Bab 3 - Formula dan Persamaan Kimia (Chemical Formulae and Equations)

Jisim Atom Relatif & Jisim Molekul Relatif

Kita sudah biasa dengan mengukur jisim dengan penimbang makroskopik (macroscopic scale). Kita juga boleh menimbang sebungkus gula, sebungkus tepung atau pun berat diri kita sendiri dengan menggunakan penimbang yang terdapat di rumah kita.

Walau bagaimanapun, adalah mustahil bagi kita untuk menimbang jisim satu atom dalam unit gram. Sedangkan sebiji debu pun mengandungi lebih daripada 10¹⁷atom! Sebagai contoh, suatu atom tembaga/kuprum (copper) mempunyai berat kira-kira 1.06 x 10^-22 gram. Jelasnya, tiada sebarang mesin penimbang (weighing machine) yang boleh memberikan bacaan jisim satu atom.

Adalah mustahil untuk menimbang atom dalam unit gram. Jadi para ahli kimia (chemists) membandingkan berat satu atom dengan satu atom lain yang lain yang telah telah dijadikan rujukan piawai (standard). Perbandingan jisim suatu atom dengan suatu atom yang lain dipanggil sebagai jisim atom relatif (relative atomic mass).

Pada mulanya, ahli kimia membandingkan jisim suatu atom dengan jisim atom hidrogen (hydrogen) kerana ianya adalah elemen yang paling ringan yang diketahui (the lightest element known). Jisim atom suatu atom hidrogen diberikan nilai dengan 1 unit. Sebagai contoh, suatu atom natrium/sodium adalah 23 kali lebih berat daripada suatu atom hidrogen, dan dengan itu, jisim atom relatif bagi Na ialah 23.

Jisim satu atom Na = Jisim 23 atom hidrogen. Secara alternatifnya,

Pada tahun 1919, seorang saintis British bernama Aston mencipta spektrometer jisim (mass spectrometer). Dari spektrometer jisim, ia mendapati bahawa hidrogen terdiri daripada 3 isotop (isotopes), iaitu ¹H, ²H dan ³H. Ini menunjukkan bahawa purata jisim atom relatif bagi hidrogen adalah lebih daripada 1 unit, dan dengan membandingkan jisim unsur-unsur lain dengan atom hidrogen dengan andaian bahawa j.a.r. (r.a.m) adalah 1 unit adalah tidak tepat.

Kemudiannya, atom oksigen telah dipilih sebagai piawai (standard). Pada masa itu, satu fakta yang telah diketahui adalah oksigen terdiri daripada tiga isotop, iaitu, ¹⁶O, ¹⁷O dan ¹⁸O. Walau bagaimanapun, masalah timbul apabila ahli fizik menggunakan isotop oxygen-16 sebagai piawai, manakala ahli kimia pula menggunakan jisim purata 3 isotop oksigen sebagai piawaian. Oleh itu, wujud dua skala bagi jisim atom relatif suatu atom.

Akhirnya, pada tahun 1961, kedua-dua kumpulan saintis tersebut telah bersetuju untuk menggunakan carbon-12 sebagai standard. Jisim atom carbon-12 diberikan nilai tepat kepada 12 unit. Dengan itu, masalah kewujudan dua skala j.a.r (jisim atom relatif) dapat diatasi.

Karbon (carbon) dipilih sebagai piawai kerana:

1. Banyaknya isotop suatu unsur carbon-12 adalah hampir 99%. Isotop carbon-13 and carbon-14 hanya terdiri lebih kurang 1% sahaja. Oleh itu, jisim atom karbon yang menggunakan isotop carbon-12 atau menggunakan jisim purata tiga isotop karbon adalah masih lagi 12.00 unit.
2. Karbon adalah berbentuk pepejal pada suhu bilik (room temperature). Tidak seperti hidrogen dan oksigen yang berbentuk gas, ia tidak memerlukan bekas berpenutup untuk mengandunginya.
3. Karbon hadir (present) dalam pelbagai bahan organik, iaitu, kayu, gas asli dan petroleum. Oleh itu, karbon adalah mudah diperolehi. Karbon boleh diperolehi dengan membakar bahan-bahan organik dengan bekalan oksigen yang terhad.

Jisim atom relatif (A_r) suatu unsur ditakrifkan sebagai, bilangan kali ganda satu atom sesuatu unsur lebih berat daripada 1/12 jisim atom karbon-12,iaitu:

Sebagai contoh, satu atom natrium/sodium, Na adalah 23 kali lebih berat daripada 1/12 jisim satu atom carbon-12. Oleh itu, jisim atom relatif bagi Na ialah 23.

Oleh itu jisim atom relatif Na ialah 23.
(Nota: jisim satu carbon-12 atom adalah 12 unit)

Molekul (molecule) adalah kumpulan kecil atom-atom yang turut serta bersama. Yang paling mudah/ringkas adalah molekul dwiatom (diatomic molecules) seperti O₂, N₂, Cl₂. Contoh molekul triatom (triatomic molecules) adalah CO₂ dan H₂O.

Beberapa contoh molekul yang lebih besar adalah ammonia (NH₃), metana (methane,CH₄), sulfur (sulphur, S₈), fosforus (phosphorus,P₄) dan etanol (ethanol, C₂H₅OH).

Jisim molekul relatif (M_r) bagi sebatian (compound) ditakrifkan sebagaibilangan kali ganda satu molekul suatu sebatian lebih berat daripada 1/12 jisim atom carbon-12, iaitu:

Sebagai contoh, molekul metana, CH₄, adalah 16 kali lebih berat daripada 1/12 jisim karbon-12. Oleh itu, jisim molekul relatif bagi CH₄ ialah 16.