HUKUM KEKEKALAN MATERI: EKSPERIMEN DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The hukum kekekalan materi atau massa adalah salah satu yang menetapkan bahwa dalam setiap reaksi kimia, materi tidak diciptakan atau dihancurkan. Hukum ini didasarkan pada fakta bahwa atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi dalam jenis reaksi ini; sedangkan dalam reaksi nuklir atom terfragmentasi, itulah sebabnya mereka tidak dianggap sebagai reaksi kimia.

Jika atom tidak hancur, maka ketika suatu unsur atau senyawa bereaksi, jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi harus dijaga konstan; yang diterjemahkan menjadi jumlah massa yang konstan antara reaktan dan produk yang terlibat.

Reaksi kimia antara A dan B2. Sumber: Gabriel Bolívar

Ini selalu terjadi jika tidak ada kebocoran yang menyebabkan kerugian material; tetapi jika reaktor ditutup rapat, tidak ada atom yang "menghilang", dan oleh karena itu massa bermuatan harus sama dengan massa setelah reaksi.

Sebaliknya, jika produknya padat, massanya akan sama dengan jumlah reaktan yang terlibat untuk pembentukannya. Hal yang sama terjadi pada produk cair atau gas, tetapi lebih rentan membuat kesalahan saat mengukur massa yang dihasilkan.

Hukum ini lahir dari percobaan di abad yang lalu, diperkuat oleh kontribusi dari berbagai ahli kimia terkenal, seperti Antoine Lavoisier.

Perhatikan reaksi antara A dan B ₂ untuk membentuk AB ₂ (gambar atas). Menurut hukum kekekalan materi, massa AB ₂ harus sama dengan jumlah massa A dan B ₂ . Jadi jika 37g A bereaksi dengan 13g B ₂ , produk AB ₂ harus memiliki berat 50g.

Oleh karena itu, dalam persamaan kimia, massa reaktan (A dan B ₂ ) harus selalu sama dengan massa produk (AB ₂ ).

Contoh yang sangat mirip dengan yang baru saja dijelaskan adalah pembentukan oksida logam, seperti karat atau karat. Karat lebih berat dari besi (meskipun mungkin tidak terlihat seperti itu) karena logam bereaksi dengan massa oksigen untuk menghasilkan oksida.

Apa hukum kekekalan materi atau massa?

Hukum ini menyatakan bahwa dalam reaksi kimia massa reaktan sama dengan massa produk. Hukum itu diekspresikan dalam frasa "materi tidak diciptakan atau dimusnahkan, semuanya diubah", sebagaimana diucapkan oleh Julius Von Mayer (1814-1878).

Hukum tersebut dikembangkan secara independen oleh Mikhail Lamanosov, pada 1745, dan oleh Antoine Lavoisier pada 1785. Meskipun penelitian Lamanosov bekerja pada Hukum Konservasi Massa sebelum Lavoisier, mereka tidak dikenal di Eropa. karena ditulis dalam bahasa Rusia.

Percobaan yang dilakukan pada tahun 1676 oleh Robert Boyle menuntun mereka untuk menunjukkan bahwa ketika bahan dibakar dalam wadah terbuka, bahan tersebut bertambah berat; mungkin karena transformasi yang dialami oleh materi itu sendiri.

Eksperimen Lavoiser pada bahan insinerasi dalam wadah dengan asupan udara terbatas menunjukkan penambahan berat badan. Hasil ini sesuai dengan yang diperoleh Boyle.

Kontribusi Lavoisier

Namun, kesimpulan Lavoisier berbeda. Dia mengira bahwa selama pembakaran sejumlah massa diekstraksi dari udara, yang akan menjelaskan peningkatan massa yang diamati pada bahan yang mengalami pembakaran.

Lavoiser percaya bahwa massa logam tetap konstan selama insinerasi, dan penurunan insinerasi dalam wadah tertutup bukan disebabkan oleh penurunan longgar (konsep tidak terpakai), esensi yang diduga terkait dengan produksi panas.

Lavoiser menunjukkan bahwa penurunan yang diamati lebih disebabkan oleh penurunan konsentrasi gas dalam wadah tertutup.

Bagaimana hukum ini diterapkan dalam persamaan kimia?

Hukum kekekalan massa sangat penting dalam stoikiometri, yang terakhir didefinisikan sebagai kalkulasi hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk yang ada dalam reaksi kimia.

Prinsip stoikiometri diucapkan pada tahun 1792 oleh Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), yang mendefinisikannya sebagai ilmu yang mengukur proporsi kuantitatif atau hubungan massa unsur kimia yang terlibat dalam suatu reaksi.

Dalam reaksi kimia ada modifikasi zat yang ikut ambil bagian di dalamnya. Telah diamati bahwa reaktan atau reaktan dikonsumsi untuk menghasilkan produk.

Selama reaksi kimia terjadi pemutusan ikatan antar atom, serta pembentukan ikatan baru; tetapi jumlah atom yang terlibat dalam reaksi tetap tidak berubah. Inilah yang dikenal sebagai hukum kekekalan materi.

Prinsip dasar

Hukum ini mengandung dua prinsip dasar:

-Jumlah total atom dari setiap jenis adalah sama dalam reaktan (sebelum reaksi) dan dalam produk (setelah reaksi).

-Jumlah muatan listrik sebelum dan sesudah reaksi tetap konstan.

Ini karena jumlah partikel subatomik tetap konstan. Partikel-partikel ini adalah neutron tanpa muatan listrik, proton bermuatan positif (+), dan elektron bermuatan negatif (-). Jadi muatan listrik tidak berubah selama reaksi.

Persamaan kimia

Karena itu, ketika merepresentasikan reaksi kimia menggunakan persamaan (seperti yang ada di gambar utama), prinsip dasar harus dihormati. Persamaan kimia menggunakan simbol atau representasi dari berbagai unsur atau atom, dan bagaimana mereka dikelompokkan menjadi molekul sebelum atau sesudah reaksi.

Persamaan berikut akan digunakan lagi sebagai contoh:

A + B ₂ => AB ₂

Subskrip adalah angka yang ditempatkan di sisi kanan unsur (B ₂ dan AB ₂ ) di bagian bawah, yang menunjukkan jumlah atom unsur yang ada dalam suatu molekul. Jumlah ini tidak dapat diubah tanpa produksi molekul baru, berbeda dari aslinya.

Koefisien stoikiometri (1, dalam kasus A dan spesies lainnya) adalah bilangan yang ditempatkan di bagian kiri atom atau molekul, menunjukkan banyaknya atom atau molekul yang mengambil bagian dalam reaksi.

Dalam persamaan kimia, jika reaksi tidak dapat diubah, satu panah ditempatkan, yang menunjukkan arah reaksi. Jika reaksinya reversibel, ada dua anak panah yang berlawanan arah. Di sebelah kiri tanda panah adalah reaktan atau reaktan (A dan B ₂ ), sedangkan di sebelah kanan adalah hasil kali (AB ₂ ).

Ayunan

Menyeimbangkan persamaan kimia adalah prosedur yang memungkinkan untuk menyamakan jumlah atom unsur kimia yang ada dalam reaktan dengan yang ada pada produk.

Dengan kata lain, jumlah atom dari setiap elemen harus sama di sisi reaktan (sebelum panah) dan di sisi produk reaksi (setelah panah).

Dikatakan bahwa ketika reaksi seimbang, Hukum Aksi Massa dihormati.

Oleh karena itu, penting untuk menyeimbangkan jumlah atom dan muatan listrik di kedua sisi panah dalam persamaan kimia. Demikian juga, jumlah massa reaktan harus sama dengan jumlah massa produk.

Untuk kasus persamaan yang diwakili, itu sudah seimbang (jumlah A dan B sama di kedua sisi panah).

Eksperimen yang membuktikan hukum

Insinerasi logam

Lavoiser, mengamati pembakaran logam seperti timah dan timah dalam wadah tertutup dengan asupan udara terbatas, memperhatikan bahwa logam ditutup dengan kalsinasi; dan selanjutnya, bahwa berat logam pada saat pemanasan sama dengan berat awal.

Karena kenaikan berat badan diamati saat membakar logam, Lavoiser berpikir bahwa kelebihan berat badan yang diamati dapat dijelaskan dengan massa tertentu dari sesuatu yang dikeluarkan dari udara selama pembakaran. Karena alasan ini massa tetap konstan.

Kesimpulan ini, yang dapat dianggap dengan dasar ilmiah yang tidak masuk akal, tidak demikian, dengan mempertimbangkan pengetahuan yang dimiliki Lavoiser tentang keberadaan oksigen pada saat ia mengucapkan Hukumnya (1785).

Pelepasan oksigen

Oksigen ditemukan oleh Carl Willhelm Scheele pada tahun 1772. Kemudian, Joseph Priesley menemukannya secara mandiri, dan mempublikasikan hasil penelitiannya, tiga tahun sebelum Scheele mempublikasikan hasilnya pada gas yang sama ini.

Priesley memanaskan merkuri monoksida dan mengumpulkan gas yang meningkatkan kecerahan nyala api. Selain itu, saat tikus ditempatkan dalam wadah berisi gas, mereka menjadi lebih aktif. Priesley menyebut gas ini dephlogistized.

Priesley melaporkan pengamatannya kepada Antoine Lavoiser (1775), yang mengulangi eksperimennya yang menunjukkan bahwa gas ditemukan di udara dan di air. Lavoiser mengenali gas sebagai elemen baru, menamakannya oksigen.

Ketika Lavoisier menggunakan argumennya untuk menyatakan hukumnya, bahwa massa berlebih yang diamati dalam pembakaran logam disebabkan oleh sesuatu yang diekstraksi dari udara, ia memikirkan oksigen, suatu unsur yang bergabung dengan logam selama pembakaran.

Contoh (latihan praktis)

Dekomposisi merkuri monoksida

Jika 232,6 merkuri monoksida (HgO) dipanaskan, ia terurai menjadi merkuri (Hg) dan molekul oksigen (O ₂ ). Berdasarkan hukum kekekalan massa dan berat atom: (Hg = 206,6 g / mol) dan (O = 16 g / mol), nyatakan massa Hg dan O ₂ yang terbentuk.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Perhitungannya sangat mudah, karena tepat satu mol HgO sedang membusuk.

Insinerasi sabuk magnesium

Pembakaran pita magnesium. Sumber: Capt. John Yossarian, dari Wikimedia Commons

Pita magnesium 1,2 g dibakar dalam wadah tertutup yang berisi 4 g oksigen. Setelah reaksi, tersisa 3,2 g oksigen yang tidak bereaksi. Berapa banyak magnesium oksida yang terbentuk?

Hal pertama yang harus dihitung adalah massa oksigen yang bereaksi. Ini dapat dengan mudah dihitung, menggunakan pengurangan:

Massa O ₂ yang bereaksi = massa awal O ₂ - massa akhir O ₂

(4 - 3.2) g O ₂

0,8 g O ₂

Berdasarkan hukum kekekalan massa, massa MgO yang terbentuk dapat dihitung.

Massa MgO = massa Mg + massa O

1,2 g + 0,8 g

2.0 g MgO

Kalsium hidroksida

Massa 14 g kalsium oksida (CaO) bereaksi dengan 3,6 g air (H ₂ O), yang dikonsumsi seluruhnya dalam reaksi untuk membentuk 14,8 g kalsium hidroksida, Ca (OH) ₂ :

Berapa banyak kalsium oksida bereaksi untuk membentuk kalsium hidroksida?

Berapa banyak kalsium oksida yang tersisa?

Reaksi tersebut dapat diuraikan dengan persamaan berikut:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Persamaannya seimbang. Oleh karena itu sesuai dengan hukum kekekalan massa.

Massa CaO yang terlibat dalam reaksi = massa Ca (OH) ₂ - massa H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Oleh karena itu, CaO yang tidak bereaksi (yang tersisa) dihitung dengan melakukan pengurangan:

Massa kelebihan CaO = massa yang ada dalam reaksi - massa yang ikut serta dalam reaksi.

14 g CaO - 11.2 g CaO

2,8 g CaO

Oksida tembaga

Berapa banyak tembaga oksida (CuO) yang akan terbentuk jika 11 g tembaga (Cu) bereaksi sempurna dengan oksigen (O ₂ )? Berapa banyak oksigen yang dibutuhkan dalam reaksi?

Langkah pertama adalah menyeimbangkan persamaan. Persamaan yang seimbang adalah sebagai berikut:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Persamaannya seimbang, sehingga sesuai dengan hukum kekekalan massa.

Berat atom Cu adalah 63,5 g / mol, dan berat molekul CuO adalah 79,5 g / mol.

Penting untuk menentukan berapa banyak CuO yang terbentuk dari oksidasi lengkap 11 g Cu:

Massa CuO = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)

Massa CuO yang terbentuk = 13,77 g

Oleh karena itu, perbedaan massa antara CuO dan Cu memberikan jumlah oksigen yang terlibat dalam reaksi:

Massa oksigen = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Pembentukan natrium klorida

Massa klor (Cl ₂ ) 2,47 g direaksikan dengan natrium (Na) yang cukup dan terbentuk 3,82 g natrium klorida (NaCl). Berapa banyak reaksi Na?

Persamaan yang seimbang:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Menurut hukum kekekalan massa:

Massa Na = massa NaCl - massa Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Referensi

1. Flores, J. Química (2002). Editorial Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Hukum kekekalan materi. Diperoleh dari: es.wikipedia.org
3. Institut Politeknik Nasional. (sf). Hukum kekekalan massa. CGFIE. Diperoleh dari: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 Januari 2019). Hukum Konservasi Massa Diperoleh dari: thinkco.com
5. Shrestha B. (18 November 2018). Hukum kekekalan materi. Kimia LibreTexts. Diperoleh dari: chem.libretexts.org