Hukum Kekekalan Massa

Massa Total Sistem Tetap

Saat reaksi kimia terjadi, atom tidak hilang dan tidak muncul dari ketiadaan. Atom hanya tersusun ulang menjadi zat baru. Karena itu, massa seluruh sistem sebelum reaksi sama dengan massa seluruh sistem setelah reaksi.

m_{\text{sistem sebelum}} = m_{\text{sistem sesudah}}

Batas sistem menentukan zat mana yang ikut dihitung. Dalam wadah tertutup, semua zat tetap berada di bagian yang ditimbang. Dalam wadah terbuka, gas dapat keluar melewati batas tersebut. Neraca lalu menunjukkan massa yang lebih kecil karena gas itu tidak lagi berada di atas neraca. Materi tetap ada meskipun gas keluar dari wadah. Jika seluruh zat dihitung dalam satu sistem tertutup, jumlah total materi tetap sama selama perubahan kimia maupun fisika.

Penimbangan oleh Lavoisier

Sebelum kimia modern, pembakaran sering dijelaskan dengan gagasan flogiston, seolah-olah ada sesuatu yang lepas dari benda saat terbakar. Antoine Lavoisier menantangnya lewat penimbangan yang teliti. Ia mencatat massa pereaksi dan hasil reaksi, termasuk gas, lalu menunjukkan bahwa pembakaran melibatkan reaksi dengan oksigen.

Lavoisier membantu menetapkan hukum kekekalan massa dan mengaitkan pembakaran dengan oksigen.

Neraca Sistem Tertutup

Bandingkan sistem tertutup dan terbuka. Hukum kekekalan massa mencakup semua zat. Pada model terbuka, belerang yang melewati batas wadah tetap ada, tetapi tidak lagi ikut terbaca pada neraca.

Neraca Massa pada Sistem Terbuka

Tampilan terbuka dimulai dengan $10{,}00\ \mathrm{g}$ seng dan $2{,}00\ \mathrm{g}$ belerang yang sama. Model kemudian memperlihatkan $1{,}00\ \mathrm{g}$ belerang melewati batas sebagai uap sebelum bereaksi. Bobot atom standar ringkas tahun $2024$ adalah dan . Dengan nilai ini, belerang yang tersisa bereaksi dengan sekitar seng.

\begin{aligned} &m_{\mathrm{ZnS}} \approx 2{,}04 + 1{,}00 = 3{,}04\ \mathrm{g} \\ &m_{\mathrm{Zn\ tersisa}} \approx 10{,}00 - 2{,}04 = 7{,}96\ \mathrm{g} \\ &m_{\mathrm{di\ neraca}} \approx 3{,}04 + 7{,}96 = 11{,}00\ \mathrm{g} \\ &m_{\mathrm{sistem\ diperluas}} = 11{,}00 + 1{,}00 \\ &= 12{,}00\ \mathrm{g} \end{aligned}

Neraca hanya mengukur materi yang masih berada di dalam batas sistem yang dipilih. Karena $1{,}00\ \mathrm{g}$ uap belerang keluar, neraca menunjukkan $11{,}00\ \mathrm{g}$ . Jika uap yang keluar tetap dimasukkan ke dalam sistem, massa totalnya tetap $12{,}00\ \mathrm{g}$ .

Contoh Seng dan Belerang

Seorang siswa memanaskan $10{,}00\ \mathrm{g}$ seng dengan $2{,}00\ \mathrm{g}$ belerang. Setelah reaksi, terbentuk $6{,}08\ \mathrm{g}$ seng sulfida dan masih ada $5{,}92\ \mathrm{g}$ seng yang tidak bereaksi.

Notasi singkat stoikiometri pada tingkat partikel adalah:

\mathrm{Zn(s)} + \mathrm{S(s)} \rightarrow \mathrm{ZnS(s)}

Persamaan tersebut menyatakan perbandingan satu atom seng untuk setiap atom belerang yang masuk ke seng sulfida. Notasi sederhana ini dipakai untuk menghitung perbandingan atom dalam reaksi. Bentuk partikel belerang unsur tidak ditampilkan dalam persamaan.

Produk tidak harus sama dengan jumlah semua zat awal kalau ada reaktan yang tersisa. Hitung dulu seng yang benar-benar bereaksi.

\begin{aligned} &m_{\mathrm{Zn\ bereaksi}} = 10{,}00 - 5{,}92 = 4{,}08\ \mathrm{g} \\ &m_{\mathrm{reaktan\ bereaksi}} = 4{,}08 + 2{,}00 \\ &= 6{,}08\ \mathrm{g} \\ &m_{\mathrm{produk}} = 6{,}08\ \mathrm{g} \end{aligned}

Pada contoh ini, hukum kekekalan massa terpenuhi: massa seng yang bereaksi ditambah massa belerang sama dengan massa seng sulfida yang terbentuk.

Kalau seluruh wadah dihitung, massanya juga tetap:

\begin{aligned} m_{\mathrm{sebelum}} &= 10{,}00 + 2{,}00 = 12{,}00\ \mathrm{g} \\ m_{\mathrm{sesudah}} &= 6{,}08 + 5{,}92 = 12{,}00\ \mathrm{g} \end{aligned}

Tiga Jenis Massa dalam Perhitungan

Ada tiga pertanyaan yang perlu dipisahkan.

Berapa massa produk? Jawabannya hanya massa zat hasil, yaitu $6{,}08\ \mathrm{g}$ seng sulfida.
Apakah massa sistem tetap? Jawabannya ya, kalau produk dan sisa reaktan dihitung bersama.
Apakah massa bisa tampak turun? Bisa, kalau gas keluar dari wadah terbuka dan tidak ikut ditimbang.

Persamaan reaksi harus setara karena kedua sisinya memuat jumlah atom yang sama untuk setiap unsur. Perhitungan massa mengikuti prinsip kekekalan materi.

Hukum perbandingan tetap menjawab pertanyaan yang berbeda. Jika dua unsur membentuk senyawa yang sama, apakah perbandingan massanya selalu tetap?