3.5 Persen Komposisi Senyawa

Seperti yang telah diketahui, bahwa rumus senyawa memberikan informasi tentang jumlah atom dari setiap unsur yang terdapat dalam satu satuan senyawa tersebut. Namun, jika digunakan untuk tujuan eksperimen laboratorium perlu diuji terlebih dahulu kemurnian senyawa tersebut. Berdasarkan rumus kimianya dapat dihitung persen masing-masing unsur  dari total massa senyawa. Kemudian, dapat dibandingkan hasilnya dengan persen komposisi yang diperoleh secara eksperimental untuk sampel yang digunakan, sehingga dapat ditentukan kemurnian sampel.

Persen komposisi berdasarkan massa adalah persentase massa dari setiap unsur yang terkandung dalam suatu senyawa. Persen komposisi diperoleh dengan membagi massa setiap unsur dalam 1 mol senyawa dengan massa molar senyawa dan mengalikannya dengan 100 persen. Secara matematis, persen komposisi suatu unsur dalam suatu senyawa dinyatakan sebagai

dimana n adalah jumlah mol unsur dalam 1 mol senyawa. Misalnya, dalam 1 mol hidrogen peroksida (H₂O₂) ada 2 mol atom H dan 2 mol atom O. Massa molar H₂O₂, H, dan O masing-masing adalah 34,02 g, 1,008 g, dan 16,00 g. Oleh karena itu, persen komposisi senyawa H₂O₂ dihitung sebagai berikut:

Jumlah persentase adalah 5,926% + 94,06% = 99,99%. Perbedaan kecil dari 100 persen adalah karena cara pembulatan massa molar dari unsur. Jika digunakan rumus empiris HO untuk perhitungan, akan didapatkan persentase yang sama. Hal ini disebabkan karena baik rumus molekul maupun rumus empiris memberikan informasi tentang persen komposisi dari total massa senyawa.

Contoh 3.8

Asam fosfat (H₃PO₄) merupakan cairan tak berwarna, mirip seperti sirup yang digunakan untuk membuat deterjen, pupuk, dan pasta gigi. Senyawa ini pada minuman berkarbonasi memberikan rasa yang “tajam”. Hitung  persen komposisi massa dari H, P, dan O dalam senyawa tersebut.

Strategi

Ingat prosedur untuk menghitung persentase. Asumsikan bahwa kita memiliki 1 mol H₃PO₄. Persen massa setiap unsur (H, P, dan O) diberikan oleh massa molar gabungan dari atom unsur dalam 1 mol H₃PO₄ dibagi dengan massa molar H₃PO₄, kemudian dikalikan dengan 100 persen.

Penyelesaian

Massa molar H₃PO₄ adalah 97,99 g. Persen massa masing-masing unsur dalam H₃PO₄ dihitung sebagai berikut:

Periksa

Apakah persentase bertambah hingga 100 persen? Jumlah persentase adalah (3,086% + 31,61% + 65,31%) = 100,01%. Perbedaan kecil dari 100 persen adalah karena cara pembulatan.

Latihan

Hitung  persen komposisi massa masing-masing unsur dalam asam sulfat (H₂SO₄).

Prosedur yang digunakan dalam contoh dapat dibalik jika perlu. Dengan mengingat persen komposisi massa senyawa, kita dapat menentukan rumus empiris senyawa (Gambar 3.5). Karena kita berurusan dengan persentase dan jumlah dari semua persentase adalah 100 persen, akan lebih mudah untuk mengasumsikan bahwa kita mulai dengan 100 g senyawa, seperti ditunjukkan Contoh 3.9.

Contoh 3.9

Asam askorbat (vitamin C) menyembuhkan sariawan. Asam ini terdiri dari 40,92 persen karbon (C), 4,58 persen hidrogen (H), dan 54,50 persen oksigen (O) berdasarkan massa. Tentukan rumus empirisnya.

Strategi

Dalam rumus kimia, subskrip (indeks bawah) mewakili rasio jumlah mol setiap unsur yang bergabung membentuk satu mol senyawa. Bagaimana kita dapat mengonversi dari persen massa menjadi mol? Jika kita mengasumsikan sampel 100 g senyawa, apakah dapat diketahui massa setiap unsur dalam senyawa? Bagaimana mengonversi dari gram menjadi mol?

Penyelesaian

Jika kita memiliki 100 g asam askorbat, maka setiap persentase dapat dikonversi langsung ke gram. Dalam sampel ini, akan ada 40,92 g C, 4,58 g H, dan 54,50 g O. Karena subskrip dalam rumus mewakili rasio mol, kita perlu mengubah gram setiap unsur menjadi mol. Faktor konversi yang dibutuhkan adalah massa molar dari setiap unsur. Misalkan n mewakili jumlah mol setiap unsur sehingga

Jadi, didapatkan rumus C₃,₄₀₇H₄,₅₄O₃,₄₀₆, yang memberikan identitas dan rasio mol atom yang ada. Tetapi, rumus kimia harus ditulis dengan bilangan bulat. Cobalah untuk mengonversi pada seluruh nilai dengan membagi semua subskrip dengan subskrip terkecil (3,406):

dimana tanda ≈ berarti “kira-kira sama dengan”. Hasilnya adalah CH₁,₃₃O sebagai rumus untuk asam askorbat. Selanjutnya, kita perlu mengonversi subskrip 1,33 untuk H, menjadi sebuah bilangan bulat. Ini dapat dilakukan dengan prosedur coba-coba:

1,33 x 2 = 2,66

1,33 x 3 = 3,99 ≈ 4

Karena 1,33 x 3 memberikan bilangan bulat 4, kita mengalikan semua subskrip dengan 3 dan memperoleh C₃H₄O₃ sebagai rumus empiris untuk asam askorbat.

Ingat rumus empiris tidak selalu sama dengan rumus molekul! Rumus molekul untuk asam askorbat adalah C₆H₈O₆_.   

Latihan

Tentukan rumus empiris senyawa yang mempunyai persen komposisi massa sebagai berikut K = 24,75 persen, Mn = 34,77 persen, O = 40,51 persen.

Para Ahli Kimia sering kali ingin mengetahui massa sebenarnya dari salah satu unsur dalam suatu senyawa dengan massa tertentu. Misalnya, dalam industri pertambangan, informasi ini akan memberikan informasi tentang kualitas bijih. Karena persen komposisi dari massa unsur-unsur dalam senyawa dapat dengan mudah dihitung, masalah seperti itu dapat dipecahkan dengan cara yang cukup sederhana.

Contoh 3.10

Kalkopirit (CuFeS₂) adalah mineral utama tembaga. Hitung jumlah kilogram Cu dalam 3,71 x 10³ kg kalkopirit.

Strategi 

Kalkopirit (Chalcopyrite) terdiri dari Cu, Fe, dan S. Massa Cu didasarkan pada persentasenya dari massa dalam senyawa tersebut. Bagaimana cara menghitung persen massa unsur?

Penyelesaian

Massa molar Cu dan CuFeS₂ masing-masing 63,55 g dan 183,5 g. Jadi, persen massa Cu

Untuk menghitung massa Cu dalam sampel 3,71 x 10³ kg CuFeS₂, kita perlu mengubah persentase menjadi desimal (yaitu, mengkonversi 34,63 persen menjadi 34,63/100, atau 0,3463) dan menuliskan

massa Cu dalam CuFeS₂ = 0,3463 x (3,71 x 10³ kg) = 1,28 x 10³ kg Cu

Periksa

Sebagai perkiraan, perhatikan bahwa persen massa Cu kira-kira 33 persen, sehingga sepertiga dari massanya haruslah massa Cu; yaitu, (1/3) x 3,71 x 10³ kg ≈ 1,24 x 10³ kg. Jumlah ini cukup mendekati hasil perhitungannya.

Latihan

Hitung jumlah gram Al dalam 371 g Al₂O₃.