Kimia Dasar Stoikiometri, Kesetimbangan, dan Laju Reaksi

Kimia Dasar

Stoikiometri,

Kesetimbangan, dan

LajuReaksi

Fakultas Teknologi Pertanian

Persamaan Kimia

Menunjukkan reaktan, produk, perubahan

energy, perubahan fase, jenis katalis, dsb.

Reaktan

Bahan kimia yang mengalami perubahan

dalam suatu reaksi

Produk

Bahan kimia yang terbentuk dalam suatu

reaksi

REAKTAN  PRODUK

CH

_4(g)

+ 2O

_2(g)



CO

_2(g)

+ 2H

₂

O

_(g)

1 molekul gas metan bereaksi dengan 2 molekul gas oksigen menghasilkan 1 molekul gas karbondioksida dan 2

Jenis-Jenis Reaksi Kimia

Kombinasi

2Na_(s) + Cl_2(g)  2NaCl_(s)

Dekomposisi

2H₂O_(l)  2H_2(g) + O_2(g)

Substitusi

Zn_(s)+CuSO_4(aq) ZnSO_4(aq)+Cu_(s) H2SO4(aq)+2NaOH(aq)Na2SO4(aq)+H2O(l)

Pembakaran

C₃H_8(g)+5O_2(g) 3CO_2(g)+4H₂O_(l)

Redoks

4Fe_(s)+3O_2(g)  2Fe₂O_3(s) Reduksi: O: -4  -6 Oksidasi: Fe: +2  +3

Bagaimana Reaksi Kimia dapat Terjadi?

Tubrukan antar molekul  transfer energy kinetik  pemecahan dan pembentukan ikatan

A-

B

+

C



C

-A +

B

Reaksi Akhir

A-

B

+

C



C

-A-

B

1. Pembentukan Ikatan C-A

Opsi 1

C

-A-

B



C

-A +

B

2. Pemecahan Ikatan A-B

A-

B

+

C



A +

B

+

C

1. Pemecahan ikatan A-B

A +

B

+

C



C

-A +

B

2. Pembentukan ikatan C-A Opsi 2

Keberadaan Katalis

Mempercepat reaksi dengan mengurangi energy aktivasi

1.

Memberikan tempat bereaksi

A-

B

+

C



C

-A +

B

A-

B

+

C



A-

B

-

C

Reaksi diinginkan Tanpa katalis

A-

B

-

C



A +

B

-

C

A-

B

+

C



A-

B

-

K

+

C

Dengan katalis (K)

A-

B

-

K

+

C



C

-A-

B

-

K

C

-A-

B

-

K



C

-A +

B

-

K

Keberadaan Katalis

Mempercepat reaksi dengan mengurangi energy aktivasi

2. Memberikan jalur reaksi baru

A-

B

+

C



C

-A +

B

A-

B

+

C



A-

B

-

C

Reaksi diinginkan Tanpa katalis

A-

B

-

C



A +

B

-

C

A-

B

+

C



A-

B

+

K

-

C

Dengan katalis (K)

A-

B

+

K

-

C



C

-A +

B

-

K

Stoikiometri

Perbandingan kuantitatif antara reaktan dengan

produk dalam suatu reaksi kimia

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁

₂

≅ 2 mol NH

₃

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻

₂

≅ 2 mol NH

₃

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁

₂

≅ 3 mol H

₂

Contoh: 6 mol H

₂

bereaksi sempurna dengan N

₂

untuk membentuk NH

₃

. Berapa mol NH3 yang

dihasilkan?

Stoikiometri

16 gram H

₂

bereaksi sempurna dengan N

₂

membentuk NH

₃

. Berapa gram NH

₃

yang dihasilkan dan N

₂

yang

digunakan?

Ar H = 1 g/mol

N = 14 g/mol

𝒏 =

𝒎

Stoikiometri Gas

Hitung volume gas nitrogen yang dihasilkan pada suhu 80

o

_{C dan tekanan 823 mmHg dengan}

Pereaksi Pembatas

Reaktan yang habis digunakan dalam suatu

reaksi kimia

Pereaksi pembatas menentukan jumlah produk yang

dapat dihasilkan

Reaktan yang menghasilkan produk lebih sedikit adalah

pereaksi pembatas

Reaktan yang memiliki jumlah lebih dari kebutuhan

disebut Pereaksi Berlebih

637.2 gr NH3 direaksikan dengan 1142 gr CO2.

a. Senyawa manakah yang merupakan pereaksi

pembatas

b. Hitunglah massa (NH

₂

)

₂

CO yang terbentuk

c. Berapa banyak massa pereaksi berlebih yang

Pereaksi Pembatas

𝑛

_𝑁𝐻 3

=

637.2 𝑔𝑟

17 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙

= 37.48 𝑚𝑜𝑙

𝑛

𝑢𝑟𝑒𝑎

=

1

2

× 37.48 = 18.74 𝑚𝑜𝑙

𝑛

_𝐶𝑂 2

=

1142 𝑔𝑟

44 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙

= 25.95 𝑚𝑜𝑙

𝑛

𝑢𝑟𝑒𝑎

=

1

1

× 25.95 = 25.95 𝑚𝑜𝑙

Opsi 1: NH₃ habis bereaksi

Opsi 2: CO₂ habis bereaksi

NH

₃

sebagai pereaksi pembatas

𝑚

_𝐶𝑂2

= 18.74 𝑚𝑜𝑙 × 44

𝑔𝑟

𝑚𝑜𝑙

= 824.5𝑔𝑟

𝑛

_𝐶𝑂2

=

1

1

× 18.74 = 18.74 𝑚𝑜𝑙

𝑚

_{𝑢𝑟𝑒𝑎}

= 18.74 𝑚𝑜𝑙 × 60

𝑔𝑟

𝑚𝑜𝑙

= 1124𝑔𝑟

Quiz +5

Seorang mahasiswa tengah menikmati semangkok bakso kuah.

Dalam bakso tersebut terdapat kuah sebanyak 100 ml dan kemudian

mahasiswa tersebut menambahkan 3 tetes cuka.

Jika pada label botol cuka tersebut tertulis konsentrasi dan volume

sebesar 0.5 M dan 200 ml, maka berapa konsentrasi cuka di kuah

bakso tersebut? Asumsikan tiap tetes cuka adalah sebanyak 1 ml.

1.

Reaksi Eksotermis

2.

Reaksi Endotermis

Energi Reaksi Kimia

Eksotermis vs Endotermis

○

Melepaskan Energi

• Tetap membutuhkan energy aktivasi sebagai pemicu untuk terjadinya reaksi

○

Menyerap Energi

• Tidak sama dengan energy aktivasi

• Dibutuhkan agar memenuhi keadaan lingkungan yang sesuai untuk dapat bereaksi

Kesetimbangan Reaksi

Terjadi ketika 2 reaksi kimia tercapai pada tempat, waktu, dan kecepatan yang sama.

Contoh: Proses Haber

Reaksi Utama

N

_2(g)

+ 3H

_2(g)



2NH

_3(g)

Jika reaksi dijalankan pada ruang tertutup, maka akan terjadi reaksi samping (dekomposisi)

Reaksi Samping

2NH

_3(g)



N

_2(g)

+ 3H

_2(g)

Awalnya dua reaksi ini berjalan pada kecepatan yang berbeda, namun lama kelamaan kecepatannya akan sama dan jumlah reaktan dan produk menjadi konstan. Terbentuk reaksi kesetimbangan

Reaksi Setimbang

Konstanta Kesetimbangan (K

_eq

)

K

_eq

: merepresentasikan perbandingan antara jumlah produk yang dihasilkan dari 2 reaksi yang setimbang

aA + bB ↔ cC + dD

Reaksi 1/Reaksi Maju/Reaksi Kanan

Reaksi 2/Reaksi Mundur/Reaksi Kiri

Koefisien

Jenis unsur

aA + bB  cC + dD

cC + dD  aA + bB

𝐾

_𝑒𝑞

=

𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 1

𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 2

𝐾

_𝑒𝑞

=

[𝐶]

𝑐

_[𝐷]

𝑑

[𝐴]

𝑎

[𝐵]

𝑏

N

_2(g)

+ 3H

_2(g)

↔ 2NH

_3(g)

K

_eq

= 3.5 x 10

8

_

_{pada kondisi setimbang,}

produk ammonia terbentuk lebih banyak

dibandingkan produk nitrogen dan hidrogen

Prinsip Le Chatelier

Henri

Le Chatelier

Bila anda mengubah kondisi

operasi pada suatu reaksi

kesetimbangan, maka reaksi akan

memberikan “perlawanan” dengan

suatu cara untuk kembali

mencapai kesetimbangan.

Mengubah konsentrasi produk

atau reaktan

Mengubah suhu

Mengubah tekanan

Prinsip Le Chatelier – Mengubah Konsentrasi

- Gas Amonia

N

_2(g)

+ 3H

_2(g)

_{↔ 2NH}

_3(g) + Gas Nitorgen

Untuk mencapai kesetimbangan, reaksi akan bergerak ke arah kanan dengan

mereaksikan tambahan gas nitrogen untuk membentuk ammonia hingga setimbang (jumlah hydrogen akan berkurang)

Untuk mencapai kesetimbangan, reaksi akan bergerak ke arah kanan dengan mereaksikan nitrogen dan hydrogen menjadi ammonia hingga setimbang

Kesimpulan:

 Menambah reaktan  reaksi bergeser ke arah produk

 Menambah produk reaksi bergeser ke arah reaktan

 Mengurangi reaktan  reaksi bergeser ke arah reaktan  Mengurangi produk  reaksi bergeser ke arah produk

Prinsip Le Chatelier – Mengubah Suhu

- Suhu

N

_2(g)

+ 3H

_2(g)

_{↔ 2NH}

_3(g)

+heat

+ Suhu

Reaksi bergeser ke arah kiri untuk

menggunakan panas yang ditambahkan, digunakan untuk reaksi dekomposisi

Reaksi bergeser ke arah kanan

(eksotermis) untuk menyeimbangkan kekurangan suhu

Kesimpulan:

 Reaksi eksotermis

 Menambah suhu  reaksi bergeser ke arah reaktan (dekomposisi)

 Menurunkan suhu  reaksi bergeser ke arah produk

 Reaksi endotermis

Prinsip Le Chatelier – Mengubah Tekanan

- Tekanan

N

_2(g)

+ 3H

_2(g)

_{↔ 2NH}

_3(g) + tekanan

Reaksi bergeser ke arah kanan untuk mengurangi konsentrasi gas yang ada (4 molekul reaktan menghasilkan 2 molekul produk)

Reaksi bergeser ke arah kiri untuk

menambah konsentrasi gas yang ada (2 molekul reaktan menghasilkan 4 molekul produk)

Kesimpulan:

 Menambah tekanan  reaksi bergeser kearah koefisien

yang lebih rendah

 Mengurangi tekanan  reaksi bergeser kearah

koefisien yang lebih tinggi Sisi kiri: koefisien 4

Konstanta Kesetimbangan Fase Gas

Konstanta Kesetimbangan

Reaksi berikut ditinjau pada suhu 230

o

_{C, konsentrasi reaktan saat terjadi}

kesetimbangan adalah: [NO] = 0.0542 M, [O

₂

] = 0.127 M, dan [NO

₂

] = 15.5 M.

Hitunglah konstanta kesetimbangan dari reaksi tersebut.

Konstanta Kesetimbangan

Konstanta kesetimbangan Kp pada reaksi berikut adalah 1.05 pada suhu 250

o

_C.

Jika tekanan parsial pada saat setimbang untuk PCl

₅

dan PCl

₃

adalah 0.875 atm dan

0.463 atm. Berapa tekanan parsial dari Cl

₂

saat setimbang?

Konstanta Kesetimbangan

Konstanta kesetimbangan Kc dari reaksi tersebut adalah 10.5 pada 220

o

_{C. Berapa}

nilai Kp ?

𝐾

_𝑝

= 𝐾

_𝑐

(𝑅𝑇)

∆𝑛

T = 273 + 220 = 493 K

n = 1 – 3 = -2

Kesetimbangan X Stoikiometri

Suatu campuran terdiri dari 0.5 mol A dan 0.5 mol B dalam 1 liter bejana bersuhu

430

o

_{C. Konstanta kesetimbangan Kc untuk reaksi A + B ↔ 2AB adalah 54.3.}

Hitunglah konsentrasi dari A, B, dan AB saat setimbang.

A

+

B

↔

2AB

Awal

0.5

0.5

0

Reaksi

-x

-x

+2x

Setimbang

(0.5 - x)

(0.5 – x)

2x

𝐾

_𝑐

=

[𝐴𝐵]

2

𝐴 [𝐵]

54.3 =

(2𝑥)

2

(0.5 − 𝑥)(0.5 − 𝑥)

x = 0.393 𝑀

[A] = 0.5 – 0.393 = 0.107 M

[B] = 0.5 – 0.393 = 0.107 M

[AB] = 2 x 0.393 = 0.786 M

Kinetika Reaksi

Kinetik: Seberapa cepat reaksi dapat terjadi

Faktor-faktor yang memengaruhi:

1. Kompleksitas reaktan (kompleks   kecepatan )

2. Ukuran partikel reaktan (ukuran   kecepatan )

3. Konsentrasi reaktan (konsentrasi   kecepatan )

4. Tekanan sistem (tekanan   kecepatan )

5. Suhu sistem (suhu   kecepatan )

6. Katalis (enegi aktivasi   kecepatan )

Kinetika Reaksi

Rate Law

Menunjukkan hubungan antara kecepatan suatu reaksi dengan konsentrasi dan derajat reaktannya

Rate Law

Tinjau NO

Rate Law

Tinjau H

₂

Terima

Kasih

M. Prasanto Bimantio, S.T., M.Eng. +62 857 5164 2211