Friday, June 28, 2013

Hubungan Kuantitatif Antara Pereaksi Dan Hasil Reaksi, Tetapan Kesetimbangan Berdasarkan Konsentrasi, Kc, Parsial, Derajat Disosiasi, Contoh Soal, Rumus, Kimia

Hubungan Kuantitatif Antara Pereaksi Dan Hasil Reaksi, Tetapan Kesetimbangan Berdasarkan Konsentrasi, Kc, Parsial, Derajat Disosiasi, Contoh Soal, Rumus, Kimia - Pada materi sebelumnya, kalian telah mengetahui bahwa pada suhu tetap terdapat hubungan antara konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi terhadap tetapan kesetimbangan (K). Kalian akan mengetahui harga tetapan kesetimbangan dengan memahami uraian berikut. (Baca juga : Kesetimbangan Kimia)


Harga K berdasarkan konsentrasi dinyatakan dengan Kc. Rumusan Kc tergantung pada wujud zat dalam kesetimbangan reaksi. Nah, bagaimana cara menentukan harga Kc secara kuantitatif, jika diketahui konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi? Kalian tentu masih ingat bahwa Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc) adalah hasil perkalian konsentrasi hasil reaksi dibagi perkalian konsentrasi pereaksi yang masing-masing dipangkatkan koefisiennya.

Sebelum kalian menentukan harga Kc dari suatu reaksi, simaklah aturan-aturan berikut.

a. Harga Kc bisa ditentukan setelah konsentrasi zat-zat dalam kesetimbangan diketahui.
b. Konsentrasi zat-zat selalu tertulis dalam satuan molar (mol L-1). Oleh karena itu, perhatikan volume tiap-tiap zat.
c. Untuk zat-zat di ruas kiri berlaku hubungan sebagai berikut.

Zat pada kesetimbangan = zat mula-mula – zat yang bereaksi

Sedangkan untuk zat-zat di ruas kanan berlaku hubungan sebagai berikut.

Zat pada kesetimbangan = zat yang bereaksi pada ruas kiri (zat mula-mula biasanya tidak ada).

d. Perbandingan mol pada kesetimbangan disesuaikan dengan koefisien tiap-tiap zat.

Perhatikan tabel berikut, agar kalian semakin memahami cara perhitungan harga K pada tiap-tiap reaksi kimia.


mA + nB D pC + qD
Mula-mula
a
b


Bereaksi
c
d
e
e
setimbang
g
h
f
f

a = mol zat A mula-mula
b = mol zat B mula-mula
c = mol zat A yang bereaksi (terurai)
d = mol zat B yang bereaksi
e = mol zat C yang terbentuk (sama dengan pada saat kesetimbangan)
f = mol zat D yang terbentuk (sama dengan pada saat kesetimbangan)
g = a – c = mol zat A pada kesetimbangan
h = b – d = mol zat B pada kesetimbangan

Perbandingan c : d : e : f sesuai dengan perbandingan m : n : p : q, sehingga harga c, d, e, dan f disebut jalur koefisien.

Dalam menyelesaikan soal kesetimbangan menggunakan tabel di atas, perhatikan urutan langkah-langkah berikut.
  1. Masukkan mol zat yang diketahui dalam soal ke dalam tabel.
  2. Lengkapi jalur koefisien berdasarkan perbandingan koefisien (baris ke dua).
  3. Lengkapi mol zat-zat pada kesetimbangan (baris paling bawah).
  4. Mol zat-zat pada kesetimbangan dibagi volume tiap-tiap zat untuk memperoleh konsentrasi dalam molar.
  5. Gunakan rumus Kc.
Contoh Soal (1) :

0,2 mol HI dimasukkan dalam labu 1 liter dan terurai menjadi H2 dan I2. Reaksi yang terjadi adalah :


2HI(g) D H2(g) + I2(g)
Mula-mula
0,2


Terurai
0,04
0,02
0,02
Setimbang
0,2 - 0,04
0,02
0,02

= 0,06



Jika I2 yang terbentuk adalah 0,02 mol, hitunglah tetapan kesetimbangan reaksi.

Penyelesaian :

Diketahui : 

Mol HI mula-mula = 0,2 mol
Mol I2 terbentuk = 0,02 mol
Volume = 1 liter

Ditanyakan : 

Harga Kc = ....?

Jawaban :

2HI(g) D H2(g) + I2(g)

Kc =  =  =  = 0,111

Jadi, harga Kc = 0,111

Contoh Soal (2) :

Dalam ruangan 5 liter, terjadi suatu reaksi sebagai berikut.

A + 2B D AB2

Jika diketahui tetapan kesetimbangan reaksi adalah ¼, berapa jumlah mol A yang harus dicampurkan dengan 4 mol B, agar menghasilkan 1 mol AB2 ?

Jawaban : 

Kita misalkan mol A mula-mula = x


A + 2B D AB2
Mula-mula
x
4

Bereaksi
1
2
1
setimbang
x-1
4 - 2 = 2
1

Konsentrasi zat-zat dalam setimbang :

[A] =  M
[B] =  M
[AB2] =  M

Dengan demikian, 

Kc = 
1/4 = 
x - 1 = 25
x = 26

Jadi, jumlah mol A yang harus dicampurkan adalah 26 mol.


Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan (Kp) adalah hasil perkalian tekanan parsial gas-gas hasil reaksi dibagi perkalian tekanan parsial gas-gas pereaksi yang masing-masing dipangkatkan koefisiennya. Agar kalian lebih mudah memahami pengertian tetapan kesetimbangan parsial (Kp), perhatikan reaksi berikut.

mA(g) + nB(g) D pC(g) + qD(g)

Pada saat sctimbang, gas A, B, C, dan D bcrcampur dalam satu ruang tertentu dan menimbulkan tekanan yang disebut tekanan total dari campuran gas-gas tersebut. Sedangkan jika di dalam sebuah ruangan hanya terdapat satu gas dan menimbulkan tekanan, maka disebut tekanan parsial. Dengan demikian, jika tekanan total adalah P dan tekanan gas adalah PA, PB, PC, dan PD, maka P = PA + PB + PC + PD.

Tekanan parsial berbanding lurus dengan jumlah mol tiap gas, sehingga tekanan parsial suatu gas dapat ditentukan dengan rumus berikut.

Tekanan gas parsial =  x tekanan total

Sedangkan rumusan Kp untuk reaksi di atas yaitu :

Kp = 

Lalu, adakah hubungan antara Kp dengan Kc ? Harga Kp dan Kc suatu kesetimbangan tidak selalu sama, tetapi saling berhubungan. Maksudnya, jika konsentrasi dan tekanan parsial salah satu gas diketahui, maka gas yang lain dapat dihitung. Marilah kita lihat hubungan antara Kp dengan Kc pada uraian berikut.

mA(g) + nB(g) D pC(g) + qD(g)
rumus Kp dengan Kc
Masih ingatkah kalian dengan persamaan gas ideal, PV = nRT? Jika penentuan harga Kp dan Kc di hubungkan dengan persamaan gas ideal, maka :

n/v = P/RT , dimana n/v adalah konsentrasi zat

Jadi, konsentrasi tiap-tiap zat dalam kesetimbangan adalah sebagai berikut.
konsentrasi tiap-tiap zat dalam kesetimbangan
Keterangan :

ng : jumlah koefisien ruas kanan – ruas kiri
R : tetapan Rydberg ( 0,082 atm mol-1 K-1)
T : suhu (Kelvin)

Contoh Soal (3) :

Perhatikan reaksi berikut.

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

Pada suhu 25 °C, harga Kp = 6,02.105. Tentukan harga Kc pada suhu tersebut.

Pembahasan :

Diketahui : Harga Kp = 6,02 .105
Ditanyakan : Harga Kc = .....?

Jawaban :

ng = 2 – 4 = -2 T = 25 + 273 = 298 K
Kp = Kc (RT)∆ng

Kc =  =  = 3,6 . 10-8

Jadi, harga Kc adalah 3,6 . 10-8.

Dalam ruangan bertekanan 2 atm terdapat 0,1 mol gas A, 0,15 mol gas B, dan 0,25 mol gas C. Reaksi kesetimbangan gas yang terjadi yaitu :

A(g) + B(g) D C(g).

Tentukan tetapan kesetimbangan parsial (Kp).

Penyelesaian:

Diketahui : 

Mol gas A = 0,1 mol.
Mol gas B = 0,15 mol.
Mol gas C = 0,25 mol.

Ditanyakan: Harga Kp = ....?

Jawaban :

Mol gas total = 0,1 + 0,15 + 0,25 = 0,5 mol.

PA =  x tekanan total

PA =  x 2 = 0,4 atm

PB =  x 2 = 0,6 atm

PC =  x 2 = 1 atm

Kp =  =  =  = 4,17.


Disosiasi merupakan peristiwa penguraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana. Disosiasi termasuk reaksi kesetimbangan, sehingga hasil reaksi penguraian dapat berbalik menjadi pereaksi kembali. Beberapa contoh kesetimbangan disosiasi adalah sebagai berikut.

2HI(g) D H2(g) + I2(g)
2NH3(g) D N2(g) + 3H2(g)
2NO(g) D N2(g) + O2(g)

Jumlah zat yang terdisosiasi dinyatakan dengan derajat disosiasi. Jadi, derajat disosiasi merupakan perbandingan jumlah mol zat yang terurai dengan jumlah mol zat mula-mula. Derajat disosiasi dilambangkan dengan α.

α = 

Jika α = 0, berarti reaksi tidak berlangsung, dan
Jika α = 1, berarti reaksi berlangsung sempurna.

Dalam reaksi kesetimbangan, harga α berada di antara 0 sampai 1 atau 0 < α < 1. Kalian akan semakin memahami perhitungan derajat disosiasi dengan mempelajari contoh soal berikut.

Contoh Soal (4) :

4 mol A2B2 dimasukkan dalam suatu wadah sehingga terurai menjadi A dan B. Jika terberituk 2 mol A, berapa derajat disosiasi zat terscbut?

Penyelesaian :

Diketahui : 

Mol A2B2 mula-mula = 4 mol
Mol A yang terbentuk = 2 mol

Ditanyakan : Derajat disosiasi = ......?

Jawaban :

Reaksi yang terjadi yaitu:


A2B2 D 2A + 2B
Mula-mula
4

Bereaksi
1
2
setimbang
4-1
2

Mol setimbang =  = 

Jadi, derajat disosiasi zat tersebut adalah 1/4

Contoh Soal (5) :

Pada temperatur tertentu, N2O4 terurai menjadi NO2.

Perhatikan reaksi berikut.

N2O4(g) D 2NO2(g)

Jika pada keadaan setimbang mol N2O4 sama dengan mol NO2, berapa derajat dissosiasi N2O4?

Penyelesaian:

Diketahui : Pada keadaan setimbang, mol N2O4 = mol NO2.
Ditanyakan : Derajat disosiasi N2O4

Jawaban :

Pada keadaan setimbang, mol N2O4 = mol NO2 dimisalkan x.


N2O4(g) D 2NO2(g)
Mula-mula
1 ½ x

Bereaksi
½ . x = ½ x
x
setimbang
x
x

N2O4 mula-mula = N2O4 setimbang + N2O4 terurai = x + ½ x =1 ½ x.

α =  =  = 

Jadi, derajat disosiasi N2O4 adalah 1/3.

Anda sekarang sudah mengetahui Hubungan Kuantitatif Antara Pereaksi Dan Hasil Reaksi. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Premono, S. A. Wardani, dan N. Hidayati. 2009. Kimia : SMA/ MA Kelas XI. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.

Thursday, June 27, 2013

Contoh Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri, Aplikasi, Pembuatan Amonia dan Asam Sulfat

Contoh Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri, Aplikasi, Pembuatan Amonia dan Asam Sulfat - 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 insinyurinsinyur 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:

N2(g) + 3H2(g) D 2NH3(g)

(ΔH = –92,38 kJ/mol, suhu = 298 K, Kp = 6,2 × 105)

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. (Baca juga materi lainnya tentang proses Haber–Bosch)

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.

S(s) + O2(g) → SO2(g)

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

SO2(g) + ½ O2(g) D SO3(g)

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.

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)

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.

SO3(g) + H2SO4(g) → H2S2O7(aq)
H2S2O7(aq) + H2O(l) → 2H2SO4(l)

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) antar tahap. (Baca juga materi lainnya tentang proses kontak)
Proses kontak
Gambar 1. Proses kontak. Sumber: Austin, Goerge T. E. Jasjfi. 1996.
Anda sekarang sudah mengetahui Penerapan Kesetimbangan Kimia di Dalam Industri. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Utami, B. A. Nugroho C. Saputro, L. Mahardiani, S. Yamtinah, dan B. Mulyani. 2009. Kimia 2 : Untuk SMA/MA Kelas XI, Program Ilmu Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 274.

Pengaruh Tekanan dan Volume terhadap Pergeseran Kesetimbangan Kimia, Praktikum, Contoh, Percobaan, Reaksi

Pengaruh Tekanan dan Volume terhadap Pergeseran Kesetimbangan Kimia, Praktikum, Contoh, Percobaan, Reaksi - Selain konsentrasi dan suhu, ternyata tekanan dan volume juga mempengaruhi pergeseran kesetimbangan. Bagaimana kiri bisa membuktikan bahwa tekanan dan volume mempengaruhi kesetimbangan? Temukan jawabannya dengan mengikuti percobaan berikut. (Baca juga : Faktor Yang Mempengaruhi Pergeseran Kesetimbangan Kimia)

1. Praktikum Pengaruh Tekanan dan Volume terhadap Kesetimbangan

A. Dasar teori

Sistem kesetimbangan gas mempunyai tekanan dan volume tertentu. Bila tekanan sistem diperbesar atau diperkecil, maka terjadi pergeseran kesetimbangan. Jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien yang kecil. Sebaliknya, jika tekanan diperkecil atau volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien yang besar. Sementara itu, bila jumlah koefisien sama, perubahan tekanan/volume tidak akan menggeser kesetimbangan. (Oxtoby, 2001, hlm. 280)

B. Tujuan Percobaan

Mengetahui pengaruh tekanan/volume pada pergeseran kesetimbangan.

C. Alat dan Bahan Percobaan

Alat
  • Alat suntik
Bahan : 
  • Gas NO2
D. Langkah Percobaan
  1. Buatlah gas NO2 seperti pada percobaan sebelumnya. (Baca : Pengaruh Suhu terhadap Pergeseran Kesetimbangan)
  2. Masukkan gas tersebut ke dalam alat suntik.
  3. Berilah tekanan pada alat suntik sampai gas NO2 menjadi tidak berwarna.
E. Hasil Percobaan

Tuliskan hasl percobaan pada tabel berikut.


Keadaan gas
Pengamatan
1.
saat dimasukkan alat suntik

2.
setelah diberi tekanan lebih besar


F. Pembahasan

Untuk memperjelas tujuan percobaan, jawablah pertanyaan berikut.
  1. Ketika tekanan diperbesar, gas apakah yang terbentuk?
  2. Tuliskan persamaan reaksi yang terbentuk pada saat reaksi setimbang.
  3. Perhatikan koefisien gas-gas dalam keadaan setimbang. Berapakah koefisien gas di ruas kiri? Berapa pula koefisien gas di ruas kanan?
  4. Sebelum gas diberi tekanan lebih besar, ke arah manakah kesetimbangan bergeser?
  5. Setelah gas diberi tekanan lebih besar ke arah mana kesetimbangan bergeser?
G. Kesimpulan

Buatlah kesimpulan dari percobaan ini dengan mendiskusikannya bersama teman-teman sekelompok.

2. Pengaruh tekanan atau volume terhadap Pergeseran Kesetimbangan Kimia

Sistem kesetimbangan gas mempunyai tekanan dan volume total tertentu. Jika tekanan sistem diperbesar atau diperkecil, ada kesetimbangan yang terganggu dan ada pula yang tidak terganggu, tergantung pada jumlah koefisien pereaksi dan hasil reaksi.

Jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien yang kecil. Sebaliknya, jika tekanan diperkecil atau volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien yang besar. Tetapi, jika jumlah koefisien pereaksi sama dengan koefisien hasil reaksi, perubahan tekanan atau volume tidak akan menggeser kesetimbangan. Perhatikan contoh berikut.

Contoh :

X + 2Y D 2Z

Berdasarkan reaksi di atas, diketahui bahwa jumlah koefisien pereaksi adalah 1 + 2 = 3, sedangkan jumlah koefisien hasil reaksi adalah 2. Dengan demikian, jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah hasil reaksi (ke kanan). Sebaliknya, jika tekanan diperkecil atau volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah pereaksi (ke kiri).

Sesuai Hukum Boyle, jika tekanan diperbesar berarti volumenya diperkecil. Sebaliknya, jika tekanan diperkecil, berarti volumenya diperbesar.

Anda sekarang sudah mengetahui Pengaruh Tekanan dan Volume terhadap Pergeseran Kesetimbangan Kimia. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Premono, S. A. Wardani, dan N. Hidayati. 2009. Kimia : SMA/ MA Kelas XI. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.