KESEIMBANGAN KIMIA

Nama : Dewinta Yuka Siwi

NIM : 15630029

KESEIMBANGAN KIMIA

Kesetimbangan kimia merupakan keadaan reaksi bolak-balik yang laju reaksi reaktan dan produk sama dan konsentrasi keduanya tetap. Kesetimbangan kimia hanya terjadi pada reaksi bolak-balik dimana laju terbentuknya reaktan sama dengan laju terbentuknya produk. Kesetimbangan kimia memiliki sifat dinamis sehingga juga sering disebut kesetimbangan dinamis. Kesetimbangan dinamis merupakan suatu reaksi yang  bolak-balik pada saat konsentrasi tetap dan tetap terjadi reaksi (terus-menerus). Kesetimbangan dinamis tidak terjadi secara makroskopis melainkan secara mikroskopis (partikel zat).

Ciri-ciri keadaan suatu reaksi bolak-balik dikatakan setimbang sebagai berikut.

• Terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap.
• Reaksinya berlangsung terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan.
• Laju reaksi ke reaktan sama dengan laju reaksi ke produk.
• Konsentrasi produk dan reaktan tetap.
• Terjadi secara mikroskopis pada tingkat partikel zat

Pengaruh Konsentrasi Zat terhadap kesetimbangan kimia

Jika konsentrasi salah satu zat ditambah, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser dari arah (menjauhi) zat yang ditambah konsentrasinya. Dan jika konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah zat dikurangi konsentrasinya.

Contoh : Pada persamaan reaksi berikut.

N2(g)+ 3H2(g)    <==> 2NH3(g)  H = -92 kJ

Apabila konsentrasi N2 ditambah maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kanan, karena bila konsentrasi zat ditambah maka reaksi kesetimbangan akan bergeser dari arah yang ditambah konsentrasinya.Dan apabila konsentrasi N2 dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kiri, karena bila konsentrasi zat dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang ditambah konsentrasinya.

Pengaruh Temperatur terhadap kesetimbangan kimia

Apabila temperatur sistem dinaikkan maka reaksi kesetimbangan bergeser ke arah reaksi yang membutuhkan kalor (endoterm).Dan apabila temperatur sistem dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang melepaskan kalor (eksoterm).

Contoh : Pada persamaan reaksi

[A] + [B] <==> [C]  H = -X

[C] merupakan reaksi eksoterm (melepaskan kalor) dan [A] + [B] merupakan reaksi endoterm (membutuhkan kalor).

Apabila temperatur dinaikkan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kiri karena jika temperatur sistem dinaikkan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang membutuhkan kalor (endoterm). Dan apabila temperatur diturunkan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kanan karena jika temperatur sistem dinaikkan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang melepaskan kalor (eksoterm).

Kesetimbangan Kimia Dalam Dunia Industri

Prinsip utama dalam industri  adalah  bagaimana caranya menghasilkan  produk  (hasil) seoptimal mungkin. Hal tersebut  dapat  di  capai  dengan  memodifikasi  reaksi  kimia yang terjadi. Dalam industry yang melibatan reaksi kesetimbangan kimia, produk reaksi yang di hasilkan ketika campuran reaksi kesetimbangan mencapai kesetimbangan tidak akan bertambah lagi. Akan tetapi, produk reaksi akan kembali di hasilkan, jika di lakukan perubahan konsentrasi (produk reaksinya di ambil atau pereaksi di tambah), perubahan suhu, atau perubahan tekanan dan volume.

1.       Tangki penyimpan hidrogen  cair

Hidrogen cair merupakan bahan bakar alternatif yang kini mulai di gunakan. Salah satu masalah dalam penyimpanan bahan bakar hydrogen untuk kendaraan bermotor dapat di atasi dengan pembentukan hidrida. Beberapa logam dapat menyimpan hydrogen cair 50% lebih banyak dari wadah yang biasa di gunakan untuk menyimpan hydrogen cair. Dengan memberikan tekanan, hydrogen membentuk hidrida dengan serbuk logam.

Ti (s) + nH₂ (s) ↔ TiH₂n (g)

Jika hydrogen di gunakan, tekanan akan berkurang sehingga reaksi akan bergeser ke kiri (menghasilkan Hidrogen).

2.       Kolam renang dan bak penampungan air

Untuk  mencegah pertumbuhan alga dan bakteri dalam kolam renang atau bak penampungan air, ke dalam kolam atau bak biasanya di tambahkan asam hipoklorit (HClO). Sinar matahari dapat mempercepat penguraian HClO. Untuk memeperlambat penguraian HClO, kedalam kolam renang di tambahkan asam sianura karena asam triklorosianurat tidak terurai oleh sinar matahari.

H₃C₃N₃O₃ (aq) + 3HClO (aq) ↔ Cl₃C₃N₃O₃ (aq) + 3H₂O (l) 

                                         Asam sianurat                     Triklorosianurat

 Jika asam hipoklorit terurai atau mengoksidasi alga atau bakteri, reaksi akan bergeser kea rah kiri (pembentukan asam hipoklorit). Sehingga,  penggunaan asam Hipoklorit dapat di hemat sekaligus mengurangi biaya produksi.

3.       Industri ammonia

Nitrogen sangat di perlukan untuk kelangsungan hidup makhluk hidup. Sebelum perang dunia 1, dunia kekurangan senyawa nitrogen. Setelah itu, sumber nitrogen dapat di produksi secara besar-besaran melalui sintesis amonia. Fritz haber  merupakan ilmuwan yang paling berjasa dalam industry ammonia tersebut. Dia menerapkan azas Le Chatelier untuk merancang Industri ammonia yang di kenal dengan proses Haber. Ammonia di buat dengan cara mereaksikan nitrogen dan oksigen. Reaksi tersebut menerapkan prinsip kesetimbangan.

Pada proses haber, bahan bakunya berasal dari gas alam, air, dan udara. Gas hirogen di peroleh dari reaksi gas alam (mengandung metana) dengan uap air, sedangkan gas nitrogen di peroleh dari udara.

CH₄ + H₂O ↔ CO + 3H₂

Gas CO yang terbentuk di reaksikan lagi dengan uap air sehingga menghasilkan gas H₂ dan gas CO₂.

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂

Gas H₂ di gunakan untuk membuat ammonia, sedangkan gas Co₂ yang di hasilkan di gunakan untuk memproduksi urea CO(NH₂)₂. Reaksi nitrogen dan hydrogen di lakukan pada suhu 450^oC di bantu oleh katalis (besi oksida) dengan reaksi kesetimbangan sebagai berikut.

N₂ (g) + 3H₂ (g) ↔ 2NH₃   ΔH = -92 kJ

Agar hasil produksi optimal, reaksi harus bergeser ke kanan. Oleh karena itu, tekanan yang di gunakan dalam proses tersebut sangat tinggi sekitar 300-400 atm. Jika tekanan di perbesar, reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol yang lebih kecil (NH₃ / amonia). Selain itu, suhu reaksi di turunkan sehingga reaksi bergeser ke kanan. Cara lainnya dengan mengambil produk yang terbentuk sehingga konsentrasi NH₃ berkurang. Pengurangan konsentrasi NH₃ akan menggeser kesetimbangan ke arah kanan. Selin itu, untuk menghasilkan produk yang lebih optimal, pada proses pembuatan ammonia di tambahkan katalis. Katalis tersebut berfungsi untuk mempercepat terjadinya reaksi atau memepercepat laju reaksi. Katalis yang biasa di gunakan adalah Fe dengan campuran Al₂O₃ dan KOH.

Di dunia, 50% ammonia yang di produksi di gunakan untuk pupuk. Sisanya di gunakan untuk meperoduksi granul garam NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, dan (NH₄)₃PO₄, asam nitrit, dan senyawa nitrogen lainnya.

4.       Industri asam sulfat

Asam sulfat merupakan bahan kimia yang banyak di gunakan baik di labolatorium maupun Industri. Penggunaan utama asam sulfat di industry adalah sebagai bahan baku pembuatan pupuk, di antaranya pupuk superfosfat dan ammonium sulfat. Asam sulfat juga di gunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan asam klorida, asam nitrat, garam sulfat, detergen, zat pewarna, bom, dan obat-obatan.

Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah belarang trioksida (SO₃).  SO₃  di hasilkan dari reaksi antara belerang dioksida dan oksigen. Metode pembuatan asam sulfat dengan cara ini di namakan proses kontak yang terdiri atas 3 tahap, yaitu pembuatan SO₂, pembuatan SO₃, dan pembuatan H­₂SO₄ (asam sulfat). Untuk mempercepat reaksi, di gunakan katalisator vanadium pentaoksida (V­₂O₅).

Tahap 1 : Oksidasi S

S (s) + O₂ (g) ↔ SO₂ (g)  ΔH = -297 kJ

Tahap 2 : oksidasi SO₂

2SO₂ (g) + O₂ (g) ↔ 2SO₃ (g) ΔH = -190 kJ

Untuk memperoleh keuntungan optimal, SO₃ yang di hasilkan harus optimal juga sehingga perlu di cari kondisi yang optimum agar reaksi berlangsung ke kanan. Bagaimana caranya ? setelah mencapai kesetimbangan, tekanan di perbesar dan suhu reaksi di turunkan.

Tahap 3 : pembentukan H₂SO₄

Pada tahap terakhir ini, belerang trioksida di reaksikan dengan asam sulfat pekat menghasilkan asam pirosulfat.

SO₃ (g) + H₂SO­₄ (aq) ↔ H₂S₂O₇ (l)

Asam sulfat di peroleh kembali dengan cara mereaksikan asam pirosulfat dengan air. Kadar asam sulfat yang di hasilkan sekitar 98%.

H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l) ↔ 2H₂SO₄ (aq)

5.       Industry asam nitrat

Asam nitrat di gunakan dalam pembuatan pupuk amonium nitrat, bahan peledak seperti nitrogliserin dan trinitrotoluene (TNT), Industri zat warna, dan metalurgi. Asam Nitrat dapat di buat dengan cara mereaksikan NO₂ dan air. Metode yang biasa di gunakan adalah proses Ostwald yang terdiri atas tiga tahap reaksi. Tahap-tahap reaksi ersebut merupakan reaksi kesetimbangan.

Tahap 1: oksidasi ammonia

Biasanya, proses pembuatan asam nitrat satu paket dengan pembuatan ammonia karena sebagian ammonia yang di hasilkan di oksidasi untuk menghasilkan gas nitrogen monoksida. Pada reaksi ini, suhu reaksi sekitar 900^oC dan di gunakan katalis platina dan rhenium.

4NH₃ (g) + 5O₂ (g) ↔ 4NO (g) + 6H₂O (l) ΔH = -907 kJ

Untuk menghasilkan hasil optimum, suhu reaksi di turunkan dan tekanan di perbesar.

Tahap 2: Oksidasi gas NO

Gas NO yang terbentuk selanjutnya di campukan dengan udara agar dapat bereaksi dengan oksigen.

2NO (g) + O₂ (g) ↔ 2NO₂ (g) ΔH = -114 kJ

Untuk menghasilkan gas NO optimum, duhu reaksi di tutunkan dan tekanan di perbesar.

Tahap 3: Pembentukan HNO₃

Pada tahap akhir ini, gas NO₂ di reaksikan dengan air menghasilkan asam nitrat dan gas NO.

3NO₂ (g) + H₂O (l) ↔ 2HNO₃ (aq) + NO (g)

Reaksi Kesetimbangan dalam Dunia Industri

Reaksi kesetimbangan banyak diterapkan dalam proses industri kimia. Tujuannya untuk memperoleh hasil produksi yang berkualitas tinggi dalam waktu yang relatif singkat. Oleh karena itu, para ahli kimia industri berusaha mencari metode yang tepat agar dapat memperoleh hasil produksi maksimal. Metode yang ditempuh yaitu membuat kesetimbangan bergeser ke arah produk dan menjaga agar produk tidak kembali menjadi zat awal. Selain itu, menggunakan bahan baku sehemat mungkin dan waktu yang singkat. Kondisi ini dinamakan kondisi ’’optimum”. Di antara industri kimia yang menerapkan kesetimbangan yaitu industri pembuatan amonia dan asam sulfat.

Pembuatan Amonia (NH3) 

Amonia merupakan gas tidak berwarna, mudah larut dalam air, berbau khas, dan merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting. Amonia banyak digunakan sebagai pelarut, bahan peledak, obat-obatan, dan bahan dasar pupuk. Amonia dibuat dengan cara mereaksikan gas nitrogen dengan gas hidrogen. Proses pembuatan amonia pertama kali dilakukan oleh Fritz Haber dan Karl Bosch. Oleh karena itu, proses pembuatan amonia dikenal dengan proses Haber-Bosch, dengan persamaan reaksi sebagai berikut.

N₂(g) + 3H₂(g)    ↔ 2NH₃(g)        ∆H = -92 kJ

Pembuatan Asam Sulfat (H2S04)

Pembuatan asam sulfat dilakukan melalui proses kontak. Caranya dengan membakar belerang murni di udara agar terbentuk gas SO₂. Reaksinya:

S (s) + O₂(g) → SO2(g)

Beberapa kegunaan asam sulfat sebagai berikut.

1.    Sebagai bahan dasar pada industri cat, plastik, aki, tekstil, dan bahan peledak.

2.    Digunakan pada proses pemurnian minyak tanah.

3.     Sebagai bahan dasar pupuk amonium sulfat (ZA) dan asam fosfat (H3P04).

4.    Untuk menghilangkan karat besi pada baja sebelum dilapisi seng atau timah.

5.    Untuk membuat zat warna.

Pembuatan Gas Klor (Cl2)

Pembuatan gas klor dilakukan dengan proses Deacon. Caranya dengan mengoksidasi gas asam klorida dengan oksigen di udara. Reaksinya berlangsung dengan persamaan sebagai berikut.

2HCI(g) + ⅟₂O₂(g) ↔ H₂O(g) + Cl₂(g)        ∆H = -x Kj

           

Reaksi tersebut dapat dipercepat dengan katalis CuCI2. Selain dengan katalis, reaksi dapat dipercepat dengan mengatur suhu optimal reaksi, yaitu sekitar 430°C dan tekanan 200 atm. Hal ini karena reaksi kesetimbangan tersebut berlangsung secara eksoterm

Sumber :  

Smansa Edu.  “Pembahasan Kesetimbangan Kimia Lengkap”. Diakses pada Rabu, 14 Juni 2017. http://www.smansax1-edu.com/2014/12/pembahasan-kesetimbangan-kimia-lengkap.html

Kesetimbangan Kimia.  Diakses pada Rabu, 14 Juni 2017 http://arsip-kimia.blogspot.co.id/2015/10/kesetimbangan-kimia-equilibrium.html.

Syakir  Rahman.  Kesetimbangan Kimia Dalam Dunia Industri.  Diakses pada Rabu, 14 Juni 2017.http://syakir-berbagiilmu.blogspot.co.id/2012/03/kesetimbangan-kimia-dalam-dunia.html.