KNO 3

KESETIMBANGAN PADAT-CAIR
( yang menyangkut ion)
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
1
Pengendapan garam yang lebih sukar larut dari campuran ionnya dalam
larutan akuatik terjadi pada beberapa proses pemisahan hasil reaksi
garam-garam anorganik.
Sebagai contoh, pada proses Solvay, Natrium bikarbonat (NaHCO3)
dipisajikan dari larutannya dengan cara pengendapan.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
2
Beberapa proses pengendapan yang melibatkan dua garam
anorganik, dibagi menjadi dua sistem :
1. Sistem dua jenis garam dengan ion serupa, seperti anion Cl- pada
campuran KCl dan NaCl atau kation K+ pada campuran KCl dan KNO3
2. Sistem dua jenis garam dengan ion tak serupa, seperti campuran
NaCl dan KNO3. Campuran seperti ini disebut pasangan yang berlawanan
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
3
Dua garam dengan ion sejenis
H2O
Inverse Lever Rule
Garam R1 dengan berat W1 dan
garam R2 seberat W2 dicampur, menghasilkan
campuran M.
Titik M terletak pada garis R1 dan R2 dengan :
R2
R1
jarak
R1M W2

MR2 W1
M
AM
AN
Gambar 1. diagram kompoosisi segi tiga
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
4
Sistem garam dengan ion sejenis NaNO3 – KNO3 – H2O
Pada suhu 25 oC, sistem campuran dua garam nitrat (natrium dan Kalium)
di dalam air membentuk kesetimbangan seperti pada Gambar 2.
B H2O
n
m
p
C
NaNO3
A
KNO3
5
B H2O
titik n : larutan jenuh yang hanya
mengandung KNO3
n
titik m : larutan jenuh yang hanya
mengandung NaNO3
m
titik p adalah larutan yang
jenuh dengan garam KNO3
dan NaNO3.
p
C
A
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
KNO3
6
Garis pm menggambarkan komposisi
larutan yang jenuh dengan NaNO3
tapi tanpa KNO3, sedangkan
garis pn menunjukkan komposisi
larutan
jenuh dengan KNO3.
B H2O
n
m
p
C
A
KNO3
7
Area Bnmp adalah daerah
satu fasa larutan tak jenuh
(homogen),
B H2O
n
sedangkan area mpC adalah
daerah dua fasa, yang terdiri
dari padatan NaNO3 dan
larutan yang jenuh dengan garam ini.
m
p
C
A
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
KNO3
8
Masing-masing sistem larutan garam memiliki paling sedikitnya satu titik
pengeringan (drying up point), yaitu titik yang menunjukkan campuran
dengan kandungan air sebagai tetes terakhir (padatan basah yang mulai
mengering)
Pada gambar 2, terlihat bahwa larutan jenuh garam NaNO3 akan mulai
mengering di titik m, sedangkan larutan jenuh garam KNO3 mulai mengering
di titik n.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
9
Diketahui 100 kg larutan akuatik terdiri dari 10 % NaNO3, 20 % KNO3
( sisanya air). Larutan yang berkedudukan di titik 1 tersebut diuapkan
pada suhu tetap.
Hitung jumlah air yang menguap pada saat larutan jenuh.
Proses pengeringan diamati dengan cara menarik garis dari titik 1 ke titik H2O.
Perpanjangan garis pengeringan tersebut akan memotong garis pn di
titik 2 , pada kedudukan tersebut campuran merupakam larutan jenuh
KNO3, dengan kandungan 24 % KNO3 dan 64 % H2O.
Dari Gambar 3., larutan di atas akan jenuh pada garis np , sehingga menurut
aturan tangan timbangan (inverse lever rule), jumlah air yang menguap
adalah :
air yang menguap
1 2
6
100.jarak

 100.  16,7 kg
larutan awal
B2
36
Atau dihitung dengan neraca massa :
0,64
70 = W + 30.
1  0,64
air di campuran awal
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
air sisa di pdtan
basah
air yang menguap
10
B
H2O
n
1
2
m
p
3
NaNO3
C
KNO3
A
Gambar 3. Sistem larutan dua garam senama dalam air
11
70 = W + 30.
0,64
1  0,64
, W = 16,67 kg .
Jika larutan jenuh tersebut diuapkan hingga melewati keadaan jenuh KNO3,
maka kedudukan larutan akan mencapai titik 3.
Berat larutan 3 tersebut adalah :
B 1
100.jarak

B3
larutan 3
larutan awal
 100.
30
 39,5 kg
76
Larutan di titik 3 adalah larutan yang lewat jenuh dan akan terpisah menjadi
endapan KNO3 dan larutan jenuh p
Berat kristal KNO3 yang mengendap adalah :
p3
39,5.jarak

pA
kristal KNO3
larutan 3
 39,5.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
16
 15,8 kg
40
12
Analisa aturan fasa
C=N–R-S
Gambar 3. memaparkan kesetimbangan KNO3 – NaNO3 – H2O pada tekanan 1 atm,
tanpa kehadiran fasa gas. Diagram ini menggambarkan kondisi larutan dua garam
dalam air di wadah yang terbuka.
Jumlah komponen dalam sistem ini dapat dihitung dengan berbagai cara, tergantung
pada kondisi awal yang dipilih. Pada setiap keadaan, jumlah komponen di dalam
sistem adalah 3, yang ditunjukkan oleh :
1. Setiap titik yang berada di dalam segitiga mempresentasikan sistem yang
dibuat dari campuran 3 komponen H2O , KNO3, dan NaNO3.
2. Jika terjadi ionisasi sempurna, maka di dalam sistem terdapat H2O , K+, Na+,
dan NO3-, sehingga N = 4.
Karena tidak ada reaksi, maka R= 0 dan karena muatan larutan netral, maka
muatan positif = muatan negatif, sehingga S = 1. Dengan demikian maka
jumlah komponen di dalam sistem, C = 3.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
13
3. Jika ionisasi tidak sempurna, maka di dalam larutan terdapat H2O, ion K+ ,
Na+, NO3- dan sisa KNO3 , NaNO3 yang tidak terionisasi , sehingga N = 6.
Terdapat dua reaksi kesetimbangan :
NaNO3  Na+ + NO3- , dan KNO3  K+ + NO3- , jadi R = 2
S = 1, karena ion negatif dan positif terdapat dalam jumlah yang sama.
Dengan demikian maka C = 3.
Varian ( variabel yang diperlukan)
Jika suhu dan tekanan total sistem tetap, maka jumlah varian : V = C - P
Di setiap titik dalam area Bmpn adalah larutan yang tak jenuh, sehingga
merupakan fasa yang homogen. Dengan demikian maka di area tersebut,
V = 3 – 1 = 2.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
14
Kesetimbangan yang kompleks :
e
a
b
c d
Na2SO4.10 H2O
Darapskite
NaNO3.Na2SO4.H2O
Na2SO4
NaNO3
Gambar 4. Sistem NaNO3 – Na2SO4 – H2O pada 25 oC ( dlm persen berat)
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
15
Kesetimbangan 2 garam dengan ion-ion tak senama
Contoh : dua garam KCl dan NaNO3 terdekomposisi melalui reaksi
KCl + NaNO3  NaCl + KNO3
Pada dekomposisi ini, terbentuk pasangan garam NaCl dan KNO3.
Ke empat garam tersebut berada pada kesetimbangan yang digambarkan
pada diagram segi 4 Janecke pada Gambar 5.
Ordinat diagram ini menunjukkan fraksi anion NO3- terhadap total mol,
sedangkan ordinat menunjukkan fraksi kation K+.
Diagram tersebut terbagi menjadi 4 area oleh garis-garis : f – j , j − g , j – k ,
k – h ,dan k – e.
Semua larutan yang berada pada daerah afjke berada pada kesetimbangan
dengan garam/padatan NaCl, demikian pula larutan yang berada pada area
lain, adalah larutan yang setimbang dengan garam yang berada pada sudut
area tersebut.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
16
NaNO3
g
c
1,
0
14
4
0,8
4
i
5
f
Y
NO3

KNO3
5
6
7
1
2
8
9
10 11
Gambar 5.
Kesetimbangan
dua garam dengan
ion yang berbeda.
5
Cl  NO3
0,4
13
4
0,6
d
k
6
M
h
6
0,2
7
7
8
8
NaCl
a0
0,2
e
0,4
X
0,6

K
K   Na 
9
10
0,8
11
1,0b
KCl
17
Berapa komposisi larutan jenuh yang berada pada kedudukan titik M ?
Y = 0,35 dan X = 0,82 , dengan jumlah air 7 mol per mol garam terlarut.
Dengan demikian maka terdapat 0,35 mol NO3-, 0,65 mol Cl-, 0,82 mol K+,
0,18 mol Na+ dan 7 mol air untuk setiap mol garam yang terlarut.
Berapa komposisi larutan jenuh yang berada pada kedudukan titik j ?
Jika ditambahkan air pada larutan jenuh M hingga jumlah air total menjadi 20,
apa yang terjadi dan dimana kedudukan larutan ini ?
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
18
Larutan jenuh yang mengandung 1 mol NaCl dalam air ditambahi dengan
larutan jenuh yang mengandung 1 mol KNO3 dalam air pada suhu 25 oC.
Dari diagram pada Gambar 5., larutan yang terdiri dari 1 mol NaCl jenuh
berada pada titik a, jadi air pada larutan tersebut ada 9 mol.
Jadi larutan yang dibuat dari kedua larutan jenuh tersebut mengandung 2 mol
garam dalam ( 9 + 14,5 ) mol air. Larutan ini mengandung ion K+, Na+, Cl- , dan
NO3- masing-masing 1 mol dalam ( 23,5/2 = 11,75 ) mol air.
Campuran tersebut terletak pada titik P ( X dan Ynya masing-masing = 0,5), pada
larutan jenuh pada kandungan air sekitar 5,7 mol/mol garam.
Jadi, larutan yang dibuat dari dua larutan jenuh tersebut adalah larutan yang
tidak jenuh.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
19
NaNO3 c
1,
0
Y
Cl
NO3

 NO3
d
14
4
0,8
KNO3
g
4
i
5
f
13
5
6
7
1
2
8
9
4
0,6
P
5
0,4
10 11
k
6
M
h
6
7
0,2
7
8
8
a
NaCl
0
0,2
e
0,4
0,6
K
X 
K  Na 
9
10
0,8
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
11
b
1,0
KCl
20
Jika ke dalam larutan jenuh yang mengandung 1 mol NaCl ditambahkan n mol KNO3
per mol NaCl, maka w 
9
1 n
mol KNO3 yang ditambahkan
NaCl mula-mula
w adalah jumlah mol air total pada larutan jenuhnya
Untuk penambahan KNO3 sampai 0,8 mol diperoleh kurva w berupa garis putus-putus
seperti terlihat pada Gambar 7.
Jika J menyatakan jumlah air pada saat larutan jenuh, maka s yang dihitung
menggunakan data kesetimbangan (Gambar 5.), menghasilkan kurva S terhadap n
berupa garis penuh. Garis ini menyatakan keadaan larutan jenuh.
Kedua kurva berpotongan di titik J, yaitu pada n = 0,72 .
Pada saat tersebut S = w 
9
 5,23
1  0,72
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
21
n
w
9
1 n
0
9
0,1
9/(1,1) = 8,18
0,2
9/(1,2) = 7,5
0,3
9/(1,3) = 6,92
0,4
9/(1,4) = 6,43
0,5
9/(1,5) = 6
0,6
9/(1,6) = 5,63
0,7
9/(1,7) = 5,3
0,8
9/(1,8) = 5
plot n vs w,
diperoleh
kurva
XY
n
w dari kurva
1 n
keset.
n
0
9
0
0,1
8
0,111
0,2
6,8
0,25
0,3
5,7
0,43
0,4
5,25
0,67
0,5
5,6
1,0
plot terhadap n
diperoleh kurva
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
22
dasar perhitungan : 1 mol NaCl
( kondisi awal )
10
9
mol air
=w
mol garam total
8
kurva n vs w .
w dihitung dari
data kesetimbangan
(kondisi jenuh)
7
6
5
kurva n vs w .
w dihitung dari
4
3
w
9
1 n
2
1
XY
n = 0,72
0
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
n
0,72

 0,418
1  n 1,72
1
n , jumlah KNO3 yang ditambahkan (mol)
23
Diagram Janecke
AM
+
BM
N 

Y  M  N


 AN + BM
B 

X  
A B

Proses Industri Kimia - Kuliah 10

24
Titik pengeringan (drying-up point)
(a)
(b)
(c)
Pada setiap titik di area AM −AN − BN ( di atas diagonal) ad,
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
25
Contoh
Titik m pada Gambar 10. menggambarkan larutan jenuh pada suhu 50 oC,
dengan X = 0,6 dan Y = 0,8.
Larutan ini diuapkan secara isotermal hingga mulai mengering.
Hitung jumlah air yang diuapkan dan jumlah setiap fasa padat jika :
a. Padatan NaCl yang mula-mula terbentuk.
b. Padatan NaNO3 yang mula-mula terbentuk/mengendap.
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
26
NaNO3
1,0
KNO3
g
2 i
3
4
3
0,8
4
3
m
f
NO3 0,6
Y 
Cl  NO3
m : X = 0,6
Y = 0,8
w = 4,2
n
4
p
6
5
k
5
h
4
5
0,4
6
6
0,2
7
7
8
8
9
e
NaCl 0,0
0,2
0,4
0,6
K
X 
K  Na 
0,8
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
1,0
KCl
27
NaCl
NH4Cl
1,0
Diagram Janecke untuk
pasangan garam
NaCl – NH4HCO3 pada
kondisi tekanan CO2 1 atm
dan suhu 15 oC.
0,95
0,90
P1

Cl
Cl  HCO3
contour adalah

gram air (H2O)
0,85
grek ion Cl- di larutan
300 gram H2O / mol NaCl
0,80
0,75
0
NaHCO3
0,2
0,4
0,6
NH4
Na   NH4
0,8
NH4HCO3
1,0
28
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
29
Profil suhu di menara Solvay
CO2 + (NH4)2CO3
larutan
karbonasi
Pengendapan
NH4HCO3 + NaCl
NH4Cl +
NaHCO3
air
hangat
ketinggian menara , m
25
20
15
10
5
air garam
jenuh NH3
dan sedikit
CO2
air pendingin
CO2
suspensi
Na2HCO3
ke penyaring
0
20 30 40 50 60 70
suhu, oC
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
30
NaNO3
1,0
g
2
3
KNO3
i
4
3
0,8
6
5
4
3
f
4
NO3 0,6
Y 
Cl  NO3
k
5
h
4
5
0,4
6
6
0,2
7
7
8
8
9
e
NaCl 0,0
0,2
0,4
X
0,6
0,8

K
K   Na 
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
1,0
KCl
31
Proses Industri Kimia - Kuliah 10
32
NaNO3 c
1,
0
Y
Cl
NO3

 NO3
d
14
4
0,8
KNO3
g
4
i
5
f
13
5
6
7
1
2
8
9
4
0,6
10 11
5
0,4
k
6
M
h
6
7
0,2
7
8
8
a
NaCl
0
0,2
e
0,4
0,6
K
X 
K  Na 
9
10
0,8
11
b
1,0
KCl
33