makalah pemicu 2

download makalah pemicu 2

of 21

Transcript of makalah pemicu 2

MIND MAP

1|Makalah Kimia Fisika

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karuniaNya kami dapat mengerjakan dan menyelesaikan penulisan makalah dengan judul Makalah Kimia Fisika: Kesetimbangan Kimia. Dalam menyusun makalah ini kami telah banyak mendapat pengarahan dan bimbingan serta petunjuk-petunjuk dari Eny Kusrini selaku dosen pengampu mata kuliah Kimia Fisika, Faizal Abdilah dan Niniek Dwi Hapsari sebagai kakak-kakak asisten mata kuliah Kimia Fisika, dan teman-teman mahasiswa Teknik Kimia Universitas Indonesia. Makalah ini merupakan buah kerja sama dari teman semua untuk memenuhi tugas mata kuliah kimia fisika setelah pembuatan Lembar Tugas Mandiri masing-masing kelompok dan sebagai salah satu bahan penilaian dosen pengajar kepada kami. Tiada gading yang tak retak, begitu pula dengan makalah kami yang tak luput dari kesalahan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat kami butuhkan demi sempurnanya makalah ini. Selain itu, dalam kesempatan ini kami mohon maaf yang sebesarbesarnya dan kami juga berterima kasih apabila kami mendapat masukan-masukan positif yang dapat meningkatkan kemampuan kami. Kami juga berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan menambah wawasan dalam menghadapi mata kuliah yang terkait mendatang.

Depok, April 2010 Penulis

2|Makalah Kimia Fisika

DAFTAR ISI

I.

Pendahuluan Mindmap............................................................................................................1 Kata Pengantar...................................................................................................2 Daftar Isi............................................................................................................3

II.

Isi Jawaban Pemicu..................................................................................................4

III.

Penutup Kesimpulan..........................................................................................................19

IV.

Daftar Pustaka.....................................................................................................20

V.

Lampiran..............................................................................................................21

3|Makalah Kimia Fisika

ISI JAWABAN PEMICU I. Harga bensin premium telah dinaikkan secara signifikan baru-baru ini, dan masih akan ditingkatkan hingga mencapai harga keekonomiannya. Fenomena ini tak pelak lagi menunjukkan bahwa bahan bakar alternatif produksi dalam negeri yang bisa mensubstitusi paling sedikitnya sebagian dari premium sudah sangat perlu

dikembangkan. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar terbarukan yang potensial untuk keperluan ini, karena dapat dicampur dengan bensin (premium) menjadi gasohol. Bioetanol sebagai salah satu bahan bakar alternatif masyarakat belum diterapkan sama sekali karena masih dalam tahap penelitian dan uji coba. Padahal di Indonesia, banyak sekali sumber daya alam hayati yang dapat digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi bioetanol. Penggunaan etanol sebagai bahan bakar didasari oleh sifat etanol murni yang cukup mudah terbakar dan memiliki kalor-bakar netto besar, yaitu 21 MJ/liter (kira-kira 2/3 dari kalor-bakar netto bensin). Etanol, disebut juga sebagai etil alkohol dan oleh masyarakat umum sering disebut sebagai alkohol, adalah senyawa organik (alkohol) yang tidak bersifat toksik, karena tubuh manusia dapat menguraikannya dengan cepat. Selain sebagai bahan bakar alternatif, etanol juga banyak digunakan sebagai pelarut. Pertanyaan: 1. Jelaskan beberapa proses (dan bahan baku) yang dapat digunakan untuk membuat etanol. Jawab: Proses pembuatan etanol ada dua, yaitu: a. Secara petrokimia melalui hidrasi etilena Pembuatan etanol melalui proses hidrasi etilena memiliki mekanisme reaksi sebagai berikut: C2H4(g) + H2O(g) CH3CH2OH(l) Katalis yang digunakan dalam reaksi di atas umumnya adalah asam fosfat.Katalis ini digunakan pertama kali untuk produksi skala besar etanol

4|Makalah Kimia Fisika

oleh Shell Oil Company padatahun 1947.Reaksi hidrasi etilena dijalankan dengan tekanan uap berlebih pada suhu 3000C. Proses lama yang pernah digunakan padatahun 1930 oleh Union Carbide adalah dengan menghidrasi etilena secara tidak langsung, yaitu dengan mereaksikannya dengan asam sulfat pekat untuk mendapatkan etil sulfat. Etil sulfat kemudian dihidrolisis dan menghasilkan etanol. Reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut: C2H4 + H2SO4 CH3CH2SO4H CH3CH2SO4H + H2O CH3CH2OH + H2SO4

b.

Secara biologis melalaui fermentasi gula dengan ragi Etanol yang dipakai untuk konsumsi manusia (seperti minuman beralkohol) dan bahan bakar diproduksi dengan cara fermentasi. Fermentasi etanol menggunakan spesies ragi tertentu C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2 Proses pembiakkan ragi untuk mendapatkan alcohol disebut sebagai fermentasi. Konsentrasi etanol yang tinggi akan beracun bagi ragi. Pada jenis ragi yang paling toleran terhadap etanol, ragi tersebut hanya dapat bertahan pada lingkungan 15% etanol berdasarkan volume. Untuk menghasilkan etanol dari bahan pati, seperti serealia, pati tersebut harus diubah terlebih dahulu menjadi gula. Dalam pembuatan bir, pengubahan pati dapat dilakukan dengan merendam biji gandum dalam air dan membiarkannya berkecamb ah.Biji gandum yang baru berkecambah tersebut akan (misalnya Saccharomyces

cerevisiae) yang mencerna gula dan menghasilkan etanol dan karbon dioksida:

menghasilkan enzim amilase. Lalu, biji kecambah gandum ditumbuk dan amilase yang ada akan mengubah pati menjadi gula. Untuk etanol sebagai bahan bakar, hidrolisis pati menjadi glukosa dapat dilakukan dengan lebih cepat, yaitu menggunakan asam sulfat encer, menambahkan fungi penghasil amilase, atapun kombinasi dua cara tersebut.

5|Makalah Kimia Fisika

2. Dapatkah Anda menjelaskan kelebihan bioetanol dibandingkan dengan premium, sehingga ada kecenderungan untuk mengganti premium dengan gasohol. Selain sebagai energi alternatif, dapatkah Anda menjelaskan kegunaan etanol yang lain? Jawab: Bioetanol memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan premium, diantaranya yaitu: Bioetanol mengandung 35 % oksigen, sehingga dapat meningkatkan efisiensi pembakaran dan mengurangi emisi gas. Bioetanol memiliki angka oktan yang lebih tinggi, sehingga dapat menggantikan fungsi bahan aditif, seperti metil tersier butil eter dan tetra ethyl lead. Bioetanol memiliki nilai oktan 96 113, sedangkan nilai oktan bensin 85 - 96 Bioetanol ramah lingkungan, karena polutan gas buang rendah, misal gas CO, NO dll; Bioetanol mudah terurai Bioetanol merupakan energi yang dapat diperbaharui. Biaya produksi bioetanol sama atau bahkan cenderung lebih murah dibandingkan dengan bensin tanpa subsidi Selain dapat digunakan sebagai energi alternatif, etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia. Contohnya adalah pada parfum, perasa, pewarna makanan, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol adalah pelarut yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia lainnya.

3. Bagaimana pengaruh penambahan bioetano terhadap kualitas gasolin (premium), kalau dilihat dari bilangan oktan ataupun emisi gas buangnya? Apa yang Anda ketahui tentang bilangan oktan dan bagaimana cara menaikkan bilangan tersebut? Jelaskan Jawab:

6|Makalah Kimia Fisika

Secara teoritis, penambahan bioethanol kedalam bahan bakar, akan meningkatkan emisi gas formaldehid. Penggunaan bahan bakar campuran gasolin-ethanol dapat meningkatkan emisi dari formaldehid, acetaldehid dan aceton sekitar 5-13 kali dari ketika penggunaan gasolin. Pengamatan terhadap perubahan emisi formaldehid perlu dilakukan sebagai evaluasi terhadap dampak penggunaan bioethanol.

Bilangan oktan adalah angka yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan. Untuk menaikkan nilai bilangan oktan tersebut, ada beberapa hal yang dapat dilakukan:

Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi bensin menjadi hidrokarbon rantai bercabang melalui proses reforming Contohnya mengubah n-oktana menjadi isooktana.

Menambahkan hidrokarbon alisiklik/aromatik ke dalam campuran akhir fraksi bensin. Menambahkan aditif anti ketukan ke dalam bensin untuk memperlambat pembakaran bensin. Dulu digunakan senyawa timbal (Pb). Oleh karena Pb bersifat racun, maka penggunaannya sudah dilarang dan diganti dengan senyawa organik, seperti etanol dan MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether).

7|Makalah Kimia Fisika

4. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk sintesis etanol adalah darai C 2H4 (etana), yang direaksikan dengan H2O, dengan menggunakan asam sulfat pekat sebagai katalis. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi kesetimbangan, yang bersifat eksoterm ke arah pembentukan etanol. Jelaskan proses yang terjadi (disertai dengan mekanisme reaksi) dan kondisi apa saja yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi tersebut? Jika suhu reaksi adalah 300OC tentukanlah berapa nilai konstanta kesetimbangan termodinamik reaksi pembentukan etanol dari etana. (a) H bukan merupakan fungsi suhu, (b) H merupakan fungsi suhu. Jika suhu diturunkan/dinaikkan, apakah reaksi akan lebih cepat atau lebih lambat? Jelaskan Jawab:

a.

Proses dan mekanisme reaksi pembentukan etanol Etanol dibuat dalam skala produksi dengan cara mereaksikan etena (C2H4) dengan uapair (H2O). Etanol yang digunakan untuk kebutuhan industri sering kali dibuat dari senyawa petrokimia, utamanya adalah melalui hidrasi etena. Katalis yang digunakan dalam pembuatan etanol adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat(V).

Reaksipembuatanetanolmerupakanreaksi yang bersifat reversible (bolakbalik).Reaksiinidijalankandengantekananuapberlebihpadasuhu 300 C. C2H4(g) + H2O(g) CH3CH2OH(l) Namun, ada juga hidrasi etena secara tidak langsung, yaitu dengan cara mereaksikan etena dengan asam sulfat pekat untuk mendapatkan etil sulfat. Etil sulfat kemudian dihidrolisis dan menghasilkan etanol. C2H4 + H2SO4 CH3CH2SO4H CH3CH2SO4H + H2O CH3CH2OH + H2SO4 Yang mempengaruhi kesetimbangan dalam reaksi pembentukkan etanol diantaranya adalah konsentrasi, tekanan, suhu, volume, dan katalisator.

8|Makalah Kimia Fisika

b. Penentuan nilai konstanta kesetimbangan termodinamik reaksi pembentukan etanol dari etena C2H4 + H2O C2H5OH Berdasarkan Tabel 1 pada lampiran, maka: G reaksi G reaksi = Gfproduk Gfreaktan = GfC2H5OH (GfC2H4 + GfH2O) = -167.9 (68.4228.57) = -7.73 kJ/mol = -7730 J/mol

H reaksi H reaksi

= Hfproduk Hfreaktan = HfC2H5OH (HfC2H4 + HfH2O) = -234.8 (52.4 241.8) = -45.4 kJ/mol = -45400 J/mol

S reaksi S reaksi

= S produk S reaktan = S C2H5OH (S C2H4 + S H2O) = 281.6 (219.3 + 188.8) = -126.5 J/molK

9|Makalah Kimia Fisika

H bukan merupakan fungsi suhu Menggunakan energy bebas gibbs:

R yang digunakan adalah 8.313 J/molK T yang digunakan adalah suhu dalam derajat Kelvin, yaitu: 300 + 273 = 573 K

H merupakan fungsi suhu Menggunakan persamaan (10) pada Bab II

10 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Jika suhu diturunkan / dinaikkan, apakah reaksi akan lebih cepat atau lambat? Karena ln(Ka) berbanding terbalik dengan suhu, maka jika suhu dinaikkan pada saat kesetimbangan, konstanta kesetimbangan

termodinamik akan berkurang,yang menunjukkan bahwa reaksi pembentukan produk berlangsung lebih lambat.Sebaliknyajika suhu diturunkan pada saat kesetimbangan, konstanta kesetimbangan termodinamik akan bertambah,yang menunjukkan bahwa reaksi pembentukan produk berlangsung lebih cepat.

5. Turunkanlah persamaan untuk derajat disosiasi proses ini jika perbandingan C2H4 dan H2O adalah 0,6 : 1. Tentukanlah nilai derajat disosiasi jika tekanan totalnya adalah 60 atm (gunakan nilai Kp pertanyaan sebelumnya). Jika perbandingan reaktan dan suhu dibuat tetap, dan tekanannnya divariasikan dari 50-70 atm (dengan rentang 10 atm), bagaimana pengaruhnya terhadap nilai Kp dan nilai derajat disosiasi? Bagaimana pengaruh katalis terhadap reaksi kesetimbangan ini? Dan usaha apa yang dapat dilakukan untuk mendapatkan yield etanol yang lebih besar? Jawab: C2H4 Awal Bereaksi Setimbang : 0,6 mol : mol : 0,6- mol + H2O C2H5OH 1 mol mol 1- mol mol mol

Derajat disosiasi adalah perbandingan antara jumlah mol yang bereaksi dengan jumlah mol mula-mula. Derajat disosiasi dapat dirumuskan dengan rumus: ( ( ) )

Oleh karena itu, pertama-tama kita harus mencari jumlah mol yang bereaksi.

11 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Mol Campuran: (

)

(

)

Padahal sebelumnya telah didapatkan nilai Ka sebesar 5,06. Pada reaksi ini berlaku Ka=Kp, sehingga dengan diketahuinya nilai Kp maka dapat ditentukan jumlah mol yang bereaksi.Kp Phasilr reaksi Ppereaksi] ][ ] (koefisien

koefisien

[ [

( )(

) )

( ( )(

) )

( ( )

)

Jumlah mol yang bereaksi adalah sebesar 0,58, maka:

12 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Mol C2H4 = Mol H2O= Mol C2H5OH= Mol campuran=

Pada tekanan total 50 atm

Pada tekanan total 60 atm

13 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Pada tekanan total 70 atm

Nilai Kp berbanding terbalik dengan besar tekanan. Semakin besar tekanan maka akan semakin kecil nilai Kp. Sedangkan nilai derajat disosiasinya tetap karena derajat disosiasi tidak tergantung pada kenaikan tekanan tetapi pada jumlah mol zat yang bereaksi dan jumlah mol zat mula-mula. Fungsi katalisator dalam reaksi kesetimbangan adalah mempercepat tercapainya kesetimbangan dan tidak merubah letak kesetimbangan (harga tetapan kesetimbangan Kc tetap), hal ini disebabkan katalisator mempercepat reaksi ke kanan dan ke kiri sama besar.

Usaha yang dapat dilakukan untuk mendapatkan jumlah etanol yang lebih banyak adalah dengan cara: Menambahkan konsentrasi C2H4 atau H2O Karena koefisien reksi pada reaktan lebih besar daripada produk maka kita dapat meningkatkan tekanan untuk mendapatkan produk yang lebih banyak.

II. Amonia dapat diperoleh dengan mereaksikan nitrogen, dari udara, dengan hidrogen , dari gas alam, dimana proses tersebut lebih dikenal dengan Haber-Bosch Process. Reaksi pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ini merupakan reaksi reversibel. Katalis yang biasa digunakan untuk reaksi ini adalah katalis besi dengan kalium hidroksida digunakan sebagai promotor. Untuk mendapatkan yield amonia yang besar, dapat dilakukan variasi pada tekanan, suhu, rasio mol, dan seterusnya.14 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Pertanyaan: 1. Dalam suatu Haber Bosch, perbandingan mol nitrogen dan hidrogen dibuat 1:3, dan konsentrasi amonia diukur untuk setiap variasi yang dilakukan, data yang diperoleh adalah sebagai berikut: P (bar) T (oC) 350 400 NH3 (% mol) 10,1 30,4 50,7 1013 7,35 17,80 25,11 0,694 3,85 10,09 15,11 2,04 5,80 9,17 450

Diketahui bahwa nilai koefisien aktivitas untuk setiap spesi, nitrogen, hidrogen, dan amonia, yaitu 1,62, 1,47, dan 0,85. Bagaimanakah cara menentukan nilai konstanta kesetimbangan berdasarkan data-data yang diperoleh. Bagaimana cara menjelaskan pengaruh suhu terhadap reaksi ini. Jika energi bebas Gibbs standar untuk spesi tersebut diketahui, bagaimanakah cara menentukan konstanta kesetimbangan. Usaha apa yang dapat dilakukan untuk mendapatkan yield amonia maksimum. Jawab: Cara menentukan nilai konstanta kesetimbangan berdasarkan data-data yang diperoleh: N2 + 3H2 2NH3 misal, P total = 10,1 bar, T = 3500C [NH3] = 7,35% mol [H2] = 3/2 x 7,35% mol =11,025% mol [N2] = x 7,35% mol = 3,675% mol K= =(( )( ) )

= 0,12

Pengaruh suhu terhadap reaksi ini: Suhu membuat reaksi pembentukan ammonia ini bersifat eksoterm. Suhu rendah akan meggeser kesetimbangan kea rah kanan. Kendala yang dialami akibat pengaruh suhu yaitu reaksi yang berjalan lambat.

15 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Jika energi bebas Gibbs standar untuk spesi tersebut diketahui, bagaimanakah cara menentukan konstanta kesetimbangan? Jika energy gibbs telah diketahui, konstanta kesetimbangan dapat dicari dengan persamaan gibbs menggunakan koefisien aktivitas.

Usaha apa yang dapat dilakukan untuk mendapatkan yield amonia maksimum. Agar NH3 yang dihasilkan maksimum, maka reaksi harus bergeser ke kanan, maka yang harus dilakukan: Menurunkan suhu (Kondisi optimum yaitu dalam suhu 400-600Oc) Menaikkan tekanan

III. 3 orang peneliti melakukan percobaan dalam laboratorium tentang reaksi kompleks yang terjadi antara trietilamina (TEA) dan 2,4-dinitrofenol (DNP) di dalam klorobenzen. Tujuan mereka adalah ingin menentukan nilai entalpi dan entropi pembentukan kompleks ini pada suhu tertentu. Data yang mereka dapatkan adalah seperti pada tabel di bawah ini: No 1 2 3 4 5 6 T (oC) 17,5 25,2 30,0 35,5 39,5 45,0 K 29670 14450 9270 5870 3580 2670

Pertanyaan: 1. Berdasarkan data yang mereka peroleh, jelaskanlah pengaruh suhu terhadap reaksi kompleks tersebut. Jawab:

16 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Dari tabel dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu maka konstanta kesetimbangan makin kecil, yang berarti yield yang dihasilkan makin kecil.

2. Bagaimana cara menghitung nilai entalpi dan entropi suatu reaksi? Jawab: Dengan data dari tabel diatas: ln K = rumus di atas dapat digunakan untuk mencari nilai entalpi (H) sementara untuk mencari nilai entropi (S): G = H - TS Dimana, G = -RT ln K 3. Jika reaksi dilakukan pada suhu 20oC, hitunglah entalpi standar dan entropi pembentukan kompleks dari TEA dan DNP.

Jawab: Nilai Entalpi: ln K = ln K =

y =m x+c Dengan menggunakan metode least square, didapat persamaan: y = 8302x -18,27

17 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

Grafik ln K - (1/T)12 10 8 ln K 6 4 2 0 0.0031 0.0032 0.0033 1/T 0.0034 0.0035 Series1 Linear (Series1) y = 8302x - 18.274

maka nilai m =

= 8302

maka, H = 8302 x R = 8302 x 0,082054 = 681,2 H = 681,2

Nilai Entropi: G = H - TS Dimana, G = -RT ln K T = 200C = 2930C ln K = 8302 x (1/293) = 28,33 Maka: G = - (0,082054) (293) (28,33) G = - 681,1 G = H - TS -681,1 = (681,2) (293) S S = 4,65

18 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

PENUTUP KESIMPULAN

19 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

DAFTAR PUSTAKA

20 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a

LAMPIRAN

Formula

Substansi

Gfsaat [kJ/mol]

300C Hfsaat [kJ/mol] 52.4 -241.8 -234.8

300C S

saat 300C

[J/molK] 219.3 188.8 281.6

C2H4 H2O C2H5OH

Etena (gas) Air (gas) Etanol (gas)

68.4 -228.57 -167.9

Tabel 1. Properti Termodinamik Sumber: Standard Thermodynamic Properties (CRC Press LLC: 2000)

21 | M a k a l a h K i m i a F i s i k a