Tetapan Kesetimbangan

TETAPAN KESETIMBANGAN Pada tahun 1864, ilmuwan Norwegia Cato Maximilian Guldberg dan Peter Waage menemukan hubungan sederhana antara konsentrasi pereaksi dan produk reaksi sewaktu reaksi kimia mencapai kesetimbangan dinamis. Secara umum, persamaan reaksi kesetimbangan atau reaksi dapat balik dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi :

dimana a, b, c, dan d adalah koefisien stokiometri dari A, B, C, dan D. Hubungan antara konsentrasi pereaksi dan produk reaksinya dirumuskan sebagai :

Rumus ini dikenal sebagai Rumus Aksi Massa dimana Q adalah kuotion reaksi. Pada saat terjadi kesetimbangan, nilai Q adalah tetap dan inilah yang dikenal sebagai tetapan kesetimbangan (Kc). Tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi tersebut pada suhu tertentu dapat dinyatakan dengan persamaan :

Kc untuk reaksi kesetimbangan homogen Berdasarkan hukum kesetimbangan, perbandingan konsentrasi zat produk dengan konsentrasi zat pereaksi, masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya adalah tetap. Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa persamaan tetapan kesetimbangan dapat ditentukan dari persamaan reaksi kesetimbangannya. Perhatikan contoh berikut:

Reaksi kesetimbangan:

Reaksi kesetimbangan:

Kc untuk reaksi kesetimbangan heterogen Reaksi kesetimbangan heterogen adalah reaksi kesetimbangan yang terdiri dari zat-zat yang berbeda wujudnya. Reaksi kesetimbangan heterogen ada yang terdiri dari wujud padat, gas, dan cair. Beberapa contoh kesetimbangan heterogen dan harga Kc nya yaitu: Reaksi kesetimbangan:

Arti Tetapan Kesetimbangan : Suatu tetapan kesetimbangan memberikan informasi seberapa jauh reaksi telah berlangsung dan meramalkan apakah reaksi telah setimbang/ belum. Kc memberikan informasi seberapa jauh reaksi telah berlangsung Semakin kecil Kc, maka semakin sedikit pereaksi yang membentuk produk reaksi. Posisi kesetimbangan ada di sebelah kiri. Sebaliknya, semakin besar Kc, semakin banyak produk reaksi yang terbentuk. Posisi kesetimbangan ada di kanan atau reaksi berlangsung hampir tuntas.

Kc meramalkan apakah kesetimbangan telah tercapai atau belum Untuk suatu set nilai konsentrasi pereaksi dan produk reaksi, kita dapat meramalkan apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan atau belum. Jika belum setimbang, kita dapat menentukan arah reaksi apakah ke kanan atau ke kiri. Hal ini dilakukan dengan membandingkan kuotion reaksi (Q) dan tetapan kesetimbangan (Kc). Pada keadaan setimbang, nilai Q sama dengan Kc.

TETAPAN KESETIMBANGAN BERDASARKAN TEKANAN PARSIAL

Untuk suatu sistem kesetimbangan yang melibatkan gas, pengukuran dilakukan terhadap tekanan, bukan terhadap konsentrasi. Tetapan kesetimbangan Kc diberi harga dalam konsentrasi yang dinyatakan dalam mol per liter atau molar, sedangkan tetapan kesetimbangan gas Kp diberi harga dalam tekanan parsial gas. Untuk menentukan persamaan tetapan kesetimbangan gas Kp, sama seperti menentukan persamaan tetapan kesetimbangan Kc, hanya saja satuan konsentrasi pada Kc diganti dengan tekanan parsial gas pada Kp.

P = tekanan parsial suatu senyawa

Perbandingan tekanan parsial = perbandingan mol saat setimbang. Jika diketahui tekanan total suatu reaksi gas maka tekanan parsial tiap-tiap zatnya dapat ditentukan :

KESETIMBANGAN KIMIA DI INDUSTRI

Banyak proses kimia dalam industri merupakan reaksi kesetimbangan. Masalah yang dihadapi oleh suatu industri adalah bagaimana memperoleh yang berkualitas tinggi dalam jumlah yang banyak dengan menggunakan proses yang efisien dan efektif. Untuk memecahkan masalah tersebut, pengetahuan tentang kesetimbangan kimia sangat dibutuhkan oleh beberapa industri kimia, misalnya industri pembuatan amoniak dan asam sulfat.

1. Pembuatan Amonia (NH3)

Amonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting, baik sebagai bahan dasar pembuatan pupuk maupun sebagai pelarut yang baik untuk berbagai senyawa ionik dan senyawa polar. Amonia dibuat berdasarkan reaksi berikut :

Proses itu ditemukan pertama kali oleh Fritz Haber (1868-1934) yang berkebangsaaan Jerman. Proses itu dikembangkan lebih lanjut oleh Carl Bosch (1874-1940). Oleh karena itu pembuatan amoniak dari reaksi antara gas H2 dan N2 dikenal dengan proses Haber-Bosch.

Berdasarkan azas Le Chatelier, untuk mendapatkan NH3 yang besar, pada reaksi itu harus digunakan temperatur yang rendah dan tekanan yang tinggi. Dengan demikian, kesetimbangan akan bergeser ke arah NH3. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 5000C sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 5000C dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Dewasa ini, seiring dengan kemajuan teknologi, digunakan tekanan yang jauh lebih besar, bahkan mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Produksi amoniak terutama digunakan untuk pembuatan ammonium sulfat, urea, asam nitrat, dan senyawa nitrogen lainnya.

2. Pembuatan Asam Sulfat

Asam sulfat secara besar-besaran dapat dihasilkan dengan proses kontak. Pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak, bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar diudara, dengan reaksi berikut.

Seperti pada pembuatan NH3 untuk mendapatkan hasil SO3 dalam jumlah besar, pembuatannya harus dilakukan pada temperatur rendah dan tekanan tinggi, agar kesetimbangan bergeser ke arah SO3. Akan tetapi, reaksi tidak dapat berlangsung pada temperatur rendah. Reaksi baru dapat berlangsung pada temperatur 400oC.

Dengan menggunakan katalis vanadium pentaoksida (V2O5), reaksi berlangsung dengan baik, yaitu 98% sempurna dan tidak memerlukan tekanan tinggi. Belerang trioksida (SO3) dicampur dengan asam sulfat sehingga diadsorbsi oleh asam tersebut membentuk asam pirosulfat yang disebut juga dengan nama oleum. Asam pirosulfat itu diubah menjadi asam sulfat dengan menambahkan air, dengan reaksi berikut.

Asam yang dihasilkan dari proses itu adalah 100%. Penggunaan asam sulfat antara lain : pada pembuatan pupuk ZA dan asam fosfat, proses pemurnian minyak tanah, untuk menghilangkan karat besi sebelum dilapisi dengan timah atau seng pada industri baja, dan pada pembuatan zat warna.

3. Pembuatan Asam Nitrat (HNO3) Menggunakan Proses Ostwald

Pembuatan asam nitrat (HNO3) menggunakan Proses Ostwald dapat dibagi menjadi 3 tahap :

Tahap I : Pembentukan NO

NH3 bereaksi dengan O2 pada suhu 900oC dan tekanan 4-10 atm membentuk NO dengan bantuan katalis Pt-Rh melalui reaksi kesetimbangan berikut :

Tahap II : Pembentukan NO2

Gas NO dari tahap I didinginkan sampai suhu 25-40oC sebelum direaksikan dengan O2 pada tekanan 7-12 atm membentuk gas NO2. Reaksi kesetimbangannya adalah sebagai berikut :