Hukum Perbandingan Tetap

Senyawa Murni Memiliki Perbandingan Massa Tetap

Hukum perbandingan tetap menyatakan bahwa setiap senyawa murni selalu mengandung unsur-unsur penyusunnya dalam perbandingan massa yang tetap. Hukum ini juga dikenal sebagai hukum Proust atau hukum komposisi tetap.

Proust menunjukkan bahwa sampel senyawa murni mengandung unsur yang sama dengan perbandingan massa yang sama. Perbandingan massa yang tetap merupakan inti hukum perbandingan tetap.

Hukum perbandingan tetap berlaku pada senyawa murni. Komposisi campuran seperti air gula dapat berubah ketika jumlah gula atau air diubah. Air murni selalu tersusun dari hidrogen dan oksigen dengan perbandingan massa yang sama. Zat kimia memiliki komposisi tetap dan sifat khas.

Rasio Massa dalam Air Tetap

Rumus air adalah $\mathrm{H_2O}$ . Artinya, setiap molekul air tersusun dari $2$ atom hidrogen dan $1$ atom oksigen. Dengan massa atom relatif sederhana $A_r\mathrm{(H)} = 1$ dan $A_r\mathrm{(O)} = 16$ , perbandingan massa hidrogen dan oksigen dalam air adalah:

\begin{aligned} m_{\mathrm{H}} : m_{\mathrm{O}} &= (2 \times 1) : (1 \times 16) \\ &= 2 : 16 \\ &= 1 : 8 \end{aligned}

Meskipun massa air yang terbentuk berbeda, perbandingan massa hidrogen dan oksigen yang bereaksi tetap $1:8$ dengan nilai pembulatan yang dipakai di atas. Air memiliki rumus $\mathrm{H_2O}$ . Bobot atom standar ringkas tahun $2024$ adalah $A_r\mathrm{(H)}=1{,}0080$ dan $A_r\mathrm{(O)}=15{,}999$ . Substitusi kedua bobot atom tersebut menghasilkan massa molar berikut:

\begin{aligned} M(\mathrm{H_2O}) &=2(1{,}0080)+15{,}999 \\ &=18{,}015\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned}

Reaktan Berlebih Tetap Tersisa

Ubah massa awal pada model berikut. Perubahan massa awal dapat menyisakan hidrogen atau oksigen. Hidrogen dan oksigen yang membentuk air selalu bereaksi dengan perbandingan massa $1:8$ .

Model ini dipakai untuk menghitung massa unsur. Label $\mathrm{H}$ dan $\mathrm{O}$ menunjukkan massa unsur yang sedang dihitung. Dalam persamaan pembentukan setara, hidrogen dan oksigen unsur ditulis sebagai $\mathrm{H_2}$ dan $\mathrm{O_2}$ :

2\mathrm{H_2(g)}+\mathrm{O_2(g)}\rightarrow 2\mathrm{H_2O}

Perbandingan Massa Tetap pada Air

Lihat bagaimana air hanya terbentuk dari bagian reaktan yang memenuhi perbandingan massa

1:8

Semua reaktan membentuk air karena massa hidrogen dan oksigen sudah mengikuti rasio $1:8$ .

Rasio yang bereaksi: $2:16 = 1:8$ , sama dengan rasio massa air.
Sisa setelah reaksi: Tidak ada zat berlebih yang tersisa.

Jika massa awal berbeda dari perbandingan senyawa, hanya bagian yang memenuhi perbandingan tersebut yang bereaksi. Sisanya tetap ada sebagai reaktan berlebih.

Menguji Data Kalsium Oksida

Dua percobaan berikut menguji hukum perbandingan tetap pada kalsium oksida. Kalsium oksida dinyatakan dengan satuan rumus $\mathrm{CaO}$ . Nilai CIAAW $A_r\mathrm{(Ca)}=40{,}078$ dan $A_r\mathrm{(O)}=15{,}999$ memberi $M(\mathrm{CaO})=56{,}077\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ , yang dibulatkan menjadi $56{,}08\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ .

Misalkan dua percobaan memberi data berikut.

Percobaan	Massa $\mathrm{CaO}$	Massa $\mathrm{O}$	Massa $\mathrm{Ca}$	Rasio $\mathrm{Ca:O}$
$1$	$2{,}8\ \mathrm{g}$	$0{,}8\ \mathrm{g}$	$2{,}0\ \mathrm{g}$	$2{,}0:0{,}8 = 2{,}5:1$
$2$	$3{,}5\ \mathrm{g}$	$1{,}0\ \mathrm{g}$	$2{,}5\ \mathrm{g}$	$2{,}5:1{,}0 = 2{,}5:1$

Massa kalsium dihitung dari massa senyawa dikurangi massa oksigen.

\begin{aligned} m_{\mathrm{Ca,1}} &= 2{,}8 - 0{,}8 = 2{,}0\ \mathrm{g} \\ m_{\mathrm{Ca,2}} &= 3{,}5 - 1{,}0 = 2{,}5\ \mathrm{g} \end{aligned}

Kedua percobaan menghasilkan massa senyawa yang berbeda. Rasio massa kalsium terhadap oksigen pada keduanya sama, yaitu $2{,}5:1$ . Kesamaan rasio ini menunjukkan bahwa sampel tersebut mengikuti hukum perbandingan tetap.

Menghitung Massa dari Rumus

Besi(III) oksida dinyatakan dengan satuan rumus $\mathrm{Fe_2O_3}$ .

Dengan $A_r\mathrm{(Fe)} = 56$ dan $A_r\mathrm{(O)} = 16$ , rasio massa besi terhadap oksigen adalah:

\begin{aligned} m_{\mathrm{Fe}} : m_{\mathrm{O}} &= (2 \times 56) : (3 \times 16) \\ &= 112 : 48 \\ &= 7 : 3 \end{aligned}

Jika massa $\mathrm{Fe_2O_3}$ adalah $64\ \mathrm{g}$ , maka total bagian rasionya $7 + 3 = 10$ .

\begin{aligned} m_{\mathrm{Fe}} &= \frac{7}{10} \times 64 = 44{,}8\ \mathrm{g} \\ m_{\mathrm{O}} &= \frac{3}{10} \times 64 = 19{,}2\ \mathrm{g} \end{aligned}

Jadi, dalam $64\ \mathrm{g}$ besi(III) oksida terdapat $44{,}8\ \mathrm{g}$ besi dan $19{,}2\ \mathrm{g}$ oksigen yang saling berikatan.

Kasus ketika dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa dijelaskan oleh hukum perbandingan berganda.