Data Loading...
Bahan Ajar Kimia Dasar Flipbook PDF
Bahan Ajar Kimia Dasar
127 Views
101 Downloads
FLIP PDF 1.43MB
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA UNIVERSITAS RIAU 2020 ``
1
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat serta taufik dan hidayah-Nya. Sehingga penulis dapat menyelesaikan bahan ajar ini tepat pada waktu yang ditentukan sebelumnya. Bahan ajar ini disusun dengan judul “Kesetimbangan Kimia”. Untuk menyelesaikan bahan ajar ini adalah suatu hal yang mustahil apabila penulis tidak mendapatkan bantuan dan kerja sama dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung hingga terselesaikannya makalah ini. Penulis berharap semoga bahan ajar ini bermanfaat bagi semua pihak dan apabila terdapat kekurangan dalam pembuatan bahan ajar ini penulis mohon maaf karena penulis menyadari bahana ajar ini masih jauh dari kesempurnaan.
Pekanbaru, 7 Agustus 2020
Penulis
``
i
Daftar Isi Kata Pengantar .................................................................................................................................. i Daftar Isi ........................................................................................................................................... ii Sub Capaian Pembelajaran Mata Kuliah ......................................................................................... iii Kesetimbangan Kimia ...................................................................................................................... 1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia............................................................. 2 1. Perubahan Konsentrasi ................................................................................................. 3 2. Perubahan Volume ....................................................................................................... 4 3. Perubahan Tekanan....................................................................................................... 5 4. Pengaruh Temperatur ................................................................................................... 7 5. Kataslis ......................................................................................................................... 8 Rangkuman....................................................................................................................................... 9 Evaluasi .......................................................................................................................................... 10 Indeks ............................................................................................................................................. 13 Daftar Pustaka ................................................................................................................................ 13
``
ii
Sub Capaian Pembelajaran Mata Kuliah
Menguasai dasar-dasar pengetahuan kimia dan dapat melakukan eksperimen sederhana.
Indikator •
Mahasiswa dapat menganalisis faktor- faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan kimia dan menghitung kesetimbangan kimia.
•
``
Mahasiswa dapat menentukan konstanta kesetimbangan kimia (K)
iii
Kesetimbangan Kimia Jika laju perpindahan manusia dari lantai atas ke bawah sama dengan laju perpindahan manusia dari lantai bawah ke atas, maka jumlah manusia di lantai atas dan di lantai bawah akan konstan (tetap). Analogi seperti ini juga ditemui dalam prinsip kesetimbangan reaksi kimia.
Tahukah kalian tentang kesetimbangan ? Coba kalian simpan air dalam botol terbuka dan botol tertutup. Apa yang terjadi
beberapa
hari
kemudian? Air dalam botol terbuka
tampak
berkurang
sedangkan botol tertutup relatif tetap.
Mengapa
demikian?
Kalian tentu tahu bahwa pada suhu tertentu air akan berubah menjadi uap air (menguap). Uap air ini kemudian berubah lagi menjadi air (mengembun). Didalam botol terbuka, air yang menguap akan keluar dari botol sehingga jumlah air di dalam botol akan berkurang. Sebaliknya, air yang menguap didalam botol tertutup akan mengembun dan mengalir kembali kedalam botol sehingga air yang terdapat di dalam botol tidak berkurang. Pada botol tertutup terjadi proses penguapan dan juga pengembunan air. Jika proses tersebut berlangsung dengan laju yang sama, sepertinya tidak ada yang berubah sehingga jumlah air akan relatif tetap. Itulah yang disebut sebagai kesetimbangan. Proses penguapan dan pengembunan tersebut akan berlangsung terus-menerus sehingga disebut sebagai kesetimbangan dinamis. Untuk lebih jelasnya mengenai kesetimbangan kimia akan kami bahas dalam bahan ajar ini.
``
1
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia Penting untuk memahami faktor-faktor yang mengontrol posisi kesetimbangan kimia. Misalnya, ketika bahan kimia diproduksi, para ahli kimia dan insinyur kimia yang bertanggung jawab atas produksi ingin memilih kondisi yang menguntungkan untuk menghasilkan produk sebanyak mungkin. Artinya, mereka menginginkan kesetimbangan yang bergerak jauh ke arah kanan. Kita dapat memprediksi secara kualitatif efek dari perubahan konsentrasi, tekanan, dan suhu pada sistem kesetimbangan dengan menggunakan prinsip Le Châtelier, yang menyatakan bahwa jika suatu perubahan dikenakan pada suatu sistem kesetimbangan, posisi dari kesetimbangan akan bergeser ke arah yang cenderung mengurangi perubahan itu. Dalam keadaan setimbang, laju reaksi dari kiri ke kanan sama dengan laju reaksi dari kanan ke kiri. Jika ada reaksi dari luar maka kesetimbangan akan mengadakan reaksi dengan cara mengubah laju reaksinya. Perubahan itu dinamakan pergeseren kesetimbangan. Jika kesetimbangan bergeser ke kanan , artinya laju reaksi ke kanan yang besar sehingga zat- zat sebelah kanan akan terbentuk lebih banyak. Akan tetapi jika kesetimbangan bergeser ke kiri yang besar hingga zat-zat sebelah kiri terbentuk lebih banyak. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi pergeseran kesetimbangan adalah: 1. Perubahan konsentrasi salah satu zat 2. Perubahan volume 3. Perubahan tekanan 4. Perubahan suhu 5. Katalis
``
2
1. Perubahan Konsentrasi
Konsentrasi Reaksi atau Produk Reaksi Dinaikkan atau Diturunkan Suatu reaksi kesetimbangan, dipengaruhi oleh zat-zat pereaksi maupun zat-zat hasil reaksi. Penambahan konsentrasi pereaksi akan menggeser kesetimbangan ke kanan, sedangkan penambahan zat hasil reaksi akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Demikian pula sebaliknya, pengurangan konsentrasi zat pereaksi akan menggeser kesetimbangan ke kiri, sedangkan pengurangan konsentrasi zat-zat hasil reaksi akan menggeser kesetimbangan ke kanan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa penambahan konsentrasi menggeser arah kesetimbangan menjauhi zat yang ditambah, dan pengurangan konsentrasi suatu zat menggeser arah kesetimbnagan mendekati zat yang dikurangi.
Contoh soal: N2(g) + 3H2 (g)
2NH3(g)
Jika reaksi berada dalam keadaan setimbang, maka tentukan arah pergeseran kesetimbangan tersebut apabila : a. H2 ditambahkan, b. NH3 dikeluarkan.
``
3
Jawab: a. Penambahan H2 akan menaikkan konsentrasi pereaksi H2. Dengan demikian, kesetimbangan akan bergeser ke kanan untuk mengurangi konsentrasi H2. b. Dikeluarkannya NH3 akan menurunkan konsentrasi produk reaksi NH3. Dengan demikian, kesetimbangan akan bergeser ke kanan untuk menaikkan konsentrasi NH3.
1.
2. Perubahan Volume
Pada suatu sistem kesetimbangan, jika volume diperbesar maka konsentrasi setiap zat dalam sistem itu akan berkurang. Dengan demikian sistem akan mengadakan reaksi dengan menggeser kesetimbnagan ke arah zat yang jumlah koefisiennya lebih besar. Untuk lebih jelasnya, perhatikan reaksi berikut: Fe3+(aq) + SCN-(aq)
FeSCN2+(aq)
Jika larutatan pada tabung V diencerkan dengan menambahkan air maka warna merah akan berkurang, berarti kesetimbangan bergeser ke kiri atau ke arah Fe3+ dan SCN- yang mempunyai jumlah koefisien lebih besar. Dari percobaan yang telah dilakukan tersebut, juga dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut: •
Jika volume diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang jumlah koefisiennya lebih besar
•
Jika volume diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang jumlah koefisiennya lebih kecil
``
4
Contoh soal: Jika ke dalam sistem ditambahkan air (volume diperbesar) menjadi dua kali dari volume semula, maka warna larutan menjadi lebih terang (lebih muda). Fe3+(aq) + SCN-(aq)
FeSCN2+(aq)
(kuning) (tidak berwarna) (merah) [𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁 2+]
K1 = [𝐹𝑒3+][𝑆𝐶𝑁−] Dengan penambahan air sehingga volume larutan menjadi dua kali lebih besar, maka konsentrasi masing-masing komponen akan mengalami perubahan sebagai berikut: [Fe3+] menjadi =
[Fe 3+] 2
[SCN-] menjadi =
[SCN −] 2
[FeSCN2+] menjadi =
[FeSCN 2+] 2
Maka setelah volume diperbesar, didapatkan nilai K (dinyatakan sebagai K 2): 2[FeSCN 2+]
K2 = [Fe 3+] [SCN −]
Sehingga K2 menjadi lebih besar daripada K1. Oleh karena suhunya tetap, K1 = K2, maka untuk mendapatkan nilai K1 sama dengan K2, konsentrasi ion Fe(SCN)2+ akan berkurang dan disertai dengan bertambahnya konsentrasi ion Fe3+ dan SCN-, atau kesetimbangan bergeser ke kiri atau ke arah jumlah partikel yang besar (jumlah partikel sebelum reaksi: 2, yaitu Fe3+ dan SCN-, dan jumlah partikel setelah reaksi adalah 1, yaitu Fe(SCN)2+.
2.
3. Perubahan Tekanan Perubahan tekanan akan berpengaruh pada konsentrasi gas-gas yang ada pada
kesetimbangan. Oleh karena itu, pada sistem reaksi setimbang yang tidak melibatkan gas, perubahan tekanan tidak menggeser letak kesetimbangan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan tekanan terhadap sistem kesetimbangan gas, dapat diingat kembali tentang persamaan gas ideal : ``
5
PV = n R T 𝒏
P= (𝑽) RT Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa perubahan tekanan akan berakibat yang sebaliknya dari perubahan volume. Artinya, jika tekanan diperbesar pengaruhnya akan sama dengan jika volume diperkecil. Oleh karena itu, untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi, perubahan tekanan tidak akan menggeser letak kesetimbangan. Untuk reaksi kesetimbangan jumlah partikel sebelum reaksi tidak sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi, jika tekanan diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah koefisien (partikel) yang kecil, dan jika tekanan diperkecil kesetimbangan akan bergeser ke jumlah koefisien (partikel) yang besar. Contoh soal: Reaksi kesetimbangan berikut berlangsung dalam ruang tertutup pada suhu tertentu. 2BrF5(g)
Br2(g) + 5F2(g)
Bagaimana pengaruh posisi kesetimbangan jika tekanan sistem diperbesar ? Pembahasan : Jika P sistem diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol yang lebih rendah tetapi tidak mengubah nilai K.
2BrF5(g)
Br2(g) + 5F2(g)
n pereaksi (kiri) = 2; n produk (kanan) = 1+5=6 Karena jumlah mol (n) pereaksi < mol produk, maka peningkatan tekanan sistem akan menggeser kesetimbangan ke kiri (n yang lebih rendah) sehingga jumlah BrF5 bertambah dan sebaliknya jumlah Br2 dan F2 berkurang.
``
6
3.
4. Pengaruh Temperatur Perubahan suhu pada suatu kesetimbangan akan menyebabkan terjadinya perubahan nilai
tetapan kesetimbangan (K). Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap pergeseran kesetimbangan, berikut disajikan data nilai K untuk berbagai suhu dari dua reaksi kesetimbangan yang berbeda. Tabel nilai KP pada berbagai suhu untuk reaksi kesetimbangan : N2 (g) + 3H2
(g)
2NH3 (g) AH = -92 KJ
Suhu (K)
298
500
700
900
KP (x 1010)
6,76 x 105
3,55 x 10-2
7,77 x 10-5
1,00 x 10-6
Semakin kecil Tabel nilai Kp pada berbagai suhu untuk reaksi kesetimbangan: H2 (g) + CO2 (g
H2O (g) + CO (g) AH = +41 KJ
Suhu (K)
298
500
700
900
KP (x 1010)
1,00 x 10-5
7,76 x 10-3
1,23 x 10-1
6,01 x 10-1
Semakin Besar
Dengan demikian, pergeseran reaksi kesetimbangan akibat perubahan suhu ditentukan oleh jenis reaksinya, apakah endoterm atau eksoterm. Jika sistem dalam kesetimbangan suhunya dinaikan, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm atau ∆H positif, dan jika suhu sistem kesetimbangan diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm atau ∆H negatif.
``
7
Contoh soal: Reaksi kesetimbangan berikut terjadi dalam ruang tertutup pada suhu 500°C. Ramalkan pengaruh dari setiap perubahan berikut terhadap jumlah NH3 dalam keadaan setimbang: (a) peningkatan suhu; (b) penurunan suhu. N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
∆𝐻°= −92 kj/mol reaksi
Pembahasan : a. Nilai ∆𝐻 negatif menunjukan bahwa reaksi berlangsung secara eksotermis. Peningkatan suhu sistem akan menggeser kesetimbangan reaksi ke arah kiri sehingga jumlah NH3 akan berkurang. b. Penurunan suhu sistem akan menggeser kesetimbangan reaksi ke arah kanan sehingga jumlah NH3 akan bertambah.
4.
5. Katalis
Reaksi pembuatan amonia berlangsung sebagai berikut: N2(g) + 3H2(g)↔ 2NH3(g) ∆H= -92 kj Pada suhu 100°C, reaksi akan mencapai keadaan setimbang dalam waktu bertahuntahun. Jika kedalam reaksi tersebut ditambahkan katalis, kesetimbangan dapat tercapai hanya dalam 5 atau 10 menit. Dengan demikian, katalis dapat memperceptat tercapainya suatu keadaan setimbang. Katalis akan mempercepat laju reaksi pembentukan NH3 tetapi sekaligus juga akan mempercepat lau reaksi penguraiannya menjadi gas N2 dan 3H2. Pengaruh ini sama kuatnya, sehingga dalam reaksi kesetimbangan katalis tidak menggeser kesetimbnagan tetapi hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang. ``
8
Rangkuman • Pergeseran kesetimbangan berpedoman pada asas Le Chatelier, yang
menyatakan bahwa jika suatu perubahan dikenakan pada suatu sistem kesetimbangan, posisi dari kesetimbangan akan bergeser ke arah yang cenderung mengurangi perubahan itu. • Adapun faktor yang mempengaruhu kesetimbangan ada 5 yaitu:
konsentrasi, temperatur, tekanan volume dan katalis
Glosarium
``
9
Evaluasi Berilah tanda silang pada huruf A, B, C, D atau E di depan jawaban yang benar! 1. Di bawah ini adalah contoh-contoh peristiwa alam yang menggunakan prinsip kesetimbangan,kecuali … A. siklus air B. siklus oksigen C. siklus nitrogen D. siklus karbon E. siklus peredaran darah 2. Berikut ini faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan, kecuali … A. konsentrasi B. katalisator C. suhu D. tekanan E. volume 3. Bila dalam kesetimbangan dilakukan aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi dengan mengurangi pengaruh aksi tersebut. Pernyataan tersebut dikemukakan oleh … A. Fritz Haber B. Carl Bosch C. Wihelm Ostwald D. Henri Louis Le Chatelier E. Lavoisier 4. Suatu reaksi kesetimbangan: 2 CO(g) + O2(g) ⇄ 2 CO2(g) ΔH = –x kJ/mol Agar kesetimbangan bergeser ke kanan, hal-hal di bawah ini perlu dilakukan, kecuali … . A. pada suhu tetap, konsentrasi gas CO ditambah B. pada suhu tetap, tekanan sistem diturunkan C. pada suhu tetap, volume diturunkan D. pada suhu tetap, konsentrasi gas oksigen ditambah E. suhu diturunkan ``
10
5. Dari reaksi kesetimbangan berikut, bila volume sistem diubah, maka yang tidak mengalami pergeseran kesetimbangan adalah …. A. 2 SO2(g) + O2(g) ⇄ 2 SO3(g) B. N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) C. H2(g) + Cl2(g⇄2 HCl(g) D. 2 N2(g) + O2(g) ⇄ 2 N2O(g) E. H2(g) + CO2(g) ⇄ H2O(g) + CO(g) 6. Reaksi kesetimbangan hidrolisis ester sebagai berikut. C2H5COOCH3(aq) + H2O(l) ⇄ CH3OH(aq) + CH3COOH(aq) Hal berikut ini memenuhi kaidah pergeseran kesetimbangan, kecuali … . A. penambahan CH3OH dapat menambah C2H5COOCH3 B. pengambilan CH3OH dapat menambah CH3COOH C. pengambilan C2H5COOCH3 dapat menambah CH3OH D. penambahan air menyebabkan C2H5OH bertambah E. penambahan C2H5COOCH3 dapat menambah CH3OH 7. Agar reaksi CCl4(g) ⇄ C(g) + 2 Cl2(g) cepat mencapai keadaan kesetimbangan, perlakuan sebaiknya adalah … A. pada suhu tetap, volume diperbesar B. pada suhu tetap, tekanan diperbesar C. ditambah katalisator D. pada suhu tetap, konsentrasi CCl4(g) diperbesar E. pada suhu tetap, konsentrasi CCl4(g) dikurangi 8. Dalam ruang tertutup terdapat reaksi kesetimbangan: H2(g) + Cl2(g) ⇄ 2 HCl(g) ΔH = –92 kJ/mol Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah … . A. kiri, harga K bertambah B. kiri, harga K berkurang C. kiri, harga K tetap D. kanan, harga K bertambah E. kanan, harga K tetap
``
11
9. Agar dapat diperoleh gas HBr sebanyak-banyaknya sesuai reaksi: H2(g) + Br2(g) ⇄ 2 HBr(g) ΔH = +25 kJ/mol dapat ditempuh dengan cara … . A. pada suhu tetap, volume diperbesar B. pada suhu tetap, tekanan diperkecil C. suhu diperbesar D. suhu dikurangi E. pada suhu tetap, ditambah katalisator 10. Diketahui beberapa reaksi: 1) H2(g) + I2(g) ⇄ 2 HI(g) 2) N2(g) + 3 H2(g) ⇄2 NH3(g) 3) PCl3(g) + Cl2(g) ⇄ PCl5(g) 4) N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g) 5) 2 SO2(g) + O2(g) ⇄ 2 SO3(g) Dari reaksi-reaksi di atas, jika pada suhu tetap dan tekanan diperbesar, maka produknya akan bertambah terjadi pada reaksi … . A. 1, 3, dan 4 B. 2, 4, dan 5 C. 2, 3, dan 4 D. 2, 3, dan 5 E. 1, 2, dan 5
``
12
Indeks
A asas Le Chatelier, 13
K katalis, 13 kesetimbangan, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 konsentrasi, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15, 16
S setimbang, 6, 7, 10, 13 suhu, 4, 6, 11, 12, 13, 14, 15, 16
V volume, 6, 8, 10, 13, 14, 15, 16
Daftar Pustaka Brady, James.E.2004. General Chemistry. Principle and Structure. 4th. ed. New York. John Willey and Sons, Inc. Chang, Raymond. 2005. General Chemistry The Essentiap Concepts Third Edition. USA:McGraw Hill.
``
13