MateriEmpat : KESETIMBANGAN KIMIA
Kompetensi : • Mampumenginterpretasikandanmeramalkanhasilpenerapankonsepnyauntukmemahamikonsepkesetimbangankimiadanfaktor yang mempengaruhisertapenggunaannyadalamindustri.
Pengantar : • Pernahkah anda sakit gigi? Sakit gigi biasanya disebabkan oleh makanan yang asam maupun manis. Untuk merawat dianjurkan menggosok gigi sehari dua kali dengan menggunakan pasta gigi berflourida. Mengapa makanan manis dan asam menyebabkan sakit gigi dan mengapa pula pasta gigi berflourida dapat merawat kesehatan gigi? Pertanyaan ini akan terjawab setelah mempelajari kesetimbangan kimia.
Materi: • KesetimbanganDalamKehidupanSehari-hari • KeadaanKesetimbangan • PergeseranKesetimbangan • HukumKesetimbangan • SistemKesetimbanganDalamIndustri
A. Kesetimbangan Dalam Kehidupan Sehari-hari • Banyak peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan proses kesetimbangan. Contohnya : • Perubahan wujud cair • Reaksi kesetimbangan dalam tubuh • Reaksi kesetimbangan dalam mulut
B. Keadaan Kesetimbangan • ReaksiUmum : mA + nBpC + qD • Pembentukanzatdiruaskanan (reaksimaju) selaludisertaipembentukankembalizatdiruaskiri (reaksibalik). • Reaksiterusberlangsungduaarah. • Artikesetimbangan : kecepatanreaksikekanansamadengankecepatanreaksikekiri • Padakeadaansetimbangkonsentrasizatbaikruaskirimaupunkananberadadalamkeadaantetap.
Lanjutan B • Hubungankonsentrasizatpadakeadaansetimbang : mA + nBpC + qDmaka K = [C]p [D]q [A]m [B]n Keterangan : K = tetapankesetimbangan [A] = konsentrasi A padakesetimbangan = mol / volume (lt) [B] = konsentrasi B padakesetimbangan = mol / volume (lt) [C] = konsentrasi C padakesetimbangan = mol / volume (lt) [D] = konsentrasiDpadakesetimbangan = mol / volume (lt)
Lanjutan B • Harga K (kesetimbangan) menunjukkanbanyaknyahasilreaksi (zatruaskanan) yang dapatterbentukpadasuatureaksikesetimbangan. • Harga K besarartinyabahwazatruaskananbanyakterbentuk. • Harga K kecilartinyazatdiruaskirisedikitterurai.
C. Pergeseran Kesetimbangan • Perubahan Konsentrasi • Perubahan suhu • Perubahan tekanan • Peranan Katalisator
1. Perubahan Konsentrasi • Reaksi : A + B C • Bila A ditambahartinyakonsentrasinyadiperbesar, sehingga “jikadiberi, diaakanmemberi” makaterjadipergeserankekanansehingga C banyak. • Bila B diambil (dipisah) artinyamemperkecilkonsentrasi B sehingga “jikadiambil , diaakanmengambil” makareaksibergeserkekirisehingga C berkurang.
Lanjutan 1. • Jika salah satu zat konsentrasinya diperbesar (ditambah), maka reaksi bergeser dari arah zat tersebut. • Jika salah satu zat konsentrasinya diperkecil (dikurangi), maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.
2. Perubahan Suhu • Jikasuhudinaikkan (menambahataumemberikankalor) makareaksiakanbergeserkearahkiriyaituarahreaksi yang endoterm (membutuhkan). • Jikasuhuditurunkan(kalordikurangi), makareaksiakanbergeserkearahkananyaituarahreaksi yang eksoterm(mengeluarkan). • Misal : 2 NH3 N2 + 3 H2 ΔH = +92 Kj Jikasuhudinaikkanreaksibergeserkekanan (NH3 banyakterurai), jikasuhuditurunkanakanbergeserkekiri.
3. Perubahan tekanan • Perubahantekananhanyaberpengaruhuntuk gas. • Fasepadatdancairpengaruhtekanandiabaikan. • Sesuaihukum Boyle maka : • Jikatekanandiperbesar (volume diperkecil) makareaksibergeserkearahjumlah mol gas yang terkecil. • Jikatekanandiperkecil (volume diperbesar) makareaksibergeserkearahjumlah mol gas yang terbesar. • Karenakoefisienreaksimenyatakanperbandingan mol ,makacukupmemperhatikanjumlahkoefisien gas padamasing-masingruas.
4. Peranan Katalisator • Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat reaksi tapi tidak ikut bereaksi. • Sesuai dengan fungsinya mempercepat reaksi maka akan mempercepar tercapainya proses kesetimbangan, dengan cara mempercepat reaksi maju dan reaksi balik sama besar. • Fungsi katalisator pada awal reaksi (sebelum kesetimbangan tercapai). • Jika kecepatan reaksi maju = kecepatan reaksi balik maka katalis berhenti berfungsi.
D. Hukum Kesetimbangan • Ketentukan yang harusdiperhatikan : • Janganmenggunakanhukumaksimassasebelummenghitungkonsentrasimasing-masingzatpadakesetimbangan. • Konsentrasizatselaludalamsatuan molar (mol / lt) sehinggajanganlupaperhatikan volume. • Zatruaskiriberlakuhubungan : zatpadasaatsetimbang = zatmula=mula – zat yang terurai.
Lanjutan D • Zatruaskananberlakuhubungan : zatpadasaatsetimbangan = zat yang terbentukdarizatruaskiri yang terurai. • Koefisienreaksikesetimbanganmenyatakanperbandingan mol zatruaskiri yang teruraiserta mol zatruaskanan yang terbentukpadasaatsetimbang.
Cara penyelesaian praktis soal kesetimbangan • mA + nBpC + qD • Mulamula : e f • Terurai : g h • Setimbang : i j k l • Keterangan : • e = mol A mula-mula • f= mol B mula-mula • g = mol A yang terurai • h= mol B yang terurai • i= mol A padakesetimbangan = e – g • j= mol B padakesetimbangan = f – h • k = mol C padakesetimbangan = (C yang terbentuk) • l = mol D padakesetimbangan = (D yang terbentuk)
Lanjutan cara penyelesaian soal: • Karena C dan D yang dihasilkan berasal dari A dan B yang terurai, maka harga g, h, k, l harus sesuai dengan perbandingan koefisien. • g : h : k : l = m : n : p : q ini dinamakan hubungan tanda panah bengkok yang disebut angka jalur koefisien.
Lanjutan cara penyelesaian soal: • Urutan penyelesaian soal : • Masukkan mol yang tercantum di soal dalam tabel. • Lengkapi angka jalur keofisien, berdasarkan perbandingan koefisien. • Lengkapi mol pada kesetimbangan (baris paling bawah tabel) • Mol pada kesetimbangan masing-masing dibagi dengan volume untuk memperoleh konsentrasi masing-masing zat (mol/lt) • Gunakan rumus tetapan kesetimbangan (K).
E. Sistem Kesetimbangan Dalam Industri • Proses Haber – Bosch : • Merupakanproses yang sangatpentingdalamindustrikimiakarenaamoniakmerupakanbahanutamadalampembuatanberbagaibarangmisal : pupuk urea, asamnitrat, dansenyawa nitrogen. • Bisadipakaisebagaipelarutkarenakepolaranamoniakcairhampirmenyamaikepolaran air.
ProsesKontak : • Adalahprosespembuatanasamsulfatsecarabesar-besaran. Digunakanuntukpembuatanpupukamoniumsulfat, padaprosespemurnianminyaktanah, padaindustribajauntukmenghilangkan karat besisebelumbajanyadilapisitimahatauseng, padapembuatanzatwarna, obat-obatan, padaprosespemurnianlogamdengancaraelektrolisa, padaindustritekstildll.
Padaproseskontakbahan yang dipakaiadalahbelerangmurni yang dibakardiudara : S + O2 SO2 • SO2 yang terbentukdioksidasidiudaradenganmemakaikatalisator : 2 SO2 + O2 2SO3 + 45 kkal • Katalis yang dipakaiadalah vanadium penta-oksida (V2O5). • Makin rendahsuhunyamakamakinbanyak SO3 yang dihasilkan, tapireaksi yang berjalanlambat.
Dengan memperhitungkan faktor waktu dan hasil dipilih suhu 400oC dengan hasil kurang lebih 98%. • Karena SO3 sukar larut dalam air maka dilarutkan H2SO4 pekat. • SO3 + H2SO4 H2S2O7 (asam pirosulfat) • H2S2O7 + H2O 2 H2SO4
Contoh soal : • 0,1 mol HI dimasukkandalamtabung 1 ltdanteruraisesuaireaksi : 2HI H2 + I2. Jika I2 yang terbentukadalah 0,02 mol, berapaharga K? 2. Tetapankesetimbanganuntukreaksi : A + 2B AB2adalah 0,25. Berapajumlah mol A yang harusdicampurkanpada 4 mol B dalam volume 5 lt agar menghasilkan 1 mol AB2.
Jawaban no 1. 2 HI H2 + I2 Mula-mula : 0,1 Terurai : 2 x 0,02 = 0,04 Setimbang : 0,1-0,04=0,06 0,02 0,02 [HI] = mol / lt = 0,06 / 1 lt = 0,06 [H2] = mol / lt = 0,02 / 1 lt = 0,02 [I2] = mol / lt = 0,02 / 1 lt = 0,02 K = [H2] [I2] = 0,02 x 0,02 = 1,1 x 10 -1 [HI]2 (0,06)2
Jawaban no.2 • Misal mol A mula-mula = x mol • A + 2B AB2 Mula-mula : x 4 Terurai : 1 2 Setimbang : x-1 4-2 = 2 1 [AB2] = mol / lt = 1 / 5 lt = 1/5 [A] = mol / lt = x-1 / 5 lt = (x-1)/5 [2B] = mol / lt = 2 / 5 lt = 2/5 K = [AB2] ¼ = 1/5 x = 26 [A] [B]2 (x-1)/5 (2/5)2
Soal-soal : • Tetapan kesetimbangan untuk reaksi : 2HBr H2 + Br2 adalah ½ . Hitunglah mol H2 yang dihasilkan jika 2 mol HBr dimasukkan dalam tabung 2 liter. • 1 mol A dan 1 mol B direaksikan dalam tabung 1 liter, sesuai dengan reaksi A + B C + D ternyata pada saat setimbang diperoleh 0,33 mol A. Berapa harga K?
Soal-soal : • Tetapan kesetimbangan CO + H2O CO2 + H2 adalah 0,1. Berapa jumlah mol CO yang harus dicampurkan pada 3 mol H2O dalam volume 1 liter agar menghasilkan 2 mol H2. • Sebutkan contoh peristiwa kesetimbangan kimia dalam kehidupan sehari- hari!. • Mengapa asap rokok berbahaya ?
Kesimpulan : • Reaksi HCl + NaOH NaCl + H2O berlangsung sempurna dari kiri ke kanan. NaCl dan H2O yang terbentuk tidak dapat bereaksi kembali untuk menghasilkan HCl dan NaOH. Ini dinamakan reaksi berkesudahan atau irreversible (tidak dapat balik lagi) yaitu suatu reaksi dinama zat di ruas kanan tidak dapat bereaksi kembali untuk membentuk zat diruas kiri.
Reaksi N2 + 3H2 2NH3 akan terurai kembali menjadi 2NH3 N2 + 3H2 ini dinamakan reaksi kesetimbangan atau reaksi reversible (dapat balik) yaitu reaksi dimana zat –zat diruas kanan dapat bereaksi atau terurai kembali membentuk zat di ruas kiri. • Reaksi ke arah kanan disebut reaksi maju dan ke ruas kiri disebut reaksi balik.
