Massa Atom, Jumlah Partikel, dan Mol

Oleh: Muhammat Fauzi dan Yoseph

STOIKIOMETRI

 1.      Massa Atom

Sampai saat ini belum ada alat yang mampu menakar massa isotop atom sebenarnya sebab atom berukuran sangat kecil. Namun demikian, hal itu tidak menjadikan rintangan bagi para pakar sains untuk mencari cara yang dapat menentukan massa suatu isotop atom. Dengan cara ini, massa isitop atom setiap unsur dapat ditentukan.

 a.      Standar Satuan Massa Atom

      Pada awalnya, massa atom suatu unsur ditentukan dengan cara mengukur massa salah satu unsur yang bersenyawa dengan unsur lain. Misalnya dari hasil analisis terhadap komposisi air diperoleh data massa unsur hidrogen 11,17% dan massa unsur oksigen 88,83%. 

      Jika dalam molekul air hanya terdapat satu atom oksigen yang  bersenyawa dengan satu atom hidrogen, maka massa satu atom oksigen sama dengan 7,953 kali satuan massa atom hidrogen, tetapi fakta menunjukan bahwa molekul air terdiri satu atom oksigen dan dua atom hidrogen sehingga massa satu atom oksigen sama dengan 2 x 7,953 x massa atom hidrogen atau 15,905 kali massa satu atom hidrogen.

     Untuk mengetahui massa atom oksigen perlu diketahui massa atom hidrogen, atau sebaliknya.

b.      Spektrometer dan Isotop 

            Penentuan massa atom secara instrumentasi mulai dilakukan pada awal abad ke-19,       sejak ditemukannya teknik spektrometer yang dilakukan oleh Thompson, Aston, dan para peneliti lainnya. Prinsip kerja spektrometer massa adalah: atom diionisasi sehingga dihasilkan spesi bermuatan positif. Selanjutnya, ion yang terbentuk dipercepat oleh medan listrik dan dilewatkan melalui suatu magnet pengurai. Jejak partikel yang dihasilkan membentuk suatu lengkungan, ini disebabkan oleh defleksi magnet pengurai yang mempengaruhi ion bermuatan positif. Ukuran lengkungan bergantung pada angka banding massa-muatan partikel (e/m), akibatnya berkas partikel yang menumbuk detektor bergantung pada angka banding e/m ion-ion yang terbentuk.

c.       Massa Atom Relatif

Isotop-isotop suatu unsur selalu bersatu dalam suatu materi dan tidak dapat dipisahkan satu sama lain, bahkan hingga saat ini belum ada instrumen yang dapat memisahkan isotop-isotop dari suatu senyawa.

Menurut konvensi IUPAC, Massa atom suatu unsur ditentukan berdasarkan massa isotop dan kelimpahan dari masing-masing isotop yang terdapat di alam. Penentuan dengan cara ini dinamakan massa aton relatif, disingkat dengan A,.                                      

 Massa atom relatif (A), suatu unsur didefinisikan sebagai jumlah total massa isotop dikalikan kealimpahan dialam. Contoh, jika suatu unsur memiliki n isotop, dimana isotop pertama massanya m₁ dan kelimpahannya Z_1; isotop kedua massanya m₂ dan kelimpahannya Z_2; dan seterusnya, massa atom relatif unsur tersebut dapat dihitung.    

d.      Massa Molekul Relatif dan Massa Rumus Relatif                                                              

                 Pada tahun 1858, Stanislao Cannizaro menemukan bahwa teori Avogadro tentang ‘konsep molekul’ dapat digunakan sebagai dasar dasar penentuan massa molekul berbagai gas. Jika dua macam gas yang volumnya sama diukur pada suhu dan tekanan yang sama, maka massa masing-masing gas dapat ditentukan dari massa jenisnya. Misalnya pada 273 K dan 1 atm, massa jenis gas oksigen sebesar  0,0900 g L^-2, dan massa jenis gas hydrogen sebesar 1,429 g L^-1. Oleh Karena kedua macam gas akan sama.


 2. JumlahPartikel   
                                                                                                                

a.      Menghitung Jumlah Partikel

Contoh:

1.      Pada suhu dan tekanan tertentu, 1,00 gram gas metan (CH₄) mengandung 3,7625 x 10²² molekul metan, Berapa jumlah molekul gas metan dalam 16,00 gram?

Penyelesaian:

1,00 gram CH₄ mengandung 3,7625 x 10²² molekul

16,00 gram CH₄ mengandung x 3,7625x10²² molekul

  = 6,022 x 10²³ molekul

2.      Berapa berat satu buah molekul HCI dalam satuan gram?

Penyelesaian:

Massa molekul relatif HCI adalah jumlah massa atom relatif H(1,00) dan massa atom relatif CI (35,50), atau 36,5. Karena 1 mol HCI sama dengan 36,5 gram maka massa satu molekul HCI adalah:

    36,5 g mol^-1 x  = 6,06 x 10^-23 gram 


 3 .   Konsep Mol 
       Di laboratorium, pengukuran massa atom dan massa molekul tidak menggunakan satuan massa atom  relatif atau massa molekul relatif sebagaimana dibahas diatas, karena satuan  tersebut merupakan skala relatif. Di laboratorium, biasanya pengukuran massa atau volum suatu zat menggunakan satuan gram atau liter.
       Untuk mengetahui hubungan antara massa zat dalam satuan gram dengan A_r atau M_r zat itu memerlukan besaran lain, dinamakan mol. Mol adalah suatu satuan zat yang dapat menjembatani antara massa (dalam satuan gram), jumlah partikel, dan A_r atau M_r zat itu. Hubungan antara massa dan jumlah partikel dapat dipelajari melalui teori Avogadro tentang konsep molekul.                                                                          
a.      Tetapan Avogadro 
       Untuk mengetahui jumlah partikel suatu zat dalam massa tertentu dapat ditentukan dengan berbagai cara, salah satunya adalah melalui pengukuran jumlah partikel alfa yang dipancarkan oleh unsure radioaktif. Unsur radioaktif adalah unsur yang dapat memancarkan partikel alfa, beta, dan gamma dan sendirinya. Contohnya uranium, radium, polonium, dan radon.
       Hasil pengukuran terhadap partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur radium menunjukan bahwa, dari satu gram radium dipancarkan partikel alfa sebanyak

11,6 x 10¹⁷    butir. Partikel alfa sebanyak 11,6 x 10^{17     butir sama dengan atom helium sebanyak 7,7 x} 10^{-6   gram.}

b.      Pengertian Mol

Menurut perhitungan, dalam satu gram besi terkandung 1,075 x  10²² atom besi. Dalam satu mililiter air terkandung 3,345 x 10²² molekul air. Angka-angka sebesar itu tidak efektif jika diterapkan dalam pengukuran zat zat berskala besar. Agar lebih aplikatif, para kimiawan menetapkan suatu satuan jumlah zat yang menyatakan banyaknya partikel zat itu, satuan itu dinamakan mol. 

 Gagasan para pakar menggunakan mol sabagai satuan untuk menyatakan jumlah partikel dalam suatu zat merupakan gagasan bijaksana. Berdasarkan kesepakan para pakar kimia, untuk partikel yang jumlahnya sebanyak 6,022 x 10²³ atau sebesar tetapan Avogrado dinyatakan sama dengan satu mol. Dengan kata lai, satu mol setiap zat mengandung 6,022 x 10²³partikel penyusun zat itu, baik atom, molekul, maupun ion. 
c.       Massa Molar

Pada uraian diatas, diperoleh informasi tentang hubungan antara massa dan jumlah partikel, serta hubungan antara jumlah partikel dan satuan mol zat menggunakan tetapan Avogrado, kedua hubungan tersebut dapat digunakan untuk menyatakan zat dalam satuan gram dan satuan mol, serta dapat digunakan untuk menghubungkan antara satuan gram dan mol dengan menerapkan massa atom relatif atau massa molekul relatif zat itu.

Dari uraian diatas diperoleh informasi bahwa:

1. dalam 32,00 gram gas oksigen terkandung 6,022 x 10²³ molekul O₂;

2. dalam 12,00 gram atom karbon terkandung 6,022 x 10²³ atom C; dan

3. dalam 3,999 gram atom helium terkandung 6,022 x 10²³  atom He.

DAFTAR PUSTAKA

Sunarya, Yayan. 2010. Kimia Dasar 1. Bandung: Yrama Widya.