PRINSIP KESETIMBANGAN KIMIA

Pada umumnya reaksi-reaksi kimia tersebut berlangsung dalam arah bolak-balik

(reversible), dan hanya sebagian kecil saja yang berlangsung satu arah. Pada awal proses

bolak-balik, reaksi berlangsung ke arah pembentukan produk, segera setelah terbentuk

molekul produk maka terjadi reaksi sebaliknya, yaitu pembentukan molekul reaktan dari

molekul produk. Ketika laju reaksi ke kanan dan ke kiri sama dan konsentrasi reaktan dan

produk tidak berubah maka kesetimbangan reaksi tercapai.

Ketika suatu reaksi kimia berlangsung, laju reaksi dan konsentrasi pereaksipun

berkurang. Beberapa waktu kemudian reaksi dapat berkesudahan, artinya semua pereaksi

habis bereaksi. Namun banyak reaksi tidak berkesudahan dan pada seperangkat kondisi

tertentu, konsentrasi pereaksi dan produk reaksi menjadi tetap. Reaksi yang demikian disebut

reaksi reversibel dan mencapai kesetimbangan. Padareaksi semacam ini produk reaksi yang

terjadi akan bereaksi membentuk kembali pereaksi. ketika reaksi berlangsung laju reaksi ke

depan (ke kanan), sedangkan laju reaksi sebaliknya kebelakang (ke kiri) bertambah, sebab

konsentrasi pereaksi berkurang dan konsentrasi produk reaksi semakin bertambah.

Pada umumnya suatu reaksi kimia yang berlangsung spontan akan terus

berlangsung sampai dicapai keadaan kesetimbangan dinamis. Berbagai hasil percobaan

menunjukkan bahwa dalam suatu reaks kimia, perubahan reaktan menjadi produk pada

umumnya tidak sempurna, meskipun reaksi dilakukan dalam waktu yang relatif lama.

Umumnya pada permulaan reaksi berlangsung, reaktan mempunyai laju reaksi tertentu.

Kemudian setelah reaksi berlangsung konsentrasi akan semakin berkurang sampai akhirnya

menjadi konstan. Keadaan kesetimbangan dinamis akan dicapai apabila dua proses yang

berlawanan arah berlangsung dengan laju reaksi yang sama dan konsentrasi tidak lagi

mengalami perubahan atau tidak ada gangguan dari luar. Sebagai contoh reaksi pembuatan

amonia dengan persamaan reaksi kesetimbangan berikut ini :

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,4Kj

Pergeseran kesetimbangan dapat terjadi jika pada sistem kesetimbangan diberikan

aksi, maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tadi diupayakan

sekecil mungkin. Aksi-aksi yang dapat mempengaruhi terjadinya pergeseraan kesetimbangan

antara lain perubahan konsentrasi, perubahan volume, perubahan tekanan, perubahan jumlah

mol, perubahan temperatur. Untuk memperjelas tentang terjadinya pergeseran kesetimbangan

dapat dilakukan dengan menggunakan azas Le Chatelier. Dengan menggunakan azas Le

Chatelier kita dapat memperkirakan arah pergeseran kesetimbangan jika ada pengaruh dari

luar sistem. Faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan dapat dijelaskan

sebagai berikut :

1. Pengaruh temperatur

Sesuai dengan azas Le Chatelier, jika suhu atau temperatur suatu sistem kesetimbangan

dinaikkan, maka reaksi sistem menurunkan temperatur, kesetimbangan akan bergeser ke

pihak reaksi yang menyerap kalor (ke pihak reaksi endoterm). Sebaliknya jika suhu

diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi eksoterm.

2. Pengaruh konsentrasi

Sesuai dengan azas Le Chatelier (Reaksi = aksi) , jika konsentrasi salah satu komponen

tersebut diperbesar, maka reaksi sistem akan mengurangi komponen tersebut. Sebaliknya,

jika konsentrasi salah satu komponen diperkecil, maka reaksi sistem adalah menambah

komponen itu. Oleh karena itu, pengaruh konsentrasi terhadap kesetimbangan.

3. Pengaruh tekanan dan volume

Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi

semua komponen. Sesuai dengan azas Le Chatelier, maka sistem akan bereaksi dengan

mengurangi tekanan. Sebagaimana anda ketahui, tekanan gas bergantung pada jumlah

molekul dan tidak bergantung pada jenis gas. Oleh karena itu untuk mengurangi tekanan

maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih kecil.

Sebaliknya jika tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka sistem akan

bereaksi dengan menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan

bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih besar.

C. APLIKASI PRINSIP KESETIMBANGAN PADA PEMBUATAN AMONIAK

Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hydrogen ditemukan oleh Fritz

Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia

untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga

dari Jerman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,4Kj Pada 25oC : Kp = 6,2x105

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke

kanan (pembentukanNH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut

berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500oC sekalipun. Dipihak

lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses

Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 500oC dan tekanan sekitar 150-350

atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O.

Reaksi kekanan pada pembuatan amonia adalah reaksi eksoterm. Reaksi eksoterm

lebih baik jika suhu diturunkan, tetapi jika suhu diturunkan maka reaksi berjalan sangat

lambat . Amonia punya berat molekul 17,03. Amonia ditekanan atmosfer fasanya gas. Titik

didih Amonia –33,35 oC, titik bekunya –77,7 oC, temperatur & tekanan kritiknya 133 oC &

1657 psi. Entalpi pembentukan (∆H), kkal/mol NH3(g) pada 0oC, -9,368; 25 oC, -11,04. Pada

proses sintesis pd suhu 700-1000oF, akan dilepaskan panas sebesar 13 kkal/mol. Kondisi

optimum untuk dapat bereaksi dengan suhu 400- 600oC, dengan tekanan 150-300 atm.

Kondisi optimum pembuatan amonia (NH3) dapat digambarkan pada tabel berikut :

Aplikasi Prinsip Kesetimbangan Kimia dalam Industri

04.12  cemistry family  No comments

Kata Kunci: reaksi balik, reaksi kesetimbangan, Sendawa Chili, senyawa nitrogen, zat kimiaDitulis oleh Ramadhan wahyuBanyak proses industri zat kimia yang didasarkan pada reaksi kesetimbangan. Agar efesien, kondisi reaksi haruslah diusahakan sedemikian sehingga menggeser kesetimbangan ke arah produk dan meminimalkan reaksi balik. Misalnya:1. Pembuatan Amonia menurut proses Haber-BoschNitrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar 78% volume. Walaupun demikian, senyawa nitrogen tidak terdapat banyak di alam. Satu-satunya sumber alam yang penting ialah NaNO3 yang disebut Sendawa Chili. Sementara itu, kebutuhan senyawa nitrogen semakin banyak, misalnya untuk industri pupuk, dan bahan peledak. Oleh karena itu, proses sintesis senyawa nitrogen, fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode yang utama adalah mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia. Selanjutnya amonia dapat diubah menjadi senyawa nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam nitrat.Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimiajuga dari Jerman.

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksitersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500oC sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen.

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.Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia.Diagram alur dari proses Haber-bosch untuk sintesis amoniadiberikan pada Gambar 10.

2. Pembuatan Asam Sulfat Menurut Proses KontakIndustri lainnya yang berdasarkan reaksi kesetimbangan yaitu pembuatan asam sulfat yang dikenal dengan proses kontak. Reaksi yang terjadi dapat diringkas sebagai berikut ;

Tahap penting dalam proses ini adalah reaksi (2). Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. Sama seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya berlangsung baik pada suhu tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi justru kesetimbangan bergeser ke kiri.

Dalam industri kimia, jika campuran reaksi kesetimbangan mencapai kesetimbangan maka produk reaksi tidak bertambah lagi. Akan tetapi produk reaksinya diambil atau disisihkan, maka akan menghasilkan lagi produk reaksi.

Amonia yang terbentuk dipisahkan dari campuran kesetimbangan dengan cara pencarian dari gas nitrogen di daur ulang ke wadah reaksi untuk menghasilkan produk reaksi.Banyak proses alamiah dalam kehidupan sehari-hari berkaitan dengan perubahan konsentrasi pada sistem kesetimbangan. pH darah dan jaringan badan kira-kira 7,4 . Harga ini diatur dalam darah berada dalam kesetimbangan dengan ion hidrogen karbonat dan ion hidrogen.

Jika konsentrasi ion hidrogen bertambah, ion-ion ini bereaksi dengan ion hidrogen karbonat. Jika konsentrasi ion hidrogen terlampau rendah, asam karbonat bereaksi menghasilkan hidrogen. Oksigen diangkut dari paru-paru ke sel badan oleh haemoglobin dalam sel darah merah. Dalam paru-paru, konsentrasi oksigen cukup tinggi dan haemoglobin bereaksi dengan oksigen membentuk oksihemoglobin. Reaksi ini dapat ditulis,

Dalam jaringan tubuh, konsentrasi oksigen rendah, sehingga reaksi sebaliknya yang terjadi, yaitu menghasilkan oksigen untuk digunakan dalam sel tubuh.Ketika oksigen diangkut dari paru-paru ke jaringan tubuh, karbon dioksida yang dihasilkan oleh respirasi sel angkut dari jaringan tubuh ke paru-paru.Dalam jaringan tubuh karbon dioksida yang konsentrasinya relatif tinggi melarut dalam darah bereaksi dengan air membentuk asam karbonat.

Dalam paru-paru di mana konsentrasi karbon dioksida relatif rendah, reaksi sebaliknya yang terjadi dan karbon dikeluarkan dari darah ke udara.

Jika air tanah mengalir melalui daerah berkapur, maka batu kapur melarut. Jika air berjumpa dengan udara yang mengandung sedikit karbondioksida maka karbon dioksida akan dilepaskan dari larutan ke udara, sehingga kalsium karbonat mengendap.