Kesetimbangan Kimia

Semoga Dapat Memberikan manfaat buat kalian semua yang membacanya

Jangan lupa untuk meninggalkan comment ya

Atau apabila ada pertanyaan seputar mata pelajaran kimia dapat menghubungi Fb saya atau lewat menu “Pertanyaan”.

Terima Kasih ^_^

 

Tujuan Pembelajaran:

Setelah mempelajari bab ini, Anda diharapakan mampu:

  1. Menjelaskan reaksi kesetimbangan dan keadaan setimbang.
  2. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan.
  3. Menentukan harga tetapan kesetimbangan (Kc).
  4. Menentukan harga tetapan kesetimbangan parsial gas (Kp).
  5. Menjelaskan hubungan antara Kc dan Kp.
  6. Menjelaskan penerapan kesetimbangan kimia pada bidang industri.

Keadaan Kesetimbangan

Reaksi yang dapat berlangsung dalam dua arah disebut reaksi dapat balik (reversibel). Apabila dalam suatu reaksi kimia, kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri, maka reaksi dikatakan dalam keadaan setimbang. Secara umum, reaksi kesetimbangan dapat dinyatakan sebagai:

fgh

Ada dua macam sistem kesetimbangan, yaitu kesetimbangan dalam sistem homogen dan kesetimbangan dalam sistem heterogen.

A. Kesetimbangan dalam Sistem Homogen

1. Kesetimbangan dalam sistem gas–gas

sert

2. Kesetimbangan dalam sistem larutan–larutan

ftt

B. Kesetimbangan dalam Sistem Heterogen

1. Kesetimbangan dalam sistem padat–gas

fgr

2. Kesetimbangan dalam sistem padat–larutan

trt

3. Kesetimbangan dalam sistem larutan–padat–gas

dg

Pergeseran Kesetimbangan

Apakah yang akan terjadi bila simpanan air di bumi habis? Penggundulan

hutan karena pohon-pohon ditebang untuk diambil kayunya atau membuka lahan untuk ladang. Tidak ada simpanan air tanah. Siklus air menjadi terganggu, sehingga sistem kesetimbangan air di alam juga akan terganggu. Kalau ada pengaruh dari luar, sistem kesetimbangan akan mengadakan aksi untuk mengurangi pengaruh atau gangguan tersebut. Asas Le Chatelier menyatakan: “Bila pada sistem kesetimbangan diadakan aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa, sehingga pengaruh aksi itu menjadi sekecil-kecilnya”.

Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran kesetimbangan (Martin S. Silberberg, 2000). Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi pergeseran kesetimbangan adalah:

1. perubahan konsentrasi salah satu zat

2. perubahan volume atau tekanan

3. perubahan suhu

A. Perubahan Konsentrasi

Apabila dalam sistem kesetimbangan homogen, konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dari zat tersebut. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak zat tersebut. Bila zat diencerkan dengan menambah air pada sistem, maka kesetimbangan bergeser pada jumlah molekul terbanyak.

df

fh

. Perubahan Volume atau Tekanan

Jika dalam suatu sistem kesetimbangan dilakukan aksi yang menyebabkan perubahan volume (bersamaan dengan perubahan tekanan), maka dalam sistem akan mengadakan reaksi berupa pergeseran kesetimbangan sebagai berikut.

  1. Jika tekanan diperbesar (volume diperkecil), maka kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi kecil.
  2. Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar), maka kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi besar.

de

C. Perubahan suhu

Menurut Van’t Hoff:

  1. Bila pada sistem kesetimbangan suhu dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).
  2. Bila pada sistem kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm).

ft

(reaksi ke kanan eksoterm)

Reaksi ke kanan eksoterm berarti reaksi ke kiri endoterm.

_       Jika pada reaksi kesetimbangan tersebut suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (ke arah endoterm atau yang membutuhkan kalor).

_       Jika pada reaksi kesetimbangan tersebut suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (ke arah eksoterm).

D. Pengaruh Katalisator terhadap Kesetimbangan

Fungsi katalisator dalam reaksi kesetimbangan adalah mempercepat tercapainya kesetimbangan dan tidak merubah letak kesetimbangan (harga tetapan kesetimbangan Kc tetap). Hal ini disebabkan katalisator mempercepat reaksi ke kanan dan ke kiri sama besar.

 

Tetapan Kesetimbangan

Menurut Cato Guldberg dan Waage, pada suhu tetap, harga tetapan kesetimbangan akan tetap. Hukum Cato Guldberg dan Waage berbunyi: “Dalam keadaan kesetimbangan pada suhu tetap, maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi pereaksi yang sisa di mana masing – masing konsentrasi itu dipangkatkan dengan koefisien reaksinya adalah tetap.”

 

A. Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi

Pernyataan tersebut juga dikenal sebagai hukum kesetimbangan. Untuk reaksi kesetimbangan:

fgh

maka:

sd

dr

B. Menentukan Harga Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc)

hy

sw

aw

xz

C. Derajat Disosiasi

Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana. Derajat disosiasi adalah perbandingan antara jumlah mol yang terurai dengan jumlah mol mula-mula.

aq

Contoh:

Gas amonia mengalami disosiasi menurut persamaan reaksi:

sf

Besarnya nilai derajat disosiasi (α) adalah:

cx

Harga derajat disosiasi terletak antara 0 dan 1, jika:

• α = 0 berarti tidak terjadi penguraian

• α = 1 berarti terjadi penguraian sempurna

• 0 < α < 1 berarti disosiasi pada reaksi setimbang (disosiasi sebagian).

cz

vc

ki

D. Tetapan Kesetimbangan Parsial Gas

Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan gas dinyatakan dengan notasi Kp, yaitu hasil kali tekanan parsial gas-gas hasil reaksi dibagi dengan hasil kali tekanan parsial gas-gas pereaksi, masing-masing tekanan parsial gas dipangkatkan koefisiennya menurut persamaan reaksi. Menurut persamaan reaksi:

jl

ko

ty

rt

 

E. Hubungan antara Harga Kc dengan Kp

Hubungan antara Kc dengan Kp dapat ditentukan berdasarkan rumus:

 

PV = nRT

gt

bn

bh

Kesetimbangan dalam Industri

Proses produksi zat-zat pada industri, khususnya industri bahan-bahan kimia, ada yang menggunakan reaksi kesetimbangan. Misalnya pada pembuatan amonia dan pembuatan asam sulfat. Pada proses industri bahan-bahan kimia dihadapkan pada masalah bagaimana mendapatkan hasil sebanyak-banyaknya sekaligus berkualitas tinggi, namun menggunakan proses yang efektif, efisien, dan biaya yang tidak terlalu besar.

 

A. Pembuatan Amonia dengan Proses Haber-Bosch

Unsur nitrogen terdapat di atmosfer dan menyusun sebanyak 78% dari volumenya, tetapi karena kelembaman nitrogen, senyawa-senyawa nitrogen tidak banyak terdapat di alam. Metode untuk menyintesis senyawa-senyawa nitrogen yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode utama adalah mereaksikan nitrogen dan

hidrogen membentuk amonia. Amonia selanjutnya diubah menjadi senyawa nitrogen lainnya, seperti asam nitrat dan garam nitrat. Pupuk urea (CO(NH2)2)

merupakan bahan kimia yang terbentuk melalui reaksi NH3 dengan CO2. Amonia juga digunakan dalam pembuatan bermacam-macam monomer yang mengandung nitrogen untuk industri nilon, polimer-polimer akrilat, dan busa poliutretan. Amonia juga digunakan dalam industri farmasi, macam-macam bahan organik, anorganik, detergen dan larutan pembersih, pupuk, dan bahan peledak (TNT atau trinitrotoluena).

Dasar teori dari reaksi sintesis amonia dan uji laboratorisnya merupakan penelitian Fritz Haber (1908). Usaha pengembangan proses Haber menjadi proses besar-besaran. Usaha tersebut merupakan tantangan bagi insinyur – insinyur kimia pada saat itu. Hal ini karena metode tersebut mensyaratkan reaksi kimia dalam fasa gas pada suhu dan tekanan tinggi dengan katalis yang sesuai. Pekerjaan ini dipimpin oleh Carl Bosch di Badishe Anilin and Soda Fabrik (BASF). Pada tahun 1913, pabrik beroperasi dengan produksi 30.000 kg NH3 per hari. Pabrik amonia modern saat ini mempunyai kapasitas 50 kali lebih besar. Beberapa data relevan mengenai reaksi sintesis amonia adalah:

bt

Untuk setiap 1 mol gas nitrogen dan 3 mol gas hidrogen dihasilkan 2 mol gas amonia. Peningkatan tekanan menyebabkan campuran reaksi bervolume kecil dan menyebabkan terjadinya reaksi yang menghasilkan amonia lebih besar. Reaksi ke kanan bersifat eksoterm. Reaksi eksoterm lebih baik terjadi jika suhu diturunkan, sehingga reaksi bergeser ke kanan menghasilkan amonia makin besar. Jadi kondisi optimum untuk produksi NH3 adalah tekanan tinggi dan suhu rendah. Tetapi, keadaan optimum ini tidak mengatasi masalah laju reaksi. Sekalipun produksi kesetimbangan NH3 lebih baik terjadi pada suhu rendah, namun laju pembentukannya sangat lambat, sehingga reaksi ini tidak

layak. Salah satu cara untuk meningkatkan reaksi adalah dengan menggunakan katalis. Walaupun tidak mempengaruhi kesetimbangan, namun katalis dapat mempercepat reaksi. Keadaan reaksi yang biasa dilakukan dalam proses Haber– Bosch adalah pada suhu 550 °C, tekanan dari 150 sampai dengan 500 atm, dan

katalis biasanya besi dengan campuran Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Cara lain

untuk meningkatkan laju produksi NH3 adalah memindahkan NH3 dengan segera setelah terbentuk.

Titik didih gas NH3 lebih tinggi daripada titik didih nitrogen dan hidrogen. Proses selanjutnya, gas amonia didinginkan sehingga mencair. Gas nitrogen dan gas hidrogen yang belum bereaksi dan gas amonia yang tidak mencair kemudian diresirkulasi, dicampur dengan gas nitrogen dan hidrogen, kemudian dialirkan kembali ke dalam tangki.

Sumber: Kimia Dasar, Prinsip dan Terapan Modern, Jilid 2, Ralph H. Petrucci, 1996.

 

B. 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.

br

b. Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida.

bc

Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis vanadium pentaoksida (V2O5) pada suhu ± 450 °C.

c. SO3 yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.

bs

d. 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 “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sampai menghasilkan asam sulfat.

rh

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.

Berikut ini adalah diagram alir pabrik asam sulfat kontak yang menggunakan pembakaran belerang dan absorpsi tunggal dengan injeksi udara (pengenceran) antartahap.

cd

Sumber      :

Buku Kimia 3 Untuk SMA/MA Kelas XII Program Ilmu Alam Dengan Penulis Budi Utami, Agung Nugroho Catur Saputro, Lina Mahardiani,  Sri Yamtinah,dan Bakti Mulyani.

1 Comment

One thought on “Kesetimbangan Kimia

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s