Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12

8Zat Murni dan Campuran

Label sebotol air mineral mencantumkan selusin zat terlarut, lengkap dengan jumlahnya dalam miligram per liter. Air yang keluar dari alat pemurni di laboratorium tidak mencantumkan satu pun. Keduanya jernih dan tak berwarna, keduanya melepas dahaga — tetapi hanya satu di antaranya yang oleh ahli kimia disebut murni. Bab ini memberi kata “murni” artinya yang tepat, dan menunjukkan cara membedakan zat murni dari campuran tanpa mencicipi apa pun.

Yang sudah kamu ketahui

Mencampur berarti menyatukan benda-benda yang berbeda; padatan yang larut dalam air membiarkan cairannya jernih, dan cairan jernih itu adalah larutan (Bab 2). Campuran dapat dipisahkan dengan pengayakan, dekantasi, penyaringan, dan penguapan (Bab 3). Setiap bahan memiliki sifat yang dapat diuji: keras atau lunak, bening atau tidak, terapung atau tenggelam (Bab 1).

8.1 Spesies kimia dan zat murni

Definisi 8.1 (Spesies kimia)

Sebuah spesies kimia adalah satu jenis zat tertentu, dengan namanya sendiri dan sifat-sifatnya sendiri: air, gula, garam, oksigen, etanol (alkohol dalam anggur), besi.

Definisi 8.2 (Zat murni)

Sebuah zat murni hanya terdiri atas satu spesies kimia dan tidak ada yang lain: air suling, sebutir kristal gula, cincin dari emas murni.

Definisi 8.3 (Campuran)

Sebuah campuran mengandung beberapa spesies kimia. Udara, air laut, air mineral, susu, granit, dan jus jeruk adalah campuran.

Catatan 8.4 (Murni dalam bahasa sehari-hari)

Kotak bertuliskan “jus jeruk murni” berarti tidak ada apa pun yang ditambahkan ke dalam jus itu. Bagi ahli kimia, jus itu tetap campuran: air, gula-gula, asam, vitamin, zat warna, dan zat perisa, banyak spesies kimia. “Air pegunungan murni” pun campuran: air dengan garam-garam terlarut.

Memilah materi. Kotak-kotak paling bawah memberi contoh setiap jenis.

8.2 Campuran homogen dan heterogen

Definisi 8.5 (Campuran homogen dan heterogen)

Sebuah campuran disebut campuran homogen jika bagian-bagiannya yang berbeda tidak dapat dibedakan dengan mata, bahkan dengan kaca pembesar: campuran itu tampak sama di mana-mana. Campuran itu disebut campuran heterogen jika sedikitnya dua bagian yang berbeda dapat terlihat.

Contoh 8.6 (Empat campuran)

Air asin dan udara homogen: bagian-bagiannya tidak terlihat. Minyak di atas air heterogen: ada dua lapisan. Air berlumpur heterogen: butiran-butiran melayang di dalamnya lalu mengendap. Jus jeruk dengan bulir heterogen: serpihan bulirnya terlihat.

Satu campuran homogen dan tiga campuran heterogen.

Granit: butiran tiga atau empat mineral yang berbeda dapat terlihat. Sebuah padatan heterogen. Foto: Eurico Zimbres, CC BY-SA 2.0 br.

Catatan 8.7 (Homogen tidak berarti murni)

Air asin tampak persis seperti air murni. Melihat saja tidak cukup untuk membedakan zat murni dari campuran homogen: kita harus mengukur sesuatu.

8.3 Mengenali zat murni dari tetapannya

Proposisi 8.8 (Zat murni memiliki tetapan sendiri)

Setiap zat murni mencair pada suhu tetapnya sendiri, mendidih pada suhu tetapnya sendiri (pada tekanan normal), dan memiliki massa sendiri untuk volume tertentu, yaitu massa jenisnya. Bilangan-bilangan itu adalah tetapannya; buku fisika menjelaskan apa yang diukurnya. Untuk beberapa zat murni:

zat murni	mencair pada	mendidih pada	massa $1\,\mathrm{cm}^{3}$
air	$0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	sekitar $1.0\,\mathrm{g}$
etanol	$-114\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$0.79\,\mathrm{g}$
propanon (aseton)	—	$56\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$0.78\,\mathrm{g}$
garam (natrium klorida)	$801\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	—	$2.17\,\mathrm{g}$
besi	$1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	—	$7.87\,\mathrm{g}$

Proposisi 8.9 (Campuran tidak memiliki suhu didih tetap)

Sebuah campuran tidak mendidih pada satu suhu tetap: air asin mulai mendidih sedikit di atas $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan suhunya terus naik selama mendidih, karena airnya pergi dan garam yang tertinggal menjadi makin pekat.

Metode 8.10 (Murnikah cairan ini? Cairan apakah itu?)

Panaskan cairan itu, di laboratorium, dan baca suhunya selama mendidih.
Jika suhunya tetap, cairan itu kemungkinan zat murni: bandingkan suhu itu dengan tabel tetapan.
Jika suhunya terus naik, cairan itu campuran.
Pastikan dengan tetapan kedua, misalnya massa suatu volume yang diketahui.

Di laboratorium — Mendidihkan air asin

Guru memanaskan air murni dan air asin berdampingan, masing-masing dengan termometer di dalamnya. Air murni mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan tetap di suhu itu selama mendidih. Air asin mulai mendidih sedikit di atas $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan termometernya merayap naik dari menit ke menit.

8.4 Air, murni dan tidak murni

Contoh 8.11 (Empat macam air)

Air suling, yang dibuat di laboratorium, hampir merupakan zat murni: air dan tidak ada yang lain.
Air keran adalah campuran homogen: air dengan sedikit zat terlarut (setetes air yang mengering di piring gelap meninggalkan cincin putih).
Air mineral adalah campuran homogen yang labelnya mencantumkan zat-zat terlarut, dalam miligram per liter.
Air laut adalah campuran homogen yang mengandung sekitar $35\,\mathrm{g}$ garam-garam dalam setiap kilogram.

Sebotol air mineral: jernih dan tak berwarna, tetapi tetap campuran.

Contoh 8.12 (Membaca label air mineral)

Sebuah label berbunyi: kalsium $78\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , magnesium $24\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , natrium $5\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , hidrogenkarbonat $357\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , sulfat $10\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , klorida $4\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ . (Angka-angka ini hanya contoh.) Dalam satu liter terdapat $78 + 24 + 5 + 357 + 10 + 4 = 478$ mg zat terlarut, kira-kira setengah gram: sangat kecil dibandingkan $1000\,\mathrm{g}$ airnya, tetapi cukup untuk menjadikannya campuran.

8.5 Latihan

Latihan 8.1 ★

Zat murni atau campuran? Air suling, udara, air laut, sebatang besi murni, susu, sebutir kristal gula.

Solusi

Solusi Latihan 8.1.

Zat murni: air suling, batang besi murni, kristal gula. Campuran: udara, air laut, susu.

Latihan 8.2 ★

Homogen atau heterogen? Air asin, granit, minyak di atas air, air keran, muesli.

Solusi

Solusi Latihan 8.2.

Homogen: air asin, air keran. Heterogen: granit, minyak di atas air, muesli.

Latihan 8.3 ★

Apa itu spesies kimia? Berikan tiga contoh.

Solusi

Solusi Latihan 8.3.

Satu jenis zat tertentu, dengan nama dan sifatnya sendiri: misalnya air, garam, etanol (juga gula, oksigen, besi).

Latihan 8.4 ★

Sebuah cairan mendidih pada $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan suhunya tetap $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ selama mendidih. Pakailah tabel tetapan untuk menduga cairan apa itu.

Solusi

Solusi Latihan 8.4.

Suhu didih yang tetap menunjukkan zat murni; $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ adalah suhu didih etanol.

Latihan 8.5 ★

Mengapa “jus jeruk murni” bukan zat murni bagi ahli kimia?

Solusi

Solusi Latihan 8.5.

Jus itu mengandung banyak spesies kimia (air, gula-gula, asam, vitamin, zat perisa): jus itu campuran. Kata “murni” pada kotaknya hanya berarti bahwa tidak ada yang ditambahkan.

Latihan 8.6 ★★

Sebuah cairan mulai mendidih pada $100.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan suhunya naik selama mendidih. Apakah cairan itu zat murni? Kira-kira cairan apa itu?

Solusi

Solusi Latihan 8.6.

Bukan: zat murni mendidih pada suhu yang tetap. Cairan itu campuran, kemungkinan air dengan sesuatu yang larut di dalamnya, misalnya air asin.

Latihan 8.7 ★★

Lihatlah gambar empat gelas kimia. Di gelas kimia mana saringan dapat memisahkan bagian-bagian campurannya? Di gelas mana tidak dapat?

Solusi

Solusi Latihan 8.7.

Saringan dapat memisahkan air berlumpur (butirannya tertahan di kertas) dan jus berbulir (bulirnya tertahan). Saringan tidak dapat memisahkan air asin (garamnya larut) ataupun minyak dari air (kedua cairan itu lolos; keduanya dipisahkan dengan menuang lapisan atasnya).

Latihan 8.8 ★★

Sebuah kubus logam bervolume $10\,\mathrm{cm}^{3}$ memiliki massa $78.7\,\mathrm{g}$ . Berapa massa $1\,\mathrm{cm}^{3}$ -nya? Logam mana pada tabel yang mungkin?

Solusi

Solusi Latihan 8.8.

$78.7 \div 10 = 7.87\,\mathrm{g}$ untuk $1\,\mathrm{cm}^{3}$ : besi.

Latihan 8.9 ★★

Dengan label air mineral pada contoh, berapa persen massa zat terlarut yang berupa hidrogenkarbonat? Bulatkan ke bilangan bulat terdekat.

Solusi

Solusi Latihan 8.9.

$\frac{357}{478} \approx 0.747$ : sekitar $75\,\%$ .

Latihan 8.10 ★★

Air laut mengandung sekitar $35\,\mathrm{g}$ garam-garam per kilogram. Berapa massa garam dalam seember air laut $2\,\mathrm{kg}$ ? Berapa persen massa air laut yang berupa garam?

Solusi

Solusi Latihan 8.10.

$2 \times 35 = 70\,\mathrm{g}$ garam-garam. Persentase: $\frac{35}{1000} = 3.5\,\%$ .

Latihan 8.11 ★★★

Dua cairan jernih tak berwarna tampak sama persis. Uraikan dua pengukuran, yang dilakukan di laboratorium, yang akan menunjukkan apakah keduanya zat murni yang sama.

Solusi

Solusi Latihan 8.11.

Ukur suhu didih keduanya (masing-masing harus tetap selama mendidih, dan keduanya harus sama), lalu timbang volume yang sama dari masing-masing (massanya sama). Dua tetapan yang sama, dan keduanya tetap, menunjukkan zat murni yang sama.

Latihan 8.12 ★★★

Sebuah campuran terbuat dari $90\,\mathrm{g}$ air dan $10\,\mathrm{g}$ etanol. Berapa persen massanya yang berupa etanol? Dapatkah campuran itu dikenali dengan tabel tetapan? Jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 8.12.

$\frac{10}{90 + 10} = 10\,\%$ etanol. Cairan itu campuran: tidak memiliki suhu didih yang tetap dan tidak tercantum dalam tabel, yang hanya memuat zat murni.

8.6 Soal: Tiga Cairan Tak Berwarna

Soal 8.1

Soal akhir pekan — tiga labu tanpa label berisi cairan jernih tak berwarna, dan pengukuran yang membedakannya

Seorang asisten laboratorium menemukan tiga labu, A, B, dan C, yang labelnya terlepas. Ketiganya berisi cairan jernih tak berwarna. Laboratorium itu hanya memakai tiga cairan semacam itu: air suling, etanol, dan air laut yang dibawa pulang dari kunjungan lapangan. Asisten itu melakukan tiga macam pengukuran, di laboratorium.

Bagian I — Melihat.

Ketiga cairan tampak sama persis. Dapatkah asisten itu mengetahui, dengan melihat, mana yang zat murni? Jelaskan.
Jika salah satunya campuran, apakah campuran itu homogen atau heterogen?
Pengukuran macam apa yang dapat menunjukkan bahwa sebuah cairan adalah zat murni?

Bagian II — Mengukur. Setiap cairan dipanaskan sampai mendidih. Cairan A mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan suhunya tetap di situ. Cairan B mendidih pada $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan tetap di situ. Cairan C mulai mendidih pada $100.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan suhunya terus naik perlahan. Lalu $50.0\,\mathrm{mL}$ dari setiap cairan ditimbang: A $49.8\,\mathrm{g}$ , B $39.5\,\mathrm{g}$ , C $51.2\,\mathrm{g}$ .

Cairan mana yang zat murni? Mana yang campuran?
Dengan tabel tetapan bab ini, sebutkan nama cairan A dan B.
Hitung massa $1\,\mathrm{mL}$ (yaitu $1\,\mathrm{cm}^{3}$ ) setiap cairan.
Apakah massa-massa ini sesuai dengan jawabanmu untuk soal 5?
Mengapa suhu cairan C terus naik selama mendidih?

Bagian III — Apa isi cairan C? $100\,\mathrm{mL}$ cairan C dibiarkan mengering di dalam cawan. Ketika semua airnya telah pergi, tersisa $3.5\,\mathrm{g}$ kristal putih.

Apa yang ditunjukkan sisa padatan ini tentang cairan C?
Dengan massa $1\,\mathrm{mL}$ cairan C yang diperoleh pada soal 6, tentukan massa $100\,\mathrm{mL}$ cairan C, lalu persentase massanya yang berupa garam (sampai satu angka di belakang koma).
Air laut mengandung sekitar $35\,\mathrm{g}$ garam-garam dalam setiap kilogram. Berapa persen itu? Bandingkan dengan soal 10.
Simpulkan: berapa gram garam yang terkandung dalam setiap liter cairan C, dan apakah cairan C itu air laut?

Solusi

Solusi Soal 8.1.

1. Tidak. Zat murni dan campuran homogen dapat tampak sama persis: harus ada yang diukur.

2. Homogen: cairan itu jernih dan bagian-bagiannya tidak terlihat.

3. Sebuah tetapan: suhu didih yang tetap selama cairan mendidih (atau massa suatu volume yang diketahui, dibandingkan dengan tabel).

4. A dan B, yang suhu didihnya tetap, adalah zat murni. C adalah campuran.

5. A mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : air. B mendidih pada $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : etanol.

6. A: $49.8 \div 50.0 = 0.996\,\mathrm{g}$ . B: $39.5 \div 50.0 = 0.790\,\mathrm{g}$ . C: $51.2 \div 50.0 = 1.024\,\mathrm{g}$ .

7. Ya: sekitar $1.0\,\mathrm{g}$ untuk air, $0.79\,\mathrm{g}$ untuk etanol.

8. Ketika airnya mendidih dan pergi, garamnya tertinggal, sehingga cairan yang tersisa mengandung makin banyak garam; cairan itu lalu mendidih pada suhu yang lebih tinggi.

9. Cairan C mengandung padatan terlarut: cairan itu larutan, sebuah campuran, seperti yang sudah ditunjukkan oleh cara mendidihnya.

10. $100 \times 1.024 = 102.4\,\mathrm{g}$ ; $\frac{3.5}{102.4} \approx 0.034$ : sekitar $3.4\,\%$ massanya adalah garam.

11. $\frac{35}{1000} = 3.5\,\%$ : sangat dekat dengan hasil soal 10.

12. $3.5\,\mathrm{g}$ dalam $100\,\mathrm{mL}$ , jadi $3.5 \times 10 = 35\,\mathrm{g}$ garam per liter. Dengan keasinannya dan cara mendidihnya, C adalah air laut; A air suling dan B etanol.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 852 istilah di glosarium