MAKALAH KIMIA FISIKA

PEMICU 2

KESETIMBANGAN KIMIA

Oleh:

Kelompok 11

Aditha Oktariany (1406531662)

Andersen (1406604626)

Apryani Lestari N. (1406531725)

Arif Hendrawan (1406531763)

Irfan Aditya (1406531800)

Program Studi Teknik Kimia

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

Depok

Oktober - 2015

ii

DAFTAR ISI

Halaman Cover i

Daftar Isi ii

Peta Konsep iii

Pendahuluan 1

Teori Dasar Bagian I 1

Teori Dasar Bagian II 4

Teori Dasar Bagian III 9

Isi 10

Jawaban Bagian I 10

Jawaban nomor 1 10

Jawaban nomor 2 2

Jawaban nomor 3 3

Jawaban nomor 4 4

Jawaban nomor 5 6

Jawaban Bagian II 19

Jawaban nomor 1 19

Jawaban nomor 2 20

Jawaban nomor 3 20

Jawaban nomor 4 21

Jawaban Bagian III 22

Jawaban nomor 1 22

Jawaban nomor 2 23

Penutup 24

Kesimpulan 24

Daftar Pustaka 25

ii

PETA KONSEP

iii

BAB ILANDASAN TEORI

TNT (trinitrotuluena)A. Aplikasi

Digunakan sebagai bahan peledak karena ketidakpekaannya terhadap shock dan gesekan, yang mengurangi resiko ledakan disengaja. TNT meleleh pada suhu 80οC (176οF), jauh dibawah suhu dimana ia akan meledak secara spontan, sehingga aman bila dikombinasikan dengan bahan peledak lain. TNT tidak larut dalam air, yang memungkinkan untuk digunakan secara efektif dalam lingkungan basah.

B. Karakter Explosive TNT berbeda dengan dinamit. TNT adalah senyawa kimia spesifik, sedangkan

dinamit adalah suatu campuran nitrogliserin yang dikompresi menjadi bentuk silinder dan dibungkus kertas.

Setelah ledakan, TNT terurai sebagai berikut:2C7H5N3O6 → 3N2 + 5H2O + 7CO + 7C

Reaksi eksotermik dengan energi aktivasi yang tinggi. Adanya karbon pada produk menyebabkan ledakan TNT memiliki penampilan jelaga.

Tetapan Kesetimbangan KimiaTetapan kesetimbangan merupakan angka yang menunjukkan perbandingan secara kuantitatif antara produk dengan reaktan.a. Hubungan Kc dengan Persamaan Kimia yang Setara

1. 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.

2. 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

pereaksi.3. Setiap reaksi kesetimbangan mempunyai harga tertentu, yang dapat

dibandingkan antara satu dengan yang lainnya. Jika reaksi dibalik, K menjadi 1/K. Jika reaksi dibagi n, K menjadi K1/n.

1

Jika reaksi dikali x, K menjadi Kn. Jika beberapa reaksi kesetimbangan dijumlahkan, semua harga K harus

dikalikan.b. Kesetimbangan Disosiasi

Kesetimbangan disosiasi adalah reaksi kesetimbangan dari reaksi penguraian gas. KC merupakan tetapan kesetimbangan molaritas, [A] dan [B], merupakan molaritas gas A dan gas B. Dalam persamaan reaksi kesetimbangan, harus diketahui dengan pasti berapa molaritas zat-zat setelah tercapai keadaan setimbang. Reaksi penguraian gas tidak pernah habis. Oleh karena itu, gas yang terurai dalam keadaan setimbang mempunyai harga yang menyatakan bagian yang terdisosiasi. Harga ini dikenal dengan istilah derajat disosiasi atau derajat peruraian. Derajat disosiasi didefinisikan sebagai banyaknya bagian yang terurai dibagi dengan bagian mula-mula.

c. Tetapan Kesetimbangan GasUntuk sistem kesetimbangan yang melibatkan gas, pengukuran dilakukan terhadap tekanan bukan molaritas. Tetapan kesetimbangan diberi harga dalam tekanan parsial gas. Misalnya pada suhu (T) tetap terdapat kesetimbangan antara gas A dan gas B seperti persamaan reaksi berikut.

Harga tetapan kesetimbangan gas dapat dihitung dengan rumus berikut.

Dengan: KP = tetapan kesetimbangan gasPA = tekanan parsial gas A (atm)PB = tekanan parsial gas B (atm)

Tekanan parsial gas dapat dihitung dengan rumus berikut.

Dengan: χ = fraksi molPt = tekanan total (atm)

Fraksi mol merupakan perbandingan mol gas suatu zat dengan mol total.

2

d. Hubungan Kc dengan KpDengan mengasumsikan bahwa gas merupakan gas ideal dapat diperoleh hubungan antara Kp dan Kc. Persamaan gas ideal P V = n R T adalah:

Dengan: Kp = tetapan kesetimbangan gasKc = tetapan kesetimbangan cairR = tetapan suhu (0,08206 L atm mol–1 K–1)T = suhu (Kelvin)Δn = b – a (Selisih jumlah koefisien produk dengan jumlah koefisien reaktan)

Proses Pembuatan Amonium Nitrat (NH4NO3)a. Proses Grainer

Proses ini dilakukan dengan cara memekatkan larutan amonium nitrat hasil netralisasi pada evaporator, sehingga konsentrasi larutan mencapai 98 – 98,5 % berat, pada suhu 305–310οF. Kristalisasi dilakukan pada Graining Kettle dimana larutan panas diaduk, sampai kristal terbentuk mengandung 0,1% berat moisture. Proses ini mahal dan berbahaya dan butir yang dihasilkan terlalu kecil untuk digunakan sebagai pupuk.

b. Proses PrillingGas amoniak dan asam nitrat di reaksikan dalam sebuah reaktor dengan reaksi netralisasi. Reaksi bersifat eksotermis yang menghasilkan steam. Larutan dipekatkan dengan falling film evaporator. Larutan lalu dipompa ke prilling tower, lalu prill amonium nitrat dikeringkan, didinginkan diayak untuk mendapat butir yang seragam kemudian dilapisi dengan kalsium tri fosfat dan di packing.

c. Proses Uhde

Proses ini adalah alternatif dengan biaya paling rendah. Proses ini dilakukan dengan mereaksikan gas amoniak dan asam nitrat dalam reaktor bubbling dengan reaksi netralisasi pada suhu mendekati 200οC dan tekanan 4 – 5 barr. Larutan keluar reaktor dimasukkan ke flashdrum dan dipompakan ke evaporator untuk dipekatkan. Larutan masuk ke prilling tower, prill amonium nitrat yang terbentuk didinginkan dan di screening.

Kesetimbangan Dinamis

3

Dalam perhitungan kimia, seringkali dianggap bahwa suatu reaksi berlangsung secara sempurna. Pada kenyataannya tidak demikian. Persamaan reaksi hanya menyatakan hubungan jumlah (kuantitas) dari zat‐zat yang bereaksi dengan zat‐zat hasil reaksi secara stoikiometri. Sedang kinetika serta termodinamika reaksi mempelajari berapa lama suatu reaksi akan berlangsung dan ke arah mana yang paling mungkin terjadi. Kecepatan reaksi bergantung pada konsentrasi zat‐zat yang bereaksi sebelum terjadi kesetimbangan. Artinya reaksi akan berjalan paling cepat pada saat jumlah reagennya maksimum. Pada contoh reaksi di atas, kecepatan reaksi semakin turun (lambat) apabila konsentrasi H2 dan I2 makin berkurang. Sebaliknya, konsentrasi HI yang meningkat menyebabkan kecepatan reaksi penguraian : 2 HI  H2  + I2  semakin bertambah (pada saat awal reaksi konsentrasi HI nol, dan kecepatan penguraiannya sama dengan nol). Jika reaksi semacam ini diikuti, maka akan didapatkan keadaan, di mana laju reaksi ke kanan (pembentukan HI) sama dengan laju reaksi ke kiri (penguraian HI), sehingga secara makro tidak teramati perubahan konsentrasi. Keadaan pada saat konsentrasi zat‐zat tidak berubah lagi ini yang dinamakan dengan kesetimbangan dinamik secara makroskopik tidak terjadi perubahan reaksi selesai, tetapi secara molekuler tetap terjadi reaksi ke kanan maupun ke kiri dengan laju yang sama.

Prinsip Le ChatelierAsas Le Chatelier menyatakan jika kesetimbangan dinamis terganggu akibat adanya perubahan kondisi, maka kesetimbangan akan bergeser kearah yang berlawanan dengan perubahan tersebut. Sangat penting untuk memahami asas Le Chatelier, karena akan sangat membantu ketika kamu menerapkan perubahan kondisi dalam reaksi yang mengalami kesetimbangan dinamis.Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sistem kesetimbangan adalah perubahan konsentrasi, perubahan suhu, perubahan tekanan, dan perubahan volume.

1. Perubahan Konsentrasi

Berdasarkan persamaan sebagai berikut :aA + bB cC + dD

Berdasarkan asas Le Chatelier, posisi kesetimbangan akan bergerak kearah yang berlawanan dari perubahan. Berarti dengan penambahan konsentrasi A, maka posisi kesetimbangan akan bergeser kearah pembentukan C dan D.

2. Perubahan Volume atau TekananJika dalam suatu sistem kesetimbangan dilakukan aksi yang menyebabkan perubahan volume (bersamaan dengan perubahan tekanan), maka dalam

4

system akan mengadakan reaksi berupa pergeseran kesetimbangan sebagai berikut.

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

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

3. Perubahan suhuMenurut Van’t Hoff:

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

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

Contoh:2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) ΔH = –216 kJ

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).

4. Pengaruh Katalisator terhadap KesetimbanganFungsi 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.

Konstanta/Tetapan Kesetimbangan

1. Konstanta Kesetimbangan Konsentrasi

5

Apabila diberikan reaksi kimia sebagai berikut :aA (aq)+bB(aq)↔ cC(aq)+dD(aq)

Dari kolom “Catatan” pada gambar diatas, dapat diketahui bahwa pada system kesetimbangan yang melibatkan lebih dari 2 fasa atau system kesetimbangan heterogen, fasa solid dan liquid tidak dimasukkan kedalam perhitungan Kc.

2. Konstanta Kesetimbangan Tekanan

Selain Kc, ada konstanta yang perhitungannya menggunakan tekanan, yaitu Kp. Perhitungan Kp mirip seperti Kc namun nilai dari konsentrasi dari setiap produk dan reaktan diganti menjadi tekanan parsial. Tekanan parsial dari masing – masing substrat bergantung pada mol dari substrat tersebut dalam keadaan setimbang dan juga bergantung pada besar tekanan total. Kp hanya dimiliki oleh suatu system kesetimbangan homogeny yang hanya melibatkan fasa gas saja.

Contoh : aA (g )+bB (g )↔ cC (g )+dD (g )

Kp= pCc . pDd

pAa . pBb

Terdapat hubungan antara Kp dan Kc apabila kita asumsikan bahwa gas tersebut merupakan gas ideal, sehingga berlaku hukum gas ideal PV = nRT sehingga kita mendapatkan penurunan rumus konstanta kesetimbangan seperti berikut :

Kp=Kc .(RT )∆n

Dimana Δn adalah selisih dari jumlah koefisien produk dikurang jumlah koefisien reaktan, Kc adalah konstanta kesetimbangan konsentrasi, R = 0.082 Latm/molK dan T adalah temperatur dalam Kelvin.

6

Gambar 1 Penjelasan Nilai Kc

Derajat DisosiasiDisosiasi 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 dan biasa dilambangkan dengan α (alfa).

α= Mol zat yang teruraiMol zat mula−mula

Secara umum reaksi disosiasi dapat dinyatakan sebagai berikut: Contoh : A(aq) ↔ n B(aq) Dengan n adalah perbandingan antara jumlah koefisien di ruas kanan dengan jumlah koefisien di ruas kiri. Misal jumlah mol A mula - mula = a mol dan derajat disosiasi = α, maka jumlah A yang terdisosiasi = a x α mol, dan jumlah mol B yang terbentuk = n x aα mol. Maka susunan kesetimbangannya dapat dirumuskan sebagai berikut.

Pergeseran Kesetimbangan KimiaKesetimbangan kimia merupakan suatu istilah untuk kesetimbangan reaksi kimia yang reversibel atau reaksi bolak balik. Reaksi Bolak balik ini seperti namanya, bisa bergerak ke kiri (reaktan) atau kanan (kanan) tergantung dari beberapa faktor yang mempengaruhi. Pergeseran kesetimbangan menganut Asas Le Chatelier yang berbunyi :

“Bila pada sistem kesetimbangan diadakan aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu menjadi sekecil-kecilnya.”

Secara singkat,asas Le Chatelier dapat disimpulkan sebagai : Reaksi = -Aksi.

Hal – Hal Yang Mempengaruhi Pergeseran Kesetimbangan :1. Penambahan atau Pengurangan Konsentrasi

Dalam suatu reaksi, konsentrasi merupakan salah satu faktor yang dapat mengubah arah kesetimbangan reaksi. misalnya pada reaksi A + B <—> C + D . Konsentrasi A ditambahkan. Maka reaksi akan bergerak ke arah produk karena konsentrasi substrat semakin banyak dan mudah untuk bereaksi. Sedangkan jika Konsentrasi A dikurangi maka substrak semakin sedikit dan kesetimbangan juga akan bergerak ke

7

arah yang dikurangi. Jadi untuk pengaruh penambahan konsentrasi pada pergeseran kesetimbangan kimia. Penambahan konsentrasi pada substrat maka kesetimbangan bergerak ke arah produk dan juga sebaliknya

2. Penambahan atau Pengurangan Volume dan TekananVolum dan tekanan juga merupakan kondisi sistem yang merupakan faktor faktor berpengaruh dalam pergeseran kesetimbangan kimia. namun dalam melihat hal ini kita harus menghitung koefisien reaksi dari tiap ruas terlebih dahulu. Misalnya  A + 2B <—> C + D . berarti Koefisien di kiri 3 dan lebih besar daripada di kanan yang hanya 2. Setelah itu mari liat volume dan tekanannya. Penambakan Volume pada Sistem(reaksi) akan menyebabkan reaksi bergerak ke arah yang koefisiennya lebih kecil. Sedangkan untuk penambahan Tekanan maka akan menyebabkan reaksi bergerak ke arah yang koefisiennya lebih besar. Contoh :

A + 2B <—> C + D

Tekanan diperbesar maka reaksi akan bergerak ke arah C + D , namun apabila volume yang di perbesar maka pergeseran akan bergerak ke arah koefisien yang lebih besar

3. Penambahan atau Penurunan SuhuDalam kinetika, naiknya suhu akan mempercepat reaksi. Namun dalam pergeseran kesetimbangan kimia. Naik atau turunnya suhu akan mempengaruhi arah reaksi tergantung dari sifat dari reaksi yaitu endoterm atau eksoterm. Untuk mempelajari mengenai reaksi eksoterm dan endoterm bisa lihat di artikel ini . Untuk membedakan antara reaksi biasa dengan reaksi endoterm atau eksoterm maka harus di beri keterangan tambahan seperti delta H atau enthalpi. misalnya saja pada reaksi berikut:

A + B <—> C + D  ΔH= -197,8 kJ

Reaksi tersebut merupakan reaksi Eksoterm. maka jika di beri panas reaksinya akan bergerak ke kiri. sedangkan untuk endoterm. Jika diberi panas, reaksi akan bergerak ke kanan(produk). Dasar teori dari pergeseran kesetimbangan yang dipengaruhi oleh suhu ini menganut asas dari Van’t Hoff.

Reaksi Esterifikasi

8

Reaksi esterifikasi merupakan reaksi pembentukan ester dengan reaksi langsung antara suatu asam karboksilat dengan suatu alkohol. Suatu reaksi pemadatan untuk membentuk suatu ester disebut esterifikasi. Reaksi ini juga sering disebut esterifikasi Fischer. Ester adalah suatu senyawa yang mengandung gugus -COOR dengan R dapat berbentuk alkil maupun aril. Suatu ester dapat dibentuk dengan reaksi esterifikasi berkatalis asam. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi dapat balik (reversible).

BAB IIJAWABAN PERTANYAAN

9

Bagian I1. Senyawa HNO3 merupakan bahan kimia penting yang digunakan sebagai

bahan baku untuk peledak seperti TNT (trinitrotoluena). Jenis asam ini dapat menimbulkan ledakan dahsyat. Sebagai mahasiswa Teknik Kimia, tentunya Anda harus tahu sifat-sifat nya ini, berikan analisis kenapa HNO3

dipilih sebagai bahan baku TNT? Dan kenapa efek ledakan hanya terjadi setelah membentuk TNT? Jelaskan pendapat Anda!

Jawab:Karakteristik HNO3

a. Sifat Fisika Massa jenis: 1,502 gr/cm3

Titik didih: 86οC Titik lebur: -42οC Berat molekul: 63,02 gr/mol Wujudnya tidak berwarna Energi evaporasi: 9,43 kkal/mol pada suhu 20οC Nilai entropi: 37,19 kkal/mol K pada suhu 25οC

b. Sifat Kimia Merupakan asam kuat dan oksidator kuat Reaksi dengan amonia menghasilkan amonium nitrat, menurut reaksi:

HNO3 + NH3 → NH4OH Reaksi dengan nikel sulfida menghasilkan garam nikel nitrat, nitrogen

monoksida, belerang, dan air3NiS + 8HNO3 → 3Ni(NO3)2 + 2NO + 3S + 4H2O

Reaksi dengan NiS yang ditambah asam klorida, menghasilkan garam nikel klorida3NiS + 2HNO3 + 6HCl → 3NiCl2 + 2NO + 3S + 4H2O

Reaksi dengan logam perak akan membentuk perak nitrat dan nitrogen dioksidaAg + 2HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O

Analisis HNO3 sebagai Bahan Baku TNTTNT dibuat dengan cara mereaksikan toluena dengan HNO3 menggunakan katalis asam sulfat pekat. HNO3 ini akan terurai menjadi NO2+ dan OH-. HNO3 dipilih sebagai bahan baku untuk TNT karena besar keelektronegatifan dari HNO3 dibanding NO2 lebih besar sehingga lebih mudah melakukan substitusi elektrofilik ke hidrogen pada cincin benzena ke arah orto atau para dari gugus metil di toluena. Dengan alasan itulah mengapa HNO3 dipilih sebagai bahan baku TNT.

10

Efek Ledakan setelah Membentuk TNTEfek ledakan hanya terjadi setelah membentuk TNT karena jika dilihat berdasarkan sifatnya, TNT bersifat eksplosif, sedangkan sifat HNO3 adalah korosif dan baru akan membentuk ledakan jika direaksikan dengan senyawa organik seperti toluena.Saat terjadi ledakan, TNT akan terurai berdasarkan reaksi di bawah ini:

2C7H5N3O6 → 3N2 + 5H2O + 7CO + 7C2C7H5N3O6 → 3N2 + 5H2 + 12CO + 2C

Reaksi ledakan TNT ini termasuk dalam reaksi eksotermis (melepas panas ke lingkungan) dan memiliki energi aktivasi yang tinggi, yaitu mendekati 62 kcal/mol. Karena energi aktivasi yang tinggi inilah, TNT relatif lebih susah meledak (stabil) daripada bahan peledak yang lain.

2. Bagaimanakah bentuk reaksi pembentukan pupuk amonium nitrat? Apa bedanya dengan proses Haber-Bosch? Apa yang anda ketahui tentang reaksi kesetimbangan kimia? Bagaimana kesetimbangan kimia itu dapat terjadi? Faktor apa saja yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia? Apa yang dimaksud konstanta kesetimbangan kimia? Apa bedanya dengan quotient reaksi? Jelaskan!

Jawab:Bentuk reaksi pembentukan pupuk amonium nitratAmmonium nitrat dapat dibuat melalui reaksi asam-basa, yaitu:

HNO3(aq) + NH3(g) → NH4NO3(aq)Namun, dalam industri biasanya amonium nitrat dibuat dari gas amonia anhidrat dengan asam nitrit dan reaksinya bersifat eksoterm.

Perbedaan dengan proses Haber-BoschProses Haber-Bosch adalah proses pembentukan amonia (NH3). Hubungan proses ini dengan reaksi pembentukan amonium nitrat adalah proses ini akan membentuk amonia (NH3) yang akan digunakan sebagai bahan baku dalam proses pembuatan amonium nitrat (NH4NO3).

Reaksi Kesetimbangan KimiaKeadaan setimbang atau reaksi kesetimbangan merupakan keadaan saat kecepatan reaksi ke arah kanan dan kiri adalah sama. Kesetimbangan bersifat dinamis yang berarti dalam keadaan setimbang tidak terjadi perubahan konsentrasi dan warna secara makroskopis sedangkan secara mikroskopis reaksinya berlangsung bolak-

11

balik. Asas Le Chatelier menyatakan: “Jika suatu sistem kesetimbangan dinamis terganggu akibat adanya perubahan kondisi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dengan perubahan tersebut.Contoh reaksi kesetimbangan kimia yaitu:

Reaksi antara timbal (II) sulfat dengan natrium iodida PbSO4(s) + 2NaI(aq) ⇄   PbI2(s) + Na2SO4(aq)

Reaksi antara gas H2 dengan N2 menghasilkan gas NH3

N2(g) + 3H2(g)  ⇄  2NH3(g)

Syarat Terjadinya Kesetimbangan KimiaAgar suatu reaksi dapat mencapai kondisi setimbang, diperlukan beberapa syarat, antara lain:a. Berupa reaksi bolak-balik

Suatu 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)

b. 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.

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.

Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia Perubahan Konsentrasi

a. Jika salah satu konsentrasi zat diperbesar, reaksi akan bergeser dari arah zat tersebut.

12

b. Jika salah satu konsentrasi zat diperkecil, reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.

Contoh:aA + Bb ⇄ Cc + dD

Berarti dengan penambahan konsentrasi A, maka posisi kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan C dan D.

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:a. Jika tekanan diperbessar (volume diperkecil), maka kesetimbangan akan

bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang kecil.b. Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar), maka kesetimbangan akan

bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang besar. Perubahan Suhu

Menurut Van’t Hoff yaitu:a. Bila pada sistem kesetimbangan suhu dinaikkan, maka kesetimbangan

reaksi akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).

b. Bila pada sistem kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm).

Contoh:2NO(g) + O2(g)  ⇄  2NO2(g) ∆ H=−216kJReaksi ke kanan adalah eksoterm dan ke kiri adalah endoterm. Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (ke arah

endoterm atau yang membutuhkan kalor). Jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (ke

arah eksoterm atau yang membebaskan kalor). Pengaruh Katalisator terhadap Kesetimbangan

Suatu 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.Perlu diperhatikan bahwa dalam reaksi kesetimbangan, adanya katalisator tidak mengakibatkan terjadinya pergeseran kesetimbangan, tetapi hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang. Dengan demikian, penambahan

13

katalis dilakukan pada awal reaksi (sebelum kesetimbangan tercapai) karena penambahan katalis setelah tercapai kesetimbangan tidak akan ada gunanya.

Konstanta KesetimbanganTetapan kesetimbangan merupakan angka yang menunjukkan perbandingan secara kuantitatif antara produk dengan reaktan.a. Kesetimbangan Homogen

adalah reaksi kesetimbangan yang seluruhnya terdiri dalam satu fase zat yang sama. Untuk reaksi kimia umum seperti:

aA + Bb ⇄ Cc + dDTetapan kesetimbangannya dapat dituliskan sebagai:

Kc [C ]C [ D ]d

[ A ]a [ B ]b

b. Kesetimbangan Heterogenadalah reaksi kesetimbangan yang terdiri dari berbagai fase zat. Namun, tetapan kesetimbangannya tidak melibatkan konsentrasi zat padat atau zat cair murni, karena aktivitas zat padat dan zat cair murni sama dengan 1.Contoh:CaCO3(s)  ⇄  CaO(s) + CO2(g)  Maka, tetapan kesetimbangannya dapat dituliskan sebagai:

Kc=[CO2 ]Perbedaan Konstanta Kesetimbangan dengan Quotient ReaksiQuotient reaksi (Q) memiliki bentuk yang sama dengan K, perbedaannya adalah bahwa Q berlaku untuk semua jenis konsentrasi pada kondisi apa saja, bukan hanya konsentrasi pada saat kesetimbangan. Quotient reaksi untuk reaksi sebelumnya yaitu:

Q=[ C ]C [ D ]d

[ A ]a [ B ]b

Dengan membandingkan nilai Q dan K, kita bisa meramalkan reaksi: Q < K, reaksi pembentukan produk (ke arah kanan) akan berlangsung Q = K, terjadi kesetimbangan (tidak terjadi perubahan reaksi) Q > K, reaksi penguraian produk menjadi reaktan (ke arah kiri) akan

berlangsung

3. Suatu proses yang erat hubungan nya dengan proses Haber-Bosch, yang merupakan proses modern dalam pembuatan asam nitrat dengan katalis Pt, dikenal dengan nama proses Ostwald. Jelaskan tentang proses ini, tuliskan reaksi apa saja yang terlibat, kesetimbangan apa yang terjadi, terangkan

14

dengan video dan juga flip chart untuk bisa memahami proses ini secara baik.

Jawab:Proses OstwaldAsam nitrat banyak digunakan dalam pembuatan pupuk, nitrasi senyawa organik untuk bahan eksplosif, plastik, celupan, dan pernis, juga sebagai bahan oksidator dan pelarut. Di industri, pembuatan asam nitrat menggunakan proses Ostwald, yaitu pembuatan asam nitrat dari bahan mentah amonia dan udara. Proses pembuatan asam nitrat melalui tiga tahapan, yaitu:

a. Tahap pembentukan nitrogen oksidaCampuran amonia dan udara berlebih dialirkan melewati katalis Pt–Rh pada suhu 850°C dan tekanan 5 atm. Persamaan reaksinya:

4NH3(g) + 5O2(g) ⇆ 4NO(g) + 6H2O( l )

ΔH = 907 kJ (pada 25°C)b. Tahap pembentukan nitrogen dioksida

Nitrogen monoksida dioksidasi kembali dengan udara membentuk gas nitrogen dioksida. Persamaan reaksinya:

2NO(g) + O2(g) ⇆ 2NO2(g)

ΔH = –114,14 kJ (pada 25°C)c. Tahap pembentukan asam nitrat

Nitrogen dioksida bersama-sama dengan udara berlebih dilarutkan dalam air panas 80°C membentuk asam nitrat. Persamaannya:

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O( l ) → 4HNO3(aq)

Pada proses Ostwald, ada dua tahap reaksi yang membentuk kesetimbangan, yaitu tahap satu dan tahap dua. Kedua tahap itu bersifat eksotermis dan memiliki koefisien reaksi yang berbeda, yaitu koefisien hasil reaksi lebih kecil dari koefisien pereaksi. Pada tahap dua, reaksi tidak efisien pada suhu tinggi, sehingga gas NO panas yang terbentuk pada tahap pertama didinginkan dengan memasok udara dingin, sekaligus berfungsi untuk mengoksidasi gas NO menjadi NO2.

Flip chart Proses Ostwald

15

4. Tuliskan reaksi pada proses Haber-Bosch dan terangkan secara sistematis proses pembuatan amonia dan penerapan azas Le Chatelier pada proses tersebut untuk meningkatkan jumlah produk. Bagaimana pengaruh katalis terhadap reaksi di atas? Terjemahkan proses singkatnya (bisa ditambahkan data pendukung video untuk presentasi).

Jawab:Berikut tahapan beserta reaksi yang terjadi pada proses Haber-Bosch

1.  Tahapan pertama dalam proses Haber-Bosch menghilangkan senyawa belerang dari bahan baku ammonia. Belerang perlu dipisahkan karena bersifat antikatalis pada tahpan berikutnya. Penghapusan belerang dilakukan degan hidrogenasi (menambahkan hidrogen) sehingga menghasilkan asam sulfida.

H2 + RSH → RH + H2S2. Asam sulfida yang terjadi kemudian diserap dan dihilangkan dengan mengalirkannya melalui oksida dari logam seng sehingga terbentuk senyawa Seng Sulfida (ZnS) dan uap air.

H2S + ZnO → ZnS + H2O3. Setelah dihilangkan kandungan belerangnya senyawa karbon kemudian direaksikan dengan katalis untuk menghasilkan senyawa karbon dioksidan dan gas hidrogen.

CH4 + H2O → CO + 3H2

4. Langkah berikutnya adalah mengkonversi CO menjadi hidrogen (dihasilkan hidrogen lebih banyak) dan gas sisa karbondioksida

CO + H2O → CO2 + H2

5. Karbon Dioksida kemudian dipisahkan dengan penyerapan dalam larutan etanolamin atau dengan penyerapan media absorbsi pada lainnya.

16

6. Langkah terakhir dalam memproduksi hidrogen adalah menggunakan katalis methanation untuk menghilangkan residu karbon monoksida dan karbondioksida yang masih tertinggal dalam hidrogen.

7. Untuk dapat menghasilkan amonia sebagai produk akhir, hidrogen yang sudah dihasilkan kemudian direaksikan dengan nitrogen yang berasal dari udara bebas menghasilkan amonia cair. Tahapan ini dikenal dengan loop sintesis amonia yang juga dikenal dengan proses Haber-Bosch.

3H2 + N2 ↔ 2NH3

Reaksi di atas bersifat reversibel sehingga berdasarkan prinsip Le Chatelier, kondisi tekan tinggi dan tempertur rendah diperlukan untuk mengarahkan reaksi agar bergerak ke kanan (arah hasil amonia). pada temperatur rendah sebenarnya dapat menghasilkan persentase pembentukan NH3 yang tinggi tetapi reaksi tersebut berlangsung sangat lambat untuk dapat mencapai kesetimbangan. Oleh karena itu dalam proses pemubatan aminia diperlukan adanya katalis. Pada praktiknya, kondisi yang digunakan dalam proses Haber-Bosch adalah pada tekanan 200 atm dan temperatur 380 – 460 º C dengan menggunakan katalis ion besi (Fe3O4 dicampur dengan KOH) atau osmium.

5. Jelaskan salah satu proses/teori untuk pengambilan/pemanfaatan nitrogen dari udara untuk menghasilkan produk yang lebih bermanfaat dan komersial yang anda ketahui selain untuk proses di atas?

Jawab:

17

PROSES PEMBUATAN NITROGEN

1. FiltrasiFiltrasi atau penyaringan udara menggunakan filter bertujuan agar kotoran atau gas-gas pengotor dari udara bebas dapat disaring dan tidak terikut dalam proses – proses selanjutnya.

2. KompressiAlat yang digunakan yaitu compressor, dimana fungsinya yaitu menaikkan tekanan udara bebas yang diserap sampai 90-145 Psig atau sekitar 6 bar. Udara terkompresi kemudian didinginkan hingga mendekati temperatur ruangan menggunakan alat penukar kalor atau alat dengan sistem refrigerasi.

3. Cooling WaterAir umumnya digunakan sebagai pendingin pada industry sebab air tersedia jumlahya dan mudah ditangani. System penguapan terbuka merupakan tipe system pendingin yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara. Sebagian industry menggunakan system direct cooler pada proses pendinginannya, dimana terjadi kontak langsung antara udara dengan air pada sepanjang tray direct cooler.

4. Purrification (Pemurnian)Pada proses ini terdapat proses penyerapan ( adsorpsi ) terhadap zat – zat pengotor dari feed air, diantaranya: uap air, karbon monoksida, karbon dioksida. Pada beberapa industry, menggunakan 2 layer pada vessel pemurnian ini, layer bawah menggunakan alumina untuk mengadsorpsi kandungan uap air dalam udara dan bagian top (atas) menggunakan molecular sieve yang bertindak sebagai adsorben untuk menghilangkan karbondioksida.

18

5. Heat Exchanger (Pemindah Panas)Melewati exchanger, udara didinginkan hingga mendekati titik pencairan. Karena udara menjadi dingin, mula – mula uap air akan menjadi deposit, dimulai jadi cairan kemudian berubah menjadi salju halus. Fungsi heat exchanger untuk memudahkan pergerakan panas dari zat yang lebih panas menuju daerah yang dingin hingga temperature keduanya sama.

6. EkspansiUdara yang dingin tersebut diekspansikan atau diturunkan pressure nya sampai tekanan menjadi 70 – 80 psig hingga udara tersebut cair.

7. DistilasiPada proses ini terjadi proses pemisahan antara gas – gas yang terkandung pada udara bebas sebagai umpan melalui perbedaan titik didih (relative volatilitas). Nitrogen memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan gas – gas lain yang terkandung dalam udara yaitu   -195℃. Bila dipisahkan pada proses vaporisasi (destilasi), maka nitrogen akan cepat menguap dan menghasilkan produk gas yang siap digunakan.Gas nitrogen yang dihasilkan dari proses vaporisasi bisa dirubah bentuk menjadi liquid dengan cara dilewatkan pada kolom – kolom distilasi.

Bagian II

1. Apa yang anda ketahui tentang kesetimbangan dinamik (dynamic equilibrium)? Apakah reaksi dekomposisi termal kalsium karbonat merupakan salah satu contoh kesetimbangan dinamik? Jelaskan! Jelaskan juga tentang perbedaan kesetimbangan homogeny dan heterogen!

Jawab :

1. Kesetimbangan dinamis merupakan kesetimbangan bolak-balik yang dapat terus terjadi selama reaksi dimana konsentrasi selurut zat akan selalu konstan pada temperatur yang konstan.Reaksi dekomposisi termal kalsium karbonat bukan merupakan salah satu contoh kesetimbangan dinamik jika berdasarkan reaksi :

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)Hal ini dikarenakan pada keadaan normal, CO2 akan menguap dalam fase gas dan tidak akan kembali membentuk CaCO3 sehingga pada sistem ini, reaksi tidak akan mencapai dalam keadaan setimbang jika kita menganggap bahwa sistem dalam keadaan terbuka.

19

Akan tetapi, jika berdasarkan reaksi :CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Reaksi yang dimaksud merupakan kesetimbangan dinamis karena system dalam keadaan tertutup dan, berdasarkan pada sifat kesetimbangan dinamis, dimana reaksi pada akhirnya akan mencapai kesetimbangan dimana tidak terdapat molekul yang berpindah antara reaktan dan produk.Perbedaan kesetimbangan dapat dibedakan atas kesetimbangan homogeny dan heterogen, dimana :1. Kesetimbangan Homogen

Semua spesi kimia berada dalam fasa yang sama. Hal ini mengakibatkan Konsentrasi reaktan dan produk dalam reaksi gas dapat dinyatakan dalam bentuk tekanan parsial masing-masing gas jika dalam fase gas dan konsentrasi jika dalam fase aqueous.

Contoh Reaksi Kesetimbangan Homogen:CH3COOH(aq) <——>  CH3COO–

(aq) +  H+(aq)

2. Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan ini melibatkan reaktan dan produk dalam fasa yang berbeda. Hal ini mengakibatkan kesetimbangan dapat diganggu oleh beberapa factor eksternal seperti proses Haber-Boosch.Contoh Reaksi Kesetimbangan Heterogen:CaCO3(s) <——>  CaO(s) +  CO2(g)

2. Terangkan mengapa metode (b) lebih berhasil untuk mendekomposisi CaCO3 dengan mengacu pada prinsip Le Chatelier!

Jawab:

Metode B lebih berhasil untuk mendekomposisi CaCO3 dikarenakan ketika di

udara terbuka, CO2 yang berfase gas yang terbentuk akan langsung menyebar

ke udara luas sehingga hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser ke arah

kanan dari reaksi:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Sehingga hal ini sesuai dengan prinsip Le Chatelier yang berkata “posisi

kesetimbangan akan bergerak kearah yang berlawanan dari perubahan reaksi”

20

3. Tuliskan reaksi (dekomposisi kalsium karbonat) dan turunkan persamaan untuk menentukan konstanta kesetimbangan, apabila diketahui kalsium oksida dan kalsium karbonat adalah padat. Jelaskan bagaimana anda dapat menentukan derajat disosiasi untuk reaksi ini? Apabila ada kenaikan tekanan, reaksi kesetimbangan akan bergerak kearah mana? Jelaskan mengapa demikian!

Jawab :

Reaksi Dekomposisi Kalsium KarbonatCaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) ΔH = 178 kJ / mol

Karena hanya CO2 yang memiliki fasa gas, maka menurut landasan teori, nilai K menjadi

Kc=[ CO2 ]Cara menentukan derajat disosiasi ( α ) dari reaksi diatas adalah

α= Mol zat yang teruraiMol zat mula−mula

Misalkan mol mula – mula CaCO3 adalah n, dan mol yang bereaksi terurai menjadi CaO dan CO2 adalah x. Maka α = x/n.Menurut asas Le Chatelier, penambahan tekanan akan menyebabkan kesetimbangan bergerak kearah ruas yang memiliki koefisien yang lebih kecil. Pada reaksi dekomposisi CaCO3 dimana hanya CO2 yang memiliki fasa gas / aquos (persyaratan), maka yang dianggap hanyalah nilai koefisien dari CO2, yaitu 1 pada ruas kanan, sehingga nilai koefisien di ruas kiri dianggap nol. Sehingga penambahan tekanan akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke ruas kiri atau kea rah reaktan.

4. Andaikan reaksi dekomposisi tersebut terjadi pada suhu 1200K dan ΔGo

= -13,8 kJ/mol, bagaimanakah anda dapat menentukan nilai konstanta kesetimbangan reaksi tersebut? Apa yang terjadi dengan reaksi tersebut apabila suhunya diturunkan atau dinaikkan? Bagaimana pengaruhnya dengan nilai konstanta kesetimbangannya ? berikan satu contoh!

Jawab:

Menurut reaksi isoterm Van’t Hoff

21

ΔG = ΔGo + RTlnKSaat kondisi setimbang, nilai ΔG = 0. Maka ΔGo = -RTlnKDimana ΔGo = energi bebas gibbs pada kondisi standar (J/mol)

R = Konstanta gas ideal (0,082 Latm/molK)T = Temperatur dalam KelvinK = Konstanta kesetimbangan

Sehingga apa bila diketahui T = 1200K, dan ΔGo = -13,8 kJ/mol, dapat dihitung K

−13800 Jmol

=−0,082 x1200 x lnK

lnK=¿140.244K = 8,075 x 1060

Dari rumus Gibbs dan kesetimbangan kimia, dapat dilihat bahwa besar K sangat bergantung pada suhu. Besar lnK akan berbanding terbalik dengan besar suhu (T).Kenaikan suhu akan menyebabkan nilai lnK semakin kecil, dan penurunan suhu akan membuat nilai lnK semakin besar, dimana K nilainya juga berbanding lurus dengan lnK, maka K juga berbanding terbalik dengan T.Contoh, jika pada penyelesaian diatas, suhu diubah menjadi 1000K dan 1500K :Nilai K berubah menjadi 1,226 x 1073 dan 5,317 x 1048

Jawab :

Metode B lebih berhasil untuk mendekomposisi CaCO3 dikarenakan ketika di udara terbuka, CO2 yang berfase gas yang terbentuk akan langsung menyebar ke udara luas sehingga hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser ke arah kanan dari reaksi:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)Sehingga hal ini sesuai dengan prinsip Le Chatelier yang berkata “posisi kesetimbangan kan bergerak kearah yang berlawanan dari perubahan reaksi”

Bagian III

1. Berikan contoh reaksi esterifikasi, dan jika diasumsikan konsentrasi awal pada molekul produk adalah nol, apa yang anda dapat katakan untuk nilai konsentrasi produk reaksi tsb dalam kesetimbangan?

22

Jawab:

Contoh reaksi esterifikasi :

Nilai konsentrasi awal produk adalah nol, namun setelah terjadi reaksi maka konsentrasi bertambah. Setelah setimbang tercapai, konsentrasi tidak lagi berubah menurut keadaan waktu.

2. Selain digunakan sebagai zat aditif pada makanan, senyawa ester juga banyak digunakan sebagai pelarut, contohnya etil etanoat. Berikan penjelasan alasan pemilihan etil etanoat sebagai pelarut. Andaikan pada reaksi pembentukan etil etanoat, konsentrasi asam asetat pada kesetimbangan (suhu 298 K) adalah 0,24 mol/L dan etanol adalah 0,58 mol mol/L. Turunkanlah persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan nilai konstanta kesetimbangan untuk reaksi tsb. Jelaskan bagaimana Anda dapat menentukan konsentrasi akhir dari semua spesi.Jawab :

Etil asetat/etil etanoat adalah pelarut polar menengah yang volatil (mudah

menguap), tidak beracun, dan tidak higroskopis. Etil asetat dapat melarutkan

air hingga 3% dan larut dalam air hingga kelarutannya 8% pada suhu kamar.

Kelarutannya meningkat pada suhu yang lebih tinggi. Namun, senyawa ini

tidak stabil dalam air yang mengandung asam dan basa.

Etil asetat, yang juga dikenal dengan nama acetic ether, adalah pelarut yang

banyak digunakan pada industri cat, thinner, tinta, plastic, farmasi, dan

industri kimia organik.

23

Jika konsentrasi asam asetat pada kesetimbangan (suhu 298K) adalah 0,24

mol/dm3 dan etanol adalah 0,58 mol/dm3, maka perhitungannya adalah

sebagai berikut:

∆ G=∆ G0+RT ln K

∆ G=energibebas dalam kondisi tertentu

∆ G0=energibebas dalam kondisi standar

R=tetapan gas ideal=8.314 Jmol−1 K−1

T=Temperatur ( K )

K=Tetapankesetimbangan

Pada saat kesetimbangan, ∆ G=0 maka persamaan menjadi :

∆ G0=−RT ln K

Cara mencari ∆ G0dari etil asetat adalah dengan mencari literatur nilai ∆ G0

dari senyawa pembentukknya. Diketahui pada literatur bahwa ∆ Getil asetat0

adalah −332.7 kJmo l−1.

(−332.7 ×103 Jmol−1)=−(8.314 Jmol−1 K−1)(298 K ) ln K

ln K=134.285

K=e134.285=2.085 ×1058

Maka, konstanta kesetimbangan untuk reaksi pembentukan etil asetat adalah

2.085 ×1058 .

K=[C H 3 COOC H2C H 3 ]1

[C H3 COOH ]1 [C H3 C H 2OH ]1

2.085 ×1058=[C H3 COOC H2C H 3 ]1

[ 0.24 ]1 [0.58 ]1

[C H3 COOC H2C H3 ]=2.902× 1057

24

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

25