel berikutnya Mengupas Tuntas Soal Olimpiade Kimia Organik Materi Alkohol (Part III).

Soal dan Jawaban

1. Tuliskan struktur molekul dan berikan nama IUPAC dari semua isomer alkohol dengan rumus molekul C₄H₁₀O

Jawab:

2. Bagaimana saudara dapat membuat senyawa berikut dari 2-feniletanol
    a. Styrena
    b. Fenil asetaldehid
    c. Asam fenilasetat
    d. Asam benzoat
    e. Etil benzena

Jawab:

3. Jika 4-kloro-1-butanol direaksikan dengan basa kuat seperti natrium hidrida, NaH akan dihasilkan tetrahidrofuran. Ramalkan mekanisme reaksinya.

Jawab:

4. Produk apa yang akan saudara dapatkan jika 1-pentanol direaksikan dengan pereaksi-pereaksi berikut di bawah ini:
a. PBr₃
b. SOCl₂
c. CrO₃, H₂O, H₂SO₄
d. PCC (Piridin Chloro Chromat)

Jawab:

5. 2,2-dimetilsikloheksanol didehidrasi dengan adanya katalis asam, hasilnya merupakan campuran 1,2-dimetilsikloheksana dan isopropiledensiklopentana. Bagaimana mekanisme terbentuknya kedua senyawa tersebut:

Isopropiledensiklopentana

Jawab:

Mengupas Tuntas Soal Olimpiade Kimia Organik Materi Alkohol (Part I)

Alkohol

Gambar: Struktur Umum Alkohol (Wikipedia)

Kimia organik adalah materi yang menjadi momok bagi semua orang yang mempelajari kimia. Baik siswa, mahasiswa, bahkan guru juga merasa dan berpikir hal yang sama tentang kimia organik bahwa kimia organik itu sulit. Mungkin anda yang sedang membaca artikel ini salah satu dari orang yang merasakan kesulitan mempelajari kimia organik. Reaksi-reaksi senyawa organik yang sangat banyak, dengan reagen (pereaksi) yang juga tak kalah banyak, dan kondisi reaksi yang berbeda-beda membuat sulitnya mempelajari kimia organik terutama reaksi-reaksinya.

Sulitnya mempelajari kimia organik bukan berarti bahwa kita tidak dapat mempelajarinya. Ada beberapa pemahaman dasar yang harus diketahui sebelum mempelajari kimia organik. Diperlukan pengetahuan tentang keelektronegatifan, kepolaran senyawa, pemutusan homolitik dan heterolitik, serta nukleofil dan elektrofil. Anda bisa membaca pendahuluan mekanisme reaksi senyawa organik.

Soal kimia organik adalah soal yang selalu muncul pada soal olimpiade kimia baik tingkat kabupaten, provinsi maupun tingkat nasional. Sehingga mengetahui tentang kimia organik bahkan menguasai materi kimia organik adalah hal yang wajib bagi setiap siswa yang ingin sukses di bidang olimpiade. Belakangan jumlah soal kimia organik yang muncul di olimpiade cukup banyak. Soal olimpiade pada soal tingkat kabupaten dan provinsi berkisar 10-12 nomor untuk soal tipe pilihan ganda dan sekitar 1-2 nomor untuk soal tipe esay.

Salah satu materi kimia organik yang sering muncul pada soal olimpiade adalah materi alkohol. Struktur, tata nama, sifat fisika dan kimia serta reaksi-reaksi alkohol sering muncul pada soal olimpiade baik tingkat kabupaten, provinsi maupun nasional. Berikut saya akan membahas tentang alkohol. Untuk pembahasan soal-soal tentang alkohol yang sering muncul di olimpiade saya akan bahas pada artikel berikutnya.

Struktur

Alkohol merupakan senyawa yang mempunyai rumus umum ROH, dimana R merupakan alkil atau alkil yang tersubstitusi dan hidrokarbon siklis. Gugus fungsi hidroksil (OH) dapat terikat pada atom karbon jenuh. Alkohol disini tidak termasuk phenol (gugus hidroksil berikatan dengan cincin aromatik), enol (gugus hidroksil berikatan dengan karbon vinylik) sehingga mempunyai sifat-sifatnya kadang berbeda. Alkohol dapat dianggap merupakan turunan dari ari (H-O-H), dimana satu atom hidrogennya diganti dengan gugus alkil. Alkohol diklasifikasikan menjadi tiga kelompok yaitu, alkohol primer, sekunder, dan tersier. Gugus alkil dapat mempunyai ikatan rangkap, atom halogen atau cincin aromatis.

Sedangkan alkohol yang gugus hidroksilnya berikatan dengan karbon tak jenuh (sp²) dan hidrokarbon siklis adalah:

Sifat-sifat Fisik

Alkohol mempunyai gugus sangat polar -OH, gugus ini mengandung hidrogen yang berikatan dengan atom oksigen yang sangat elektronegatif oleh karenanya dapat mengadakan ikatan hidrogen. Alkohol mempunyai persamaan geometris dengan air, sudut ikatan R-O-H mendekati nilai tetrahedral dan atom oksigen terhibridisasi sp³. Alkohol dapat membentuk ikatan hidrogen intramolekuler sehingga alkohol mempunyai titik didih lebih besar daripada eter yang bersesuaian.

Faktor lain yang menentukan besar kecilnya titik didih suatu alkohol selain adanya ikatan hidrogen adalah berat molekul dan bentuk molekulnya (lurus atau bercabang). Dengan naiknya jumlah atom karbon pada alkohol, maka naik pula titik didihnya, dan akan menurun titik didih dengan adanya rantai cabang.

Sumber-sumber Industri dan Pembuatan Alkohol

Alkohol merupakan bahan baku yang paling penting dalam kimia hidrokarbon, dapat tersedia dalam jumlah yang melimpah dan berharga murah. Ada tiga metode untuk menghasilkan alkhol yang sederhana, yaitu:

1. Hidrasi alkena yang diperoleh dari reaksi cracking petroleum.
2. Proses oxo dari alkena, karbon monoksida dan hidrogen.
3. fermentasi karbohidrat

Gambar: Metode Pembuatan Alkohol Secara Sederhana

Sedangkan cara lain dalam pembuatan alkohol dapat menggunakan salah satu dari metode di bawah ini:

Oxymercurasi - Demercurasi

Alkena bereaksi dengan merkuri asetat dengan adanya air menjadi senyawa hidroksi merkuri yang jika direduksi akan menghasilkan alkohol.

Gambar: Reaksi Umum Oxymercurasi - Demercurasi

Langkah pertama adalah oksimerkurasi, yaitu adisi ikatan rangkap dengan -OH dan HgOAc. Kemudian demerkurasi, yaitu penggantian -HgOAc dengan -H. Oksimerkurasi-demerkurasi merupakan reaksi regioselektif dan menghasilkan alkohol melalui adisi Markovnikov. Berikut contoh reaksi pembuatan 2-metil-2-butanol menggunakan metode oksimerkurasi-demerkurasi. 

Gambar: Reaksi Pembuatan 2-metil-2-butanol

Hydroborasi - Oksidasi

Gambar: Reaksi Umum Hydroborasi - Oksidasi

Dengan menggunakan pereaksi diboran, alkena akan mengalami hydroborasi dan akan menghasilkan alkilboran,. dan jika dioksidasi membentuk alkohol. Prosedur reaksi ini cukup sederhana dan hasilnya sangat baik. Produk yang dihasilkan dengan metode ini sulit dicapai dengan menggunakan metode yang lain.

Sintesa Grignard

Gambar: Reaksi Umum Pembuatan Alkohol dengan Metode Sintesa Grignard

Alkohol yang diperoleh dari sintesa Grignard, tergantung dari jenis senyawa karbonil yang dipakai. Jika yang digunakan formaldehid (metanal) maka hasilnya adalah alkohol primer, jika asetaldehid (etanal) atau aldehid yang lain selain formaldehid maka hasilnya alkohol sekunder dan jika keton maka alkohol tersier yang terbentuk.

Reaksi-reaksi Alkohol

Reaksi pada alkohol merupakan reaksi substitusi yaitu menggantikan -OH atau -H dan juga dapat berlangsung reaksi eliminasi dengan membentuk ikatan rangkap dua.

Reaksi dengan hidrogen halida (HX), Fosfor tribomida (PBr₃) dan Thionyl klorida (SOCl₂)

Alkohol bereaksi dengan hidrogen halida, fosfor tribromida (PBr₃) dan Thionyl klorida (SOCl₂) menghasilkan alkil halida. Urutan reaktifitas hidrogen halida HI > HBr > HCl, sedangkan reaktifitas alkohol adalah : allyl > benzil > 3^o > 2^o > 1^o > metil. Umumnya reaksi berlangsung dalam suasana asam kuat.

Reaksi Dehidrasi

Salah satu reaksi yang paling penting dari alkohol adalah dehidrasi membentuk produk alkena. Ikatan C-O dan ikatan C-H yang bersebelahan akan putus dan membentuk ikatan Л. 

Gambar: Reaksi Umum Dehidrasi Alkohol

Reaksi dehidrasi memerlukan adanya asam dan pemanasan. Urutan reaktifitas alkohol : 3^o > 2^o > 1^o . 

Reaksi Alkohol dengan Logam

Keasaman alkohol dapat dilihat jika direaksikan dengan logam akan mengeluarkan gas hidrogen dan alkoksida. 

RO-H + M ➙ RO-M + 1/2 H₂

M = Na, K, Mg, Al, dst

Reaktifitas alkohol: CH₃OH > 1^o > 2^o > 3^o .

CH₃CH₂OH + Na ➙ CH₃CH₂O^-Na⁺ + 1/2 H₂ 

Reaksi Oksidasi

Salah satu reaksi dari alkohol yang sangat berharga adalah oksidasi membentuk senyawa karbonil, sedangkan reduksi karbonil akan menghasilkan alkohol. 

Oksidasi alkohol mengakibatkan hilangnya satu atau lebih atom hidrogen alfa yang terikat pada atom karbon yang mempunyai gugus -OH. Alkohol primer mempunyai dua hirogen alfa, yang dapat kehilangan satu atau kedua atom hidrogen alfa menjadi aldehid atau asam karboksilat.

Alkohol primer dioksidasi menghasilkan aldehid atau asam karboksilat sangat tergantung pada pemilihan pereaksi dan kondisi reaksinya. Berikut beberapa pereaksi yang dapat dipakai untuk oksidasi alkohol :

• Pyridin kloro kromat (PCC) dalam pelarut diklorometana dapat mengoksidasi alkohol primer menjadi aldehid. 
• Pereaksi Jones (CrO₃ dalam asan sulfat), akan mengoksidasi alkohol primer menjadi asam karboksilat.
• Natrium dikromat (Na₂Cr₂O₇) dalam larutan asam asetat dapat mengoksidasi alkohol sekunder menjadi keton.

Referensi:

Riswiyanto, 2012. Langkah Sukses Menuju Olimpiade Kimia Organik Tingkat SMA/MA. Bina Prestasi Insani. Jakarta