Rumus Empiris dan Rumus Molekul

Rumus Empiris dan Rumus Molekul – Pengantar

Setiap senyawa kimia dapat dinyatakan dengan rumus kimia yang menunjukkan jumlah relatif atom-atom unsur dalam senyawa tersebut. Rumus kimia dibedakan menjadi dua jenis, yaitu rumus molekul dan rumus empiris. Rumus molekul dari suatu senyawa menunjukkan jumlah atom sebenarnya dari masing-masing unsur dalam satu molekul senyawa tersebut. Jadi, rumus molekul dari karbon dioksida adalah CO₂; setiap molekul karbon dioksida terdiri dari 1 atom karbon dan 2 atom oksigen. Rumus molekul dari asam askorbat (vitamin C) adalah C₆H₈O₆; setiap molekul asam askorbat terdiri dari 6 atom karbon, 8 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen.

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:

Reaksi Adisi Substitusi Eliminasi

Hidrolisis Garam

Teori Asam Basa

Rumus empiris dari suatu senyawa menunjukkan jumlah atom relatif dari masing-masing unsur dalam molekul senyawa tersebut dengan rasio (perbandingan) bilangan bulat paling sederhana. Sebagai contoh, rumus empiris dari asam askorbat adalah C₃H₄O₃, di mana perbandingan jumlah atom karbon, hidrogen, dan oksigen adalah 3 : 4 : 3. Rumus empiris dari karbon dioksida sama dengan rumus molekulnya, yaitu CO₂, sebagaimana perbandingan jumlah atom karbon dan oksigen yang paling sederhana adalah 1 : 2. Secara umum, rumus molekul akan lebih penting dan dipilih dibanding rumus empiris, sebab informasi dari rumus molekul lebih mendetail.

Namun, dalam beberapa padatan dan cairan, tidak dijumpai adanya molekul kecil yang dapat dipisahkan satu sama lain, sehingga rumus kimia yang memiliki makna penting hanyalah rumus empirisnya. Sebagai contoh, padatan garam natrium klorida yang memiliki rumus empiris NaCl. Dalam padatan NaCl, terdapat gaya tarik-menarik yang sangat kuat antar atom Na dan atom Cl, namun mustahil untuk membedakan gaya-gaya yang bekerja antar “molekul” NaCl sebab semua gaya tarik yang bekerja pada atom Na dan atom Cl dalam “satu molekul” NaCl dengan atom-atom Na dan Cl tetangga sama besar. Oleh karena itu, natrium klorida dinyatakan dengan rumus empiris yang disebut juga sebagai unit rumus (formula unit) NaCl, bukan “sebuah molekul NaCl”. Ada banyak padatan lainnya yang juga hanya dapat dirumuskan dalam bentuk unit rumus, seperti silikon dioksida (SiO₂), kalsium fluorida (CaF₂), dan zink sulfida (ZnS).

Rumus Empiris dan Kadar Unsur dalam Senyawa

Kadar unsur dalam senyawa umumnya dinyatakan dalam persen massa unsur tersebut terhadap massa senyawa. Kadar unsur juga dapat dinyatakan sebagai massa unsur dalam 1 mol senyawa dibagi dengan massa molar senyawa tersebut lalu dikali dengan 100 persen. Massa unsur dalam 1 mol senyawa sama dengan jumlah mol unsur (n) dalam 1 mol senyawa dikalikan dengan massa molar unsur.

rumus empiris dan kadar unsur dalam senyawa

Contoh Soal Kadar Unsur dalam Senyawa dan Pembahasan

Tentukan kadar masing-masing unsur dalam senyawa aspirin (C₉H₈O₄).

Jawab:

Dalam senyawa C₉H₈O₄ terdapat tiga unsur, yaitu C, H, dan O.

$Mr(C_9 H_8 O_4) = (9 times A_r C) + (8 times A_r H) + (4 times A_r O)$

$= (9 times 12) + (8 times 1) + (4 times 16)$

$Mr(C_9 H_8 O_4) = 180$

kadar unsur C = $frac{n_C times A_r C}{Mr(C_9 H_8 O_4)} times 100 % = frac{9 times 12}{180} = 60 %$

kadar unsur H = $frac{n_H times A_r H}{Mr(C_9 H_8 O_4)} times 100 % = frac{8 times 1}{180} = 4.44 %$

kadar unsur O = $frac{n_O times A_r O}{Mr(C_9 H_8 O_4)} times 100 % = frac{4 times 16}{180} = 35.56 %$

Rumus empiris senyawa dapat diketahui dari kadar unsur-unsur penyusun senyawa dengan mengkonversi kadar unsur menjadi rasio mol unsur. Hal ini dapat dilakukan dengan mengasumsikan terdapat 100 gram sampel senyawa sehingga massa masing-masing unsur dapat ditentukan dari kadar unsur, lalu massa unsur dibagi dengan massa molar unsur hingga diperoleh jumlah mol masing-masing unsur. Selanjutnya, jumlah mol masing-masing unsur dibandingkan hingga diperoleh rasio dalam bilangan bulat yang paling sederhana. Rasio mol unsur-unsur yang menunjukkan jumlah relatif atom unsur dalam senyawa inilah yang merupakan rumus empiris.

Contoh Soal Rumus Empiris dan Pembahasan

Dari hasil analisis unsur pada senyawa pirimidin, diperoleh kadar unsur karbon 60%, hidrogen 5%, dan sisanya nitrogen. Tentukanlah rumus empiris senyawa primidin.

Pembahasan:

Dalam senyawa pirimidin terdapat tiga unsur, yaitu C (60%), H (5%), dan N (35% = 100% – 60% – 5%).

Mula-mula, kadar unsur dikonversi menjadi jumlah mol dengan mengasumsikan bahwa terdapat 100 g senyawa:

jumlah mol C = $frac{kadar unsur C times massa senyawa}{massa molar C}$

$= frac{60 % times 100 g}{12 g/mol} = frac{60 g}{12 g/mol} = 5 mol$

jumlah mol H = $frac{kadar unsur H times massa senyawa}{massa molar H}$

$= frac{5 % times 100 g}{12 g/mol} = frac{5 g}{1 g/mol} = 5 mol$

jumlah mol N = $frac{kadar unsur N times massa senyawa}{massa molar N}$

$= frac{35 % times 100 g}{14 g/mol} = frac{35 g}{14 g/mol} = 2,5 mol$

Rasio mol unsur C : H : N yaitu $n_C : n_H : n_N = 5 mol : 5 mol : 2 mol$ (kedua ruas dibagi 2,5)

$= 2 : 2 : 1$

Jadi, rumus empiris senyawa pirimidin yaitu C₂H₂N.

Rumus Molekul dan Rumus Empiris

Rumus molekul yang menunjukkan jumlah atom sebenarnya dari suatu molekul senyawa dapat sama dengan rumus empiris ataupun kelipatan bilangan bulat darinya. Namun, untuk mengetahui rumus molekul dari rumus empiris, perlu diketahui massa molar senyawa tersebut terlebih dahulu.

rumus molekul = (rumus empiris)_x

massa molar rumus molekul = x . massa molar rumus empiris

M_r rumus molekul = x . M_r rumus empiris

di mana x adalah bilangan bulat positif (1, 2, 3, …)

Contoh Soal Rumus Empiris dan Rumus Molekul dan Pembahasan

Kafein (M_r = 194) adalah zat stimulan yang banyak ditemukan dalam kopi, teh, dan minuman ringan. Analisis unsur dari senyawa kafein menunjukkan terdapat 49,47% karbon, 5,19% hidrogen, 28,86% nitrogen, dan 16,48% oksigen. Tentukanlah rumus molekul senyawa kafein.

Jawab:

Dalam senyawa pirimidin terdapat empat unsur, yaitu C (49,47%), H (5,19%), N (28,86%), dan O (16,48%).

Mula-mula, kadar unsur dikonversi menjadi jumlah mol dengan mengasumsikan bahwa terdapat 100 g senyawa:

jumlah mol C = n_C = $frac{kadar unsur C times massa senyawa}{massa molar C}$

$= frac{49,47 % times 100 g}{12 g/mol} = frac{49,47 g}{12 g/mol} = 4,12 mol$

jumlah mol H = n_H = $frac{kadar unsur H times massa senyawa}{massa molar H}$

$= frac{5,19 % times 100 g}{12 g/mol} = frac{5 g}{1 g/mol} = 5,19 mol$

jumlah mol N = n_N = $frac{kadar unsur N times massa senyawa}{massa molar N}$

$= frac{28,86 % times 100 g}{14 g/mol} = frac{28,86 g}{14 g/mol} = 2,06 mol$

jumlah mol O = n_O = $frac{kadar unsur O times massa senyawa}{massa molar N}$

$= frac{16,48 % times 100 g}{16 g/mol} = frac{16,48 g}{16 g/mol} = 1,03 mol$

Rasio mol unsur C : H : N : O yaitu $n_C : n_H : n_N : n_O = 4,12 mol : 5,19 mol : 2,06 mol : 1,03 mol$ (kedua ruas dibagi 1,03_

$= 4 : 5 : 2 : 1$

Jadi, rumus empiris senyawa kafein yaitu C₄H₅N₂O.

M_r (C₄H₅N₂O) = (4 x A_r C) + (5 x A_r H) + (2 x A_r N) + (1 x A_r O)

= (4 x 12) + (5 x 1) + (2 x 14) + (1 x 16) = 97

M_r rumus molekul = x . M_r rumus empiris

194 = x . 97

x = 2

Oleh karena rumus molekul = (rumus empiris)_x, maka rumus molekul = (C₄H₅N₂O)₂ = C₈H₁₀N₄O₂.

Jadi, rumus molekul senyawa kafein adalah C₈H₁₀N₄O₂.

Referensi

Atkins, Peter & Jones, Loretta. 2010. Chemical Principles: The Quest for Insight (5^th edition). New York: W.H. Freeman & Company

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Chang, Raymond & Goldsby, Kenneth A. 2016. Chemistry (12^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2009. Kimia SMA dan MA untuk Kelas X Jilid 1. Jakarta: Esis

McMurry, John E., Fay, Robert C., & Robinson, Jill K. 2016. Chemistry (7^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Oxtoby, David W., Gillis, H.P., & Campion, Alan. 2012. Principles of Modern Chemistry (7^th edition). California: Brooks/Cole, Cengage Learning

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2006. Kimia 1A untuk SMA Kelas X. Jakarta: Erlangga

Retnowati, Priscilla. 2004. SeribuPena Kimia SMA Kelas X Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

Koloid

Deret Volta

Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit