Modul Kimia Kelas XI sem 2

KESETIMBANGAN KIMIA
KEGIATAN BELAJAR 1
A. Konsep Kesetimbangan Dinamis
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 keadaan kesetimbangan dinamis, kita perhatikan reaksi
penguraian (dissosiasi) gas N2O4 sebagai berikut :
N2O4 (g)
Tak berwarna

2 NO2 (g)
merah-coklat
1
Andaikan sejumlah mol gas N2O4 dimasukkan ke dalam suatu bejana tertutup.
Mula-mula dengan segera gas N2O4 yang tidak berwarna tersebut terdisosiasi
menjadi NO2 yang berwarna merah coklat. Akan tetapi setiap dua molekul NO2
dengan mudah bergabung menjadi molekul zat N2O4 kembali. Mula–mula laju
reaksi disosiasi N2O4 berlangsung relatif lebih cepat daripada laju reaksi
pembentukan N2O4. Namun laju reaksi pembentukan N2O4 juga makin lama
makin bertambah besar sesuai dengan pertambahan jumlah NO2 yang terbentuk.
Pada suatu saat laju reaksi disosiasi N2O sama dengan laju reaksi pembentukan
N2O4. maka Keadaan inilah yang disebut Keadaan kesetimbangan. Proses
penguraian yang dibahas di atas, secara diagramatis dapat digambarkan
sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 1 berikut :
Gambar 1. Pencapaian keadaan kesetimbangan reaksi penguraian N2O4
Pada keadaan kesetimbangan, jumlah molekul NO2 dan N2O4 tetap. Oleh karena
itu ketika keadaan kesetimbangan tercapai tidak terjadi perubahan sifat
makroskopis zat. Akan tetapi reaksi penguraian dan pembentukan N2O4 tetap
berlangsung secara terus menerus tidak kunjung berhenti. Jadi, pada keadaan
2
kesetimbangan dinamis, sekalipun secara makroskopis tidak terjadi perubahan,
tetapi secara mikroskopis tetap terjadi perubahan yang terus menerus.
B. Reaksi Bolak Balik (reversible)
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. Pada reaksi 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 (kekiri) 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 reaksi 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
3
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.
Perhatikanlah kertas yang terbakar. Apakah hasil pembakaran kertas dapat
diubah menjadi kertas seperi semula? Pengalaman menunjukkan bahwa proses itu
tidak dapat dilakukan, bukan? Reaksi seperi itu kita golongkan sebagai reaksi
yang berlangsung searah atau reaksi yang tidak dapat balik (Irreversible). Apakah
ada reaksi yang dapat balik? dalam kehidupan sehari-hari sulit menemukan reaksi
yang dapat balik. Proses-proses alami umumnya berlangsung searah, tidak dapat
balik. Namun, di laboratorium maupun dalam proses industri, banyak reaksi yang
dapat balik. Reaksi yang dapat balik kita sebut reaksi reversible. Dua diantaranya
kita sebutkan dalam contoh di bawah ini :
Contoh 1 :
Jika campuran gas nitrogen dan hidrogen dipanaskan akan menghasilkan amonia,
dengan reaksi: N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
Sebaliknya, jika amonia (NH3) dipanaskan akan terurai membentuk nitrogen dan
hidrogen, dengan reaksi: 2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g)
Apabila diperhatikan ternyata reaksi pertama merupakan kebalikan dari reaksi
kedua. Kedua reaksi itu dapat digabung sebagai berikut :
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
4
Tanda dimaksudkan untuk menyatakan reaksi dapat balik. Reaksi ke kanan
disebut reaksi maju, reaksi ke kiri disebut reaksi balik.
C. Reaksi Kesetimbangan Homogen Dan Heterogen
Reaksi dapat diibedakan menjadi dua macam yaitu reaksi kesetimbangan
homogen dan reaksi kesetimbangan heterogen. Reaksi Kesetimbangan Homogen
merupakan reaksi kesetimbangan dimana semua fasa senyawa yang bereaksi
sama.
Contoh :
1. N2(g) + 3H2(g)
2. H2O(l)
2NH3(g)
H+(aq) + OH-(aq)
3. CH3COOH(aq)
CH3COO-(aq) + H+(aq)
Sedangkan reaksi kesetimbangan heterogen terjadi apabila reaktan dan produk
yang berbeda fasa.
Contoh :
1. CaCO3(s)
CaO(s) + CO3(g)
2. Ag2CrO4(s)
Ag2+(aq) + CrO42-(aq)
3. 2 C(s) + O2(g)
2CO(g)
4.
Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
2 NaHCO3(s)
5
Rangkuman
Keadaan suatu reaksi dimana tidak ada perubahan yang dapat diamati atau
diukur (sifat makroskopis tidak berubah), reaksi seolaholah telah berhenti disebut
keadaan setimbang (kesetimbangan). Suatu reaksi dimana pereaksi dan produk
reaksi berada dalam satu keadaan yang disebut kesetimbangan dinamis. Reaksi
yang dapat balik kita sebut reaksi reversible (reaksi bolak-balik). Kesetimbangan
yang semua komponennya satu fase kita sebut kesetimbangan homogen,
sedangkan kesetimbangan yang terdiri dari dua fase atau lebih kita sebut
kesetimbangan heterogen. Kesetimbangan homogen dapat berupa sistem gas atau
larutan. Sedangkan kesetimbangan heterogen umumnya melibatkan komponen
padat-gas atau cair-gas.
1. Jelaskan perbedaan antara reaksi tidak dapat balik (irreversible) dan reaksi
dapat balik (reversible), berikan contoh masing-masing?
Jawab:
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
6
2. Bilamana suatu reaksi dapat dikatakan telah mencapai keadaan kesetimbangan
dinamis?
Jawab:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
3. Mengapa pada kesetimbangan tidak terjadi perubahan makroskopis?
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
4. Jelaskan, mengapa kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan dinamis?
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
5. Jelaskan perbedaan pokok antara reaksi kesetimbangan homogeny dan
heterogen, beri contoh masing-masing?
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
7
TES FORMATIF
1. Tuliskan reaksi kesetimbangan antara timbal (II) sulfat dengan natrium
iodida, dan beri keterangan perubahan warna yang terjadi?
2. Tentukan apakah kesetimbangan berikut tergolong kesetimbangan
homogen atau heterogen?
a. 4 NH3(g) + 5 O2(g)
4 NO(g) + 6 H2O(g)
b. 3 Fe (s) + 4 H2O(g)
Fe3O4(s) + 4 H2(g)
c. CH3COO - (aq) + H2O(l)
CH3COOH(aq) + OH-(aq)
3. Jelaskan kapankah suatu reaksi bolak-balik mencapai keadaan setimbang ?
4. Jelaskan mengapa cepat lambatnya suatu reaksi mencapai kesetimbangan
bergantung pada laju reaksinya?
5. Tuliskan reaksi kesetimbangan yang melibatkan N2, H2, dan NH3 ?
8
LEMBAR KEGIATAN BELAJAR 2
Tujuan kegiatan pembelajaran
Menjelaskan pengertian pergeseran kesetimbangan
Menjelaskan prinsip azas Le Chatelier
Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran Kesetimbangan
Uraian materi
A. Pergeseran Kesetimbangan
Jika pada sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan berubah
sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tadi diupayakan sekecil mungkin. Aksiaksi yang dapat mempengaruhi terjadinya pergeseraan kesetimbangan antara lain
perubahan konsentrasi, perubahan volume, perubahan tekanan, perubahan jumlah
mol, perubahan temperatur, dan katalisator. Untuk memahami terjadinya
pergeseran kesetimbangan, maka perhatikan persamaan reaksi berikut :
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
dengan Kc = 54,3 pada 430 0 C. Misalnya kita masukkan 0,243 mol H2, 0,146 mol
I2 dan 1,98 mol HI dalam satu liter tangki. Apakah reaksi akan berjalan ke kanan
atau ke kiri ? Dengan memasukkan konsentrasi awal didapat,
[𝐻𝐼]20
[𝐻2 ]0 [𝐼2 ]0
?
(1,98)2
= 111
(0,243)(0,146)
9
Karena didapat hasil
[𝐻𝐼]20
[𝐻2 ]0 [𝐼2 ]0
lebih besar dari Kc maka system tidak dalam
keadaan setimbang, sehingga untuk mencapai kesetimbangan reaksi akan digeser
kekiri.
Jumlaqh yang didapat dengan membagi konsentrasi awal seperti tersebut diatas,
[𝐻𝐼]20
[𝐻2 ]0 [𝐼2 ]0
, disebut dengan Qc
Apabila zat pada ruas kiri dan ruas kanan dari suatu reaksi kesetimbangan
dicampurkan dalam suatu wadah reaksi maka sangat mungkin bahwa campuran
tidak setimbang. Reaksi harus berlangsung ke kanan atau ke kiri sampai mencapai
kesetimbangan. Dalam hal seperti ini, arah reaksi dapat ditentukan dengan
memeriksa nilai kuotion reaksi (Qc). Kuotion reaksi adalah nisbah konsentrasi
yang bentuknya sama dengan persamaan Kc.
Untuk menentukan arah reaksi dalam mencapai kesetimbangan kita dapat
membandingkan nilai Qc dan Kc.
Jika Qc < Kc berarti reaksi bersih berlangsung ke kanan sampai Qc = Kc.
Jika Qc > Kc berarti reaksi bersih berlangsung ke kiri sampai Qc = Kc.
Jika Qc = Kc berarti campuran seimbang.
Contoh :
Pada keadaan awal terdapat 0,249 mol N2, 3,21 x 10-2 mol H2, dan 6,42 x 10-4
mol NH3 pada tangki reaksi 3,5 L pada 375oC. Jika kesetimbangan reaksi Kc
untuk reaksi :
N2(s) + 3H2(g)
2NH3(g)
10
adalah 1,2, apakah sistem dalam keadaan setimbang? Jika tidak, ramalkan ke arah
mana reaksi akan berjalan ?
Jawab :
Konsentrasi mula-mula :
[𝑁2 ]0 =
0,249 𝑚𝑜𝑙
= 0, 072𝑀
3,5 𝐿
[𝐻2 ]0 =
3,21 𝑥 10−2 𝑚𝑜𝑙
= 9,17 𝑥 10−3 𝑀
3,5 𝐿
[𝑁𝐻3 ]0 =
(1,83 𝑥 10−4 )2 𝑚𝑜𝑙
= 0, 072𝑀
3,5 𝐿
Sehingga dapat ditulis :
(NH3) 20
( 1,83 x 10 – 4 ) 2
___________ = ___________________ = 0,66 = Qc
(N2)0 (H2)30
(0,0711) (9,17 x 10 -3) 3
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
B. Azas Le Chatelier
Secara mikroskopik sistem kesetimbangan umumnya peka terhadap
gangguan dari lingkungan. Andaikan sistem yang kita perhatikan adalah
kesetimbangan air-uap, air dalam silinder. Jika volume sistem diperbesar (tekanan
11
dikurangi) maka sistem berupaya mengadakan perubahan sedemikian rupa
sehingga mengembalikan tekanan ke keadaan semula, yakni dengan menambah
jumlah molekul yang pindah ke fasa uap. Setelah kesetimbangan baru dicapai
lagi, air yang ada lebih sedikit dan uap air terdapat lebih banyak dari pada
keadaan kesetimbangan pertama tadi. Jika kesetimbangan itu ditulis dalam
persamaan reaksi :
H2O (l)
H2O (g)
Maka kesetimbangan dapat dinyatakan “ bergeser ke kanan “
Pergeseran kesetimbangan dapat dipengaruhi oleh faktor luar seperti suhu,
tekanan, dan konsentrasi. Bagaimanakah kita menjelaskan pengaruh dari berbagai
faktor itu ?
Mengapa kesetimbangan N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g), H = -92,2 kJ; bergeser ke
kiri ketika suhunya dinaikkan, tetapi bergeser ke kanan ketika tekanannya
diperbesar ?
Henri Louis Le Chatelier (1884) berhasil menyimpulkan pengaruh faktor luar
tehadap kesetimbangan dalam suatu azas yang dikenal dengan azas Le Chatelier
sebagai berikut:
“ Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi), maka
sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi
tersebut. “
Secara singkat, azas Le Chatelier dapat dinyatakan sebagai:
Reaksi = - Aksi
12
Artinya : Bila pada sistem kesetimbangan dinamik terdapat gangguan dari luar
sehingga kesetimbangan dalam keadaan terganggu atau rusak maka sistem akan
berubah sedemikian rupa sehingga gangguan itu berkurang dan bila mungkin akan
kembali ke keadaan setimbang lagi. Cara sistem bereaksi adalah dengan
melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.
C. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi
Pergeseran Kesetimbangan
Pergeseran kesetimbangan dapat dipengaruhi oleh berbagai factor antara
lain temperatur, konsentrasi, tekanan dan volume, penambahan zat lain. Namun
dalam sub bab ini akan lebih difokuskan pada tiga faktor saja yaitu pengaruh
temperatur, pengaruh konsentrasi, pengaruh tekanan dan volume. Apakah perlu
dilakukan penambahan atau penurunan temperature agar hasil suatu reaksi
menjadi lebih besar ?
Untuk meramalkan adanya gangguan luar yang dapat mempengaruhi letak
kesetimbangan suatu reaksi, marilah kita kaji bagaimana penerapan azas Le
Chatelier terhadap pengaruh atau gangguan dari luar tersebut sehingga dapat
terjadi pergeseran kesetimbangan.
Pengaruh temperature
Sesuai dengan azas Le Chatelier, jika suhu atau temperature suatu
sistem
kesetimbangan
dinaikkan,
maka
reaksi
sistem
menurunkan
temperatur, kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap
13
kalor (ke pihak reaksi endoterm). Sebaliknya jika suhu diturunkan, maka
kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi eksoterm.
Perhatikanlah contoh berikut.
Ditentukan reaksi kesetimbangan :
2NH3(g) H = - 92,2 kJ
a. N2(g) + 3H2(g)
b. H2O(g)
1/2 H2(g) + O2(g)
H = + 242 kJ
Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika temperatur dinaikkan ?
Jawab :
Pada kenaikan temperatur, kesetimbangan bergeser ke pihak reaksi endoterm:
Pada kesetimbangan (1), reaksi bergeser ke kiri.
Pada kesetimbangan (2), reaksi bergeser ke kanan.
Perubahan konsentrasi, tekanan atau volume akan menyebabkan
pergeseran reaksi tetapi tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan.
Hanya perubahan temperatur yang dapat menyebabkan perubahan tetapan
kesetimbangan. Reaksi Pembentukan NO2 dari N2O4 adalah proses
endotermik, seperti terlihat pada persamaan reaksi berikut :
N2O4(g)
2NO2(g)
H= +58 kJ
Dan reaksi sebaliknya adalah reaksi eksotermik
2NO2(g)
N2O4(g)
H=-58 kJ
Jika temperatur dinaikkan, maka pada proses endotermik akan menyerap
panas
dari
lingkungan
sehingga
membentuk
molekul
NO2
dari
N2O4.Kesimpulannya, kenaikan temperatur akan menyebabkan reaksi
14
bergeser kearah reaksi endotermik dan sebaliknya penurunan temperatur akan
menyebabkan reaksi bergeser kearah reaksi eksotermik.
a
b
Gambar 5 : (a) Dua tabung mengandung campuran gas NO2 dan
N2O4 pada saat setimbang. (b) Ketika salah satu tabung dimasukkan pada
air dingin (kiri) warna menjadi bertambah terang, menunjukkan
terbentuknya gas N2O4 yang tidak berwarna. Ketika tabung yang lain
dimasukkan
pada
air
panas
(kanan),
warnanya
menjadi
gelap,
menunjukkan kenaikan konsentrasi NO2.
Pengaruh konsentrasi
Sesuai dengan azas Le Chatelier (Reaksi = - aksi) , jika
konsentrasisalah 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 berlangsung sebagaimana yang digambar pada tabel 1
berikut
Tabel: Pengaruh Konsentrasi Terhadap Kesetimbangan
15
No
Aksi
Reaksi
1
Menambah
konsentrasi
Mengurangi
konsentrasi pereaksi
2
Mengurangi
konsentrasi
Memperbesar
produk
Mengurangi
konsentrasi
produk
Mengurangi
konsentrasi total
Menambah
konsentrasi pereaksi
Mengurangi
konsentrasi produk
Memperbesar
konsentrasi produk
3
4
5
Memperbesar
konsentrasi total
Cara sistem
bereaksi
Bergeser kekanan
Bergeser kekiri
Bergeser kekiri
Bergeser ke kanan
Bergeser kea rah yang
jumlah molekul terbesar
Contoh :
Ion besi (III) (Fe3+) berwarna kuning jingga bereaksi dengan ion
tiosianat (SCN-) tidak berwarna membentuk ion tisianobesi (III) yang
berwarna merah darah menurut reaksi kesetimbangan berikut :
Fe3+(aq) + SCN-(aq)
FeSCN2+(aq)
Kuning-jingga tidak berwarna merah-darah
Ke arah manakah kesetimbangan bergeser dan bagaimanakah perubahan
warna campuran jika :

ditambah larutan FeCl3 (ion Fe3+)

ditambah larutan KSCN (ion SCN-)

ditambah larutan NaOH (ion OH-)

Larutan diencerkan
Jawab :
Azas Le Chatelier : Reaksi = - Aksi
16

Ditambah larutan FeCl3 (ion Fe3+)
Aksi : menambah ion Fe3+
Reaksi : mengurangi ion Fe3+
Kesetimbangan : bergeser ke kanan
Perubahan warna: bertambah merah (karena ion FeSCN2+
bertambah)

Aksi : menambah ion SCN
Reaksi : mengurangi ion SCN
Kesetimbangan: bergeser ke kanan
Perubahan warna : bertambah merah (karena ion FeSCN2+
bertambah)

Aksi : menambah ion OH -. Ion ini akan mengikat ion Fe3+
membentuk Fe(OH)3 yang sukar larut.
Fe3+(aq) + 3OH-(aq)
Fe(OH)3(s)
Jadi, penambahan ion OH- sama dengan mengurangi ion Fe3+.

Aksi : mengencerkan (memperbesar volume), memperkecil
konsentrasi (jarak antar partikel dalam larutan makin renggang.
Reaksi : memperbesar konsentrasi (menambah jumlah partikel)
Kesetimbangan : bergeser ke kiri, ke arah yang jumlah partikelnya
lebih besar (setiap ion FeSCN2+ dapat pecah menjadi dua ion,
yaitu Fe3+ dan SCN-).
Perubahan warna : memudar (karena ion FeSCN2+ berkurang)
17
Gejala perubahan konsentrasi dapat diperhatikan [Fe(SCN)3]
dalam air berwarna merah. Warna merah menunjukkan adanya ion
FeSCN2+. Sehingga kesetimbangan yang terjadi adalah:
FeSCN2+(aq)
Fe3+(aq) + SCN-(aq)
merah kuning pucat tak berwarna. Jika ditambahkan NaSCN pada larutan
maka konsentrasi dari SCN- akan bertambah. Akibatnya ion Fe3+ akan
bereaksi dengan ion SCN- dengan persamaan :
FeSCN2+(aq)
Fe3+(aq) + SCN-(aq)
Akibatnya warna merah dalam larutan akan bertambah tua. Jika
ditambah H2C2O4 pada larutan awal ion C2O4-2 akan berikatan dengan
Fe3+. Akibatnya ion Fe3+ akan membentuk ion Fe(C2O4)3 3- yang dapat
dilihat dari warna kuning dalam larutan. Persamaan yang terjadi adalah:
FeSCN2+(aq)
Fe3+(aq) + SCN-(aq)
Efek perubahan konsentrasi pada kesetimbangan dapat dilihat pada
Gambar 6.
Dari
eksperimen
tersebut
diatas
dapat
ditarik
simpulan
bahwa
kesetimbangan reaktan dan produk terdapat dalam sistem, kenaikan
konsentrasi produk akan menyebabkan kesetimbangan bergeser kearah kiri
dan penurunan konsentrasi produk akan menyebabkan kesetimbangan
bergeser ke arah kanan
18
Gambar 6. Efek perubahan konsentrasi pada kesetimbangan. (a) larutan
Fe(SCN)3. Warna larutan antara merah FeSCN+ dan kuning Fe3+. (b)
Setelah penambahan NaSCN kesetimbangan bergeser ke kiri. (c) Setelah
penambahan Fe(NO3)3, kesetimbangan bergeser ke kiri. (d) Setelah
penambahan H2C2O4, kesetimbangan bergeser ke kanan. Warna kuning
karena adanya ion Fe(C2O4)33-.
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. Pengaruh penambahan tekanan (dengan cara
memperkecil volume) pada kesetimbangan reaksi :
19
CO+ 3H2(g)
CH4(g) + H2O(g)
diberikan pada Gambar 7 berikut.
Contoh : Ditentukan kesetimbangan :
-
N2(g) + 3H2(g)
-
2HI(g)
2NH3(g)
H2(g) + I2(g)
Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika tekanan diperbesar ?
Jawab :
1) N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
Kesetimbangan akan bergeser ke kanan, karena jumlah koefisien di ruas kanan
(= 2) lebih kecil daripada di ruas kiri (= 4).
2) 2HI(g)
H2(g) + I2(g)
Kesetimbangan tidak bergeser karena jumlah koefisien gas pada kedua ruas
sama (= 4). Untuk memperjelas pengaruh tekanan dan volume, perhatikan
persamaan gas berikut :
PV = nRT
P=
𝑛
𝑉
RT
20
dapat dilihat bahwa P dan V berhubungan dengan saling terbalik. Semakin
besar tekanan maka volumenya akan semakin kecil. Dan sebaliknya. Jika
terdapat kesetimbangan sistem N2O4(g)
2NO2(g)
Apa yang terjadi jika kita naikkan tekanan gasnya? Karena konsentrasi
NO2 dikwadratkan maka kenaikan tekanan akan menyebabkan kenaikan
nilai Qc. Karena Qc > Kc maka reaksi akan bergeser kearah kiri. Dan
sebaliknya penurunan tekanan (kenaikan volume) akan menyebabkan Qc <
Kc sehingga reaksi akan bergeser kearah kanan. Berdasarkan uraian
tersebut diatas, menunjukkan bahwa kenaikan tekanan menyebabkan
reaksi bergeser kearah total mol gas yang kecil dan sebaliknya penurunan
tekanan akan menyebabkan reaksi bergeser kearah total mol gas yang
besar. Untuk reaksi yang tidak mempunyai selisih jumlah mol gas
perubahan tekanan atau volume tidak akan menyebabkan perubahan dalam
kesetimbangan.
Rangkuman
Pergeseran kesetimbangan dapat dilakukan dengan menggunakan
azas Le Chatelier. Secara singkat, azas Le Chatelier dapat dinyatakan
sebagai “ Reaksi = - Aksi “.
Pergeseran kesetimbangan suatu reaksi harus berlangsung ke arah
kanan atau ke kiri sampai mencapai kesetimbangan. Arah reaksi dapat
ditentukan dengan memeriksa nilai kuotion reaksi (Qc).
21
Untuk menentukan arah reaksi dalam mencapai kesetimbangan kita
dapat membandingkan nilai Qc dan Kc.
Jika Qc < Kc berarti reaksi bersih berlangsung ke kanan sampai Qc = Kc.
Jika Qc > Kc berarti reaksi bersih berlangsung ke kiri sampai Qc = Kc.
Jika Qc = Kc berarti campuran seimbang.
Bila pada sistem kesetimbangan dinamik ada gangguan dari luar,
maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga gangguan itu
berkurang dan bila mungkin akan kembali ke keadaan setimbang lagi.
Dengan menggunakan azas Le Chatelier kita dapat memperkirakan arah
pergeseran kesetimbangan jika ada pengaruh dari luar sistem. Cara sistem
bereaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.
Perubahan konsentrasi, tekanan atau volume akan menyebabkan
pergeseran reaksi tetapi tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan.
Hanya perubahan temperatur yang dapat menyebabkan perubahan tetapan
kesetimbangan.
1. Jelaskan
bagaimana
pengaruh
aksi
(tindakan)
berikut
terhadap
kesetimbangan?
a. Menaikkan temperatur
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
b. Menambah salah satu zat pereaksi
22
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
c. Mengurangi salah satu produk
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
d. Memperbesar tekanan dengan memperkecil volume
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
2. Pada reaksi kesetimbangan :
CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2(g) ∆H= 178 kJ
a. Adakah pengaruhnya terhadap kesetimbangan, jika pada suhu tetap
ditambahkan CaCO3 (s) ?
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
b. Cara apa yang dapat digunakan agar kesetimbangan bergeser ke arah
kanan ?
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
3. Nitrogen bereaksi dengan hidrogen membentuk amonia menurut reaksi
kesetimbangan :
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
Berdasarkan pemahaman terhadap azas Le Chatelier, kearah manakah
kesetimbangan bergeser jika :
a. ditambah nitrogen
………………………………………………………………………………
b. amonia dikurangi
………………………………………………………………………………
c.
volume ruangan diperbesar
………………………………………………………………………………
23
4. Tentukan ke arah manakah masing-masing kesetimbangan berikut akan
bergeser jika tekanan diperbesar (dengan memperkecil volume)?
a. N2O4 (g)
2 NO2 (g)
………………………………………………………………………………
b. CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2 (g)
……………………………………………………………………………
TES FORMATIF
1.
Tentukan reaksi berikut apakah termasuk reaksi eksoterm atau endoterm ?
N2(g) + 3H2(g)
2.
2NH3(g)
∆H=+ 92 ,2 kJ
Diketahui reaksi kesetimbangan :
3 Fe (s) + 4 H2O(g)
Fe3O4(s) + 4 H2(g)
a. Kearah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap volume
campuran diperkecil ?
b. Bagaimana pengaruh aksi tersebut terhadap konsentrasi H2 ?
3.
Ditentukan reaksi kesetimbangan :
CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2 (g)
Kearah manakah kesetimbangan bergeser jika :
a. ditambah CaCO3
b. dikurangi CaO
c. Volume campuran diperkecil
4.
Nitrogen oksida (NO) yang terdapat dalam asap kendaraan bermotor berasal
dari reaksi berikut ini :
N2 (g) + O2 (g)
2 NO (g)
Reaksi tersebut semakin sempurna pada suhu tinggi. Apakah reaksi
endoterm atau eksoterm , jelaskan jawaban anda?
24
KEGIATAN BELAJAR 3
Tujuan kegiatan pembelajaran
1. Menjelaskan pengertian tentang tetapan kesetimbangan.
2. Menjelaskan persamaan tetapan kesetimbangan.
3. Menjelaskan tentang kesetimbangan pada tekanan parsial.
Uraian materi
A. Tetapan Kesetimbangan
Secara umum persamaan reaksi kesetimbangan atau reaksi bolak-balik
dapat dinyatakan :
aA + bB
cC + dD
dimana a, b, c, dan d adalah koefisien stokiometri dari A, B, C, dan D. Tetapan
kesetimbangan (K) untuk reaksi tersebut pada suhu tertentu dapat dinyatakan :
𝐾=
𝐶 𝑐 𝐷𝑑
𝐴𝑎 𝐵 𝑏
Berdasarkan persamaan reaksi tersebut di atas, nilai K sebagai ungkapan
keadaan kesetimbangan disebut juga “ PERBANDINGAN KONSENTRASI “
yang dinyatakan dengan lambang :
𝐶 𝑐 𝐷𝑑
𝐴𝑎 𝐵 𝑏
25
Lambang Q digunakan untuk nilai perbandingan konsentrasi (quosien
konsentrasi) pada setiap keadaan. Nilai perbandingan konsentrasi Q, untuk reaksi
kesetimbangan disebut “TETAPAN KESETIMBANGAN“ dengan lambang K.
Dalam sistem pada kesetimbangan, dapat dinyatakan Q = K. Dalam sistem
bukan kesetimbangan, dapat dinyatakan Q = K Jadi tetapan kesetimbangan untuk
reaksi,
aA + bB
cC + dD
𝐾=
𝐶 𝑐 𝐷𝑑
𝐴𝑎 𝐵 𝑏
Besarnya tetapan kesetimbangan suatu reaksi pada temperature tertentu
hanya dapat ditentukan dengan data ekperimen dan tidak dapat diramalkan dari
persamaan reaksi. Keteraturan yang diperoleh dari data eksperimen tentang sistem
kesetimbangan dikenal dengan “hukum kesetimbangan”.
Ada dua cara, yaitu pertama menggunakan energi bebas standar reaksi dan
kedua dengan pengukuran langsung konsentrasi kesetimbangan yang dapat
disubstitusikan ke dalam ungkapan aksi massa. Komposisi kesetimbangan dapat
berubah bergantung pada kondisi reaksi. Akan tetapi, pada tahun 1864 Cato
Maximillian Gulberg dan Peter Wage menemukan adanya suatu hubungan yang
tetap antara konsentrasi komponen dalam kesetimbangan. Hubungan yang tetap
ini disebut Hukum Kesetimbangan atau Hukum Aksi Massa. Harga tetapan
kesetimbangan sangat berguna baik secara kuantitatif maupun kualitatif. Secara
kuantitatif, memungkinkan untuk digunakan untuk menghitung konsentrasi
pereaksi dan atau hasil reaksi dalam sistem kesetimbangan, sedang secara
26
kualitatif, dapat memberikan informasi tentang sejauh mana reaksi berlangsung
kearah reaksi sempurna.
Misal : A
B diperoleh (B)/ (A) = Kc dan diketahui Kc = 10
Berarti : (B)/ (A) = Kc = 10 / 1.
Jadi dapat dikatakan bahwa pada kesetimbangan ini, konsentrasi B = 10
kali lebih besar dari pada konnsentrasi A atau kedudukan kesetimbangan terletak
ke arah hasil reaksi B. Sebaliknya bila Kc = 0,1 = 1/10, berarti (B)/ (A) = 1/10.
Dengan demikian dapat dikatakan bahwa pada kesetimbangan ini, konsentrasi A
sama dengan 10 kali lebih besar dari pada konsentrasi B atau kedudukan
kesetimbangan terletak ke arah pereaksi A.
Tetapan kesetimbangan berubah jika temperatur berubah. Pada temperature
tertentu, mungkin terdapat banyak campuran reaksi, setiap reaksi mempunyai
konsentrasi pereaksi yang berbeda dalam keadaan kesetimbangan.
Untuk sistem reaksi : PCl5(g)
PCl3(g) + Cl2(g)
Berdasarkan eksperimen diperoleh data sebagai berikut :
Eksperimen
1
2
3
4
Kc rata-rata = 5,5
[PCl5]
0,0023
0,010
0,085
1,00
[PCl3]
0,23
0,15
0,99
3,66
[Cl2]
0,055
0,37
0,47
1,50
Pada prinsipnya untuk reaksi kesetimbangan :
aA + bB
cC + dD
Hukum kesetimbangan selalu berlaku apakah dimulai dari campuran A dan B,
dari campuran C dan D, atau A, B, C, dan D.
27
Suatu reaksi dapat dinyatakan lebih dari satu persamaan, besarnya tetapan
kesetimbangan bergantung pada persamaan reaksi. Dengan demikian persamaan
reaksi harus diketahui untuk menyatakan tetapan kesetimbangan.
Misalnya,
N2 + 3 H2
2 NH3 K1
½N2 + 1½H2
NH3 K2
Secara garis besar umum tentang tetapan kesetimbangan dapat diungkapkan
bahwa:
“Jika harga K besar, berarti kedudukan kesetimbangan jauh di sebelah kanan,
sebaliknya jika harga K kecil berarti hanya sejumlah kecil hasil reaksi yang ada
dalam kesetimbangan“.
Contoh :
Untuk reaksi : H2(g) + Cl2(g)
2 HCl(g) , Kc = 4,4 x 10 32 pada 250C.
Apakah arti ungkapan tetapan kesetimbangan ini ?
Jawab :
Harga Kc yang sangat besar ini menunjukkan bahwa reaksi pada kesetimbangan
akan berjalan jauh ke arah sempurna. Bila masing – masing 1 mol H2 dan Cl2
bereaksi, maka hanya sejumlah kecil H2 dan Cl2 yang tidak bereaksi dalam
kesetimbangan.
28
B. Persamaan Tetapan Kesetimbangan
Suatu bentuk ungkapan dari hukum kesetimbangan kita sebut persamaan
tetapan kesetimbangan. Persamaan tetapan kesetimbangan disusun sesuai dengan
stokiometri reaksi.
Secara umum, untuk reaksi :
mA + nB
pC + qD
persamaan tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan sebagai
𝐾=
𝐶 𝑝 𝐷𝑞
𝐴𝑚 𝐵 𝑛
Karena satuan konsentrasi adalah M, maka satuan Kc = M(p+q)-(m+n)
Pada umumnya persamaan kesetimbangan hanya mengandung komponen
yang konsentrasi atau tekanannya berubah selama reaksi berlangsung. Hal seperti
itu terjadi pada zat padat murni atau zat cair murni. Oleh karena itu, zat padat
murni maupun zat cair murni tidak disertakan dalam persamaan tetapan
kesetimbangan.
Perhatikanlah contoh berikut.
Tentukan persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut ?
1. BiCl3(aq) + H2O(l)
2. N2(g) + H2(g)
3. SO3(g)
BiOCl(s) + 2HCl(aq)
2NH3(g)
SO2(g) + 1/2O2(g)
29
Jawab :
1. 𝐾 =
[𝐵𝑖𝑂𝐶𝑙] [𝐻𝐶𝑙]2
[𝐵𝑖𝐶𝑙3] [𝐻2 𝑂]
[𝑁𝐻3]2
2. 𝐾 = [𝑁 ][𝐻 ]
2
2
1
3. 𝐾 =
[𝑆𝑂2 ][𝑂2]2
[𝑆𝑂3 ]
BiOCl(s) dan H2O(l) tidak disertakan dalam persamaan karena fasanya bukan
gas atau aqueous.
C. Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial (Kp)
Disamping tetapan kesetimbangan yang berdasarkan konsentrasi. tetapan
kesetimbangan untuk sistem yang berupa gas juga dapat dinyatakan berdasarkan
tekanan parsial gas, Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial
disebut tetapan kesetimbangan tekanan parsial dan dinyatakan dengan Kp.
Jika terdapat k1esetimbangan dalam fasa gas :
aA(g)
bB(g)
dimana a dan b adalah koefisien stokiometri. Maka Kc adalah
𝐵𝑏
𝐾𝑐 = 𝑎
𝐴
Ingat:
Tekanan
Parsial
(Kp)
hanya
untuk
fasa gas
dan Kp adalah
𝐾𝑝 =
(𝑃𝐵)𝑏
(𝑃𝐴)𝑎
30
dimana Pa dan Pb adalah tekanan parsial dari a dan b.
D. Aplikasi Prinsip Kesetimbangan Dalam Industri
Banyak 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-Bosch
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 (pembentukan NH3) 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.
31
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.
Skema pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch
2. Pembuatan Asam Sulfat Menurut Proses Kontak
Industri lainnya yang berdasarkan reaksi kesetimbangan yaitu pembuatan
asam sulfat yang dikenal dengan proses kontak. Reaksi yang terjadi dapat
diringkas sebagai berikut:
a.
Belerang dibakar dengan udara membentuk belerang dioksida
S(s) + O2(g)
SO2(g)
b. Belerang dioksida dioksidasi lebih lanjut menjadi belerang trioksida.
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
c. Belerang trioksida dilarutkan dalam asam sulfat pekat membentuk
asam pirosulfat.
H2SO4(aq) + SO3(g)
H2S2O7(l)
32
d. Asam pirosulfat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat.
H2S2O7(l) + H2O(l)
H2SO4(aq)
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.
Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500oC dengan katalisator
V2O5. sebenarnya tekanan besar akan menguntungkan produksi SO3, tetapi
penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi penambahan hasil yang memadai.
Oleh karena itu, pada proses kontak tidak digunakan tekanan besar melainkan
tekanan normal, 1 atm.
Rangkuman
Tetapan kesetimbangan menunjukkan perbandingan komposisi pereaksi
dan hasil reaksi dalam keadaan setimbang pada suhu tertentu.
Secara kuantitatif, harga K dapat digunakan untuk menghitung konsentrasi
pereaksi dan atau hasil reaksi dalam sistem kesetimbangan, sedang secara
kualitatif, dapat memberikan informasi tentang sejauh mana reaksi berlangsung
kearah reaksi sempurna.
Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial disebut tetapan
kesetimbangan tekanan parsial dan dinyatakan dengan Kp.
33
Banyak 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 :

Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosch.

Pembuatan Asam Sulfat Menurut Proses Kontak.
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan :
a.
Hukum kesetimbangan
………………………………………………………………………………
b.
Tetapan kesetimbangan
………………………………………………………………………………
c. Perbandingan konsentrasi
……………………………………………………………………………....
d. Persamaan tetapan kesetimbangan
………………………………………………………………………………
2. Tulislah tetapan kesetimbangan tekanan (Kp) untuk reaksi berikut :
a. 3 Fe (s) + 4 H2O (g)
Fe3O4 (s) + 4 H2 (g)
………………………………………………………………………………
b. Na2CO3 (s) + SO2 (g) + O2 (g)
Na2SO4 (s) + CO2 (g)
………………………………………………………………………………
3. Jelaskan perbedaan tetapan kesetimbangan homogen dan heterogen , beri
contoh masing-masing ?
34
…………………..................................................................................................
..............................................................................................................................
4. Tetapan kesetimbangan Kp untuk reaksi
2NO2(g)
2NO(g) + O2(g)
adalah 158 pada 1000K. Hitung PO2 jika PNO2 = 0,4 atm dan PNO = 0,27
atm.
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
5. Tuliskan Kc dan Kp untuk reaksi
2N2O5(g)
4NO2(g) + O2(g)
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
TES FORMATIF
1. Untuk reaksi kesetimbangan berikut :
PCl5(g)
4NO2(g) + O2(g)
Harga Kc pada 1910C = 3,26 x 10-2 M. Tentukan harga Kp pada suhu
tersebut?
2. Tetapan kesetimbangan Kp untuk reaksi dekomposisi fosforus pentaklorida
menjadi fosforus triklorida dan klorin
PCl5(g)
PCl3(g) + Cl2(g)
adalah 1,05 pada 250oC. Jika pada saat kesetimbangan tekanan parsial PCl5
dan PCl3 berturut-turut adalah 0,875 atm dan 0,463 atm, berapakah tekanan
parsial Cl2?
35
3. Tulislah persamaan tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi berikut:
a.
N2(g) + 3H2(g)
b. SO3 (g)
2NH3(g)
SO2 (g) + ½ O2 (g)
4. Untuk reaksi : N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g) Kp adalah 4,3x10-4 pada
375oC. Hitung Kc.
36
KEGIATAN BELAJAR 4
Tujuan kegiatan pembelajaran
a. Menentukan harga tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi dan
tekanan parsial gas.
b. Menentukan harga tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial
gas.
Uraian materi
A.
Penentuan
Harga
Tetapan
kesetimbangan
berdasarkan konsentrasi dan tekanan parsial gas
Disosiasi adalah peruraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana.
Disosiasi yang terjadi akibat pemanasan disebut disosiasi termal. Disossiasi yang
berlangsung dalam ruang tertutup akan berakhir dengan suatu kesetimbangan
yang disebut kesetimbangan disosiasi.
Beberapa contoh kesetimbangan disosiasi gas :
2SO3(g)
2SO2(g) + O2(g)
2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g)
Besarnya fraksi yang terdisosiasi dinyatakan oleh derajat disosiasi (a),
yaitu perbandingan antara jumlah zat yang terdisosiasi dengan jumlah zat mulamula :
37
∝=
𝐽𝑢𝑙𝑎ℎ 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑑𝑖𝑠𝑜𝑠𝑖𝑎𝑠𝑖
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑚𝑢𝑙𝑎 − 𝑚𝑢𝑙𝑎
.
Hubungan kuantitatif mol zat sebelum dan sesudah reaksi dapat
digambarkan misalnya pada reaksi disosiasi
Secara umum reaksi disosiasi dapat dinyatakan sebagai berikut :
A
nB
Dengan n = perbandingan antara jumlah koefisien di ruas kanan
dengan jumlah koefisien di ruas kiri.
Contoh:
1.
2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g)
Reaksi ini mempunyai harga n = 2
2. 2HI(g)
H2(g) + I2(g)
Reaksi ini mempunyai harga n =1.
Misal jumlah A mula-mula = a mol dan derajat disosiasi = a, maka
jumlah zat A yang terdisosiasi = a x a mol, dan jumlah mol B yang terbentuk = n
x aa mol. Susunan kesetimbangan dapat dirumuskan sebagai berikut :
Reaksi
A
nB
Mula-mula
a mol
-
Reaksi
- aa mol + n
aa mol
Setimbang
(a-aa) mol
n aa mol
Jumlah mol zat sesudah reaksi = (a-aa) mol + n aa mol = a [1 + (n-1)a]
38
Contoh :
1. Mol NH3 dipanaskan pada tekanan tetap 10 atm hingga 300oC. Tentukan
volume akhir gas tersebut bila,
a. gas dianggap tidak mengalami disosiasi
b.
gas terdisosiasi 25%.
Jawab :
Volume gas dapat dihitung dengan rumus ideal, PV = nRT, atau
a.
Bila gas tidak mengalami disosiasi maka jumlah mol gas tetap 1 mol
𝑉=
𝑉=
𝑛𝑅𝑇
𝑃
1 𝑥0.08205𝑥 (273+300)
10
= 4,7 𝐿𝑖𝑡𝑒𝑟
b. Bila gas terdisosiasi 25% (a = 0,25) maka jumlah mol total campuran gas
= a[1 + (n-1)a] mol
= 1[1 + (2-1)0,25] mol
= 1,25 mol
Jadi, volume gas
𝑉=
1,25 𝑥0.08205𝑥 (273+300)
10
= 5,88 𝐿𝑖𝑡𝑒𝑟
Hubungan Kc dengan Kp
Kp = Kc (RT) ∆n
39
Rangkuman
Disosiasi adalah peruraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana.
Disosiasi yang terjadi akibat pemanasan disebut disosiasi termal. Disosiasi yang
berlangsung dalam ruang tertutup akan berakhir dengan suatu kesetimbangan
yang disebut kesetimbangan disosiasi.
Besarnya fraksi yang terdisosiasi dinyatakan oleh derajat disosiasi (a),
yaitu perbandingan antara jumlah zat yang terdisosiasi dengan jumlah zat mulamula
Secara umum reaksi disosiasi dapat dinyatakan sebagai berikut :
A
nB
Dengan n = perbandingan antara jumlah koefisien di ruas kanan dengan jumlah
koefisien di ruas kiri.
Tekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi. Dari persamaan gas
ideal, yaitu : PV = nRT Maka tekanan gas
𝑃~
𝑛𝑅𝑇
𝑉
𝑛
Besaran 𝑉 = konsentrasi gas
Hubungan antara Kp dan Konsentrasi zat –zat yang terlibat dalam reaksi dapat
dinyatakan :
Kp = Kc (RT) ∆n
40
1. Suatu reaksi kesetimbangan yang melibatkan SO2(g), O2(g), dan SO3(g) dapat
dinyatakan dengan tiga cara berikut :
1) 2SO2(g) + O2(g)
2) 2SO3(g)
2SO3(g) Kc = K1
2SO2(g) + O2(g) Kc = K2
3) SO2(g) + ½ O2(g)
SO3(g) Kc = K3
Bagaimanakah hubungan antara nilai tetapan kesetimbangan reaksi tersebut
diatas ?
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
2. Tulislah 1 contoh ungkapan bagi tetapan kesetimbangan (K) :
a. Untuk reaksi kesetimbangan yang dinyatakan dengan tekanan parsial
pereaksi dan hasil reaksi
………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………........
b. Untuk reaksi kesetimbangan yang dinyatakan dengan konsentrasi
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
41
TES FORMATIF
1. Pada perubahan reaksi :
H2O (l)
H2O (g)
Berapakah harga Kp dan Kc pada 25 0 C, jika diketahui bahwa tekanan uap air
pada temperatur 25 0C adalah 1 atm.
2. Pada penguraian uap air mempunyai Kc = 1,1 x 10 -81 pada 250C, Jelaskan apa
yang dimaksud dengan ungkapan Kc tersebut ?
3. Berdasarkan reaksi kesetimbangan pembuatan amonia diperoleh Kc sebesar
4,1 x 10 8, hitunglah konsentrasi NH3 jika keadaan setimbang konsentrasi H2
dan N2 masing-masing adalah 0,01 M?
42
TERMOKIMIA
KEGIATAN BELAJAR 5
Tujuan Kegiatan Belajar
Setelah kegiatan belajar, peserta didik dapat
1
menjelaskan azas kekekalan energi
2
memberikan contoh reaksi-reaksi eksoterm
3
memberikan contoh reaksi-reaksi endoterm
4
mendefinisikan istilah entalpi reaksi ( Δ H)
5
membedakan Δ H pembentukan, Δ H peruraian dan Δ H pembakaran
6
menghitung Δ H reaksi sesuai dengan Hukum Hess
7
membedakan reaksi pembakaran sempurna dan pembakaran tidak
sempurna
8
menuliskan reaksi pembakaran sempurna bahan bakar
9
menuliskan reaksi pembakaran tidak sempurna bahan bakar
Uraian Materi
Termokimia dapat didefinisikan sebagai bagian ilmu kimia yang
mempelajari dinamika atau perubahan reaksi kimia dengan mengamati
panas/termal nya . Berdasarkan perubahan panas atau suhu yang mengikutinya,
reaksi dibedakan menjadi reaksi eksoterm dan reaksi endoterm
43
A. Sistem, Lingkungan dan Alam Semesta
Jika sepotong pita magnesium kita masukkan ke dalam larutan asam
klorida, maka pita magnesium akan segera larut atau bereaksi dengan HCl disertai
pelepasan kalor yang menyebabkan gelas kimia beserta isinya menjadi panas.
Campuran pita magnesium dan larutan HCl itu kita sebut sebagai Sistem.
Sedangkan gelas kimia serta udara sekitarnya kita sebut sebagai Lingkungan. Jadi,
sistem adalah bagian dari alam semesta yang sedang menjadi pusat perhatian.
Bagian lain dari alam semesta yang berinteraksi dengan sistem kita sebut
lingkungan.
Gambar 1. Sistem Campuran magnesium dan larutan asam klorida
Pada umumnya sebuah sistem jauh lebih kecil dari lingkungannya. Di
alam ini terjadi banyak kejadian atau perubahan sehingga alam mengandung
sistem dalam jumlah tak hingga, ada yang berukuran besar (seperti tata surya),
berukuran kecil (seorang manusia dan sebuah mesin), dan berukuran kecil sekali
(seperti sebuah sel dan satu atom). Akibatnya, satu sistem kecil dapat berada
dalam sistem besar, atau satu sistem merupakan lingkungan bagi sistem yang lain.
44
Akan tetapi bila sebuah sistem dijumlahkan dengan lingkungannya, akan sama
besarnya dengan sebuah sistem lain dijumlahkan dengan lingkungannya, yang
disebut alam semesta.
Alam semesta adalah sistem ditambah lingkungannya (Gambar 2) Oleh sebab itu,
alam semesta hanya ada satu, tiada duanya. Interaksi antara sistem dan lingkungan
dapat berupa pertukaran materi dan atau pertukaran energi. Berkaitan dengan itu
maka sistem dibedakan menjadi tiga , yaitu sistem terbuka, sistem tertutup, dan
sistem terisolasi.
Gambar 2. Sistem dan Lingkungan
Sistem dikatakan terbuka jika antara sistem dan lingkungan dapat
mengalami pertukaran materi dan energi. Pertukaran materi artinya ada hasil
reaksi yang dapat meninggalkan sistem (wadah reaksi), misalnya gas, atau ada
sesuatu dari lingkungan yang dapat memasuki sistem.
Sistem pada gambar 1 tergolong sistem terbuka. Selanjutnya sistem
dikatakan tertutup jika antara sistem dan lingkungan tidak dapat terjadi pertukaran
materi, tetapi dapat terjadi pertukaran energi.
45
Azas Kekekalan Energi
Energi merupakan kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerjayang
dimiliki oleh suatu zat. Suatu proses dapat terjadi karena adanya energi yang
dimiliki zat tersebut. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi
energi dapat mengalami perubahan dari bentuk energi tertentu menjadi energi
lainnya.
Setiap zat mempunyai energi kinetic dan energi potensial. Jumlah energi
kinetic dan energi potensial dari suatu zat disebut dengan energi dalam ( U ).
Energi dalam tidak dapat diukur. Yang dapat diukur adalah perubahan energi
dalam ( ΔU). Perubahan energi dalam sama dengan jumlah kalor (q) dan kerja
(w). Kalor (q) yang dimiliki oleh zat pada tekanan tetap disebutu juga dengan
entalpi ( H).
Perubahan entalpi ( ΔH) terjadi selama proses penambahan atau
pelepasan kalor. Besarnya perubahan entalpi adalah selisih jumlah entalpi hasil
reaksi dengan jumlah entalpi pereaksi.
Δ H = H produk – H reaktan
B. Reaksi Eksoterm dan Endoterm
a. Reaksi Eksoterm
Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan atau
pada reaksi tersebut dikeluarkan panas. Pada reaksi eksoterm harga ΔH =
negatif ( - )
46
Contoh :
C(s) + O2(g) � CO2(g) + 393.5 kJ ; ΔH = -393.5 kJ
b. Reaksi endoterm
Pada reaksi terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau pada
reaksi tersebut dibutuhkan panas.
Pada reaksi endoterm harga ΔH = positif ( + )
Contoh :
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)- 178.5 kJ ; ΔH = +178.5 kJ
C. Entalpi Dan Perubahan Entalpi
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya.
Energi potensial berkaitan dengan wujud zat, volume, dan tekanan. Energi kinetik
ditimbulkan karena atom – atom dan molekulmolekul dalam zat bergerak secara
acak. Jumlah total dari semua bentuk energi itu disebut entalpi (H) . Entalpi akan
tetap konstan selama tidak ada energi yang masuk atau keluar dari zat. Misalnya
entalpi untuk air dapat ditulis ∆HH20 (l) dan untuk es ditulis ∆HH20 (s).
Entalpi tergolong sifat eksternal, yakni sifat yang bergantung pada jumlah
mol zat. Bahan bakar fosil seperti minyak bumi, batubara mempunyai isi panas
atau entalpi. Entalpi (H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dan semua
bentuk energi yang dimiliki zat yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan
kalor atau entalpi yang terjadi selama proses penerimaan atau pelepasan kalor
47
dinyatakan dengan “ perubahan entalpi (∆H) “ . Misalnya pada perubahan es
menjadi air, maka dapat ditulis sebagai berikut:
∆H = HH20 (l) - HH20 (s)
Harga entalpi zat sebenarnya tidak dapat ditentukan atau diukur. Tetapi
∆H dapat ditentukan dengan cara mengukur jumlah kalor yang diserap sistem.
Misalnya pada perubahan es menjadi air, yaitu 89 kalori/gram. Pada perubahan es
menjadi air, ∆H adalah positif, karena entalpi hasil perubahan, entalpi air lebih
besar dari pada entalpi es.
Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga
∆H positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih
kecil, sehingga ∆H negatif. Perubahan entalpi pada suatu reaksi disebut kalor
reaksi. Kalor reaksi untuk reaksi-reaksi yang khas disebut dengan nama yang khas
pula, misalnya kalor pembentukan,kalor penguraian, kalor pembakaran, kalor
pelarutan dan sebagainya.
D. Perubahan Entalpi Berdasarkan Hukum Hess
Banyak reaksi yang dapat berlangsung secara bertahap. Misalnya
pembakaran karbon atau grafit. Jika karbon dibakar dengan oksigen berlebihan
terbentuk karbon dioksida menurut persamaan reaksi:
C(s) + O2 (g)  CO2 (g) ∆H = - 394 kJ
48
Reaksi diatas dapat berlangsung melalui dua tahap. Mula-mula karbon dibakar
dengan oksigen yang terbatas sehingga membentuk karbon monoksida.
Selanjutnya, karbon monoksida itu dibakar lagi untuk membentuk karbon
dioksida.
Persamaan termokimia untuk kedua reaksi tersebut adalah:
C(s) + ½ O2 (g)  CO (g) ∆H = - 111 kJ
CO (g) + ½ O2 (g  CO2 (g) ∆H = - 283 kJ
Jika kedua tahap diatas dijumlahkan, maka diperoleh:
C(s) + ½ O2 (g)  CO (g) ∆H = - 111 kJ
CO (g) + ½ O2 (g)  CO2 (g) ∆H = - 283 kJ
------------------------------------------------------------------------- +
C(s) + O2 (g)  CO2 (g) ∆H = - 394 kJ
E. Perhitungan Perubahan Entalpi
1. Entalpi Pembentukan Standar (ΔHf)
Perubahan entalpi reaksi ditentukan berdasarkan selisih dari perubahan
entalpi pembentukan produk dan perubahan entalpi pembentukan pereaksi.
ΔH = ΣΔHf (Produk) - ΣΔHf (Pereaksi)
Contoh :
Tentukan perubahan entalpi standar untuk reaksi pembakaran 1 mol etana
menurut reaksi
C2H6(g) + 7/2 O2(g) 
2 CO2(g) + 3 H2O(g)
49
Bila diketahui :
Δ Hf CO2(g) = - 394 kJ/mol
ΔHf C2H6(g) = - 85 kJ/mol
Δ Hf H2O(g) = - 286 kJ/mol
ΔHf O2(g) = 0 kJ/mol
Jawab :
ΔH = ΣΔHf (Produk) - ΣΔHf (Pereaksi)
= ( 2x Δ Hf CO2(g) + 3x Δ Hf H2O(g) ) – (ΔHf C2H6(g) + 7/2 ΔHf O2(g) )
= ( 2x ( - 394) + 3x ( - 286)) –(( - 85) + 0))
= ( - 788 – 958 ) + 85
= - 1561 kJ/ mol
2. Entalpi Penguraian ( Δ Hd, dari kata decompotition atau peruraian).
ΔHd yaitu ΔH
menjadi
dari
penguraian 1 mol
persenyawaan
langsung
unsur-unsurnya (= Kebalikan dari ΔH pembentukan).
Contoh : H2O(l)
H2(g) + 1/2 O2(g) ; ΔH = +285.85 kJ.
3. Entalpi Pembakaran Standar ( ΔHc ).
Subskrip c berasal dari kata combustion atau pembakaran. ΔHc yaitu ΔH
untuk membakar 1 mol persenyawaan dengan O2 dari udara yang diukur pada
298 K dan tekanan 1 atm.
Contoh: CH4(g) + 2O2(g)

CO2(g) + 2H2O(l) ; ΔHc = -802 kJ.
50
F. Entalpi Reaksi BerdasarkannEnergi Ikatan
Perhitungan Entalpi Reaksi Berdasarkan Energi Ikatan
Reaksi kimia pada dasarnya terjadi karena adanya pemutusan dan
pembentukan kembali ikatan – ikatan kimia dalam suatu zat. Zat-zat pereaksi
dapat bereaksi antara satu dengan lainnya setelah zat tersebut mengalami
pemutusan ikatan-ikatannya. Sedangkan pada zat hasil ( produk) terjadi
pembentukan ikatan kembali.
ΔH = Σ EIkatan yang putus – Σ E ikatan yang terbentuk
Contoh :
Diketahui energi ikatan :
C = C : 145 kkal/mol
C
C : 83 kkal/ mol
H
C
H : 99 kkal/ mol
H : 104 kkal / mol
Tentukan Δ H dari reaksi :
H
H
C
C
H
H
+ H
H

H
H
H
C
C
H
H
H
Jawab :
Pada pereaksi terjadi pemutusan ikatan :
1 x C = C ; energi ikatan = 145 kkal/mol
4x C
H ; energi ikatan = 4 x 99 kkal/ mol
51
1x H
H ; energi ikatan = 1 x 104 kkal/ mol
Jumlah energi pada pemutusan ikatan ; ( 145 + 396 + 104 ) = 645 kkal/ mol
Pada produk terjadi pembentukan ikatan :
1x C
C ; energi ikatan = 83 kkal/ mol
6x C
H ; energi ikatan = 594 kkal/ mol
Jumlah energi pada pembentukan ikatan : ( 83 + 594 ) kkal/ mol = 677 kkal/ mol
Δ H = energi pemutusan ikatan – energi pembentukan ikatan
= ( 645 – 677) kkal/ mol
= - 32 kkal/ mol
G. Kalor Pembakaran Berbagai Bahan Bakar
Reaksi kimia yang umum digunakan untuk menghasilkan energi adalah
pembakaran, yaitu suatu reaksi cepat antara bahan bakar denga oksigen yang
disertai terjadinya api. Bahan bakar utama dewasa ini adalah bahan bakar fosil,
yaitu gas alam, minyak bumi, dan batu bara. Bahan bakar fosil itu berasal dari
pelapukan sisa organisme, baik tumbuhan atau hewan. Pembentukan bahan bakar
fosil ini memerlukan waktu ribuan sampai jutaan tahun.
Bahan bakar fosil terutama terdiri atas senyawa hidrokarbon, yaitu
senyawa yang hanya terdiri atas karbon dan hidrogen. Gas alam terdiri atas alkana
suku rendah terutama metana dan sedikit etana, propana, dan butana. Seluruh
senyawa itu merupakan gas yang tidak berbau. Oleh karena itu, kedalam gas alam
ditambahkan suatu zat yang berbau tidak sedap, yaitu merkaptan, sehingga dapat
52
diketahui jika ada kebocoran. Gas alam dari beberapa sumber mengandung H2S,
suatu kontaminan yang harus disingkirkan sebelum gas digunakan sebagai bahan
bakar karena dapat mencemari udara. Beberapa sumur gas juga mengandung
helium.
Minyak bumi adalah cairan yang mengandung ratusan macam senyawa,
terutama alkana, dari metana hingga yang memiliki atom karbon mencapai lima
puluhan. Dari minyak bumi diperoleh bahan bakar LPG (Liquified Petroleum
gas), bensin, minyak tanah, kerosin, solar dan lain-lain. Pemisahan komponen
minyak bumi itu dillakukan dengan destilasi bertingkat. Adapun batu bara adalah
bahan bakar padat, yang terutama, terdiri atas hidrokarbon suku tinggi. Batu bara
dan minyak bumi juga mengandung senyawa dari oksigen, nitrogen, dan belerang.
Bahan bakar fosil, terutama minyak bumi, telah digunakan dengan laju
yang jauh lebih cepat dari pada proses pembentukannya. Oleh karena itu, dalam
waktu yang tidak terlalu lama lagi akan segera habis. Untuk menghemat
penggunaan minyak bumi dan untuk mempersiapkan bahan bakar pengganti, telah
dikembangkan berbagai bahan bakar lain, misalnya gas sintesis (sin-gas) dan
hidrogen. Gas sintetis diperoleh dari gasifikasi batubara. Batu bara merupakan
bahan bakar fosil yang paling melimpah, yaitu sekitar 90 % dari cadangan bahan
bakar fosil. Akan tetapi penggunaan bahan bakar batubara menimbulkan berbagai
masalah, misalnya dapat menimbulkan polusi udara yang lebih hebat daripada
bahan bakar apapun. Karena bentuknya yang padat terdapat keterbatasan
53
penggunaannya. Oleh karena itu, para ahli berupaya mengubahnya menjadi gas
sehingga pernggunaannya lebih luwes dan lebih bersih.
Gasifikasi batubara dilakukan dengan mereaksikan batubara panas dengan
uap air panas. Hasil proses itu berupa campuran gas CO,H2 dan CH4. Sedangkan
bahan sintetis lain yang juga banyak dipertimbangkan adalah hidrogen. Hidrogen
cair bersama-sama dengan oksigen cair telah digunakan pada pesawat ulang-alik
sebagai bahan bakar roket pendorongnya. Pembakaran hidrogen sama sekali tidak
memberi dampak negatif pada lingkungan karena hasil pembakarannya adalah air.
Hidrogen dibuat dari air melalui reaksi endoterm berikut:
H2O (l)  2 H2 (g) + O2 (g) ∆H = 572 kJ
Apabila energi yang digunakan untuk menguraikan air tersebut berasal
dari bahan bakar fosil, maka hidrogen bukanlah bahan bakar yang konversial.
Tetapi saat ini sedang dikembangkan penggunaan energi nuklir atau energi surya.
Jika proyek itu berhasil, maka dunia tidak perlu khawatir akan kekurangan energi.
Matahari sesungguhnya adalah sumber energi terbesar di bumi, tetapi
tekonologi penggunaan energi surya belumlah komersial. Salah satu kemungkinan
penggunaan energi surya adalah menggunakan tanaman yang dapat tumbuh cepat.
Energinya kemudian diperoleh dengan membakar tumbuhan itu.
Pada reaksi pembakaran setiap bahan bakar menghasilkan sejumlah kalor
tertentu. Nilai kalor dari berbagai bahan bakar adalah sebagai berikut :
54
Jenis Bahan Bakar
Komposisi
(%)
Gas alam
Batu bara (antrasit)
Batu Bara (Bituminos)
Minyak Tanah
Bensin
Arang
Kayu
Hidrogen
Nilai Kalor
(kJ/g)
C
H
O
70
82
77
85
85
100
50
0
23
1
5
12
15
0
6
100
0
2
7
0
0
0
44
0
49
31
32
45
48
34
18
142
Pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri tidak
selalu
terbakar
sempurna.
Pembakaran
sempurna
senyawa
hidrokarbon
menghasilkan karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tidak
sempurna menghasilkan karbon monooksida dan uap air.
Sebagaimana terlihat pada contoh di atas, pembakaran tak sempurna
menghasilkan lebih sedikit kalor. Jadi, pembakaran tak sempurna mengurangi
efisiensi bahan bakar. kerugian lain dari pembakaran tak sempurna adalah
dihasilkannya gas karbon monoksida (CO), yang bersifat racun. Oleh karena itu,
pembakaran tak sempurna akan mencemari udara.
Rangkuman
Termokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan
kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia,
55
perubahan keadaan dan pembentukan larutan. sistem adalah bagian dari alam
semesta yang sedang menjadi pusat perhatian. Bagian lain dari alam semesta yang
berinteraksi dengan sistem kita sebut lingkungan. Alam semesta adalah sistem
ditambah lingkungannya. Sistem dibedakan menjadi tiga , yaitu sistem terbuka,
sistem tertutup, dan sistem terisolasi. Energi yang dimiliki oleh suatu benda
apabila benda itu bergerak disebut energi kinetik . Energi potensial adalah energi
yang tersimpan dalam sebuah benda, yang diakibatkan oleh gaya tarik atau gaya
tolak dari benda atau obyek lain.
Jumlah total energi semua partikel dalam sistem disebut energi dalam atau
internal energy (U).
Energi dalam tergolong fungsi keadaan, yaitu besaran yang harganya bergantung
pada keadaan sistem, tidak pada asal-usulnya. Untuk suatu reaksi kimia,
perubahan energi dalam reaksi sama dengan energi dalam produk dikurangi
dengan energi dalam pereaksi atau reaktan. Atau dinyatakan ?U = Up – Ur Jika
energi dalam produk lebih besar dari pada energi dalam pereaksi, maka perubahan
energi dalam sistem akan bertanda positif, dan sebaliknya.
Energi dalam tergolong sifat ekstensif, yaitu sifat yang bergantung pada
jumlah zat. Pertukaran energi antara sistem dan lingkungan selain dalam bentuk
kalor disebut kerja. Bentuk kerja yang paling lazim menyertai proses kimia adalah
kerja tekanan – volume (kerja PV) , yaitu jenis kerja yang berkaitan dengan
perubahan volume sistem.
56
Entalpi adalah suatu besaran termodinamika untuk menyatakan kalor
reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap. Suatu Perubahan kalor atau entalpi
yang terjadi selama proses penerimaan atau pelepasan kalor dinyatakan dengan “
perubahan entalpi (∆H) “ . Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke
lingkungan atau sebaliknya karena adanya perbedaan suhu jumlah kerja yang
diterima sistem (w).
Hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau kata-kata
sebagai berikut. “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat
diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah
konstan.“ Perubahan entalpi pada suatu reaksi disebut kalor reaksi.
1. Tuliskan persamaan termokimia dari peristiwa berikut :
a
Reaksi antara gas hydrogen dan gas oksigen membentuk 1 mol air
dengan membebaskan panas sebesar 68,3 kkal.
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
b
Sebanyak 2 mol gas ammonia ( NH3) terurai menjadi gas nitrogen dan
gas hydrogen dengan menyerap kalor sebesar 11,04 kal
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
57
c
Pembakaran
1 mol gas asetilena (C2H2) membentuk gas karbon
dioksida dan air membebaskan panas 337 kkal
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
2. Diketahui ∆ Hf H2O (g) = - 57,8 kkal / mol. Hitung kalor pembentukan 36
gram H2O (g) jika Mr H2O = 18
Jawab:
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
3. CaO (s) + CO2 (g)
a.
CaCO3 (s),
∆H = + 1018 kJ
Jelaskan reaksi reaksi diatas berlangsung eksoterm atau endoterm.
Jawab
…………………………………………………………………….
b.
Hitung ∆ H reaksi untuk membentuk 10 gram CaCO3 ( Mr = 100 )
Jawab
…………………………………………………………………………
………………………………………………………………………...
4.
Diketahui data energi ikatan rata- rata dari :
C
C
= 343 kJ/ mol
C
H = 410 kJ/ mol
C
Cl = 328 kJ/ mol
58
H
Cl = 431 kJ/ mol
C=C
= 607 kJ / mol
Tentukan perubahan entalpi dari reaksi :
CH3 – CH2 – Cl
H2C = CH2 + H- Cl
Jawab:
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
TES FORMATIF
1. Jika diketahui :
C(s) + 2 S(s) 
S(s) + O2(g)

C(s) + O2(g) 
Δ H = + 82,35 kJ
CS2(s)
SO2(g)
Δ H = - 297,62 kJ
CO2(g)
Δ H = - 408,80 kJ
Hitung perubahan entalpi pembakaran CS2 menurut reaksi
CS2(g) + O2(g) 
CO2(g) + SO2(g)
2. Diketahui :
C(s) + 2 H2(g) 
C(s) + O2(g)

CH4(g)
CO2(g)
Δ H = - 74,9 kJ
Δ H = - 393,7 kJ
59
H2(s) + ½ O2 (g)

Δ H = - 285,9 kJ
H2O(l)
Hitung perubahan entalpi untuk reaksi :
CH4(g) + 2 O2(g)

CO2(g) + 2H2O(l)
3. Diketahui:
H2(g) + F2(g) 
C(s) + 2 H2(g)
2 HF

2C(s) + 2 H2(g) 
Δ H = -537 kJ
CF4(g)
C2H4(g)
Δ H = -680 kJ
Δ H = 52.3 kJ
Tentukan Δ H reaksi :
C2H4(g) + 6 F2(g) 
2CF4(g) + 4 HF(g)
4. Tuliskan persamaan reaksi pembakaran sempurna isooktana ( C8H18)
5. Tuliskan persamaan reaksi pembakaran tidak sempurna isooktana.
6. kerugian – kerugian
yang diakibatkan oleh pembakaran tidak sempurna
kendaraan bermotor.
60
HIDROKARBON DAN MINYAK BUMI
KEGIATAN BELAJAR 6
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mempelajari kegiatan belajar 1, diharapkan anda dapat:
 Menjelaskan kekhasan atom karbon.
 Menentukan atom C primer, sekunder,tersier dan kuartener.
 Menggambarkan struktur ikatan pada senyawa karbon.
Uraian Materi
A. Kekhasan Atom Karbon
Atom karbon mempunyai keistimewaan dapat membentuk persenyawaan
yang stabil yang begitu besar jumlahnya, sebab atom karbon mempunyai beberapa
kekhasan, yaitu:
1. Atom karbon dapat membentuk empat ikatan kovalen
Atom karbon mempunyai nomor atom 6. Di dalam sistem periodik atom
karbon terletak pada golongan IVA periode 2. Konfigurasi atom karbon
adalah sebagai berikut:
6C = 2,4
61
Berdasarkan konfigurasi tersebut, atom karbon mempunyai 4 elektron
terluar (elektron valensi). Agar susunan elektronya stabil sesuai dengan kaidah
oktet (mempunyai 8 elektron terluar), atom karbon memerlukan 4 elektron.
Sehingga atom karbon dapat membentuk empat buah ikatan kovalen.
C
2.
Atom karbon dapat membentuk senyawa yang stabil
Dalam persenyawaannya, atom karbon membentuk empat pasang elektron
ikatan dengan atom-atom lain, sehingga lengkaplah pembentukan oktetnya
tanpa adanya pasangan elektron bebas. Akibatnya persenyawaan atom karbon
sangat stabil.
3. Atom karbon dapat membentuk ikatan tunggal dan rangkap
Keempat elektron valensi yang dimiliki oleh atom karbon dapat
membentuk ikatan tunggal, ikatan rangkap, dan ikatan rangkap tiga.
C
C
C
C
C
C
4. Atom karbon dapat membentuk rantai lurus dan bercabang
Kekhasan atom karbon yang tidak dimiliki atom lain adalah kemampuan
membentuk rantai yang sangat panjang antar sesama atom karbon. Rantai
karbon tersebut dapat lurus dan bercabang.
C
C
C
C
62
rantai karbon lurus
C
C
C
C
C
C
rantai karbon bercabang
B. Penulisan Struktur Senyawa Karbon
Dalam penulisan rumus struktur senyawa karbon yang diperjelas
penulisannya adalah ikatan antar atom karbon (C-C), sedangkan ikatan dengan
atom lain boleh digabung penulisannya.
Posisi Atom Karbon
Dalam ikatan antar karbon, setiap atom karbon dapat mengikat 1,2,3 atau 4
atom karbon yang lain. Berdasarkan jumlah atom karbon yang diikat, posisi atom
karbon dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu:

atom C primer (1o) : atom C yang berikatan dengan 1 atom C lainnya

atom C sekunder (2o) : atom C yang berikatan dengan 2 atom C lainnya

atom C tertier (3o) : atom C yang berikatan dengan 3 atom C lainnya

atom C kuartener (4o) : atom C yang berikatan dengan 4 atom C lainnya.
63
Rangkuman
Kimia organik disebut juga senyawa karbon karena selalu mengandung
unsur karbon
Ada 4 kekhasan atom karbon, yaitu 1) dapat membentuk empat ikatan
kovalen, 2) dapat membentuk senyawa yang stabil, 3) dapat membentuk
ikatan tunggal dan rangkap, 4) dapat membentuk rantai lurus dan
bercabang.
Ada empat kemungkinan posisi atom C dalam senyawa karbon, yaitu
primer, sekunder, tersier dan kuartener.
Lembar Kerja 1
1. Dengan molimod, buatlah struktur senyawa karbon dengan rantai lurus,
rantai bercabang, dan rantai rangkap.
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
64
TES FORMATIF
1. Mengapa senyawa organik disebut juga senyawa karbon?
2. Sederhanakan penulisan rumus struktur di bawah ini:
H
H
H
H
H
C
C
H H C
C
H
H
H
C
C
C
HH
H
H
H
H
65
KEGIATAN BELAJAR 2
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mempelajari kegiatan belajar 1, diharapkan anda dapat:
Menjelaskan penggolongan hidrokarbon.
Menentukan rumus umum alkana, alkena, alkuna.
Menjelaskan tata nama alkana, alkena, alkuna.
Menuliskan struktur, nama, dan isomer dari alkana, alkena, alkuna.
Menjelaskan kegunaan senyawa alkana, alkena, alkuna.
Uraian Materi
A. Senyawa Hidrokarbon
Senyawa hidrokarbon merupakan senyawa yang hanya tersusun oleh
karbon dan hidrogen. Senyawa-senyawa karbon lainnya dapat dipandang sebagai
turunan dari hidrokarbon ini. Hidrokarbon dapat dibagi menjadi dua kelompok
utama : hidrokarbon alifatik dan hidrokarbon aromatik. Termasuk di kelompok
pertama adalah senyawa yang berantai lurus, berantai cabang dan rantai
melingkar. Kelompok kedua, hidrokarbon aromatik, biasanya mengandung cincin
atom karbon yang sangat stabil.
Senyawa Karbon Organik dan Anorganik
Senyawa karbon terutama ditemukan dalam suatu organisme ( tumbuhan
dan hewan), sisa-sisa organismeseperti batu-bara, minyak bumi dan gas alam.
66
Sehingga terdapat istilah karbon organic .Penamaan ini didasarkan pada
kenyataan bahwa pada mulanya
senyawa – senyawa tersebut hanya dapat
dihasilkan oleh organisme. Paham pada saat itu adalah paham vitalisme,
diperlukan daya hidup untukmembentuk senyawa organik.
Senyawa-senyawa yang tidak termasuk senyawa organic yakni senyawa
yang tidak harus berasal dari mahluk hidup, melainkan dari mineral-mineral
dikulit bumi. Contoh senyawa karbon anorganik adalah oksida karbon ( CO dan
CO2) serta karbonat- karbonat.
Paham vitalisme tidak dapat diterima lagi
setelah pada tahun 1828 ,
Friederic Wohler, seorang ahli kimia bangsa Jerman, berhasil membuat urea
(suatu zat organic yang terdapat dalam urine mamalia ) dari ammonium sianat
(suatu senyawa anorganik ).
Karbon Organik
Karbon Anorganik
●
●
●
●
●
●
●
●
membentuk ikatan kovalen
dapat membentuk rantai
karbon
non elektrolit
reaksi berlangsung lambat
titik didih dan titik lebur
rendah
larut dalam pelarut organik
●
●
●
●
membentuk ikatan ion
tidak dapat membentuk
rantai karbon
elektrolit
reaksi berlangsung cepat
titik didih dan titik lebur
tinggi
larut
dalam
pelarut
pengion
Penggolongan hidrokarbon tersebut dapat diringkas sebagai berikut:
67
B. Alkana
Alkana merupakan senyawa hidrokarbon jenuh yang seluruh ikatannya
tunggal. Sebagai hidrokarbon jenuh, alkana memiliki jumlah atom H yang
maksimum. Alkana juga dinamakan parafin (dari parum affinis), karena sukar
bereaksi dengan senyawa-senyawa lainnya. Kadang-kadang alkana juga disebut
sebagai hidrokarbon batas, karena batas kejenuhan atom-atom H telah tercapai.
Setiap senyawa yang merupakan anggota alkana dinamakan suku. Suku
alkana ditentukan oleh jumlah atom C dalam senyawa tersebut. Suku pertama
alkana adalah metana, CH4. Dalam molekul metana satu atom C terikat pada 4
atom H. Metana dapat menurunkan senyawa alifatik lainnya.
Jika satu atom H pada metana diganti dengan atom C, maka akan
terbentuk suku kedua alkana, yaitu etana. Berdasarkan tetravalensi atom C, maka
atom C kedua akan mengikat 3 atom H, sehingga rumus molekul etana adalah
C2H6.
Suku
ke
Rumus
Molekul
Nama
1
2
3
4
5
6
7
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
metana
etana
propana
butana
pentana
heksana
heptana
Titik
Didih
(°C/1 atm)
Massa 1
mol
dalam g
-161
-89
-44
-0.5
36
68
98
16
30
44
58
72
86
140
68
8
9
10
C8H18
C9H20
C10H22
oktana
nonana
dekana
125
151
174
114
128
142
dirumuskan bahwa senyawa alkana mempunyai rumus:
CnH2n+2
ISOMER ALKANA
Atom C mampu membentuk senyawa hidrokarbon rantai lurus maupun
bercabang. Alkana dengan jumlah C yang sama akan mempunyai struktur yang
berbeda. Semakin banyak jumlah atom C, semakin banyak struktur molekul yang
dapat dibentuk. Dua senyawa atau lebih yang mempunyai rumus molekul sama
tetapi mempunyai struktur molekul berbeda dinamakan isomer.
Metana (CH4), etana (C2H6), dan propana (C3H8) tidak mempunyai
isomer, karena hanya ada satu struktur.
CH4
CH3
CH3
CH3
CH2
CH3
Butana (C4H10) mempunyai dua isomer, karena ada dua struktur yang
dapat terbentuk dengan rumus molekul C4H10, yaitu:
CH3
CH2
CH2
CH3
dan
CH3
CH
CH3
CH3
Pentana (C5H12) mempunyai 3 isomer, yaitu:
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
C
CH3
69
CH3
Ciri-ciri alkana
●
Merupakan hidrokarbon jenuh (alkana rantai lurus dan siklo/cincin alkana)
●
Disebut golongan parafin : affinitas kecil (=sedikit gaya gabung)
●
Sukar bereaksi
●
C1 – C4 : pada Tdan P normal adalah gas
●
C4 – C17 : pada T dan P normal adalah cair
●
> C18 : pada T dan P normal adalah padat
●
Titik didih makin tinggi : terhadap penambahan unsur C
●
Jumlah atom C sama : yang bercabang mempunyai TD rendah
●
Kelarutan : mudah larut dalam pelarut non polar
●
BJ naik dengan penambahan jumlah unsur C
●
Sumber utama gas alam dan petroleum
Penggunaan alkana
●
Metana : zat bakar, sintesis, dan carbon black (tinta, cat, semir, ban)
●
Propana, Butana, Isobutana : zat bakar LPG (Liquified Petrolium Gases)
●
Pentana, Heksana, Heptana : sebagai pelarut pada sintesis.
Tata nama alkana
Aturan tata nama yang diterbitkan IUPAC (International Union of Pure and
Applied
Chemistry).
70
1. Menentukan rantai utama (rantai induk) yaitu rantai karbon berurutan yang
terpanjang dalam suatu molekul. Nama rantai utama sesuai dengan nama
alkana . Misal jika rantai utama terdiri atas 6 atom karbon maka nama
alkananya adalah heksana
2. Atom karbon diluar rantai utama berperan sebagai gugus alkil. Gugus alkil
merupakan cabang dari rantai utama. Gugus alkil, biasa diberi tanda -R (dari
kata radikal), dan mempunyai rumus umum -CnH2n+1 . Nilai n adalah jumlah
atom karbon yang ada pada senyawa tersebut. Gugus alkil merupakan alkana
yang kekurangan 1 atom H. Nama gugus alkil sesuai dengan nama alkananya
tetapi akhiran –ana diganti -il
Gugus alkyl CnH2n+1
-CH3 atau
-CH3
Metil
-C2H5 atau
-CH2-CH3
Etil
-C3H7 atau
-CH3-CH2- CH2
Propil
CH3 – CH-
Isopropil
CH3
CH3- CH2- CH2- CH2-
Butil
CH3- CH -CH2 -
Isobutil
CH3
CH3- CH2- CH-
Tersier Butil
CH3
71
3. Setiap atom karbon pada rantai utama menempati posisi tertentu yang
dinyatakan dengan nomor. Penomoran diatur dengan prioritas agar cabang
mendapatkan nomor kecil. Penomoran dapat dilakukan baik dari ujung kiri
ataupun kanan dari suatu senyawa hidrokarbon.
4. Jika senyawa memiliki cabang lebih dari satu jenis alkyl yang sama, maka
jumlah gugus alkyl ini disebutkan dalam bahasa yunani di=2, tri=3, tetra =4,
penta = 5, heksa = 6, hepta=7, okta=8, dan sebagainya.
5. Nama senyawa alkana dengan urutan : nomor posisi alkyl, nama gugus alkyl,
nama alkana.
Contoh :
5
4
3
2
1
CH3
CH2
CH
CH
CH3
CH3
2,3 dimetil pentana
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH
CH
CH
CH2
1
2
3
4
5
CH3
2,3,4 trimetil heksana
6
72
C.Alkena
Alkena merupakan hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap
dua C=C. Suku alkena yang paling kecil terdiri dari dua atom C, yaitu etena.
Nama alkena sesuai dengan nama alkana dengan mengganti akhiran – ana
menjadi –ena.
Nama
Struktur
Rumus Molekul
Etena
CH2= CH2
C2H4
Propena
CH2= CH- CH3
C3H6
Butena
CH2 = CH- CH2 -CH3
C4H8
Pentena
CH2 = CH CH2 - CH2 - CH3
C5H10
Dari tabel diatas rumus molekul untuk alkena jumlah atom H selalu dua kali
jumlah atom C, sehingga secara umum dapat dirumuskan:
CnH2n
Tata nama alkena
Tata nama alkena menurut IUPAC adalah sebagai berikut:
a. Tentukan rantai induk, yaitu rantai karbon terpanjang dari ujung satu ke
ujung yang lain yang melewati ikatan rangkap, berilah nama alkena sesuai
jumlah atom C pada rantai induk.
b.
Penomoran. Penomoran dimulai dari ujung rantai induk yang terdekat
dengan rangkap.
73
c.
Jika terdapat cabang berilah nama cabang dengan alkil sesuai jumlah atom C
cabang tersebut. Jika terdapat lebih dari satu cabang, aturan penamaan sesuai
dengan aturan pada tatanama alkana.
d. Urutan penamaan: nomor cabang-nama cabang-nomor rangkap-rantai induk
Contoh:
CH3 - CH2 – CH = CH - CH3
4
3
2
: 2-pentena
1
: 3 metil – 2 butena
CH3- CH- CH= CH2
CH3
Isomer alkena
Etena (C2H4) dan propena (C3H6) tidak mempunyai isomeri katena hanya ada satu
struktur.
CH2 = CH2
CH2 = CH - CH3
Isomer dari butena (C4H8):
CH2 = CH - CH2- CH3
1-butena
CH3 – CH= CH - CH3
2-butena
CH2
C - CH3
CH3
2-metilpropena
SIFAT ALKENA
Sifat fisik:
74
1. pada suhu kamar, tiga suku yang pertama adalah gas, suku-suku berikutnya
adalah cair dan suku-suku tinggi berbentuk padat. Jika cairan alkena dicampur
dengan air maka kedua cairan itu akan membentuk lapisan yang saling tidak
bercampur. Karena kerpatan cairan alkena lebih kecil dari 1 maka cairan
alkena berada di atas lapisan air.
2. Dapat terbakar dengan nyala yang berjelaga karena kadar karbon alkena lebih
tinggi daripada alkana yang jumlah atom karbonnya sama.
Tabel . Beberapa sifat fisik alkena
Nama alkena
Etena
Propena
1-Butena
1-Pentena
1-Heksena
1-Heptena
1-Oktena
1-Nonesa
1-Dekena
Rumus
molekul
Mr
Titik
leleh
(oC)
Titik
didih
(0C)
Kerapat
an
(g/Cm3)
Fase
pada
250C
C2H4
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12
C7H14
C8H16
C9H18
C10H20
28
42
56
70
84
98
112
126
140
-169
-185
-185
-165
-140
-120
-102
-81
-66
-104
-48
-6
30
63
94
122
147
171
0,568
0,614
0,630
0,643
0,675
0,698
0,716
0,731
0,743
Gas
Gas
Gas
Cair
Cair
Cair
Cair
Cair
Cair
Sifat kimia
Sifat khas dari alkena adalah terdapatnya ikatan rangkap dua antara dua
buah atom karbon. Ikatan rangkap dua ini merupakan gugus fungsional dari
alkena sehingga menentukan adanya reaksi-reaksi yang khusus bagi alkena, yaitu
adisi, polimerisasi dan pembakaran:
75
1.
Alkena dapat mengalami adisi
Adisi adalah pengubahan ikatan rangkap (tak jenuh) menjadi ikatan tunggal
(jenuh) dengan cara menangkap atom/gugus lain. Pada adisi alkena 2
atom/gugus atom ditambahkan pada ikatan rangkap C=C sehingga diperoleh
ikatan tunggal C-C.
2. pembakaran alkena
Pembakaran alkena (reaksi alkena dengan oksigen) akan menghasilkan CO2
dan H2O.
D.Alkuna
Alkuna merupakan hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap
tiga C = C. Suku alkana yang paling kecil terdiri dari dua atom C, yaitu etuna.
Nama alkuna sesuai dengan nama alkana dengan mengganti akhiran – ana
menjadi –una.
Nama
Etuna
Struktur
CH
Rumus Molekul
CH
C2H2
Propuna
CH= C- CH3
C3H4
Butuna
CH = C- CH2 -CH3
C4H6
Pentuna
CH = C CH2 - CH2 - CH3
C5H8
Dari tabel diatas rumus molekul secara umum dapat dirumuskan:
CnH2n-2
76
Tata nama alkena
Tata nama alkuna menurut IUPAC sama dengan tatanama alkena, langkah-langkah untuk memberi nama alkuna adalah sebagai berikut:
1. Tentukan rantai induk, yaitu rantai karbon terpanjang dari ujung satu ke ujung
yang lain yang melewati ikatan rangkap, berilah nama alkuna sesuai jumlah
atom C pada rantai induk.
2.
Penomoran- Penomoran dimulai dari ujung rantai induk yang terdekat dengan
rangkap.
3. Jika terdapat cabang berilah nama cabang dengan alkil sesuai jumlah atom C
cabang tersebut. Jika terdapat lebih dari satu cabang, aturan penamaan sesuai
dengan aturan pada tatanama alkana.
4. Urutan penamaan: nomor cabang-nama cabang-nomor rangkap-rantai induk.
Contoh:
CH3 – C – C – CH2 – CH3
: 2-pentuna
CH3 – CH – C
: 3-metil-1-butuna
CH
CH3
ISOMER ALKUNA
Etuna (C2H2), propuna (C3H4) tidak mempunyai isomeri katena hanya ada satu
struktur.
77
CH
CH
CH C - CH3
Isomer pentuna (C5H8)
CH
C - CH2 - CH2 - CH3
CH3 – C
1-pentuna
CH
C - CH2 - CH3
2-pentuna
C - CH - CH3
CH3
3-metil-1-butuna
Sifat Alkuna
1. Sifat fisis
Sifat fisis alkuna, yakni titik didih mirip dengan alkana dan alkena. Semakin
tinggi suku alkena, titik didih semakin besar. Pada suhu kamar, tiga suku
pertama berwujud gas, suku berikutnya berwujud cair sedangkan pada suku
yang tinggi berwujud padat.
2. Sifat kimia
Adanya ikatan rangkap tiga yang dimiliki alkuna memungkinkan terjadinya
reaksi adisi, polimerisasi, substitusi dan pembakaran
Rangkuman
Senyawa hidrokarbon adalah senyawa karbon yang hanya tersusun dari
atom hidrogen dan atom karbon.
Berdasarkan susunan atom karbon dalam molekulnya, senyawa karbon
terbagi dalam 2 golongan besar, yaitu senyawa alifatik dan senyawa siklik.
78
Senyawa hidrokarbon alifatik adalah senyawa karbon yang rantai C nya
terbuka dan rantai C itu memungkinkan bercabang.
Senyawa hidrokarbon siklik adalah senyawa karbon yang rantai nya C nya
melingkar dan lingkaran itu mungkin juga mengikat rantai samping.
Senyawa aromatik yaitu senyawa karbon yang terdiri dari 6 atom C yang
membentuk rantai benzene.
Alkana merupakan senyawa hidrokarbon alifatik jenuh yang seluruh
ikatannya tunggal C - C.
Alkena merupakan senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh yang
mempunyai ikatan rangkap dua C=C.
Alkuna merupakan senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh yang
mempunyai ikatan rangkap tiga C=C.
Keisomeran adalah dua senyawa atau lebih yang mempunyai rumus
molekul sama dengan struktur yang berbeda.
Lembar Kerja 2
1. Apakah yang dimaksud dengan karbon organic dan karbon anorganik ?
Berikan contohnya masing-masing!
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
79
2. Buatlah struktur senyawa berikut :
a.
2,3-dimetil butana
………………………………………………………………………
b. 2,2,3-trimetil pentana
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
c. 3-etil-2,2,4,6-tetrametil oktana
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
d.
3,4,4-trimetil-1-pentena
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
e. 3-isopropil-1-pentena
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
f. 5-dimetil-2-heksuna
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
g. 3-metil-1-butuna
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
80
3. Buatlah struktur senyawa dari 3-etil-2,2,4-trimetil heptana, kemudian
tentukan dan tunjukkan atom karbon primer, sekunder, tersier dan
kuartener dari senyawa tersebut.
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
81
TES FORMATIF
1. Beri nama senyawa berikut ini
CH3
CH2 CH3
a. CH3 - CH - CH - CH - CH2 - CH2 - CH3
CH3
b.
CH3 - C = CH - CH3
CH2 - CH3
2. Tuliskan struktur dari:
a.
2,4-dimetilheptana
b.
2,3-dimetil-1-heksena
c. 4-metil-2-pentuna
3. Selesaikan reaksi berikut
a.
C3H8 + Br2 
b. CH3 - CH2 - CH=CH2 + Br2 
82
KEGIATAN BELAJAR 3
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mempelajari kegiatan belajar 1, diharapkan anda dapat:
Menjelaskan proses pembentukan minyak bumi.
Menjelaskan komponen utama pembentk minyak bumi.
Menjelaskan teknik pemisahan minyak bumi.
Menjelaskan kualitas bensin.
Uraian Materi
Sumber energi utama yang digunakan untuk bahan bakar rumah tangga,
kendaraan bermotor dan mesin industri berasal dari minyak bumi, batubara dan
gas alam. Ketiga jenis bahan bakar tersebut terbentuk dari peruraian senyawasenyawa organik yang berasal dari jasad organisme kecil yang hidup di laut jutaan
tahun yang lalu. Proses peruraian berlangsung lambat di bawah suhu dan tekanan
tinggi, dan menghasilkan campuran hidrokarbon yang kompleks. Sebagian
campuran berada dalam fase cair dan dikenal sebagai minyak bumi. Sedangkan
sebagian lagi berada dalam fase gas dan disebut gas alam.
Karena memiliki nilai kerapatan yang lebih rendah dari air, maka minyak
bumi (dan gas alam) dapat bergerak ke atas melalui batuan sedimen yang berpori.
Jika tidak menemui hambatan, minyak bumi dapat mencapai permukaan bumi.
Akan tetapi, pada umumnya minyak bumi terperangkap dalam bebatuan
yang tidak berpori dalam pergerakannya ke atas. Hal ini menjelaskan mengapa
83
minyak bumi juga disebut petroleum. (Petro-leum dari bahasa Latin petrus artinya
batu dan oleum artinya minyak). Untuk memperoleh minyak bumi atau petroleum
ini, dilakukan pengeboran.
Pengeboran untuk mengambil minyak bumi (dan gas alam) di lepas
pantai dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:

Menanam jalur pipa di dasar laut dan memompa minyak (dan gas alam) ke
daratan. Cara ini digunakan apabila jarak ladang minyak cukup dekat ke
daratan.

Membuat anjungan di mana minyak bumi (dan gas alam) selanjutnya
dibawa oleh kapal tanker menuju daratan. Di darat, minyak bumi (dan gas
alam) dibawa ke kilang minyak (refinery) untuk diolah.
Pengolahan minyak bumi
Minyak bumi ditemukan bersama-sama dengan gas alam. Minyak bumi
yang telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak mentah (crude oil).
Minyak mentah dapat dibedakan menjadi:
a. Minyak mentah ringan (light crude oil) yang mengandung kadar logam dan
belerang rendah, berwarna terang dan bersifat encer (viskositas rendah).
b. Minyak mentah berat (heavy crude oil) yang mengandung kadar logam dan
belerang tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan agar
meleleh.
Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen
utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, siklo-alkana, aromatik, dan
84
senyawa anorganik. Meskipun kompleks, untungnya terdapat cara mudah untuk
memisahkan komponen-komponennya, yakni berdasarkan perbedaan nilai titik
didihnya. Proses ini disebut distilasi bertingkat. Untuk mendapatkan produk akhir
sesuai dengan yang diinginkan, maka sebagian hasil dari distilasi bertingkat perlu
diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan pengotor dalam fraksi, dan
pencampuran fraksi.
Distilasi bertingkat
Dalam proses distilasi bertingkat, minyak mentah tidak dipisahkan menjadi
komponen-komponen murni, melainkan ke dalam fraksi-fraksi, yakni kelompokkelompok yang mempunyai kisaran titik didih tertentu. Hal ini dikarenakan jenis
komponen
hidrokarbon
begitu
banyak
dan
isomer-isomer
hidrokarbon
mempunyai titik didih yang berdekatan. Proses distilasi bertingkat ini dapat
dijelaskan sebagai berikut:
 Minyak mentah dipanaskan dalam boiler menggunakan uap air bertekanan
tinggi sampai suhu ~600oC. Uap minyak mentah yang dihasilkan
kemudian dialirkan ke bagian bawah menara/tanur distilasi.
 Dalam menara distilasi, uap minyak mentah bergerak ke atas melewati
pelat-pelat (tray). Setiap pelat memiliki banyak lubang yang dilengkapi
dengan tutup gelembung (bubble cap) yang memungkinkan uap lewat.
 Dalam pergerakannya, uap minyak mentah akan menjadi dingin. Sebagian
uap akan mencapai ketinggian di mana uap tersebut akan terkondensasi
85
membentuk zat cair. Zat cair yang diperoleh dalam suatu kisaran suhu
tertentu ini disebut fraksi.
 Fraksi yang mengandung senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi akan
terkondensasi di bagian bawah menara distilasi. Sedangkan fraksi
senyawa-senyawa dengan titik didih rendah akan terkondensasi di bagian
atas menara.
Sebagian fraksi dari menara distilasi selanjutnya dialirkan ke bagian kilang
minyak lainnya untuk proses konversi.
Gambar 2. Menara destilasi
Proses konversi
Proses konversi bertujuan untuk memperoleh fraksi-fraksi dengan
kuantitas dan kualitas sesuai permintaan pasar. Sebagai contoh, untuk memenuhi
kebutuhan fraksi bensin yang tinggi, maka sebagian fraksi rantai panjang perlu
86
diubah/dikonversi menjadi fraksi rantai pendek. Di samping itu, fraksi bensin
harus mengandung lebih banyak hidrokarbon rantai bercabang/ alisiklik/aromatik
dibandingkan rantai lurus. Jadi, diperlukan proses konversi untuk penyusunan
ulang struktur molekul hidrokarbon. Beberapa jenis proses konversi dalam kilang
minyak adalah:
-
Perengkahan (cracking)
Perengkahan adalah pemecahan molekul besar menjadi molekul-molekul
kecil. Contohnya, perengkahan fraksi minyak ringan/berat menjadi fraksi gas,
bensin, kerosin, dan minyak solar/diesel.
-
Reforming
Reforming bertujuan mengubah struktur molekul rantai lurus menjadi rantai
bercabang/alisiklik/aromatik. Sebagai contoh, komponen rantai lurus (C5? C6)
dari fraksi bensin diubah menjadi aromatik.
-
Alkilasi
Alkilasi adalah penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar.
Contohnya, penggabungan molekul propena dan butena menjadi komponen
fraksi bensin.
-
Coking
Coking adalah proses perengkahan fraksi residu padat menjadi fraksi minyak
bakar dan hidrokarbon intermediat. Dalam proses ini, dihasilkan kokas (coke).
Kokas digunakan dalam industri alumunium sebagai elektrode untuk ekstraksi
logam Al.
87
Kegunaan minyak bumi
Kegunaan fraksi-fraksi yang diperoleh dari minyak bumi terkait dengan sifat
fisisnya seperti titik didih dan viskositas, dan juga sifat kimianya.
Fraksi
Jumlah
atom C
Titik
didih (oC)
Kegunaan
Gas
C1 - C4
< 20 oC
Sebagai bahan bakar elpiji (LPGLiquefied Petroleum Gas) dan bahan
baku untuk sintesis
senyawa organik
Bensin
(Gasolin)
Nafta
C5 - C10
40 - 180
Bahan bakar kendaraan bermotor
C6 - C10
70 - 180
Kerosin
C11
C14
- 180 - 250
Fraksi nafta diperoleh dari fraksi
bensin. Nafta digunakan untuk
sintesis senyawa organik lainnya yang
digunakan untuk pembuatan plastik,
karet sintetis, deterjen, obat, cat,
bahan pakaian, dan kosmetik.
Digunakan sebagai bahan bakar
pesawat udara
dan bahan bakar kompor parafin
Minyak
solar dan
diesel
C15
C17
- 250 – 300
Digunakan sebagai bahan bakar
kendaraan
bermesin diesel; minyak solar untuk
kendaraan
mesin diesel dengan rotasi tinggi,
sedangkan
minyak
diesel
untuk
rotasi
sedang/rendah,
disamping sebagai bahan bakar
tungku di industri
88
Minyak
pelumas
C18 - C20
300 – 350
Lilin
> C20
pengkilap,
serta
semir
sepatu.
Minyak
> C20
bakar
> 350
Bitumen
> 350
> C40
> 350
Digunakan sebagai minyak pelumas.
Hal ini terkait
dengan kekentalan (viskositas) yang
cukup besar
Sebagai lilin parafin untuk membuat
lilin, kertas
pembungkus berlapis lilin, lilin batik,
korek api, dan
bahan
Bahan bakar di kapal, industri
pemanas, dan
pembangkit listrik
Materi aspal jalan dan atap bangunan.
Aspal juga
digunakan sebagai lapisan anti korosi,
isolasi listrik
dan pengedap suara pada lantai.
Bensin
Bensin merupakan bahan bakar transportasi yang masih memegang
peranan penting sampai saat ini. Bensin mengandung lebih dari 500 jenis
hidrokarbon yang memiliki rantai C5-C10. Kadarnya bervariasi tergantung
komposisi minyak mentah dan kualitas yang diinginkan. Lalu, bagaimana
sebenarnya penggunaan bensin sebagai bahan bakar?
Bensin sebagai bahan bakar kendaraan bermotor Oleh karena bensin hanya
terbakar dalam fase uap, maka bensin harus diuapkan dalam karburator sebelum
dibakar dalam silinder mesin kendaraan. Energi yang dihasilkan dari proses
pembakaran bensin diubah menjadi gerak melalui tahapan sebagai berikut.
Pembakaran bensin yang diinginkan adalah yang menghasilkan dorongan yang
mulus terhadap penurunan piston. Hal ini tergantung dari ketepatan waktu
89
pembakaran agar jumlah energi yang ditransfer ke piston menjadi maksimum.
Ketepatan waktu pembakaran tergantung dari jenis rantai hidrokarbon yang
selanjutnya akan menentukan kualitas bensin.
Alkana rantai lurus dalam bensin seperti n-heptana, n-oktana, dan nnonana
sangat mudah terbakar. Hal ini menyebabkan pembakaran terjadi terlalu
awal sebelum piston mencapai posisi yang tepat. Akibatnya timbul bunyi
ledakan yang dikenal sebagai ketukan (knocking). Pembakaran terlalu
awal juga berarti ada sisa komponen bensin yang belum terbakar sehingga
energi yang ditransfer ke piston tidak maksimum.
Alkana rantai bercabang/alisiklik/aromatik dalam bensin seperti isooktana
tidak terlalu mudah terbakar. Jadi, lebih sedikit ketukan yang dihasilkan,
dan energi yang ditransfer ke piston lebih besar.
Oleh karena itu, bensin dengan kualitas yang baik harus mengandung lebih
banyak alkana rantai bercabang/alisiklik/aromatik dibandingkan alkana rantai
lurus. Kualitas bensin ini dinyatakan oleh bilangan oktan.
Bilangan oktan
Bilangan oktan (octane number) merupakan ukuran dari kemampuan
bahan bakar untuk mengatasi ketukan sewaktu terbakar dalam mesin. Nilai
bilangan oktan 0 ditetapkan untuk n-heptana yang mudah terbakar, dan nilai 100
untuk isooktana yang tidak mudah terbakar. Suatu campuran 30% nheptana dan
70% isooktana akan mempunyai bilangan oktan:
= (30/100 x 0) + (70/100 x 100) = 70
90
Bilangan oktan suatu bensin dapat ditentukan melalui uji pembakaran
sampel bensin untuk memperoleh karakteristik pembakarannya. Karakteristik
tersebut kemudian dibandingkan dengan karakteristik pembakaran dari berbagai
campuran n-heptana dan isooktana. Jika ada karakteristik yang sesuai, maka kadar
isooktana dalam campuran n-heptana dan isooktana tersebut digunakan untuk
menyatakan nilai bilangan oktan dari bensin yang diuji.
Fraksi bensin dari menara distilasi umumnya mempunyai bilangan oktan
~70. Untuk menaikkan nilai bilangan oktan tersebut, ada beberapa hal yang dapat
dilakukan:
 Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi bensin menjadi
hidrokarbon rantai bercabang melalui proses reforming. Contohnya
mengubah n-oktana menjadi isooktana.
 Menambahkan hidrokarbon alisiklik/aromatik ke dalam campuran akhir
fraksi bensin.
 Menambahkan aditif anti ketukan ke dalam bensin untuk memperlambat
pembakaran bensin. Dulu digunakan senyawa timbal (Pb). Oleh karena Pb
bersifat racun, maka penggunaannya sudah dilarang dan diganti dengan
senyawa organik, seperti etanol dan MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether).
91
Rangkuman
Minyak mentah adalah minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam.
Bilangan oktan (octane number) merupakan ukuran dari kemampuan.
bahan bakar untuk mengatasi ketukan sewaktu terbakar dalam mesin.
Semakin besar harga bilangan oktan, makin efisien dalam menghasilkan
energi.
Lembar Kerja 3
1. Mengapa senyawa organik sering disebut sebagai senyawakarbon?
Jawab:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
2. Bagaimana cara pemurnian minyak bumi ?
Jawab:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
3. Mengapa penggunaan zat aditif TEL dalam kendaraan bermotor akan segera
ditinggalkan
Jawab:
92
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
4. Bagaimana cara mendapatkan bensin dalam minyak bumi?
Jawab:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
5. Sebutkan kegunaan minyak bumi dalam kehidupan sehari-hari?
Jawab:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
TES FORMATIF
1. Jelaskan proses pembentukan minyak bumi!
2.
Sebutkan komponen penyusunan minyak bumi!
3. Suatu bahan bakar mempunyai angka oktan 82, apa artinya? Campuran
komponen pada minyak bumi dipisahkan dengan destilasi bertingkat. !
4. Jelaskan prinsip kerja destilasi bertingkat!.
5.
Dapatkah angka oktan bensin dinaikkan? Jelaskan!
93