5 Hukum - Hukum Dasar Kimia

1. Hukum Kekekalan Massa (Lavoisier)

Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794) melakukan penelitiaan terhadap proses pembakaran beberapa zat. Dalam percobaan tersebut, diamaati proses reaksi antara raksa (logam cair) dengan oksigen membentuk merkuri oksida yang berwarna merah.Telah diketahui bila merkuri oksida (waktu itu dikenal merkuri calx) yang berwarna merah dipanaskan, akan dihasilkan logam merkuri dan gas oksigen. Sebaliknya, bila logam merkuri dipanaskan dengan oksigen akan dihasilkan kembali merkuri oksida. Ternyata, diketahui bahwa massa oksigen yang diperlukan pada proses pemanasan logam merkuri sama dengan massa oksigen yang dihasilkan dari pemanasan merkuri oksida. Dari hasil percobaan tersebut, Lavoisier mengemukakan hukum kekekalan massa atau hukum Lavoisier yang menyatakan massa total zat-zat sebelum reaksi sama dengan massa total zat-zat sesudah reaksi (massa produk + massa sisa reaktan).

2. Hukum Perbandingan Tetap atau Hukum Proust

Ada berbagai senyawa yang dibentuk oleh dua unsur atau lebih, sebagai contoh air (H₂O). Air dibentuk oleh dua unsur yaitu unsur hidrogen dan oksigen. Materi mempunyai massa, termasuk hidrogen dan oksigen. Bagaimanakita mengetahui massa unsur hidrogen dan oksigen yang terdapat dalam air? Seorang ahli kimia Prancis yang bernama Joseph Louis Proust (1754–1826) mencoba menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.

Tabel 1. Hasil Eksperimen Proust

Dari tabel di atas terlihat, bahwa setiap 1 g gas hidrogen bereaksi dengan 8 g oksigen menghasilkan 9 g air. Hal ini membuktikan bahwa massa hidrogen dan massa oksigen yang terkandung dalam air memiliki perbandingan yang tetap yaitu 1 : 8, berapapun banyaknya air yang terbentuk. Dari percobaan yang dilakukannya, Proust mengemukakan teorinya yang terkenal dengan sebutan hukum perbandingan tetap, yang berbunyi:

3. Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

Bagaimana hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap dapat dijelaskan? Jawaban dari pertanyaan ini diberikan oleh seorang guru di Inggris, John Dalton (1766-1844), dengan mengajukan teori yang kita kenal sebagai teori atom Dalton. Postulat dasar dari teori tersebut antara lain:

1.       Materi tersusun dari partikel yang tidak bisa dibagi lagi, yaitu atom.

2.       Atom-atom suatu unsur tertentu adalah sama, sedangkan unsur yang berbeda memiliki jenis atom yang berbeda.

3.       Reaksi kimia adalah penggabungan, pemisahan, atau penataan ulang dari atom-atom, tetapi atom-atom itu sendiri tidak berubah

4.       Kombinasi unsur-unsur dalam pembentukan senyawa yang berbeda terjadi ketika atom-atom dari unsur-unsur yang tidak sama bergabung dalam perbandingan bilangan bulat dan sederhana.

            Postulat ketiga dari Dalton menjelaskan hukum kekekalan massa, postulat keempat menjelaskan hukum perbandingan tetap. Postulat keempat dari Dalton juga memprediksi kemungkinan dari unsur-unsur bergabung dalam perbandingan yang berbeda untuk memberikan senyawa-senyawa yang berbeda yang kemudian dikenal sebagai Hukum Dalton atau Hukum Kelipatan Berganda.

Menurut Dalton, jika massa dari salah satu unsur dalam kedua senyawa adalah sama, maka perbandingan massa unsur yang satu lagi dalam kedua senyawa merupakan bilangan bulat dan sederhana.

            Sebagai contoh: nitrogen dan oksigen dapat berkombinasi pada perbandingan massa   7 : 8 membentuk nitrogen oksida (NO) atau dengan perbandingan massa 7 : 16  membentuk nitrogen dioksida (NO₂).

Perbandingan N : O di dalam NO dan NO₂ adalah:

Perbandingan N = 7 : 7 = 1 : 1

Perbandingan O = 8 : 16 = 1 : 2

4. Hukum Perbandingan Volum atau Hukum Gay Lussac

Pada awalnya para ilmuwan menemukan bahwa, gas Hidrogen dapat bereaksi dengan gas Oksigen membentuk air. Perbandingan volume gas Hidrogen dan Oksigen dalam reaksi tersebut adalah tetap, yakni 2 : 1. Joseph Gay-Lussac (1778-1850), kimiawan asal Prancis Gay-Lussac melakukan  percobaan karena terinspirasi oleh hasil eksperimen Henry Cavendish yang mengemukakan bahwa pada suhu dan tekanan tetap, perbandingan volum hidrogen dengan volum oksigen yang membentuk air adalah 2 : 1. Sewaktu ia mempelajari komposisi oksigen di udara, ia tertarik dengan reaksi kimia antara gas hidrogen dan gas oksigen membentuk uap air. Ia menemukan bahwa jika diukur pada P, T yang konstan, untuk setiap 2 volum gas hidrogen dan 1 volume gas oksigen, akan diperoleh 2 volum uap air. Dari hasil percobaannya tersebut, Gay-Lussac menemukan fakta-fakta sebagai berikut.

                                        Gas Hidrogen   + Gas Oksigen® Uap air

                              2 volume     :   1 volume        : 2 volume

pereaksi dan produk dapat dituliskan dalam liter atau satuan volume lainnya. Ternyata perbandingan volume gas dalam suatu reaksi sesuai dengan koefisien reaksi gas-gas tersebut. Hal ini berarti bahwa, jika volume salah satu gas diketahui, maka volume gas yang lain dapat ditentukan dengan cara membandingkan koefisien reaksinya.

Perbandingan volume gas-gas yang terlibat dalam reaksi ternyata merupakan bilangan bulat sederhana. Berdasarkan percobaan tersebut di atas, Gay-Lussac menemukan hukum perbandingan volume untuk reaksi-reaksi yang melibatkan gas-gas, berbunyi: “volume dua gas yang bereaksi (pada suhu dan tekanan sama) adalah sama sebagai perbandingan bulat dan sederhana”. Dengan kata lain, perbandingan volume masing-masing produk gas hasil reaksi dan gas-gas pereaksi merupakan perbandingan bulat dan sederhana. 

Bagaimana cara Gay-Lussac membuat pereaksi dan zat hasil reaksi agar selalu dalam bentuk gas? Untuk melakukan hal tersebut Gay-Lussac mencampurkan gas-gas pereaksi di dalam tabung tertentu yang dinamakan dengan tabung eudiometer, kemudian pada campuran gas-gas tersebut dilewatkan bunga api listrik agar terjadi reaksi. Hasil reaksi dan gas sisa dipisahkan berdasarkan perbedaan titik didih dari komponen-komponen gas dalam tabung dengan cara mengubah wujud uap menjadi cair.

5. Hukum Avogadro (Hukum Perbandingan Volume)

Melanjutkan hukum yang dikemukakan oleh Gay Lussac, Avogadro menyatakan postulatnya: pada volum yang sama, gas-gas yang berbeda (pada suhu dan tekanan yang sama) mengandung jumlah partikel yang sama. Partikel gas yang terlibat dalam rekasi tidak hanya berupa atom, namun dapat juga berupa molekul diatomik. Dengan demikian, ia dapat menjelaskan hukum Gay Lussac, sekaligus bertentangan dengan konsep atom Dalton. Reaksi dengan kata-kata tadi dapat diubah menjadi:

2H₂ + O₂ à 2H₂O

N₂ + O₂ à 2NO

3H₂ + N₂ à 2NH₃

Dimana semua koefisien persamaan reaksi tersebut berbanding lurus dengan volum gas reaktan dan gas produk dalam eksperimen Gay Lussac, serta rumus kimianya sesuai dengan hasil-hasil yang diperoleh saat ini. "Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah mol yang sama. Dari pernyataan ini ditentukan bahwa pada keadaan STP (0o C 1 atm) 1 mol setiap gas volumenya 22.4 liter volume ini disebut sebagai volume molar gas.