Kesetimbangan Kesetimbangan Kesetimbangan
kimia kimia kimia
Modul Modul Modul Modul Modul Modul
Kesetimbangan Kesetimbangan Kesetimbangan
kimia kimia kimia
ENSIKLOPEDIA ENSIKLOPEDIA ENSIKLOPEDIA ENSIKLOPEDIA ENSIKLOPEDIA ENSIKLOPEDIA
kimia kimia kimia kimia kimia kimia
Penulis : Penulis :
Neneng Novita Nursa Neneng Novita Nursa Penulis :
Neneng Novita Nursa Penulis :
Penulis :
Neneng Novita Nursa Neneng Novita Nursa Penulis :
Neneng Novita Nursa
Kesetimbangan
Kesetimbangan
Kesetimbangan
Kesetimbangan
Kesetimbangan
Kesetimbangan
i
Kata Pengantar
A lhamdulillah segala puji bagi Allah SWT yang telah
memberi kesehatan kepada penulis, atas rahmat, karunia serta hidayah-Nya. Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada baginda Nabi Muhammad SAW yang menjadi suri tauladan untu dijadikan sebagai pedoman dan dinantikan syafaβatnya sehingga ensiklopedia kesetimbangan kimia ini dapat terselesaikan. Terima kasih kepada MAN 4 Aceh Besar yang telah bersedia untuk dijadikan penelitian tempat uji coba produk ensiklopedia kesetimbangan kimia, juga seluruh pihak yang sudah membantu dalam menyelesaikan ensiklopedia ini.
Buku ensiklopedia ini diterbitkan dengan tujuan untuk memancing rasa ingin tahu peserta didik dalam proses belajar. Diharapkan bahwa serangkaian isi yang terkandung di dalamnya dapat memperluas wawasan peserta didik atau pembacanya. Penulisan ensiklopedia ini dibuat dengan sesederhana mungkin disertai dengan gambar yang menunjang materi sehingga dapat menarik perhatian, mudah dipahami oleh siswa.
Ensiklopedia ini merupakan buku panduan atau
referensi yang di dalamnya disajikan informasi tentang
materi kesetimbangan kimia dengan berbagai konsep di
ii
dalamnya. Ensiklopedia ini diperuntukkan bagi siswa tingkat SMA/MA Kelas XI sebagai bahan ajar untuk pedoman dalam proses pembelajaran pada materi kesetimbangan kimia. Ensiklopedia ini berisi tentang konsep kesetimbangan kimia diantaranya yaitu kesetimbangan dinamis, pergeseran arah kesetimbangan dan tetapan kesetimbangan (Kc dan Kp).
Materi yang tersaji dalam buku ini dibuat secara runtut dari penjabaran teori, gambar penunjang sampai dengan terbentuknya rumus dan arti dari rumus itu sendiri. Ketetapan ilmiahnya yang oleh ilmuwan biasanya melakukan eksperimen terlebih dahulu, kemudian diuraikan. Misalnya materi yang tercantum dalam buku ini yaitu pergeseran kesetimbangan yang diteliti oleh Henri Louis Le Chatelier ia berhasil merumuskan hubungan antara reaksi yang terjadi pada sistem kesetimbangan kimia dengan aksi atau pengaruh yang diberikan dari luar. Sehingga adanya faktor yang mempengaruhi kesetimbangan.
Penulis sebagai manusia biasa yang masih dalam tahap belajar untuk menyusun ensiklopedia ini menyadari bahwa ensiklopedia ini masi banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis berharap akan saran dan kritik untuk perbaikan selanjutnya.
Demikian akhir kata dengan segala kerendahan hati
penulis berharap semoga ensiklopedia ini dapat
bermanfaat bagi siswa SMA/MA khususnya dan
semua pihak yang membaca ensiklopedia ini.
iii
Daftar Isi
HALAMAN SAMPUL JUDUL
REDAKSI ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
PETA KONSEP KESETIMBANGAN KIMIA ... 1
PENDAHULUAN ... 2
KESETIMBANGAN DINAMISDALAM REAKSI KIMIA ... 2
REAKSI KESETIMBANGAN ... 2
HUKUM KESETIMBANGAN DAN TETAPAN KESETIMBANGAN (Kc) ... 4
MAKNA NILAI TETAPAN KESETIMBANGAN ... 6
1. Memprediksi reaksi telah setimbang atau belum ... 6
2. Menentukan posisi kesetimbangan ... 6
a. Kesetimbangan Homogen ... 7
b. Kesetimbangan Heterogen ... 7
PERGESERAN ARAH REAKSI KESETIMBANGAN ... 8
1. Perubahan Konsentrasi ... 9
2. Perubahan Suhu ... 11
3. Perubahan Tekanan ... 12
4. Perubahan Volume ... 13
5. Perubahan Katalis ... 14
TETAPAN KESETIMBANGAN TEKANAN PARSIAL (KP) ... 15
HUBUNGAN KC DAN KP ... 16
REAKSI KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI ... 16
1. Pembuatan Amonia (NH3) ... 16
2. Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak ... 18
DAFTAR PUSTAKA ... 20
1
PETA KONSEP KESETIMBANGAN KIMIA
2 KESETIMBANGAN DINAMISDALAM REAKSI KIMIA
Konsep setimbang dapat dilihat pada kesetimbangan air dengan uap air dalam sebuah botol. Bila air diletakkan di dalam botol terbuka dan dibiarkan dalam waktu yang cukup lama, maka air di dalam botol akan berkurang karena butir-butir air menguap dari permukaan air dan keluar dari botol. Pada botol tertutup, uap air yang terjadi pada proses penguapan tidak keluar dari botol.
Akibatnya, bila uap telah menjadi jenuh ada sebagian uap air yang akan mengembun kembali menjadi butir-butir air yang menempel pada botol dan akhirnya mengalir lagi ke dalam botol.
Gambar 1.1. Ilutrasi penguapan dan pengembunan
Mengapa air dalam botol tetap? Hal ini karena jumlah air yang menguap sama dengan jumlah uap air yang mengembun kembali menjadi air. Proses ini disebut
kesetimbangan dinamis (proses bolak balik dengan laju yang sama untuk kedua arah).
REAKSI KESETIMBANGAN
Pereaksi β Produk reaksi
H2 (g) + I2 (g) β HI (g) Reaksi kesetimbangan kimia terdiri dari pereaksi dan hasil reaksi ditandai dengan lambang (β)
Keadaan kesetimbangan adalah suatu keadaan dimana konsentrasi seluruh zat tidak lagi mengalami perubahan, sebab zat-zat di ruas kanan terbentuk dan terurai kembali dengan kecepatan yang sama.
Hal ini menunjukkan bahwa reaksi tersebut berlangsung dua arah atau reaksi kesetimbangan.
3
Gambar 1.2. Reaksi kesetimbangan secara mikroskopis pada tingkat molekul.
Bersifat dinamis artinya secara mikroskopis reaksi berlangsung terus menerus dalam dua arah dengan laju reaksi sama dengan laju baliknya.
Secara makroskopis seolah-olah reaksi dalam keadaan berhenti, namun terjadi perubahaan konsentrasi, sedangkan secara mikroskopis (molekul) terjadi pergerakan molekul-molekul yang berlangsung terus menerus.
Gambar 1.3 Larutan tak berwana dan coklat
Laju reaksi terurainya N2O4 mula- mula berlangsung cepat kemudian turun sejalan dengan makin berkurangnya gas N2O4. Pada saat yang bersamaan, mulai terbentuk gas NO2 (warna coklat mulai tampak).
Pada saat itu juga gas NO2 yang terbentuk sebagian kembali menjadi gas N2O4. Laju reaksi terhadap gas NO2 semakin besar karena konsentrasi NO2 semakin besar.
Gambar 1.4. Grafik laju reaksi terhadap waktu terhadap reaksi kesetimbangan
N2O4 (g) β 2NO2 (g) Tak berwarna Cokelat
4 Pada kondisi setimbang, laju reaksi ke kanan sama dengan laju reaksi ke kiri atau v1=v2. Konsentrasi gas N2O4 dan konsenrasi gas NO2 juga tetap. Meskipun dapat terjadi 3 kemungkinan yaitu:
a. [N2O4] = [NO2] b. [[N2O4] < [NO2] c. [N2O4] > [NO2]
(a) (b) (c)
Gambar 1.5. Gambar grafik kesetimbangan N2O4 (g) β 2NO2 (g) a. Pada saat setimbang, konsentrasi N2O4 sama dengan konsentrasi NO2.
b. Pada saat setimbang, konsentrasi N2O4 lebih kecil dari pada konsentrasi NO2. c. Pada saat setimbang, konsentrasi N2O4 lebih besar dari pada konsentrasi NO2.
HUKUM KESETIMBANGAN DAN TETAPAN KESETIMBANGAN (Kc)
Hasil pengukuran konsentrasi dapat diamati dari percobaan berikut ini:
Tabel 1.1 hasil percobaan pada suhu 440 ΜC
Dari reaksi kesetimbangan dengan persamaan reaksi:
Perc.
Ke-
Konsentrasi awal (mol/L) Konsentrasi pada saat
kesetimbangan Kc= [ππ][ππ][ππ]π
[H2] [I2] [HI] [H2] [I2] [HI]
1 0,1 0,1 - 0,0222 0,0222 0,156 49,4 2 - 0,01 0,350 0,035 0,045 0,280 49,8 3 0,0015 - 0,127 0,015 0,0135 0,1 49,4 4 - - 0,400 0,0442 0,0442 0,311 49,5
H2 (g) + I2 (g) β HI (g)
H2 (g) + I2 (g) β HI (g)
Kc=
[ππ][ππ][ππ]π5 Berdasarkan percobaan tersebut dapat dinyatakan hukum aksi massa atau hukum kesetimbangan (Kc) sebagai berikut:
Hukum kesetimbangan ini hubungan antara konsentrasi zat-zat pereaksi dengan produk reaksi dalam persamaan tetapan kesetimbangan, hubungan ini ditemukan oleh ahli Norwegia yaitu Cato Maximillian Guldberg dan Peter Waage pada tahun 1866 kemudian dikenal dengan hukum kesetimbangan.
Dari hukum kesetimbangan di atas diperoleh reaksi kesetimbangan:
maka hubungan antara konsentrasi pereaksi dan produk reaksi dapat dirumuskan sebagai berikut:
Wikipedia
Q (Kuotion reaksi) dapat dihitung dengan memasukkan konsentrasi awal dari reaktan dan produk ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan (Kc), dengan itu Kc dapat dirumuskan:
MAKNA NILAI TETAPAN KESETIMBANGAN
Untuk mengetahui nilai tetapan kesetimbangan suatu reaksi dapat diketahui banyak hal antara lain:
1. Memprediksi reaksi telah setimbang atau belum
Nilai konsentrasi zat-zat pereaksi dan produk reaksi dapat diprediksi dengan membandingkan kution reaksi (Q) dan tetapan kesetimbangan (Kc)
pA + qB β mC + nD
Q =
[πΆ]π[π·]π[π΄]π[π΅]π
Dalam keadaan setimbang pada suhu tetap, 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.
Kc =
[πΆ]π[π·]π[π΄]π[π΅]π
6
Zat padat dan cair tidak berpengaruh terhadap kesetimbangan
Nilai Makna
Q < Kc Reaksi bergeser kea rah produk (ke kanan) untuk mencapai kesetimbangan
Q > Kc Reaksi bergeser kea rah reaktan (ke kiri) untuk mencapai kesetimbangan
Q = Kc Reaksi berapa pada kesetimbangan
2. Menentukan posisi kesetimbangan
Nilai yang diperoleh dari perhitungan hukum kesetimbangan disebut tetapan kesetimbangan. Zat-zat yang terdapat dalam kesetimbangan berbentuk padat (s), larutan (aq), gas (g), dan cair (l).
Pada zat padat murni atau zat cair murni, hal itu terjadi dengan sangat lambat sehingga dapat diabaikan. Oleh karena itu, yang dimasukkan dalam tetapan kesetimbangan konsentrasi hanya zat-zat yang berbentuk gas (g) dan larutan (aq). Sementara zat-zat
yang berbentuk padat (s) dan cairan murni (l) tersebut tidak disertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan (Kc).
Gambar 1.6. ilustrasi jenis fase Semakin kecil Kc maka semakin sedikit pereaksi yang membentuk produk reaksi. Posisi kesetimbangan berada di kiri.
Sebaliknya semakin besar Kc semakin banyak produk reaksi yang terbentuk. Posisi kesetimbangan berada di kanan
7 Berdasarkan fasenya kesetimbangan kimia dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:
1. Kesetimbangan homogen
Kesetimbangan homogen adalah kesetimbangan yang berlangsung bolak balik pada semua fase zat pereaksi dan produk reaksi sama, misalnya reaksi-reaksi gas (g) atau larutan (aq).
Contoh:
Fe3+ (aq) + SCN- (aq) β FeSCN2+ (aq) Bersifat Homogen
2SO3 (g) + O2 (g) β SO3 (g)
Bersifat Homogen
2. Kesetimbangan heterogen
Kesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan yang berlangsung bolak balik pada suhu tinggi dalam keadaan setimbang yang mempunyai fase berupa padat (s) dengan gas (g) atau cair (l) dengan gas (aq).
Contoh:
Fe2O3 (s) + 3CO (g) β 2Fe (s) + 3CO2 (g) Bersifat heterogen
CaCo3 (s) β CaO (s) + CO2 (g)
bersifat heterogen
Tuliskan persamaan tetapan kesetimbangan berikut ini:
1. N2 (g) + 3H2 (g) β 2NH3 (g)
2. Ag+(aq) + 2NH3 (aq) β Ag(NH3)2+ (aq)
Kc =
[πΉπ[FeSCN3+][ππΆπ2+]β]Kc =
[πΆπ[Co]2]33
Kc = [Co
2] Kc=
[ππ[πππ]π] π[ππ]
8
Gambar 1.7. ilustrasi kesetimbangan heterogen pada CaCo3 (s) β CaO (s) + CO2 (g)
Bersifat heterogen, Konsentrasi padatan dan cairan murni tidak dimasukkan ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan.
Mg(OH)2 (s) β MgO (s) + H2O (g)
Bersifat heterogen, konsentrasi padatan tidak dimasukkan ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan
PERGESERAN ARAH REAKSI KESETIMBANGAN Reaksi kesetimbangan peka terhadap
perubahan, artinya bila suatu reaksi kesetimbangan diberikan aksi tertentu maka sistem kesetimbangan akan terganggu dan reaksi dapat bergeser ke kiri (ke arah reaktan) atau ke kanan (ke arah produk).
Untuk lebih memahami pergeseran kesetimbangan dinamis antara cairan dan uap dalam bejana tertutup pada gambar 1.4.
berikut ini:
Gambar 1.8. Kesetimbangan cairan dan uap terganggu karena volume ruangan tiba- tiba diperbesar atau diperkecil Tuliskan persamaan tetapan kesetimbangan berikut ini:
1. BiCl3 (aq) + H2O (l) β BiOCl (s) + 2HCl (aq) 2. Ag2CrO4 (s) β 2Ag+(aq) + CrO42- (aq)
Cairan β Uap
Kc = [H
2O]
9
Jika volume ruangan diperbesar secara tiba-tiba dengan menarik
pengisap ke atas maka tekanan dalam ruangan menjadi kecil dan kesetimbangan akan terganggu. Akibatnya cairan akan menguap lebih cepat sampai keadaan setimbang lagi. Sebaliknya, jika volume ruangan
dipekecil dengan menekan pengisap ke bawah maka tekanan dalam ruangan bertambah besar. akibatnya uap cairan akan menguap lebih
cepat sampai keadaan setimbang lagi.
Seorang ahli kimia asal Perancis, Henry Louis Le Chatelier (1850-
1936 menyatakan bahwa:
Le Chatelier meneliti faktor tersebut ialah yang mempengaruhi reaksi kesetimbangan yaitu: perubahan konsentrasi, suhu, tekanan, volume dan katalis.
1. Perubahan Konsentrasi
Jika konsentrasi salah satu komponen diperbesar, maka reaksi sistem akan mengurangi komponen tersebut, sebaliknya jika salah satu komponen diperkecil maka akan menambah komponen tersebut. Keadaan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.
Jika sistem kesetimbangan mendapat aksi, maka sistem akan bereaksi untuk mengurangi gangguan tersebut melalui pergeseran kesetimbangan, baik ke arah produk reaksi (kanan) maupun ke arah pereaksi (kiri).
Menaikkan dan menurunkan konsentrasi pereaksi atau produk dapat mempengaruhi sistem kesetimbangan
10
Gambar 1.9. Siklus kesetimbangan pada konsentrasi
Jika konsentrasi pereaksi diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah produk reaksi (kanan) untuk mengurangi konsentrasi pereaksi sampai kesetimbangan baru dicapai. Sebaliknya jika konsentrasi pereaksi diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser kea rah pereaksi (kiri) untuk menaikkan konsentrasi pereaksi sampai tercapai kesetimbangan baru.
Jika konsentrasi produk diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pereaksi (kiri) untuk mengurangi konsentrasi produk reaksi sampai kesetimbangan dicapai. Sebaliknya jika konsentrasi diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah produk reaksi sampai tercapai kesetimbangan baru.
(Kuning) (tak berwarna) (merah) Jika ke dalam sistem ditambahkan ion
Fe3+ (konsentrasi ion Fe3+ diperbesar), kesetimbangan akan bergeser ke kanan, yang berakibat konsentrasi SCN- berkurang dan konsentrasi FeSCN2+
bertambah (ditandai dengan warna merah FeSCN2+ yang lebih tua).
Gambar 1.10. Larutan berwarna kuning, tak berwarna, dan merah
Perhatikan reaksi berikut: Fe3+ (aq) + SCN- (aq) β FeSCN2+ (aq)
11
Jika ke dalam sistem ion Fe3+ dikurangi (dengan menambahkan ion HPO42- yang berfungsi mengikat/ mengurangi ion Fe3+), kesetimbangan akan bergeser ke kiri, yang berakibat konsentrasi FeSCN2+ berkurang (ditandai dengan warna merah FeSCN2+
menjadi merah muda).
Pengenceran (penambahan pelarut cair seperti air) juga mempengaruhi pergeseran kesetimbangan, dalam hal ini pengenceran akan menurunkan konsentrasi zat-zat terlarut di dalamnya. Sesuai Azas Le Chatelier, kesetimbangan akan bergeser kearah total mol yang lebih besar untuk menaikkan konsentrasi zat-zat sampai kesetimbangan baru dicapai. Untuk pengenceran reaksi kesetimbangan:
Gambar 1.11. Siklus kesetimbangan total mol
Kesetimbangan akan bergeser ke kiri apabila total mol pereaksi (a + b) > total mol produk (c + d)
Kesetimbangan akan bergeser ke kanan apabila total mol produksi reaksi (c + d) >
total mol pereaksi (a + b)
Kesetimbangan tidak akan bergeser apabila total mol pereaksi (a + b) = total mol produk reaksi (c + d)
2. Perubahan suhu
Berdasarkan azas Le Chatelier:
Jika suhu sistem kesetimbangan dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang menyerap kalor (endoterm). ΞH= Positif
aA + bB β cC + dD
12
Jika suhu sistem kesetimbangan diturunkan, kesetimbanganakan bergeser ke arah reaksi melepaskan kalor (eksoterm). ΞH= Negatif
Gambar 1.12. Siklus kesetimbangan pada suhu
Pada reaksi kesetimbangan, apabila reaksi ke kanan meyerapa kalor (endoterm atau ΞH=
positif), maka reaksi ke kiri adalah reaksi melepaskan kalor (eksoterm atau ΞH=
negatif). Sebaliknya apabila reaksi ke kanan melepaskan kalor (eksoterm atau ΞH=
negatif), maka reaksi ke kiri adalah menyerap kalor (endoterm atau ΞH= positif).
3. Perubahan tekanan
Perubahan tekana bergantung pada jumlah molekul.
Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut !!!
Reaksi kesetimbangan ini menunjukkan bahwa:
Reaksi ke kanan: 1 mol gas N2 bereaksi dengan 3 mol gas H2 terbentuk 2 mol gas NH3
Reaksi ke kiri : 2 mol gas NH3 terurai menjadi 1 mol gas N2 dan 3 mol gas H2
Hasil percobaan menunjukkan pada tekanan dan suhu yang berbeda-beda, diperoleh gas NH3 seperti tabel 1.2. berikut ini.
Suhu ΜC Persentase hasil gas NH3 pada tekanan
10 atm 100 atm 200 atm 1000 atm
200 50,7 81,5 90,0 98,3
400 3,9 25,1 47,0 79,0
600 0,5 4,5 13,1 31,4
Dari tabel tersebut telihat bahwa pada suhu berapa pun, jika tekanan diperbesar, persentase hasil gas NH3 juga bertambah besar. Berarti kesetimbangan bergeser ke Endoterm
ΞH = +
Eksoterm ΞH = -
N2 (g) + 3H2 (g) β 2NH3
13
arah kanan, yaitu ke arah pembentukan NH3 (g). Sebaliknya jika tekanan diperkecil maka kesetimbangan bergeser ke kiri, yaitu ke arah N2 (g) dangas H2 (g).
Mengapa ????
Perhatikan jumlah mol zat kesetimbangan!!!
Kiri : jumlah mol= 1 mol N2 (g) + 3 mol H2 (g)= 4 mol Kanan : jumlah mol= 2 mol NH3 (g)= 2 mol
Jadi jumlah mol zat di kiri lebih besar dari jumlah mol zat di kanan Dari fakta tersebut bahwa:
Gambar 1.13. Suatu ilustrasi azas Le Chatelier yang menunjukkan bagaimana suatu kenaikan tekanan sebanyak sepuluh kalii (atas ke abwah) dapat mengubah kuantitas relatif pereaksi. Kenaikan tekanan menyukai reaksi menghasilkan molekul sedikit
4. Perubahan volume
Menurut azas Le Chatelier, bila volume sistem kesetimbangan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah ruas yang mempunyai jumlah partikel (koefisien) yang besar. sebaliknya, jika volume sistem diperkecil, maka kesetimbangan bergeser ke arah jumlah partikel yang kecil.
Bila tekanan pada kesetimbangan gas diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah mol yang lebih kecil. Sebaliknya bila tekanan gas diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah mol yang lebih besar.
14 5. Perubahan katalis
Katalis dapat menaikkan laju reaksi dengan cara menurunkan energi pengaktifan Ea, pada reaksi kesetimbangan, jika laju reaksi ke kanan meningkat dengan menggunakan katalis, maka laju reaksi ke kiri pun akan meningkat dengan nilai yang sama. Dengan kata lain, katalis mempercepat tercapainya kesetimbangan. Jadi, dapat disimpulkan bahwa katalis tidak mempengaruhi kesetimbangan. Akan tetapi, katalis mempengaruhi seberapa cepat kesetimbangan reaksi akan tercapai.
Gambar 1.15. Gambar grafik kesetimbangan dengan menggunakan katalis dan tanpa katalis
Pada reaksi kesetimbangan 2SO2 (g) + O2 (g) β 2SO2 (g) Kemanakah kesetimbangan akan bergeser, jika:
a. Tekanan diperbesar b. Tekanan diperkecil
15 TETAPAN KESETIMBANGAN TEKANAN PARSIAL (KP)
Jika zat-zat yang berada dalam keadaan setimbang semuanya berwujud gas maka tetapan kesetimbangan dapat dihitung dnegan 2 cara, yaitu berdasarkan konsentrasi (molaritas) dan tekanan parsial dari zat-zat berwujud gas. Tetapan kesetimbangan yang dihitung berdasarkan tekanan parsial diberi simbol Kp.
Dalam ruang 2 liter terdapat 5 mol gas amonia (NH3) yang terurai sesuai reaksi:
2NH3(g) β N2(g) + 3H2(g) Pada keadaan setimbang terdapat 2 mol NH3. Jika tekanan total 2 atm, tentukan harga Kp reaksi tersebut !
Jawab :
Persamaan reaksi : 2NH3(g) β N2(g) + 3H2(g) Mula-mula : 5 mol
Terurai : 3 mol
Setimbang : 2 mol 1,5 mol 4,5 mol
PNH3 = 2 πππ
8 πππ x 2 atm = 0,5 atm PN2 = 1,5 πππ
8 πππ x 2 atm = 0,375 atm PH2 = 5 πππ
8 πππ x 2 atm = 1,125 atm Kp = pN2/(pH2)3 (pNH3)2
Kp = (0,375)(1,125)3 (0,5)2 Kp = 2,135
Tetapan kesetimbangan tetapan gas dinyatakan sebagai hasil kali tekanan parsial gas β gas hasil reaksi dibagi dengan hasil kali tekanan parsial gas-gas pereaksi, masing-masing tekanan parsial gas dipangkatkan koefisiennya. Menurut persamaan reaksi:
Maka Kp = (PC)c(PD)d / (PA)a(PB)b
aA + bB β cC + dD
16
Dengan: Kp = Tetapan kesetimbangan tekanan gas
Untuk suatu sistem reaksi yang melibatkan campuran gas-gas, maka tekanan total sistem (Ptotal) merupakan jumlah dari tekanan parsial masing-masing gas (Pparsial)
HUBUNGAN KC DAN KP
Untuk gas ideal berlaku rumus atau
Keterangan:
R = tetapan gas ideal (0,082 atm/mol K) T = suhu (K)
Ξn = selisih jumlah koefisien zat di kanan dengan jumlah koefisien zat di kiri
REAKSI KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI
Reaksi kesetimbangan dapat diterapkan dalam proses produksi, khususnya industri bahan-bahan kimia. Misalnya pada pembuatan amonia dengan proses Haber-Bosch dan pembuatan asam sulfat dengan proses kontak.
1. Pembuatan Amonia (NH3)
Seorang ahli kimia Jerman, Fritz Haber (1868-1934) menemukan proses pembuatan ammonia dari gas N2 dari udara di laboratorium pada tahun 1918.
Sedangkan proses pembuatan ammonia skala besar di industri ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia asal Jerman.
PV = n R T P= ππΉπ»
π½ Kp = Kc (R.T) Ξn
P total = Ξ£ (P parsial masing-masing gas)
Besarnya P parsial suatu gas dalam campuran gas- gas dapat dihitung:
Pparsial = Tekanan parsial gas A (atm)
= πππ π¨
πππ πππππ x Ptotal
17
Gambar 1.16. Fritz Haber penemu proses pembuatan ammonia di laboratorium
Proses penemuan ammonia diawali dari kebutuhan Jerman akan pupuk dan bahan peledak menjelang perang dunia kedua. Biasanya pupuk dan bahan peledak ini diimpor dari Amerika Selatan, karena kondisi perang impor terhenti. Hal ini
membuat para ahli melakukan penelitian bagaimana memanfaatkan gas nitrogen dari udara menjadi senyawa ammonia yang bermanfaat.
Pada tahun 1909 Fritz Haber, melakukan percobaan pembuatan amonia di laboratorium menghasilkan 100 gram ammonia.
Proses Haber-Bosch adalah proses pembuatan ammonia di industry dengan menggunakan gas N2 dari udara dan gas H2 dari gas alam (metana).
Gambar 1.17. Skema pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch
18
Proses Haber -Bosch pengambilan NH3 dilakukan dengan cara pengambilan campuran gas NH3, N2, dan H2 serta memisahkan NH3 dari N2 dan H2 berdasarkan perbedaan titik didihnya NH3 cair (Tb =33 ΜC) diambil sebagai produk akhir sedangkan gas N2 (Tb=196 ΜC) dan gas H2 (Tb =-253 ΜC) didaur ulang untuk optimasi proses .
Gas N2 dari udara dan gas H2
dialirkan ke dalam reaktor baja yang diisi katalis serbuk besi (Fe) dengan campuran aluminium oksida, kalium hidroksida, dan garam lainnya. Hasil reaksi NH3 (g) disertai N2 (g) dan H2
(g) dialirkan ke suatu alat yang dilengkapi dengan kondensor untuk didinginkan. Selanjutnya di dalam
industri, pengambilan produk NH3
secara terus-menerus akan semakin menggeser kesetimbangan ke kanan.
Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa reaksi pada dasrnya berkesudahan. Untuk menghargai upaya Haber-Bosch tersebut, maka proses sintesis NH3, N2 dan H2 dikenal sebagai Proses Haber-Bosch.
2. Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak
Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar adalah dengan proses kontak. Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan melalui proses berikut.
a. Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan gas belerang dioksida.
S(s) + O2(g) β SO2(g)
b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida.
SO2(g) + Β½ O2(g) β SO3(g)
Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu Β± 450 Β°C. c. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.
SO3(g) + H2O(l)β H2SO4(aq)
19 c. Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan asam sulfat yang sangat korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO3 dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat aliran H2SO4 pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat (H2S2O7) atau disebut βoleumβ. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sampai menghasilkan asam sulfat.
SO3(g) + H2SO4(g) β H2S2O7(aq) H2S2O7(aq) + H2O(l )β 2H2SO4(l)
Gambar 1.18. Proses pembuatan asam sulfat
Beberapa manfaat asam sulfat adalah untuk pembuatan pupuk, di antaranya pupuk superfosfat, detergen, cat kuku, cat warna, fiber, plastik, industri logam, dan pengisi aki.
Asam sulfat kuat 93% sampai dengan 99% digunakan untuk pembuatan berbagai bahan kimia nitrogen, sintesis fenol,
pemulihan asam lemak dalam pembuatan sabun, pembuatan asam fosfat dan tripel superfosfat. Oleum (H2S2O7) digunakan dalam pengolahan
minyak bumi, TNT
(trinitrotoluena), dan zat
warna serta untuk
memperkuat asam lemah.
20
DAFTAR PUSTAKA
Elly Marwati. (2018). Mempertahankan Kualitas Produk Bahan dan Optimalisasi Produk Pada Reaksi Kimia Melalui Pengendalian Laju Reaksi, Kimia Paket C Setara SMA/MA Kelas XI. Jakarta.
Erti Suherti, dkk. (2016). Paket Keahlian Kimia Kesehatan Sekolah Menengah Kujuruan (SMK). Jakarta.
Encyclopedia of Britannica. (2011). Encyclopedia Britannica Referrence Suite.
Chicago: USA.
Google Corp, DKE. (2003). Encyclopedia Dorling Kindersley Limited. New York:
USA.
Keenan, Kleinfelter, dkk. (1999). Kimia Untuk Universitas. Erlangga: Jakarta.
