Dataran Tinggi Dieng

Dataran Tinggi Dieng
PUNCAK SIKUNIR, DATARAN TINGGI DIENG

Rabu, 18 November 2020

KESETIMBANGAN KIMIA - BELAJAR KIMIA

    KESETIMBANGAN KIMIA

    PETA KONSEP


    Gambar 1.  Peta Konsep Kesetimbangan Kimia

     

    A.      REAKSI BOLAK-BALIK DAN KESETIMBANGAN KIMIA

    1.         Reaksi Bolak-balik dan Kesetimbangan Dinamis

    Dalam reaksi kimia, kesetimbangan kimia adalah keadaan saat kedua reaktan dan produk hadir dalam konsentrasi yang tidak memiliki kecenderungan lebih lanjut untuk berubah seiring berjalannya waktu. Biasanya, keadaan ini terjadi ketika reaksi ke depan berlangsung pada laju yang sama dengan reaksi balik. Laju pada reaksi maju dan mundur umumnya tidak nol, tapi sama. Dengan demikian, tidak ada perubahan bersih dalam konsentrasi reaktan dan produk. Keadaan seperti ini dikenal sebagai kesetimbangan dinamis.

    Contoh :

              NaOH(aq)   +   HCl(aq)     →     NaCl(aq)   +   H2O(l)

    Reaksi tersebut adalah reaksi satu arah, hanya berlangsung ke arah kanan. Hal ini menunjukkan bahwa bila NaCl direaksikan kembali dengan H2O tidak akan terjadi reaksi.

    Sedangkan reaksi

                          

    menunjukkan bahwa reaksi dapat berlangsung dalam dua arah. Senyawa NH3 yang tebentuk dapat terurai kembali menjadi gas N2 dan H2. Hal inilah yang disebut sebagai reaksi dapat balik (reaksi bolak-balik) atau reaksi reversible. Sedangkan reaksi yang hanya berlangsung satu arah disebut reaksi irreversible.

     

    2.       Reaksi Kesetimbangan

    Kesetimbangan kimia dapat digolongkan kedalam dua bagian:

    a.        Kesetimbangan Homogen

    Kesetimbangan homogen terjadi jika fase reaktan dan produk yang terlibat dalam reaksi wujudnya sama, yaitu gas (g) seluruhnya atau larutan (aq) seluruhnya.


    Contoh:

     

    b.        Kesetimbangan Heterogen

    Kesetimbangan heterogen terjadi jika fase reaktan dan produk yang terlibat dalam reaksi wujudnya berbeda.

     

    Contoh:

     

    Contoh soal

    Dalam suatu wadah direaksikan larutan yang mengandung 0,01 mol Fe3+ dengan larutan yang mengandung 0,01 mol ion SCN ̶ hingga terjadi reaksi kesetimbangan berikut:

    Fe3+(aq)    +   SCN ̶ (aq)                FeSCN2+(aq)

    Dalam keadaan setimbang ternyata terdapat ion Fe3+ sebanyak 0,004 mol. Hitunglah berapa mol ion SCN ̶  dan FeSCN2+ yang terdapat dalam sistem.


    Jawab:

    diketahui:


     


    Mol Fe3+ yang terurai         =  0.01 mol -  0,004 mol

                                                =  0,006 mol

    Mol SCN ̶  yang terurai      =  perbandingan koefisien Fe3+ :  SCN ̶

                                                =  1 :  1

    maka jumlah molnya          =  1 / 1  .  0,006 mol

                                                =  0,006 mol

    FeSCN2+ yang terbentuk    = 1 / 1  x  0,006 mol

                                                =  0,006 mol


    Jumlah mol SCN ̶           =  0,01 mol  -  0,06 mol

                                           =  0,004 mol

    Jumlah mol FeSCN2+    =  0,006 mol



    B.       HUKUM KESETIMBANGAN DAN TETAPAN KESETIMBANGAN

    Pada keadaan reaksi dalam kesetimbangan, konsentrasi zat-zat yang ada selalu tetap karena pada saat yang sama jumlah zat yang bereaksi sama dengan jumlah zat yang dihasilkan. Contoh pada reaksi kesetimbangan :

     

    Dari data hasil pengukuran persamaan reaksi kesetimbangan tersebut didapatkan hasil reaksi pada persamaan reaksi yang pertama diperoleh nilai tetap pada hasil perhitungan dengan rumus:

    Sedangkan pada percobaan kedua, diperoleh nilai tetap pada hasil perhitungan dengan rumus:

     

    Berdasarkan data percobaan tersebut, maka untuk reaksi kesetimbangan   

    didapatkan nilai tetap dengan rumus:

     

    Persamaan ini merupakan hukum aksi massa atau hukum kesetimbangan (K), yang menyatakan bahwa dalam keadaan setimbang, hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi yang dipangkatkan koefisiennya dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi yang dipangkatkan koefisiennya akan mempunyai nilai yang tetap.

    Contoh :

     

    Nilai yang diperoleh dari perhitungan hukum kesetimbangan disebut dengan tetapan kesetimbangan. Tetapan kesetimbangan adalah khas untuk suatu reaksi dan nilainya tetap pada suhu tertentu. Artinya setiap reaksi memiliki nilai tetapan kesetimbangan tertentu pada kondisi tertentu.

    Untuk reaksi kesetimbangan heterogen, dimana zat-zat yang terlibat dalam reaksi mempunyai wujud (fase) yang berbeda, cara menyatakan tetapan kesetimbangan (K) dapat disederhanakan. Contohnya pada reaksi peruraian kalsium karbonat padat (batu kapur) menjadi kalsium oksida dan gas karbon dioksida, yang terdapat pada proses pembuatan kapur tohor (gamping) dari kapur yang berlangsung pada suhu tinggi. Reaksi kesetimbangannya adalah:

     

     

    Hukum kesetimbangannya dinyatakan dengan :

     

     

    Zat padat seperti CaCO3 dan CaO mempunyai konsentrasi tetap, sehingga nilai tetapan kesetimbangan (K) pada reaksi tersebut adalah: 

     

    karena nilai [CaCO3] dan [CaO] tetap, maka tetapan kesetimbangan reaksi :

                                                  K   =   [CO2]

    Pada kesetimbangan heterogen, zat yang memengaruhi tetapan kesetimbangan konsentrasi hanya yang berwujud gas (g) dan larutan (aq).


    Contoh :


     

                Latihan soal

              1.         Tuliskan rumus hukum kesetimbangan (K) untuk reaksi berikut



    2.        Pada ToC di dalam ruangan 10 liter terdapat kesetimbangan 0,2 mol PCl5; 0,3 mol PCl3; dan 0,1 mol Cl2 menurut reaksi setimbang:

    Tentukan nilai tetapan kesetimbangan bagi reaksi tersebut.


    1.         Nilai Tetapan Kestimbangan dan Tekanan Gas

    Untuk reaksi yang melibatkan gas, tetapan kesetimbangannya dapat dinyatakan dari nilai tekanan parsial masing-masing gas pada saat setimbang, sebab konsentrasi gas dalam suatu ruangan akan menentukan besarnya tekanan gas tersebut dalam ruangan. Untuk membedakan nilai tetapan kesetimbangan yang diperoleh dari nilai konsentrasi dan dari nilai tekanan parsial, maka untuk selanjutnya nilai tetapan kesetimbangan yang diperoleh berdasarkan konsentrasi diberi lambang Kc sedangkan untuk nilai tetapan kesetimbangan yang diperoleh berdasarkan tekanan parsial diberi lambang Kp.


    Untuk reaksi setimbang:


    dengan     :    PA =   Tekanan parsial gas A

                         PB =   Tekanan parsial gas B

                         PC =   Tekanan parsial gas C

                         PD =   Tekanan parsial gas D

                     PA  +  PB  + PC  +  PD   =   P total ruangan


    Berdasarkan hukum tentang gas idel,  P.V  =  n.R.T, dapat dicari hubungan antara Kc dengan Kp                

           P.V  =  n.R.T


    maka,            PA =   [A] RT

                         PB =   [B] RT

                         PC =   [C] RT

                         PD =   [D] RT

    sehingga 

      

     

    2.      Kesetimbangan Disosiasi dan Derajat Dsisosiasi

    Reaksi disosiasi adalah reaksi peruraian zat menjadi zat yang lebih sederhana.Apabila reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, maka reaksinya disebut reaksi kesetimbangan. Didalam sistem kesetimbangan disosiasi dikenal dengan adanya derajat disosiasi (α) yang menyatakan banyaknya bagian zat yang terurai, dan dinyatakan dengan:

    Derajat disosiasi mempunyai nilai antara 0 sampai dengan 1, atau antara 0% sampai 100%. Jika nilai α = 0 atau 0% berarti tidak ada zat yang terurai, dan jika α = 1 berarti zat terurai sempurna atau semua zat mengalami disosiasi.


    Contoh:

    Dalam ruang satu liter dipanaskan gas HI hingga terurai membentuk reaksi kesetimbangan:

    Pada suhu tertentu nilai tetapan kesetimbangannya (Kc) adalah 4. tentukan:

    a.       persentase HI yang terurai

    b.      komposisi masing-masing gas pada saat setimbang


    Jawab:

                                    

    a.       persentase HI


     

    b.      Komposisi pada saat setimbang

           Jumlah mol HI, H2 dan I2  adalah sebagai berikut :



    C.      PERGESERAN KESETIMBANGAN


    Suatu sistem dalam keadaan setimbang cenderung akan mempertahankan kesetimbangannya, sehingga jika ada pengaruh dari luar maka sistem tersebut akan berubah sedemikian rupa agar segera diperoleh keadaan kesetimbangan lagi. Kondisi seperti ini dikenal dengan asas Le Chatelier, yaitu jika dalam suatu sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu sekecil mungkin. Beberapa aksi yang dapat menimbulkan perubahan pada sistem kesetimbangan antara lain adalah perubahan konsentrasi, perubahan volume, perubahan tekanan dan perubahan suhu.

     

    1.         Pengaruh Perubahan Konsentrasi

    Jika salah satu komponen (zat) yang terdapat dalam sistem konsentrasinya diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah menjauh dari komponen (zat) yang konsentrasinya diperbesar. Sebaliknya jika salah satu komponen (zat) yang terdapat dalam sistem konsentrasinya dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah mendekati komponen (zat) yang konsentrasinya dikurangi.

    Ilustrasinya bisa pada sistem kesetimbangan berikut :

    mempunyai tetapan kesetimbangan  (dinayatakan dalam K1)

    Misalnya dilakukan penambahan pada konsentrasi Fe3+ sehingga konsentrasinya bertambah menjadi dua kali dari semula, maka didapatkanlah nilai K (dinyatakan dalam K2)


    maka nilai K1 > K2. Oleh karena nilai K1 harus sama dengan nilai K2, maka kesetimbangan akan berusaha menurunkan konsentrasi ion Fe3+ dan ion SCN ̶ serta menambah konsentrasi FeSCN2+. Akibatnya kesetimbangan akan bergeser ke kanan (menjauhi zat yang konsentrasinya ditambah). Sebaliknya apabila dilakukan pengurangan pada konsentrasi Fe3+ sehingga konsentrasinya berkurang menjadi setengah kali dari semula, maka didapatkanlah nilai K (dinayatakan dalam K3)


    Oleh karena suhunya tetap, maka nilai K1 harus sama dengan nilai K3. Akibatnya, kesetimbangan akan melakukan reaksi dengan mengurangi konsentrasi FeSCN2+ serta menambah konsentrasi ion Fe3+ dan ion SCN ̶. Sehingga kesetimbangan akan bergeser ke kiri (mendekati zat yang konsentrasinya dikurangi).

     

    2.         Perubahan Volume

    Menurut azas Le Chatelier, bila volume sistem kesetimbangan diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah ruas yang mempunyai jumlah molekul (koefisien) yang besar. Sebaliknya bila volume sistem kesetimbangan diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah ruas yang mempunyai jumlah molekul (koefisien) yang kecil.


    Mari kita melihat kesetimbangan pada reaksi berikut:

     

                       

     

    Nilai tetapan kesetimbangan reaksi tersebut adalah K1.

    Setelah volume diperbesar menjadi dua kali dari semula maka terjadi perubahan konsentrasi sebagai berikut:

               Nilai tetapan kesetimbangan reaksi tersebut setelah mengalami perubahan adalah K2.

    Kesetimbangan tidak mengalami pergeseran karena jumlah molekul di ruas kiri sama dengan jumlah molekul diruas kanan.


    Berbeda halnya jika pada kesetimbangan reaksi berikut:

      

            Bila di dalam sistem volumenya diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah ruas kiri, karena jumlah molekul di ruas kiri lebih besar. Begitu pula sebaliknya, jika di dalam sistem volumenya diperkecil maka kestimbangan akan bergeser ke arah kanan, karena di ruas kanan jumlah molekulnya lebih kecil.

     

    3.         Perubahan Tekanan

    Perubahan tekanan akan bepengaruh pada konsentrasi gas-gas dalam kesetimbangan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan tekanan terhadap sistem kesetimbangan gas, kita merujuk kembali pada persamaan gas ideal.

    Dari persamaan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa perubahan tekanan berbanding terbalik dengan perubahan volume. Sehingga apabila tekanan pada sistem diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah ruas yang memiliki jumlah molekulnya lebih kecil. Sebaliknya bila tekanan diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah ruas yang memiliki jumlah molekulnya lebih besar.

     

    4.         Perubahan Suhu  

    Perubahan suhu pada reaksi kesetimbangan akan menyebabkan terjadinya perubahan nilai tetapan kesetimbangan (K). Untuk mengetahui bagaimana perubahan suhu terhadap pergeseran kesetimbangan, berikut disajikan data nilai K untuk berbagai suhu dari dua reaksi kesetimbangan yang berbeda. 


     

     


    Perbedaan dari kedua reaksi tersebut adalah nilai perubahan entalpinya. Untuk reaksi pembentukan NH3, perubahan eltalpinya negatif (reaksi eksoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi ke kanan melepaskan kalor. Sedangkan pada reaksi antara gas H2 dan CO2, perubahan entalpinya positif (endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi ke kanan menyerap kalor. Jika sistem dalam kesetimbangan suhunya dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm atau ∆H positif. Dan sebaliknya, jika dalam sistem kesetimbangan suhunya diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm atau ∆H negatif.

     

    5.         Pengaruh Katalis pada Reaksi Setimbang

            Reaksi pembuatan amonia berlangsung sebagai berikut:

    Katalis akan mempercepat laju reaksi pembentukan NH3 sekaligus juga akan mempercepat reaksi peruraian NH3 menjadi gas H2 dan N2. Pengaruh ini sama kuatnya sehingga di dalam reaksi kesetimbangan katalis tidak menggeser kesetimbangan, tetapi hanya mempercepat lajunya reaksi untuk mencapai kesetimbangan.



    D.      KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI


    Proses Industri pada bagian ini yang akan membahas tentang produksi amonia (NH3) dan asam sulfat (H2SO4).


    1.       Proses Haber-Bosch pada Pembuatan Amonia

    Amonia (NH3) merupakan senyawa penting dalam bidang kimia produksi. Sebagai contoh dalam pembuatan pupuk, asam nitrat dan senyawa nitrat untuk berbagai keperluan.Proses pembuatan amonia dilakukan melalui reaksi:        

     

    Proses ini dikenalkan oleh Fritz Haber ilmuwan berkebangsaan Jerman. Proses reaksi pembuatan amonia ini terkenal dengan proses Haber-Bosch untuk menghormati Karl Bosch, seorang insinyur yang mengembangkan peralatan pembuatan amonia untuk skala industri.

    Reaksi pembuatan amonia ni merupakan reaksi kesetimbangan.Oleh karena itu untuk mendapatkan amonia sebanyak-banyaknya digunakan azas Le Chatelier pada prosesnya. Untuk menggeser kesetimbangan ke arah pembentukan NH3, maka konsentrasi N2 dan H2 diperbesar, dengan cara menaikkan tekanan kedua gas tersebut). Faktor lainnya yang harus diperhatikan adalah suhu dan tekan reaksi.

    Reaksi yang terjadi pada proses pembuatan amonia ini adalah reaksi eksoterm, oleh sebab itu suhu reaksi harus diperkecil atau suhu reaksi harus rendah. Jika suhu rendah maka reaksi antara N2 dan H2 menjadi lambat, oleh karena itu harus ditambahkan katalis Fe yang diberi promotor (bahan yang mengaktifkan kerja katalis) Al2O3 dan K2O.

    Tekanan reaksipun harus diperhatikan, NH3 akan banyak tebentuk pada kondisi reaksi dengan tekanan yang tinggi. Faktor pendudukung yang menyertainya adalah biaya yang lebih besar dan keamanan konstruksi bangunan pabrik.

     

    2.           Pembuatan Asam Sulfat dengan proses Kontak

    Asam sulfat juga merupakan bahan industri kimia lainnya yang sangat penting, yaitu digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Proses pembuatan asam sulfat (H2SO4) ada dua cara, yaitu dengan proses kamar timbal dan proses kontak. Proses kamar timbal sudah ditinggalkan karena kurang menguntungkan secara ekonomi. Sedangkan proses kontak menghasilkan asam sulfat dengan kadar mencapai 99%  dan biaya yang dikeluarkan lebih murah. Di Indonesia pabrik asam sulfat antara lain terdapat di Petrokimia Gresik, PT Pusri Palembang, dan Kujang Jawa Barat.


    Pembuatan asam sulfat meliputi tiga tahap yaitu:

    a)       Pembakaran belerang menjadi belerang dioksida

     

    S(s)   +   O2(g)     →     SO2(g)                   

     

    b)      Oksidasi SO2 menjadi SO3 

      


     

    c)    Mereaksikan SO3 dengan air. Pada tahap ini SO3 tidak langsung direaksikan air, tetapi dilarutkan terlebih dahulu ke dalam larutan H2SO4

           

     

    Belerang dioksida yang dihasilkan harus benar-benar murni, sebab jika mengandung pengotor akan mengganggu proses selanjutnya. Di Petrokimia Gresik, gas SO2 di peroleh dari sisa pengolahan tembaga atas kerjasama dengan PT Freeport Indonesia (Papua).

    Tahapan yang paling menentukan pada proses pembuatan asam sulfat adalah tahapan kedua, yaitu proses perubahan SO2 menjadi SO3. Reaksi pada proses ini merupakan reaksi kesetimbangan, maka untuk memperbanyak hasil harus memperhatikan azas Le-Chatelier.

    a.      Reaksi tersebut menyangkut tiga partikel pereaksi (dua partikel SO2 dan satu partikel O2) untuk menghasilkan dua partikel SO3. Jadi perlu dilakukan pada tekanan yang tinggi.

    b.     Reaksi ke kanan adalah reaksi eksoterm (∆H =  ̶  196 kJ), berarti harus dilakukan pada suhu rendah. Masalahnya bila dilakukan suhu rendah, reaksi akan berlangsung lambat. Oleh sebab itu harus ditambahkan sebuah katalis, yaitu V2O5.






    Channel Education

    Tidak ada komentar:

    Posting Komentar

    POSTING BEFORE