Halaman
65KESETIMBANGAN KIMIA4Setelah mempelajari bab ini, kamu diharapkan mampu:• Menjelaskan kesetimbangan dinamis.• Menjelaskan kesetimbangan homogen dan heterogen.• Menjelaskan tetapan kesetimbangan.• Meramalkan arah pergeseran kesetimbangan dengan menggunakan azas Le Chatelier• Menganalisis pengaruh perubahan suhu, konsentrasi, tekanan, dan volum pada pergeseran kesetimbangan melalui percobaan• Menafsirkan data percobaan mengenai konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang untuk menentukan derajat disosiasi dan tetapan kesetimbangan• Menghitung harga Kc berdasarkan konsentrasi zat dalam kesetimbangan• Menghitung harga Kp berdasarkan tekanan parsial gas pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang• Menghitung harga Kc berdasarkan Kp atau sebaliknya.• Menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan-bahan kimia di industri
66A. KONSEP KESETIMBANGAN DINAMIS1. Reaksi berkesudahan dan dapat balikreversibel, ireversibel, setimbang, dinamisKata KunciBerdasarkan arahnya, reaksi dapat dibedakan menjadi reaksi berkesudahan (irreversible/ satu arah) dan reaksi dapat balik (reversibel/ dua arah). Pada reaksi berkesudahan, hasil reaksi tidak dapat diubah lagi menjadi zat pereaksi. Misalnya, pada reaksi pembakaran kayu atau proses pengkaratan besi. Abu atau arang hasil pembakaran tidak dapat diubah kembali menjadi kayu seperti semula. Di lain pihak, ada reaksi dapat balik, yaitu reaksi yang berlangsung dalam dua arah. Artinya, zat-zat hasil reaksi dapat bereaksi kembali membentuk zat pereaksi. Sebagai contoh, reaksi antara timbal (II) sulfat dengan natrium iodida.• Jika serbuk timbal (II) sulfat direaksikan dengan larutan natrium iodida, terbentuk endapan kuning dari timbal (II) iodida: PbSO4 (s) + 2 NaI (aq) PbI2 (s) + Na2SO4 (aq)• Sebaliknya, bila endapan timbal (II) iodida direaksikan dengan larutan natrium sulfat , maka akan terbentuk kembali endapan timbal (II) sulfat yang berwarna putih: PbI2 (s) + Na2SO4 (aq) PbSO4 (s) + 2 NaI (aq)• Kedua reaksi tersebut dapat digabungkan sebagai berikut : PbSO4 (s) + 2NaI (aq) PbI2 (s) + Na2SO4 (aq)Penulisan reaksi bolak balik ditandai dengan dua panah yang arahnya berlawanan. Dengan demikian, pada reaksi tersebut terjadi proses kesetimbangan dinamis, yaitu proses bolak balik yang lajunya sama untuk kedua arah.2. Keadaan setimbangMeskipun sebagian besar reaksi bersifat reversibel, akan tetapi tidak semua reaksi dapat balik bisa menjadi reaksi setimbang. Agar suatu reaksi dapat mencapai kondisi setimbang, diperlukan beberapa syarat, antara lain:a· Berupa reaksi bolak-balikSuatu reaksi dapat menjadi reaksi kesetimbangan jika reaksi baliknya dapat dengan mudah terjadi secara bersamaan. Terkadang kita memerlukan adanya pengaruh dari luar agar suatu reaksi menjadi dapat balik. Pada umumnya, reaksi-reaksi homogen (reaksi yang fasa-fasa pereaksi dan hasil reaksinya sama) akan lebih mudah berlangsung bolak balik dibandingkan dengan reaksi yang heterogen. Contoh:N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)Biasanya, reaksi heterogen hanya dapat berlangsung bolak balik pada suhu tinggi.Contoh:CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
67b. Bersifat dinamisSuatu reaksi kesetimbangan tidaklah statis, melainkan bersifat dinamis. Artinya, secara makroskopis reaksi berlangsung terus menerus dalam dua arah dengan laju yang sama. Karena laju pembentukan zat ke ruas kanan sama dengan laju pembentukan zat ke ruas kiri, maka pada keadaan setimbang jumlah masing-masing zat tidak lagi berubah, sehingga reaksi tersebut dianggap telah selesai. Berlangsungnya suatu reaksi secara makroskopis dapat dilihat dari perubahan suhu, tekanan, konsentrasi, atau warnanya; sementara perubahan dalam skala mikroskopis atau molekul tidak dapat teramati.c. Dilakukan dalam sistem tertutupKesetimbangan kimia hanya dapat berlangsung dalam sistem tertutup. Sistem tertutup adalah suatu sistem reaksi dimana baik zat-zat yang bereaksi maupun zat-zat hasil reaksi tidak ada yang meninggalkan sistem. Reaksi antara timbal (II) sulfat dengan larutan natrium iodida tidak mungkin berlangsung bolak balik jika timbal (II) iodida yang terbentuk pada reaksi tersebut dibuang atau dihilangkan dari sistem.B. PERGESERAN KESETIMBANGAN1. Asas Le Chatelierpergeseran, faktor, kesetimbanganKata KunciGambar 4.1Henry Louis Le ChatelierSumber: http://content.answers.com/main/content/wp/Pada dasarnya, suatu reaksi kesetimbangan dapat digeser ke arah yang kita kehendaki dengan cara mengubah konsentrasi salah satu zat, dengan mengubah suhu, dan dengan mengubah tekanan atau volume gas. Seberapa besar pengaruh dari faktor-faktor luar tersebut terhadap kesetimbangan, dapat diramalkan berdasarkan pemahaman terhadapazas Le Chatelier yang dikemukakan oleh Henry Louis Le Chatelier (1850-1936) berikut:Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan aksi (tindakan) tertentu, maka sistem itu akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tersebut akan menjadi sekecil mungkin2. Faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan• Perubahan konsentrasi– Jika salah satu konsentrasi zat diperbesar, reaksi akan bergeser dari arah zat tersebut – Jika salah satu konsentrasi zat diperkecil, reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut
68• Perubahan suhu – Jika suhu dinaikkan, reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm – Jika suhu diturunkan, reaksi akan bergeser ke arah reaksi eksoterm• Perubahan tekanan atau volume – Jika tekanan diperbesar (volume diperkecil), reaksi akan bergeser ke arah jumlahmol gas yang lebih kecil – Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar), reaksi akan bergeser ke arah jumlahmol gas yang lebih besarPenambahan katalisatorSuatu katalis akan mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi. Kehadiran katalis akan menurunkan energi pengaktifan baik untuk reaksi maju maupun untuk reaksi balik, sehingga keduanya mempunyai laju yang lebih besar. Perhatikan diagram yang melukiskan reaksi kesetimbangan A + B C + D berikut ini!Gambar 4.2 Diagram yang menunjukkan katalis mempercepat tercapainya kesetimbanganPerlu diperhatikan bahwa dalam reaksi kesetimbangan, adanya katalisator tidak mengakibatkan terjadinya pergeseran kesetimbangan, tetapi hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang. Dengan demikian, penambahan katalis dilakukan pada awal reaksi (sebelum kesetimbangan tercapai) karena penambahan katalis setelah tercapai kesetimbangan tidak akan ada gunanya.Contoh soal:Pada reaksii kesetimbanganPCl3 (g) + Cl2 (g) PCl5 (g) H = + a kJKe arah manakah reaksi akan bergeser apabila:a. Gas Cl2 ditambahkan ke dalam campuranb. Gas PCl5 ditambahkan ke dalam campuranc. Suhu dinaikkand. Tekanan diperbesarA + B C + Dtanpa katalisdengan katalisenergireaksi
69Jawab:a. Penambahan gas Cl2 akan menggeser reaksi ke kananb. Penambahan gas PCl5 akan menggeser reaksi ke kiric. Peningkatan suhu akan menggeser reaksi ke arah endoterm, yaitu ke arah kanand. Tekanan diperbesar akan menggeser kea rah yang jumlah molnya lebih kecil yaitu ke arah kananC. TETAPAN KESETIMBANGANtetapan, persamaan, konsentrasi, tekanan, gasKata Kunci1. Hukum kesetimbanganPada tahun 1864 Cato Maximillian Gulberg dan Peter Wage menemukan adanya suatu hubungan yang tetap antara konsentrasi komponen dalam kesetimbang-an. Hubungan yang tetap ini disebut denganhukum kesetimbangan atau hukum aksi massa. Tabel berikut ini menunjukkan hasil pengukuran konsentrasi dari zat-zat yang ada pada kondisi setimbang untuk reaksi:N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) (pada suhu 673 K)Percobaan dilakukan pada suhu tetap, yaitu 673 K dengan konsentrasi awal pereaksi yang bervariasi. Kita dapat melihat bahwa konsentrasi kesetimbangan selalu berubah bergantung pada konsentrasi awal zat yang direaksikan. Namun, hasil kali konsentrasi setimbang zat di ruas kanan dibagi dengan hasil kali konsentrasi setimbang zat di ruas kiri, masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya, menghasilkan harga yang tetap, yaitu sekitar 0.0509. Besaran ini disebut tetapan kesetimbangan yang dinyatakan dengan lambang Kc.Hukum kesetimbangan:“Hasil kali konsentrasi setimbang zat di ruas kanan dibagi dengan hasil kali konsentrasi setimbang zat di ruas kiri, masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya, mempunyai harga tetap pada suhu tetap.”2. Persamaan tetapan kesetimbanganSecara umum, persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi:1234Perc.ke-[N2][H2][NH3]0,11 × 10–30,25 × 10–35,50 × 10–12,50 × 10–10,11 × 10–30,55 × 10–36,50 × 10–17,50 × 10–12,73 × 10–74,58 × 10–68,86 × 10–27,40 ×10–20,2250,3330,2471,9730.05090.05040.05190.0519[N2][H2][NH3]3,30 × 10-136,29 × 10-113,10 × 10-21,38 × 10-3
70mA + nB pC + qD adalah:Kc = Karena konsentrasi zat dinyatakan dalam satuan molar (M), maka satuan Kcadalah:Kc = M (p+q) – (m+n)3. Menentukan Kc untuk reaksi kesetimbangan homogenReaksi kesetimbangan homogen merupakan reaksi kesetimbangan yang terdiri dari zat-zat yang wujudnya sama, yaitu berupa gas.Perhatikanlah reaksi kesetimgangan berikut:2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g)Maka harga Kc: Kc = Contoh soal:Tentukan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut:a. N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)b. N2O4 (g) 2NO2 (g)Jawab:a.Kc = b.Kc = 4. Menentukan Kc untuk reaksi kesetimbangan heterogenReaksi kesetimbangan heterogen merupakan reaksi kesetimbangan yang terdiri dari zat-zat yang berbeda wujudnya. Wujud zat tersebut bias berupa padat (s), gas (g), cair (l), dan larutan (aq). Perhatikan beberapa contoh reaksi kesetimbangan berikut:a. 2H2O (l) 2H2(g) + O2 (g), maka harga Kc = [H2]2[O2]b. CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g), maka harga Kc = [CO2]
71c. NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s), maka harga Kc = d. Ag2CrO4 (s) 2Ag+ (aq) + CrO42_(aq), maka harga Kc = [Ag+]2[CrO42–]Dari contoh-contoh diatas, yang dapat dimasukkan dalam rumus Kc hanyalah gas (g) dan larutan (aq) saja. Sedangkan padat (s) dan cairan (l) tidak diikutsertakan dalam Kc, karena nilainya 1.5. Hubungan Kc dengan persamaan kimia yang setaraPersamaan reaksi setara yang dimaksud adalah beberapa persamaan reaksi kesetimbangan yang berasal dari satu persamaan reaksi kesetimbangan. Beberapa persamaan reaksi kesetimbangan tersebut diperoleh dengan mengalikan atau membalikan persamaan reaksi kesetimbangan tertentu dengan suatu bilangan. Berikut ini adalah beberapa hal penting mengenai tetapan kesetimbangan (K) :• Harga K dipengaruhi oleh suhuApabila suhu tetap, maka harga K tetap. Jika suhu berubah, maka harga K juga akan berubah. – Pada reaksi endoterm,K berbanding lurus dengan suhu – Pada reaksi eksoterm,K berbanding terbalik dengan suhu• Harga K merupakan ukuran seberapa banyak produk yang terbentuk pada kondisi setimbang – Jika K > 1, maka hasil reaksi pada kesetimbangan lebih banyak daripada pereaksi. – Jika K < 1, maka hasil reaksi pada kesetimbangan lebih sedikit daripada pereaksiGambar 4.3Konsentrasi zat pada reaksi kesetimbangan
72• Setiap reaksi kesetimbangan mempunyai harga tertentu, yang dapat dibandingkan antara satu dengan yang lainnya.– Jika reaksi dibalik K menjadi 1/K– Jika reaksi dibagi x Kmenjadi– Jika reaksi dikali x K menjadi Kx– Jika beberapa reaksi dijumlahkan, semua harga K harus dikalikanContoh soal:Diketahui reaksi sebagai berikut :N2 (g) + O2 (g) 2NO (g); K = 4,0 × 10–3(1)N2 (g) +O2 (g) N2O (g); K = 2,5 × 10–2 (2)Hitunglah harga K dari reaksi:N2O (g) +O2 (g) 2NO (g) (3)Jawab:Supaya dapat dijumlahkan menjadi reaksi (3), maka reaksi (1) tetap dan reaksi (2) dibalik. Jika reaksi dijumlahkan, maka kedua harga K harus dikalikan.K3 = K1 × = 4,0 × 10–3 × = 1,6 × 10–16. Tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp)Tetapan kesetimbangan untuk sistem kesetimbangan gas selain dapat dinyatakan berdasarkan konsentrasi, juga dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas. Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial gas disebut tetapan kesetimbangan tekanan parsial gas atau dinyatakan dengan Kp.Contoh:N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g), maka harga Kp = 7. Tetapan kesetimbangan parsial gas (Kp) untuk reaksi kese-timbangan heterogenSama halnya dengan reaksi kesetimbangan (Kc) heterogen, reaksi kesetimbangan heterogen parsial gas (Kp) juga merupakan reaksi kesetimbangan yang terdiri dari zat-zat yang berbeda wujudnya. Ketentuan perhitungan tetapan kesetimbangannya (Kp)sama dengan Kc, yaitu hanya gas (g), dan larutan (aq) yang dimasukkan sedangkan padat(s) dan cairan (l) tidak dimasukkan. Untuk lebih jelasnya perhatikan beberapa contoh berikut:a. 2H2O (l) 2H2(g) + O2 (g), maka harga Kp =
73b. CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g), maka harga Kp = c. NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s), maka harga Kp = d. Ag2CrO4 (s) 2Ag+ (aq) + CrO42_(aq), maka harga Kp = 8. Arti tetapan kesetimbangana. Memberi petunjuk tentang posisi kesetimbanganPada tetapan kesetimbangan, Kc dan Kp merupakan perbandingan konsentrasi atau tekanan parsial dari zat hasil reaksi (ruas kanan) dengan zat pereaksi (ruas kiri) dalam keadaan setimbang.1) Jika nilai Kc dan Kp sangat besar, menunjukkan bahwa reaksi ke kanan berlangsung sempurna atau hampir sempurna.2) Jika nilai Kc dan Kp sangat kecil, menunjukkan bahwa reaksi ke kanan tidak berlangsung sempurna atau reaksinya hanya sedikit.Contoh:• 2H2(g) + O2 (g) 2H2O (g) Kc= 3 × 1081pada 298 K Nilai Kc untuk reaksi di atas sangat besar sehingga reaksi tersebut dapat dikatakan berlangsung sempurna ke kanan• N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) Kc = 5,3 × 10–31 pada 298 K Nilai Kc untuk reaksi di atas sangat kecil sehingga reaksi tersebut hanya dapat membentuk NO sedikit sekali atau dapat dikatakan tidak berlangsung sempurna.b. Meramalkan arah reaksiApabila ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan, zat-zat hasil reaksi dan zat-zat pereaksi yang dimasukkan bukan merupakan keadaan setimbang, maka harga yang diperoleh disebut kuotion reaksi (Qc).Kuotion reaksi merupakan perbandingan konsentrasi-konsentrasi yang bentuknya sama dengan persamaan Kc.Ketentuannya:1) Jika Qc < Kc, berarti reaksi akan berlangsung dari kiri ke kanan sampai dengan tercapai keadaan setimbang2) Jika Qc > Kc, berarti reaksi akan berlangsung dari kanan ke kiri sampai dengan tercapai keadaan setimbang3) Jika Qc = Kc, berarti reaksi dalam keadaan setimbangContoh soal:
74Harga Kc untuk reaksi H2 (g) + I2 (g) 2HI (g), pada suhu 500oC adalah 50. Pada suatu percobaan 2 mol H2 dicampurkan dengan 2 mol I2 dan 4 mol HI dalam suatu ruangan 10 liter pada suhu 500oC. Ke arah manakah reaksi tersebut mencapai keadaan setimbang?Jawab:H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)Qc = = = 4 KcJadiQc= 4 Kc,berarti reaksi berlangsung dari kanan ke kiri sampai tercapai keadaan setimbangD. PERHITUNGAN REAKSI KESETIMBANGAN DENGAN TETAPAN KESETIMBANGANKc1. Menentukan tetapan kesetimbanganHarga tetapan kesetimbangan dapat ditentukan melaui percobaan reaksi kesetimbangan. Salah satu caranya yaitu dengan menurunkan suhu secara tiba-tiba sehingga reaksi terhenti dan kesetimbangan tidak akan bergeser. Dengan demikian komposisi kesetimbangan dapat dianalisis. Untuk lebih jelasnya perhatikanlah contoh soal berikut:Contoh soal:HBr sejumlah 0,1 mol dimasukkan ke dalam labu 1 liter dan terurai menurut reaksi:2HBr (g) H2 (g) + Br2 (g)Jika Br2 yang terbentuk 0,015 mol, tentukan tetapan kesetimbangannya (Kc)?Jawab: 2HBr (g) H2 (g) + Br2 (g)Awal : 0,1 – – Reaksi : 0,03 0,015 0,015Setimbang : 0,07 0,015 0,015Kc = = = 4,6 × 10–2Contoh soal:Pada pemanasan 1 mol gas SO3 dalam ruangan yang volumenya 5 liter diperoleh
75gas O2 sebanyak 0,25 mol. Tentukan tetapan kesetimbangan (Kc) pada reaksi kesetimbangan:2SO3 (g) 2SO2 (g) + O2 (g)Jawab: 2SO3 (g) 2SO2 (g) + O2 (g)Awal : 1 – – Reaksi : 0,5 0,5 0,25Setimbang : 0,5 0,5 0,25 Pada kesetimbangan:[SO3] = = 0,1 M[SO2] = = 0,1 M[O2] = = 0,05 MKc = = = 0,052. Kesetimbangan disosiasiDisosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana. Kesetimbangan disosiasi adalah reaksi kesetimbangan dari reaksi penguraian gas. Dalam suatu reaksi kesetimbangan, pereaksi yang berada di ruas kiri tidak pernah habis. Perhatikan beberapa contoh kesetimbangan disosiasi gas:a. 2SO3 (g) 2SO2 (g) + O2 (g)b. 2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g)c. 2HI (g) H2 (g) + I2 (g)d. N2O4 (g) 2NO2 (g)Besarnya bagian zat yang terdisosiasi dinyatakan oleh derajat disosiasi (), yaitu perbandingan antara jumlah zat yang terdisosiasi dengan jumlah zat mula-mula. = Jika jumlah mol zat mula-mula dinyatakan dengan a, maka: =
76Jadi, mol zat yang terurai = a × molUntuk lebih jelasnya perhatikan contoh berikut:Contoh soal:Suatu reaksi kesetimbangan: N2O4 (g) 2NO2 (g). Jika N2O4 dibiarkan mencapai kesetimbangan pada suhu tertentu, dan ternyata dalam keadaan ini jumlah mol N2O4sama dengan jumlah mol NO2. Tentukan derajat disosiasi N2O4 tersebut!Jawab: N2O4 (g) 2NO2 (g) Awal : 3a –Reaksi : a 2aSetimbang : 2a 2a = = = Contoh soal:Diketahui reaksi kesetimbangan: 2HI (g) H2 (g) + I2 (g). Jika 0,1 mol gas HI dimasukkan ke dalam wadah sebesar 1 liter dan dipanaskan pada suhu 100oC terbentuk 0,02 mol gas I2. Tentukan derajat disosiasi pada saat keadaan setimbang!Jawab: 2HI (g) H2 (g) + I2 (g)Awal : 0,1 – –Reaksi : 0,04 0,02 0,02Setimbang : 0,06 0,02 0,02 = = = 0,4E. PERHITUNGAN REAKSI KESETIMBANGAN DENGAN TETAPAN KESETIMBANGAN PARSIAL GAS KpUntuk lebih memahami aplikasi dari tetapan kesetimbangan parsial gas (Kp),perhatikan contoh soal berikut:Contoh soal:Dalam suatu wadah gas N2O4 terdisosiasi 50% menjadi gas NO2, sehingga campuran tetapan, tekanan, KpKata Kuncigas menimbulkan tekanan 6 atm. Tentukan harga Kp!Jawab:
77Misal N2O4 awal = a ; maka N2O4yang bereaksi = 0,5 × a N2O4 2NO2Awal : a –Reaksi : 0,5a aSetimbang : 0,5a aPada saat setimbang:Jumlah mol sistem = 0,5a + a = 1,5aTekanan total sistem = 6 atm = × 6 atm = 2 atm = × 6 atm = 4 atmKp = = = 8F. HUBUNGAN Kp DENGAN KcTekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi gas dalam ruangan. Dari persamaan gas ideal, yaitu PV = nRT , maka tekanan gas: P = RTBesaran = konsentrasi gasUntuk reaksi kesetimbangan homogenmA (g) + nB (g) pC (g) + qD (g) maka persamaan Kp Kp = dengan menggunakan perhitungan matematis dari contoh persamaan reaksi kesetimbangan homogen di atas, maka diperoleh hubungan antara Kp dengan Kc,yaitu:Kp = dimanan= (p+q) – (m+n)Contoh soal:Berapakah harga Kp pada reaksi kesetimbangan:Kp, KcKata Kunci
78PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) Jika harga Kc pada 190oC adalah 0,1 M. Tentukanlah harga Kp pada suhu tersebut!Jawab:Kp = Kc = 0,1 MR = 0,082 L.atm/mol.KT = (190 + 273)K = 463 Kn = (1 + 1) – 1 = 1JadiKp = 0,1.(0,082 × 463) = 3,797 atmG. PRINSIP KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRIReaksi kesetimbangan dalam dunia industri sangat diperlukan. Untuk menghasilkan produk yang cukup banyak, maka suatu reaksi kesetimbangan harus bergeser ke arah kanan (produk). Supaya reaksi kesetimbangan bergeser ke arah kanan, maka faktor konsentrasi, suhu, tekanan gas, dan katalisator sangat diperhitungkan untuk memperoleh hasil yang optimal, cepat dan ekonomis.1. Pembuatan amonia dengan proses Haber-Boschamonia, asam sulfat, Haber-Bosch, kontak, prosesKata KunciAmonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting bagi kehidupan, terutama sebagai bahan pembuatan pupuk dan sebagai pelarut yang baik untuk berbagai senyawa ionik dan senyawa polar. Amonia dibuat berdasarkan reaksi antara gas nitrogen dengan hidrogen. Reaksi pembuatan amonia ini dikemukakan oleh Frizt Haber dan disempurnakan oleh rekannya yakni Karl Bosch. Proses pembuatan amonia ini disebut proses Haber-Bosch.Gambar 4.4Fritz HaberSumber: http://131.104.156.23/Lectures/231/231%20pictures/Dalam industri, amonia diproduksi dengan menggunakan proses Haber-Bosch yang mereaksikan gas nitrogen dan hidrogen dengan menggunakan katalis permukaan platina.N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) H = –92 kJPada suhu biasa proses reaksi berjalan lambat
79sekali. Tetapi jika suhu dinaikkan, reaksi berlangsung jauh lebih cepat. Kenaikan suhu tersebut menyebabkan reaksi bergeser ke arah kiri (pereaksi) sehingga mengurangi produksi amonia. Dari percobaan-percobaan yang telah dilakukan, Haber menemukan bahwa suhu 550oC dan tekanan 250 atm akan meningkatkan hasil ammonia sebesar 10% bila katalis Pt yang digunakan. Dengan menggunakan katalis yang lebih baik, yaitu katalis besi oksida yang mengandung sedikit kalium dan aluminium oksida, seperti Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Untuk menghasilkan NH3 yang banyak, maka reaksi harus bergeser ke arah kanan (hasil reaksi). Dan hal tersebut bisa dilakukan jika tekanan yang digunakan tinggi. Tekanan 200 atm akan menghasilkan NH3 sekitar 15%, tekanan 350 atm menghasilkan NH3 sekitar 30%, dan tekanan 1000 atm akan menghasilkan NH3sebanyak 40%.Berikut ini skema sintesis amonia berdasarkan proses Haber-Bosch.Gambar 4.5Skema pembuatan amonia berdasarkan proses Haber-Boschsumber: www.google.co.id
80Gambar 4.6Alat pembuat amonia berdasarkan proses Haber-BoschSumber: http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/ 2. Pembuatan asam sulfat dengan proses kontakBahan utama dalam pembuatan asam sulfat adalah gas SO3. Gas SO3 dibuat dengan cara proses kontak berdasarkan reaksi eksoterm.2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g)H = –191,2 kJReaksi bergeser ke arah kanan tidak terjadi jika pada suhu kamar. Tetapi kondisi optimal dicapai pada suhu 400oC dengan menggunakan katalis vanadium oksida (V2O5) reaksi berjalan dengan baik, yaitu 98% sempurna. Reaksi selengkapnya pada pembuatan asm sulfat adalah sebagai berikut:a. Pembuatan SO21) S (s) + O2 (g) SO2 (g)2) 4FeS (s) + 7O2 (g) 4SO2 (g) + 2Fe2O3 (s)b. Oksidasi SO2 menjadi SO3 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) H = –191,2 kJc. Belerang trioksida dilarutkan dalam asam sulfat pekat membentuk asam pirosulfat SO3 (g) + H2SO4 (aq) H2S2O7 (l)d. Asam pirosulfat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat H2S2O7 (l) + H2O (l) 2H2SO4 (aq)
81Gambar 4.7Skema pembuatan asam sulfat dengan proses kontakSumber: http://upload.wikimedia.org/ Reaksi kesetimbangan kimia merupakan suatu reaksi reversibel (dapat balik). Kesetimbangan kimia merupakan suatu sistem kesetimbangan dinamis yang secara mikroskopis, partikel-partikel bereaksi balik ke arah kiri maupun kanan dengan laju yang sama. Akibatnya secara makroskopis proses perubahan kimia seolah-olah terhenti sehingga tidak menunjukkan lagi perubahan-perubahan komposisi zat. Suatu reaksi kesetimbangan dapat digeser ke arah yang kita kehendaki dengan cara mengubah konsentrasi salah satu zat, mengubah suhu, dan mengubah tekanan atau volume gas. Pengaruh dari faktor-faktor luar tersebut terhadap kesetimbangan, dapat diramalkan berdasarkan pemahaman terhadap azas Le Chatelier.Hukum kesetimbangan yang menyatakan bahwa hasil kali konsentrasi produk dibagi hasil kali konsentrasi reaktan dan masing-masing dipangkatkan koefisien reaksinya pada suhu tetap adalah konstan. Harga yang diperoleh dari persamaan tersebut dinamakan tetapan kesetimbangan (K). Tetapan kesetimbangan untuk sistem kesetimbangan gas selain dapat dinyatakan berdasarkan konsentrasi, juga dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas. Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial gas disebut tetapan kesetimbangan tekanan parsial gas atau dinyatakan dengan Kp.Dalam dunia industri, sistem kesetimbangan sangat diperlukan untuk memperoleh hasil yang optimal dengan waktu dan biaya tidak terlalu besar. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, kesetimbangan harus bergeser ke arah produk (kanan), maka faktor konsentrasi, suhu, tekanan dan volume harus diperhitungkan, dan juga penambahan katalis untuk mempercepat reaksi.Ringkasan
82 Kesetimbangan kimia : keadaan suatu reaksi bolak balik yang laju reaksinya ke kiri sama dengan ke kananKesetimbangan dinamis : keadaan sistem yang setimbang tetapi di dalamnya terjadi perubahan yang terus menerusKesetimbangan homogen : kesetimbangan yang semua zat pereaksi dan hasil reaksi berfasa samaKesetimbangan heterogen : kesetimbangan kimia yang fasa zat-zat yang terlibat di dalamnya tidak samaTekanan parsial : tekanan yang diberikan oleh suatu gas dalam campuran-nya dengan gas-gas lainI. Pilihan GandaPilihlah salah satu jawaban yang paling benar!1. Suatu reaksi bolak balik mencapai kesetimbangan apabila ....A. massa zat pereaksi = massa zat hasil reaksiB. salah satu pereaksi telah habisC. reaksi telah berhentiD. laju reaksi pada kedua arah sama besarE. jumlah mol di sebelah kiri dan di sebelah kanan reaksi sama2. Suatu kesetimbangan dikatakan dinamis, apabila dalam keadaan setimbang...A. reaksi berjalan kedua arah dan bersifat mikroskopisB. ada perubahan dari kiri ke kanan tetapi jumlahnya setimbangC. reaksi dari kiri selalu sama dengan reaksi dari kananD. perubahan kesetimbangan dari kiri dan kanan yang berlangsung terus menerusE. reaksi berlangsung terus menerus dan bersifat makroskopis3. Untuk reaksi setimbang : 2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)H = –189 kJPada keadaan setimbang konsentrasi SO3 akan bertambah jika ....A. SO2 dikurangi D. volume diperkecilB. Menambah katalis E. tekanan diperkecilC. Temperatur dinaikan4. Diketahui reaksi setimbang N2(g) + O2(g) 2NO(g)H = +180,66 kJKesetimbangan bergeser ke arah pereaksi bila ....A. suhu diperbesar D. suhu diturunkanGLOSARIUMSOAL-SOAL LATIHAN BAB 4
83B. tekanan diperbesar E. ditambah katalisC. volume diturunkan5. Setelah disetarakan rumus tetapan kesetimbangan untuk reaksi: Fe2O3(s)+ 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g) adalah ....A. D. B. E. C.6. Dalam suatu bejana yang bervolume 1 liter, 4 mol gas NO2 membentuk kesetimbangan sebagai berikut: 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)Dalam keadaan setimbang pada suhu tetap terbentuk 1 mol O2. Tetapan kesetimbangan (Kc) adalah ....A. 0,5 D. 2,0B. 1,0 E. 4,0C. 1,57. Pada kesetimbangan: 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g)H = +380 kJjika suhu diturunkan, maka konsentrasi ....A. SO3 tetap D. SO2tetapB. SO3 bertambah E. O2 bertambahC. SO2 dan O2 tetap8. CO(g) + H2O(g) CO2(g)+ H2(g)Bila 1 mol CO dan 1 mol H2O direaksikan sampai terjadi kesetimbangan, dan pada saat tersebut masih tersisa 0,2 mol CO, maka harga tetapan kesetimbangan Kc adalah ....A. 4 D. 20B. 9 E. 25C. 169. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak, agar diperoleh hasil yang optimal dapat dilakukan dengan cara ....A. menambah jumlah konsentrasi SO2 dan O2B. memperkecil jumlah konsentrasi SO2 dan O2C. memperbesarvolume dan memperbesar suhu
84D. memperbesar tekanan dan memperkecil suhuE. memperkecil tekanan dan memperbesar suhu10. Bila 0,1 mol HI dimasukan ke dalam labu yang volume 1 liter dan dipanaskan sampai toC, terjadi disosiasi: 2HI(g) H2(g) + I2(g)dimana akan terbentuk I2 sebanyak 0,02 mol. Maka konstanta kesetimbangan untuk disosiasi ini adalah ....A. 5 × 10–3D. 1,1 × 10–1B. 6,3 × 10–2E. 4 × 10–4C. 6,7 × 10–311. Untuk mendapatkan jumlah amoniak lebih banyak pada proses Haber-Bosch diperlukan tindakan ....A. memperbesar tekanan D. menambah katalisB. meningkatkan suhu E. memperbesar volumeC. memperkecil tenakan12. Pada pemanasan 1 mol gas SO3 dalam ruang yang volumenya 5 liter diperoleh gas O2 sebanyak 0,25 mol. Pada keadaan tersebut tetapan kesetimbangan Kcadalah ....A. 0,01 D. 10,00B. 0,05 E. 20,00C. 0,2513. Dalam suatu wadah gas N2O4 terdisosiasi 50% menjadi gas NO2, sehingga campuran gas menimbulkan tekanan total 6 atm. Harga Kp adalah ....A. 1 D. 16B. 2 E. 20C. 814. PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)H = + a kJFaktor yang dapat memperbesar hasil reaksi atau pmbentukan PCl5adalah....A. volume diperbesar D. katalis ditambahB. tekanan diperbesar E. pereaksi dikurangiC. suhu diturunkan15. Jika pada kesetimbangan W + X Y + Z , tetapan kesetimbangan K = 1 dan konsentrasi W sama dengan dua kali konsentrasi Y, maka konsentrasi X sama dengan ....a. 4 kali konsentrasi Z d. konsentrasi Z
85b. 2 kali konsentrasi Z e. konsentrasi Zc. konsentrasi Z16. Dalam wadah 1 liter dimasukan 4 mol zat A dan 5 mol zat B menurut reaksi: A(g) + 2B(g) C(g). Jika pada keadaan setimbang terdapat 2 mol zat C dan tekanan total 10 atm, maka ....A. Kp = KcD. Kp = KcB. Kp = 2Kc E. Kp =KcC. K