PENGAMATAN KOROSI DI BERBAGAI LARUTAN

LAPORAN PENELITIAN

“Pengamatan korosi di berbagai   larutan”

 

        NAMA  :  FALAH ACHMAD BAGUSTI

   Kelas     :  XII IPA

SMAN I BABAKAN MADANG

Tahun Ajaran 2012-2013

I. Landasan teori

Korosi adalah proses teroksidasinya suatu logam oleh beberapa zat menjadi senyawa. Zat yang dapat mengakibatkan korosi diantaranya adalah air (H₂O) dan oksigen (O₂). Proses korosi merupakan peristiwa elektrokimia. Salah satu zat yang medah mengalami korosi adalah besi (Fe). Pada peristiwa korosi logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen mengalami reduksi. Rumus kimia karat besi adalah  fe₂O₃xH₂O. Mudah atau tidaknya logam berkarat berkaitan dengan kereaktifan logam tersebut: makin reaktif  logam, makin mudah berkarat.

II. Tujuan

 Menyimpulkan faktor-faktor penyebab terjadinya korosi dan bahan yang bisa terkorosi.

III. Alat dan Bahan

1.     Gelas 5 Buah.

2.     Air garam.

3.     Air Cuka.

4.     Air Murni.

5.     Plastik dan Karet.

6.     Paku 5 Buah.

IV. Cara Kerja:

1.     Ambilah 5 gelas kemudian,

A.   Tambahkan air garam secukupnya gelas 1.

B.   Tambahkan air cuka secukupnya ke dalam gelas 2.

C.   Tambahkan air murni ke dalam gelas 3.

D.   Gelas yang 4 dan 5  dibiarkan tanpa air.

2.     Kemudian masukkan masing-masing satu buah paku kedalam reksi pada prosedur 1 diatas.

3.     Tutup gelas ke 5 gengan sumber plastik dan karet sanpe rapat.

4.     Simpan tabung tersebut selama 7 hari kemudian amati apa yang terjadi.

V.  Hasil Pengamatan

Hari	Cuka	Air garam	Air Murni	Tdak ada air terbuka	Tidak air tertutup
4	Paku semakin hitam	Paku semakin hitam	Paku berkarat	Tidak berkarat	Ujung paku berkarat
5	Paku berkarat	Berwarna hitam	Paku berkarat	Ujung paku berkarat	Ujung paku berkarat
6	Berwarna hitam pekat	Berwarna hitam pekat	Berkarat semakin banyak	Berkarat semakin banyak	Paku berbintik berkarat
7	Paku berbintik Karatan	Paku berbintik Karatan	Paku berbintik karatan	Paku berbintik berkarat	Paku berbintik berkarat

VI. Pembahasan

·         Pada air cuka paku tidak berkarat tetapi hanya melapuk karena air cuka mengandung larutan asam lemah yang bersikap pelapukan pada besi

·          pada air Nacl paku berkarat karena air Nacl mengandung garam maka semakin tinggi kadar garamnya maka paku tersebut mudah berkarat.

·         Pada air murni paku berkarat karena air merupakan salah satu factor penting untuk berlangsung korosi.

·         Pada tempat yang tidak ada air dan terbuka paku akan berkarat karena udara mengandung banyak uap air sehingga memperapat berlangsungnya korosi .

·         Pada tempat yang tidak ada air tertutup rapat oleh plastic paku akan berkarat karena di dalam ruang tersebut.Jika tertutup terus menerus lama kelaman plastik akan mengeluarkan embun bila suhu terlalu panas dan terlalu dingin.

          

VII. Kesimpulan

Jadi, dari data table percobaan saya menyimpulkan bahwa paku yang mudah berkarat adalah pada air  karena air  merupakan salah satu factor penting penyebabnya terjadinya proses korosi.

Pada air Nacl paku akan berkarat karena air garam adalah g bersifat pangkolosian [ada air cuka paku tidak akan berkarat karena cuka bersifat asam lemak . Pada air aqua paku berkarat karena mengandung salah satu faktor penyebabnya korosi .Pada tempat tidak ada ir terbuka paku berkarat karena udara mengandung benyak uap air. Pada tempat tidak ada air tertutup karena pada plastik akan mengeluarkan embun jika suhu terlalu dingin dan terlalu panas.

REAKSI REDOKS

A. PENGERTIAN REDUKSI OKSIDASI
Pengikatan Oksigen :

Senyawa yang terbentuk dari hasil reaksi dengan oksigen  dinamakan oksida sehingga reaksi antara oksigen dan suatu unsur dinamakan reaksi oksidasi. Karat  besi  adalah  senyawa  yang  terbentuk  dari  hasil  reaksi  antara besi dan oksigen (besi oksida). Perkaratan besi merupakan salah satu contoh dari reaksi  oksidasi.  Persamaan  reaksi  pembentukan  oksida  besi dapat  ditulis  sebagai  berikut.

Pada reaksi tersebut, besi mengalami oksidasi dengan cara mengikat oksigen  menjadi  besi  oksida. Kebalikan dari reaksi oksidasi dinamakan reaksi reduksi. Pada reaksi reduksi  terjadi  pelepasan  oksigen.  Besi  oksida  dapat direduksi  dengan cara  direaksikan  dengan  gas  hidrogen,  persamaan  reaksinya:

Pelepasan dan Penerimaan Elektron

Dalam konsep redoks, peristiwa pelepasan elektron dinamakan oksidasi, sedangkan  peristiwa  penerimaan  elektron  dinamakan  reduksi. Reaksi redoks pada peristiwa perkaratan besi dapat dijelaskan dengan reaksi  berikut:

Pada  reaksi  tersebut,  enam  elektron  dilepaskan  oleh  dua  atom  besi  dan diterima oleh tiga atom oksigen membentuk senyawa Fe2O3, Oleh karena itu, peristiwa oksidasi selalu disertai peristiwa reduksi. Pada setiap persamaan reaksi,  massa  dan  muatan  harus  setara  antara  ruas  kanan  dan  ruas  kiri (ingat  kembali  penulisan  persamaan  reaksi). Persamaan reaksi redoks tersebut memiliki muatan dan jumlah atom yang sama antara ruas sebelah kiri dan sebelah kanan persamaan reaksi. Oksidasi  besi  netral  melepaskan  elektron  yang  membuatnya  kehilangan muatan.  Dengan  menyamakan  koefisiennya  maka  muatan  pada  kedua ruas  persamaan  reaksi  menjadi  sama.  Penyetaraan  pada  reaksi  reduksi oksigen  juga  menggunakan  cara  yang  sama.

Contoh Reaksi Reduksi Oksidasi berdasarkan Transfer elektron

Dari persamaan tersebut, dapat diketahui bahwa Mg melepaskan elektron dan Cl menerima elektron. Dengan demikian, Mg mengalami oksidasi dan Cl mengalami reduksi.

Reduktor dan Oksidator

Dalam  reaksi  redoks,  pereaksi  yang  dapat  mengoksidasi  pereaksi  lain dinamakan  zat  pengoksidasi  atau  oksidator.  Sebaliknya,  zat  yang  dapat mereduksi  zat  lain  dinamakan  zat  pereduksi  atau  reduktor. Pada Contoh diatas, Magnesium melepaskan elektron yang menyebabkan  klorin  mengalami  reduksi.  Dalam  hal  ini,  magnesium  disebut  zat pereduksi  atau  reduktor.  Sebaliknya,  atom  klorin  berperan  dalam mengoksidasi  magnesium  sehingga  klorin  disebut  oksidator.

Contoh Reduktor dan Oksidator

Reaksi Redoks Berdasarkan Perubahan Bilangan Oksidasi

Bagaimana  bilangan  oksidasi  dapat  menjelaskan  reaksi  redoks?  Apa Anda  cukup  puas  dengan  konsep  transfer  elektron? Tinjau antara reaksi SO2 dengan O2 membentuk SO3. Reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut :

Jika  dikaji  berdasarkan  konsep  pengikatan  oksigen  maka  reaksi tersebut  adalah  reaksi  oksidasi.  Jika  dikaji  berdasarkan  transfer  elektron maka Anda mungkin akan bingung, mengapa? Pada reaksi tersebut tidak terjadi transfer  elektron,  tetapi terjadi penggunaan  bersama  pasangan elektron  membentuk  ikatan  kovalen. Reaksi tersebut tidak dapat dijelaskan dengan konsep transfer  elektron.

Oleh karena banyak reaksi redoks yang tidak dapat dijelaskan  dengan konsep pengikatan oksigen maupun transfer elektron  maka para pakar kimia mengembangkan konsep alternatif, yaitu perubahan bilangan oksidasi. Menurut konsep  ini,  jika  dalam  reaksi  bilangan  oksidasi  atom  meningkat  maka atom  tersebut  mengalami  oksidasi.  Sebaliknya,  jika  bilangan  oksidasinya turun  maka  atom  tersebut  mengalami  reduksi.

Untuk  mengetahui  suatu  reaksi tergolong reaksi redoks atau bukan menurut konsep perubahan bilangan oksidasi maka perlu diketahui biloks dari setiap atom, baik dalam pereaksi maupun  hasil  reaksi.

Berdasarkan  diagram  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa:

Atom  S  mengalami  kenaikan  biloks  dari  +4  menjadi  +6,  peristiwa ini  disebut  oksidasi; atom O mengalami penurunan biloks dari 0 menjadi –2, peristiwa ini disebut  reduksi. Dengan  demikian,  reaksi  tersebut  adalah  reaksi  redoks.

Oleh  karena molekul  O2 menyebabkan  molekul  SO2 teroksidasi  maka molekul  O2 adalah  oksidator.  Molekul  O2 sendiri  mengalami  reduksi  akibat  molekul SO2 sehingga  SO2 disebut reduktor.

Contoh Reaksi Redoks Menurut Perubahan Bilangan Oksidasi

SUMBER LIHAT DISINI !

ASAM BASA

A. Asam Basa Arrhenius
menurut arrhenius, asam adalah zat yang dapat melepaskan ion H+ di dalam air sehingga kensentrasi ion H+ dalam air meningkat.  basa adalah zat yang dapat melepaskan OH- di dalam air sehingga konsentrasi ion OH- dalam air meningkat.

B. pH Larutan

pH menyatakan tingkat kesamaan Larutan.

pH = - log [H+]

untuk larutan basa :

pOH = -log [OH]

Hubungan pH dan pOH :

pH + pOH = 14

C. identifikasi Senyawa Asam Basa
suatu larutan tergolong asam atau basa dapat diuji dengan mencelupkan kertas lakmus.

             Larutan        Lakmus Merah      Lakmus Biru

              Asam                   Merah                   Merah

               Basa                     Biru                      Biru 

               Netral                   Merah                  Merah         

D. Kekuatan AsamBasa
1. Derajat Disosiasi

                   jumlah mol terionisasi

             x = ____________________

                  jumlah mol mula-mula

2. [H+] Asam kuat

    [H+] = a x Ma

a =  jumlah atom H yang dilepas

Ma = kemolaran asam

3. [OH-] Basa Kuat

    [OH-] = b x Ma

b = jumlah gugus OH yang dilepas
Mb = kemolaran Basa

KESETIMBANGAN KIMIA

      Sebagian besar reaksi yang ada merupakan reaksi kesetimbangan, maka sangat penting untuk memahami tentang reaksi kesetimbangan. Dengan pemahaman reaksi kesetimbangan akan membantu untuk menyelesaikan perhitungan yang berhubungan dengan prinsip kesetimbangan kimia tanpa harus menghafalkan rumus seperti tentang pH asam dan basa lemah, hidrolisis, buffer, kesetimbangan kelarutan, pembentuka kompleks dll.

        Suatu sistem dikatakan setimbang jika dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama atau dengan kata lain tidak terjadi perubahan dalam sistem yang setimbang.

      Salah satu indikator saat terjadi kesetimbangan adalah tidak terjadi perubahan konsentrasi semua komponen yaitu reaktan dan produk.

      Sebagai contoh adalah pelarutan padatan, sampai pada titik laju padatan yang terlarut sama dengan padatan yang mengendap saat konsentrasi larutan jenuh tercapai (tidak ada perubahan konsentrasi)

      Kesetimbangan kimia adalah penting untuk menjelaskan peristiwa yang banyak terjadi secara alamiah dan berperan penting dalam kaidah-kaidah pada  proses industri kimia. 

Konsep Kesetimbangan

• Pada keadaan kesetimbangan kecepatan  pembentukan produk  sama dengan kecepatan penguraian produk  (laju reaksi ke kanan = laju reaksi ke kiri).

Reaksi ke kanan :        A → B                Rate = kf[A].    k_f : konstanta laju reaksi ke kanan

            Reaksi balik        :        B → A                Rate = kr[B].     k_r : konstanta laju reaksi ke kiri

           

• Saat A bereaksi membentuk senyawa B, konsentrasi A berkurang sedangkan konsentrasi B bertambah.
• Pada keadaan kesetimbangan

                            kf [A]           =     kr [B]

                            Laju reaksi          laju reaksi balik

                            ke kanan              ke kiri

• Penulisan persamaan adalah

                                    [B]/[A] = kf/kr = a konstan

• Kedua proses terjadi pada kecepatan yang sama

                                    A D B

• Untuk memahami tentang konsep kesetimbangan kimia perhatikan pembahasan berikut ini.          

Kesetimbangan Hidrogen-Iod dengan Hidrogen Iodida

Percobaan 1.

      Masing-masing sebanyak 0,00150 mol H₂ dan I₂ dibiarkan bereaksi membentuk HI_(g)

      Konsentrasi H_2(g) dan I_2(g) akan berkurang sedangkan HI_(g) bertambah hingga tercapai kesetimbangan semua komponen H_2(g), I_2(g) dan HI_(g) konsentrasinya tidak berubah.

      Reaksi ke depan: H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

      Reaksi balik: 2HI_(g) → H_2(g) + I_2(g)

      Penulisan reaksi kesetimbangan :  H_2(g) + I_2(g)  ⇌ 2 HI_(g)

      Setelah mencapai 0,00234 mol jumlah HI tidak berubah

Percobaan 2

      Dimulai dengan pereaksi HI_(g) murni dengan konsentrasi 0,0015 M, dibiarkan terurai membentuk H_2(g) dan I_2(g)  sehingga mencapai kesetimbangan.

Percobaan 3

      Menggambarkan keadaan ketiga pereaksi dengan konsentrasi yang sama 0,0015 M , dibiarkan mencapai kesetimbangan.

Dari tiga percobaan diatas didapat suatu hubungan yang menunjuk pada angka numeris tertentu

Untuk menetapkan nilai tetapan diatas, tiga percobaan tersebut dilakukan berulang-ulang pada 445^oC dan memberikan  hasil yang sama.

Contoh

• N₂O₄(g) D 2NO_2(g)

            Kc = [NO2]2 / [N2O4] = (0.0172)2 / 0.00140 = 0.211

Konsentrasi awal dan kesetimbangan  (M) dari N₂O₄ and NO₂ dalam fase gas pada  100^oC adalah sbb:

Percobaan	Konsentrasi awal (M)		Konsentrasi pada kesetimbangan (M)		Kc
	N2O4	NO2	N2O4	NO2
1	0.0	0.0200	0.00140	0.0172	0.211
2	0.0	0.0300	0.00280	0.0243	0.211
3	0.0	0.0400	0.00452	0.0310	0.213
4	0.0200	0.0	0.00452	0.0310	0.213

Tetapan Kesetimbangan Kc

      Untuk reaksi umum,

            aA + bB + …    Û gG + hH + …

      Rumus tetapan kesetimbangan berbentuk

Pembilang adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kanan persamaan ([G], [H] …) masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan reaksi yang setara (g, h …). Penyebut adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kiri persamaan ([A]. [B] ..) dan  setiap konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien reaksinya (a, b, …). Nilai numerik tetapan kesetimbangan Kc sangat tergantung pada jenis reaksi dan suhu.

Contoh Soal

§  Tuliskan pernyataan kesetimbagan Kc untuk reaksi berikut :

(a)    2O_3(g) D3O_2(g)

(b)   2NO_(g) + Cl₂ D 2NOCl_(g)

Jawab:

(a) Kc = [O₂]³ / [O₃]²

(b) Kc = [NOCl]² / [NO]²[Cl₂]

Hubungan Tambahan

Jika ada 3 reaksi berikut:

      2SO_2(g) + O _2(g) Û 2SO_3(g)       Kc(a) = 2,8 x 10² 1000 K

      2SO_3(g) Û 2SO_2(g) + O_2(g)        Kc(b) = 1/Kc(a) = 1/ 2,8x10²

      SO_2(g) + ½ O_2(g) Û SO _3(g)       Kc(c) = (K_c(a))^1/2 = (2,8x10²)^1/2

Ringkasan

      Dalam menentukan nilai Kc maka setiap persaman reaksi kimia harus disetarakan.

       Jika persamaannya dibalik, maka nilai Kc dari persamaan yang baru adalah kebalikan dari persamaan aslinya

      Jika koefisien dalam persamaan setara dikalikan dengan faktor yang sama, maka tetapan kesetimbangan yang baru adalah akar berpangkat faktor tetapan kesetimbangan yang lama

      Konstanta kesetimbangan hanya bergantung pada stoikiometri, tidak dipengaruhi

oleh mekanisme.

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

•              Jika diketahui:          N2(g) + O2(g) Û 2NO(g)    Kc = 4,1 x 10-31          N2(g) + ½ O2(g) Û N2O(g) Kc = 2,4 x 10-18 •              Bagaimana Kc reaksi:          N2O(g) + ½ O2(g) Û 2NO(g)         Kc = ? Persamaan diatas dapat digabungkan N2(g) + O2(g) Û 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31 N2O(g) Û N2(g) + ½ O2(g)          Kc = 1/(2,4 x 10-18) = 4,2 x 1017 N2O(g) + ½ O2(g) Û 2NO(g)      Kc = ?

       

Tetapan kesetimbangan untuk reaksi bersih (K_c (net) adalah K_c(1) x K_c(2), hasil kali tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah yang digabungkan

Menghitung Konstanta Kesetimbangan.

Sering terjadi konsentrasi dari suatu reaksi kesetimbangan tidak diketahui. Namun jika konsentrasi salah satu spesies dalam system kesetimbangan diketahui maka dengan menggunakan persamaan reaksi yang ada, secara stoikiometri spesies yang lain dapat dihitung. Dengan tahapan berikut:

1. Buat tabel konsentrasi awal dan kesetimbangan dari semua spesies yang diketahui dalam system kesetimbangan.
2. Berdasarkan spesies-spesies dari kosentrasi awal dan kesetimbangan yang diketahui, hitung perubahan konsentrasi dalam system kesetimbangan.
3. Gunakan stoikiometri reaksi untuk menghitung perubahan konsentrasi untuk semua spesies dalam kesetimbangan.
4. Dari kosentrasi awal dan perubahan konsentrasinya, hitung konsentrasi dalam kesetimbangan. Nilai konsentrasi dalam kesetimbangan digunakan untuk menghitung konstanta kesetimbangan.

Contoh

1. Suatu campuran dari  5.000x10^-3 mol  H₂ dan 1.000x10^-2 mol  I₂ ditempatkan dalam wadah 5 L pada  448^oC dan dibiarkan mencapai kesetimbangan. Analisis dari campuran kesetimbangan menunjukkan konsentrasi HI adalah 1.87x10^-3 M. Hitung  Kc pada 448^oC reaksi berikut :

      H_2(g) + I_2(g) D 2HI(g)

Jawab

• Pertama, tabulasikan konsentrasi awal, perubahan dan kesetimbangan semua spesies dalam system setimbang seperti ditunjukkan pada tabel berikut:

      Dalam contoh ini konsentrasi  H₂ dan  I₂ harus dihitung:

     [H₂]awal  = 5.000x10^-3 mol /5.000 L = 1.000x10^-3 M

     [I₂]awal  = 1.000x10^-2 mol / 5.000 L = 2.000x10^-3 M

Kemudian masukkan dalam tabel berikut:

                                                                                                     H_2(g)             +             I_2(g)         D          2HI(g)

Awal	1.000x10-3 M	2.000x10-3 M	0 M
Perubahan
Kesetimbangan			1.87x10-3 M

• Kedua hitung perubahan konsentrasi HI dengan menggunakan nilai awal dan kesetimbangan. Perubahannya adalah perbedaan antara nilai awal dan kesetimbangan yaitu  1.87x10^-3 M.

• Ketiga, gunakan stoikiometri dari persamaan reaksi untuk menghitung perubahan spesies yang lain. Dari persamaan kimia yang setimbang menunjukkan tiap 2 mol HI yang terbentuk membutuhkan 1 mol H₂ dan 1 mol I₂. Jadi jumlah H₂ yang dibutuhkan adalah :

                                                                                               

            (1.87x10^-3 mol HI / L ) (1 mol H₂ / 2 mol HI ) = 0.935x10^-3 mol H₂ / L

           Dengan cara yang sama karena perbandingan I₂ dan H₂ sama maka jumlah I₂ yang  

           dibutuhkan adalah  0.935x10^-3 M

§  Keempat, hitung konsentrasi pada kesetimbangan, gunakan konsentrasi awal dan perubahan konsentrasi. Konsentrasi H₂ kesetimbangan adalah konsentrasi awal dikurangi konsentrasi yang dibutuhkan :  

                                                                                               

[H₂] = 1.000x10^-3 M – 0.935x10^-3 M = 0.065x10^-3 M

Konsentrasi I₂ pada kesetimbangan :

[I₂] = 2.000x10^-3 M – 0.935x10 ^-3 M = 1.065x10^-3 M

The completed table now looks like this:

                                   H2(g)            +             I2(g)           D       2HI(g)

Awal	1.000x10-3 M	2.000x10-3 M	0 M
Perubahan	– 0.935x10 -3 M	– 0.935x10 -3 M	1.87x10-3 M
Kesetimbangan	0.065x10-3 M	0.065x10-3 M	1.87x10-3 M

• Dari konsentrasi kesetimbangan masing-masing reaktan dan produk, gunakan persamaan kesetimbangan untuk menghitung konstanta kesetimbangan, Kc.

Kc = [HI]² / [H2][I₂] = (1.87x10^-3)² / (0.065x10^-3)(1.065x10^-3) = 51

Untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan kesetimbangan sebaiknya lakukan langkah diatas cukup  menggunakan tabel-tabel seperti pada contoh.

2. 1 L tabung diisi dengan 1,00 mol H₂ dan 2,00 mol I₂ pada 448^oC. Konstanta kesetimbangan Kc reaksi adalah 50,5.

H_2(g) + I_2(g) D 2HI(g)      Kc =  50.5.

            Berapa konsentrasi H₂ , I₂ dan HI dalam tabung pada keadaan setimbang.

Jawab 

•  [H2] = 1.000M,  [I2] = 2.000 M,  [HI] = 0

                    

                             H_2(g)            +             I_2(g)               D       2HI(g)

Awal	1.000 M	2.000 M	0 M
Perubahan	- x M	- x M	+2x  M
Kesetimbangan	(1.000 – x) M	(2.000 –x) M	2x M

Kc  = [HI]2 / [H2][I2] = (2x)2 / (1.000-x)(2.000-x) = 50.5

4x2 = 50.5(x2 – 3.000x + 2.000)

46.5x2 – 151.5 x + 101.0 = 0

Penyelesaian persamaan kuadrat :

x = -(-151.5) ± √(-151.5)2 -4(46.5)(101.0) / 2(46.5) = 2.323 atau  0.935

Substitusikan nilai  x = 2.323, kedalam pernyataan konsentrasi kesetimbangan , konsentrasi H₂ dan  I₂ bernilai negatif. Masukkan nilai  x = 0.935 diperoleh :

[H₂] = 1.000 – x = 0.065 M

[I₂]  = 2.000 – x  = 1.065 M

[HI] = 2x = 1.870 M

Cek kembali nilai yang diperoleh dengan memasukkan angka tersebut kedalam pernyataan Kc :

Kc = [HI]² / [H2][I2] = (1.870)² / (0.065)(1.065) = 51

Soal latihan

1.      Untuk reaksi NH₃ ⇌ ½ N₂ + 3/2 H₂          Kc = 5,2 x 10^-5 pada 298 K.

      Berapakah nilai Kc pada 298 K untuk reaksi:       N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

2.      Senyawa ClF₃ disiapkan melalui 2 tahap reaksi fluorinasi gas klor sebagai berikut

      (i)  Cl_2(g) + F_2(g)  ⇌  ClF_(g)                         

      (ii) ClF_(g) + F_2(g)  ⇌  ClF_3(g)

n  Seimbangkan masing-masing reaksi diatas dan tuliskan reaksi overallnya!

n  Buktikan bahwa Kc overall sama dengan hasil kali Kc masing-masing tahap reaksi ?

3.      Dekomposisi HI dipelajari dengan mengijeksikan 2,50 mol HI kedalam 10,32-L tabung pada 25^oC.  Berapa [H₂] pada kesetimbangan untuk reaksi berikut :

      HI(g) ⇌ H_2(g) + I_2(g) ;  Kc = 1.26 x 10^-3.

Pustaka

Hill, Petrucci, Mc Creary, Perry, 2005, General Chemistry, Fourth Edition, Pearson Prentice Hall, New Jersey.

      Sebagian besar reaksi yang ada merupakan reaksi kesetimbangan, maka sangat penting untuk memahami tentang reaksi kesetimbangan. Dengan pemahaman reaksi kesetimbangan akan membantu untuk menyelesaikan perhitungan yang berhubungan dengan prinsip kesetimbangan kimia tanpa harus menghafalkan rumus seperti tentang pH asam dan basa lemah, hidrolisis, buffer, kesetimbangan kelarutan, pembentuka kompleks dll.

        Suatu sistem dikatakan setimbang jika dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama atau dengan kata lain tidak terjadi perubahan dalam sistem yang setimbang.

      Salah satu indikator saat terjadi kesetimbangan adalah tidak terjadi perubahan konsentrasi semua komponen yaitu reaktan dan produk.

      Sebagai contoh adalah pelarutan padatan, sampai pada titik laju padatan yang terlarut sama dengan padatan yang mengendap saat konsentrasi larutan jenuh tercapai (tidak ada perubahan konsentrasi)

      Kesetimbangan kimia adalah penting untuk menjelaskan peristiwa yang banyak terjadi secara alamiah dan berperan penting dalam kaidah-kaidah pada  proses industri kimia. 

Konsep Kesetimbangan

• Pada keadaan kesetimbangan kecepatan  pembentukan produk  sama dengan kecepatan penguraian produk  (laju reaksi ke kanan = laju reaksi ke kiri).

Reaksi ke kanan :        A → B                Rate = kf[A].    k_f : konstanta laju reaksi ke kanan

            Reaksi balik        :        B → A                Rate = kr[B].     k_r : konstanta laju reaksi ke kiri

           

• Saat A bereaksi membentuk senyawa B, konsentrasi A berkurang sedangkan konsentrasi B bertambah.
• Pada keadaan kesetimbangan

                            kf [A]           =     kr [B]

                            Laju reaksi          laju reaksi balik

                            ke kanan              ke kiri

• Penulisan persamaan adalah

                                    [B]/[A] = kf/kr = a konstan

• Kedua proses terjadi pada kecepatan yang sama

                                    A D B

• Untuk memahami tentang konsep kesetimbangan kimia perhatikan pembahasan berikut ini.          

Kesetimbangan Hidrogen-Iod dengan Hidrogen Iodida

Percobaan 1.

      Masing-masing sebanyak 0,00150 mol H₂ dan I₂ dibiarkan bereaksi membentuk HI_(g)

      Konsentrasi H_2(g) dan I_2(g) akan berkurang sedangkan HI_(g) bertambah hingga tercapai kesetimbangan semua komponen H_2(g), I_2(g) dan HI_(g) konsentrasinya tidak berubah.

      Reaksi ke depan: H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

      Reaksi balik: 2HI_(g) → H_2(g) + I_2(g)

      Penulisan reaksi kesetimbangan :  H_2(g) + I_2(g)  ⇌ 2 HI_(g)

      Setelah mencapai 0,00234 mol jumlah HI tidak berubah

Percobaan 2

      Dimulai dengan pereaksi HI_(g) murni dengan konsentrasi 0,0015 M, dibiarkan terurai membentuk H_2(g) dan I_2(g)  sehingga mencapai kesetimbangan.

Percobaan 3

      Menggambarkan keadaan ketiga pereaksi dengan konsentrasi yang sama 0,0015 M , dibiarkan mencapai kesetimbangan.

Dari tiga percobaan diatas didapat suatu hubungan yang menunjuk pada angka numeris tertentu

                                                                           

Untuk menetapkan nilai tetapan diatas, tiga percobaan tersebut dilakukan berulang-ulang pada 445^oC dan memberikan  hasil yang sama.

Contoh

• N₂O₄(g) D 2NO_2(g)

            Kc = [NO2]2 / [N2O4] = (0.0172)2 / 0.00140 = 0.211

Konsentrasi awal dan kesetimbangan  (M) dari N₂O₄ and NO₂ dalam fase gas pada  100^oC adalah sbb:

Percobaan	Konsentrasi awal (M)		Konsentrasi pada kesetimbangan (M)		Kc
	N2O4	NO2	N2O4	NO2
1	0.0	0.0200	0.00140	0.0172	0.211
2	0.0	0.0300	0.00280	0.0243	0.211
3	0.0	0.0400	0.00452	0.0310	0.213
4	0.0200	0.0	0.00452	0.0310	0.213

Tetapan Kesetimbangan Kc

      Untuk reaksi umum,

            aA + bB + …    Û gG + hH + …

      Rumus tetapan kesetimbangan berbentuk

Pembilang adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kanan persamaan ([G], [H] …) masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan reaksi yang setara (g, h …). Penyebut adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kiri persamaan ([A]. [B] ..) dan  setiap konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien reaksinya (a, b, …). Nilai numerik tetapan kesetimbangan Kc sangat tergantung pada jenis reaksi dan suhu.

Contoh Soal

§  Tuliskan pernyataan kesetimbagan Kc untuk reaksi berikut :

(a)    2O_3(g) D3O_2(g)

(b)   2NO_(g) + Cl₂ D 2NOCl_(g)

Jawab:

(a) Kc = [O₂]³ / [O₃]²

(b) Kc = [NOCl]² / [NO]²[Cl₂]

Hubungan Tambahan

Jika ada 3 reaksi berikut:

      2SO_2(g) + O _2(g) Û 2SO_3(g)       Kc(a) = 2,8 x 10² 1000 K

      2SO_3(g) Û 2SO_2(g) + O_2(g)        Kc(b) = 1/Kc(a) = 1/ 2,8x10²

      SO_2(g) + ½ O_2(g) Û SO _3(g)       Kc(c) = (K_c(a))^1/2 = (2,8x10²)^1/2

       

Ringkasan

      Dalam menentukan nilai Kc maka setiap persaman reaksi kimia harus disetarakan.

       Jika persamaannya dibalik, maka nilai Kc dari persamaan yang baru adalah kebalikan dari persamaan aslinya

      Jika koefisien dalam persamaan setara dikalikan dengan faktor yang sama, maka tetapan kesetimbangan yang baru adalah akar berpangkat faktor tetapan kesetimbangan yang lama

      Konstanta kesetimbangan hanya bergantung pada stoikiometri, tidak dipengaruhi

oleh mekanisme.

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

•              Jika diketahui:          N2(g) + O2(g) Û 2NO(g)    Kc = 4,1 x 10-31          N2(g) + ½ O2(g) Û N2O(g) Kc = 2,4 x 10-18 •              Bagaimana Kc reaksi:          N2O(g) + ½ O2(g) Û 2NO(g)         Kc = ? Persamaan diatas dapat digabungkan N2(g) + O2(g) Û 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31 N2O(g) Û N2(g) + ½ O2(g)          Kc = 1/(2,4 x 10-18) = 4,2 x 1017 N2O(g) + ½ O2(g) Û 2NO(g)      Kc = ?

      

Tetapan kesetimbangan untuk reaksi bersih (K_c (net) adalah K_c(1) x K_c(2), hasil kali tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah yang digabungkan

Menghitung Konstanta Kesetimbangan.

Sering terjadi konsentrasi dari suatu reaksi kesetimbangan tidak diketahui. Namun jika konsentrasi salah satu spesies dalam system kesetimbangan diketahui maka dengan menggunakan persamaan reaksi yang ada, secara stoikiometri spesies yang lain dapat dihitung. Dengan tahapan berikut:

1. Buat tabel konsentrasi awal dan kesetimbangan dari semua spesies yang diketahui dalam system kesetimbangan.
2. Berdasarkan spesies-spesies dari kosentrasi awal dan kesetimbangan yang diketahui, hitung perubahan konsentrasi dalam system kesetimbangan.
3. Gunakan stoikiometri reaksi untuk menghitung perubahan konsentrasi untuk semua spesies dalam kesetimbangan.
4. Dari kosentrasi awal dan perubahan konsentrasinya, hitung konsentrasi dalam kesetimbangan. Nilai konsentrasi dalam kesetimbangan digunakan untuk menghitung konstanta kesetimbangan.

Contoh

1. Suatu campuran dari  5.000x10^-3 mol  H₂ dan 1.000x10^-2 mol  I₂ ditempatkan dalam wadah 5 L pada  448^oC dan dibiarkan mencapai kesetimbangan. Analisis dari campuran kesetimbangan menunjukkan konsentrasi HI adalah 1.87x10^-3 M. Hitung  Kc pada 448^oC reaksi berikut :

      H_2(g) + I_2(g) D 2HI(g)

Jawab

• Pertama, tabulasikan konsentrasi awal, perubahan dan kesetimbangan semua spesies dalam system setimbang seperti ditunjukkan pada tabel berikut:

      Dalam contoh ini konsentrasi  H₂ dan  I₂ harus dihitung:

     [H₂]awal  = 5.000x10^-3 mol /5.000 L = 1.000x10^-3 M

     [I₂]awal  = 1.000x10^-2 mol / 5.000 L = 2.000x10^-3 M

Kemudian masukkan dalam tabel berikut:

                                                                                                     H_2(g)             +             I_2(g)         D          2HI(g)

Awal	1.000x10-3 M	2.000x10-3 M	0 M
Perubahan
Kesetimbangan			1.87x10-3 M

• Kedua hitung perubahan konsentrasi HI dengan menggunakan nilai awal dan kesetimbangan. Perubahannya adalah perbedaan antara nilai awal dan kesetimbangan yaitu  1.87x10^-3 M.

• Ketiga, gunakan stoikiometri dari persamaan reaksi untuk menghitung perubahan spesies yang lain. Dari persamaan kimia yang setimbang menunjukkan tiap 2 mol HI yang terbentuk membutuhkan 1 mol H₂ dan 1 mol I₂. Jadi jumlah H₂ yang dibutuhkan adalah :

                                                                                               

            (1.87x10^-3 mol HI / L ) (1 mol H₂ / 2 mol HI ) = 0.935x10^-3 mol H₂ / L

           Dengan cara yang sama karena perbandingan I₂ dan H₂ sama maka jumlah I₂ yang  

           dibutuhkan adalah  0.935x10^-3 M

§  Keempat, hitung konsentrasi pada kesetimbangan, gunakan konsentrasi awal dan perubahan konsentrasi. Konsentrasi H₂ kesetimbangan adalah konsentrasi awal dikurangi konsentrasi yang dibutuhkan :  

                                                                                               

[H₂] = 1.000x10^-3 M – 0.935x10^-3 M = 0.065x10^-3 M

Konsentrasi I₂ pada kesetimbangan :

[I₂] = 2.000x10^-3 M – 0.935x10 ^-3 M = 1.065x10^-3 M

The completed table now looks like this:

                                   H2(g)            +             I2(g)           D       2HI(g)

Awal	1.000x10-3 M	2.000x10-3 M	0 M
Perubahan	– 0.935x10 -3 M	– 0.935x10 -3 M	1.87x10-3 M
Kesetimbangan	0.065x10-3 M	0.065x10-3 M	1.87x10-3 M

• Dari konsentrasi kesetimbangan masing-masing reaktan dan produk, gunakan persamaan kesetimbangan untuk menghitung konstanta kesetimbangan, Kc.

Kc = [HI]² / [H2][I₂] = (1.87x10^-3)² / (0.065x10^-3)(1.065x10^-3) = 51

Untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan kesetimbangan sebaiknya lakukan langkah diatas cukup  menggunakan tabel-tabel seperti pada contoh.

2. 1 L tabung diisi dengan 1,00 mol H₂ dan 2,00 mol I₂ pada 448^oC. Konstanta kesetimbangan Kc reaksi adalah 50,5.

H_2(g) + I_2(g) D 2HI(g)      Kc =  50.5.

            Berapa konsentrasi H₂ , I₂ dan HI dalam tabung pada keadaan setimbang.

Jawab 

•  [H2] = 1.000M,  [I2] = 2.000 M,  [HI] = 0

                    

                             H_2(g)            +             I_2(g)               D       2HI(g)

Awal	1.000 M	2.000 M	0 M
Perubahan	- x M	- x M	+2x  M
Kesetimbangan	(1.000 – x) M	(2.000 –x) M	2x M

Kc  = [HI]2 / [H2][I2] = (2x)2 / (1.000-x)(2.000-x) = 50.5

4x2 = 50.5(x2 – 3.000x + 2.000)

46.5x2 – 151.5 x + 101.0 = 0

Penyelesaian persamaan kuadrat :

x = -(-151.5) ± √(-151.5)2 -4(46.5)(101.0) / 2(46.5) = 2.323 atau  0.935

Substitusikan nilai  x = 2.323, kedalam pernyataan konsentrasi kesetimbangan , konsentrasi H₂ dan  I₂ bernilai negatif. Masukkan nilai  x = 0.935 diperoleh :

[H₂] = 1.000 – x = 0.065 M

[I₂]  = 2.000 – x  = 1.065 M

[HI] = 2x = 1.870 M

Cek kembali nilai yang diperoleh dengan memasukkan angka tersebut kedalam pernyataan Kc :

Kc = [HI]² / [H2][I2] = (1.870)² / (0.065)(1.065) = 51