1
Halaman Judul
i
Hak Cipta pada Direktorat Pembinaan SMK Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Dilindungi Undang-Undang
Milik Negara Tidak Diperdagangkan
Penulis
: Supartono. Dewi Selvia Fardhyanti
2017 Disusun dengan huruf Times New Roman, 11 pt
ii
KATA PENGANTAR Undang-Undang Dasar Negara Republik Indonesia Tahun 1945 Pasal 31 ayat (3) mengamanatkan bahwa Pemerintah mengusahakan dan menyelenggarakan satu sistem pendidikan nasional, yang meningkatkan keimanan dan ketakwaan serta akhlak mulia dalam rangka mencerdaskan kehidupan bangsa, yang diatur dengan undang-undang. Atas dasar amanat tersebut telah diterbitkan Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 20 Tahun 2003 tentang Sistem Pendidikan Nasional
Implementasi dari undang-undang Sistem Pendidikan Nasional tersebut yang dijabarkan melalui sejumlah peraturan pemerintan, memberikan arahan tentang perlunya disusun dan dilaksanakan delapan standar nasional pendidikan, diantaranya adalah standar sarana dan prasarana. Guna peningkatan kualitas lulusan SMK maka salah satu sarana yang harus dipenuhi oleh Direktorat Pembinaan SMK adalah ketersediaan bahan ajar siswa khususnya bahan ajar Peminatan C1 SMK sebagai sumber belajar yang memuat materi dasar kejuruan
Kurikulum yang digunakan di SMK baik kurikulum 2013 maupun kurikulum KTSP pada dasarnya adalah kurikulum berbasis kompetensi. Di dalamnya dirumuskan secara terpadu kompetensi sikap, pengetahuan dan keterampilan yang harus dikuasai peserta didik serta rumusan proses pembelajaran dan penilaian yang diperlukan oleh peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diinginkan. Bahan ajar Siswa Peminatan C1 SMK ini dirancang dengan menggunakan proses pembelajaran yang sesuai untuk mencapai kompetensi yang telah dirumuskan dan diukur dengan proses penilaian yang sesuai.
Sejalan dengan itu, kompetensi keterampilan yang diharapkan dari seorang lulusan SMK adalah kemampuan pikir dan tindak yang efektif dan kreatif dalam ranah abstrak dan konkret. Kompetensi itu dirancang untuk dicapai melalui proses pembelajaran berbasis penemuan (discovery learning) melalui kegiatan-kegiatan berbentuk tugas (project based learning), dan penyelesaian masalah (problem solving based learning) yang mencakup proses mengamati, menanya, mengumpulkan informasi, mengasosiasi, dan mengomunikasikan. Khusus untuk SMK ditambah dengan kemampuan mencipta . Bahan ajar ini merupakan penjabaran hal-hal yang harus dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan kurikulum yang digunakan, peserta didik diajak berani untuk mencari sumber belajar lain yang tersedia dan
iii
terbentang luas di sekitarnya. Bahan ajar ini merupakan edisi ke-1. Oleh sebab itu Bahan Ajar ini perlu terus menerus dilakukan perbaikan dan penyempurnaan.
Kritik, saran, dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi berikutnya sangat kami harapkan; sekaligus, akan terus memperkaya kualitas penyajian bahan ajar ini.Atas kontribusi itu, kami ucapkan terima kasih. Tak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada kontributor naskah, editor isi, dan editor bahasa atas kerjasamanya. Mudah-mudahan, kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan dunia pendidikan menengah kejuruan dalam rangka mempersiapkan Generasi Emas seratus tahun Indonesia Merdeka (2045). Jakarta, Agustus 2017 Direktorat Pembinaan SMK
iv
DAFTAR ISI Halaman Judul ......................................................................................................................................................i DAFTAR ISI ....................................................................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................................................................... x PENDAHULUAN ............................................................................................................................................ xii BAB 1 TERMOKIMIA ....................................................................................................................................... 1 A.
PENDAHULUAN .........................................................................................................................1
B.
REAKSI EKSOTERM DAN ENDOTERM ..................................................................................2
C.
PERSAMAAN TERMOKIMIA ....................................................................................................5
D.
ENTALPI DAN JENIS-JENIS PERUBAHAN ENTALPI REAKSI ............................................5
E.
PENENTUAN ENTALPI REAKSI .............................................................................................10
F.
KALOR PEMBAKARAN ...........................................................................................................16
UJI KOMPETENSI ..............................................................................................................................21 BAB 2 LAJU REAKSI...................................................................................................................................... 25 A.
PENDAHULUAN .......................................................................................................................25
B.
KONSEP LAJU REAKSI ............................................................................................................27
C.
HUKUM LAJU REAKSI ............................................................................................................30
D.
FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI..........................................34
E.
TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI .............................................................................37
UJI KOMPETENSI ..............................................................................................................................42 BAB 3 KESETIMBANGAN REAKSI ............................................................................................................. 46 A.
DEFINISI DAN PRINSIP KESETIMBANGAN REAKSI .........................................................46
B.
KARAKTERISTIK KEADAAN SETIMBANG .........................................................................49
C.
HUKUM KESETIMBANGAN ...................................................................................................52
D.
KONSTANTA KESETIMBANGAN ..........................................................................................54
E.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN REAKSI ....................57
F.
PENERAPAN KESETIMBANGAN KIMIA ..............................................................................62
UJI KOMPETENSI ..............................................................................................................................66 BAB 4 TEORI ASAM BASA ........................................................................................................................... 70 A.
ELEKTROLIT .............................................................................................................................71
B.
TEORI ARRHENIUS ..................................................................................................................72
C.
TEORI BRONSTED-LOWRY ....................................................................................................73
D.
TEORI LEWIS .............................................................................................................................75
E.
IKHTISAR TEORI ARRHENIUS, BRONSTED-LOWRY, LEWIS .........................................78
F.
BEBERAPA SIFAT ASAM DAN BASA ...................................................................................78 v
G.
REAKSI IONISASI ASAM DAN BASA DALAM AIR ............................................................80
H.
DERAJAT IONISASI ..................................................................................................................82
I.
TETAPAN IONISASI .................................................................................................................82
J.
TETAPAN HASIL KALI ION AIR (Kw) ...................................................................................84
K.
KONSEP pH ................................................................................................................................86
L.
ASAM KUAT DAN BASA KUAT .............................................................................................88
M. ASAM LEMAH DAN BASA LEMAH ......................................................................................91 N.
SENYAWA AMFOTER..............................................................................................................95
O.
BUFFER: LARUTAN PENYANGGA pH ..................................................................................96
P.
INDIKATOR ASAM BASA .......................................................................................................98
UJI KOMPETENSI ............................................................................................................................102 BAB 5 KIMIA KOLOID ................................................................................................................................ 105 A.
PENDAHULUAN .....................................................................................................................105
B.
UKURAN PARTIKEL ..............................................................................................................106
C.
SISTEM DISPERSI ...................................................................................................................108
D.
PENGGOLONGAN KOLOID ..................................................................................................108
E.
PEMBUATAN KOLOID...........................................................................................................111
F.
KOLOID ASOSIASI .................................................................................................................116
G.
PEMURNIAN KOLOID ............................................................................................................117
H.
BEBERAPA SIFAT KOLOID ..................................................................................................118
I.
BERBAGAI MACAM KOLOID ..............................................................................................126
J.
PENGGUNAAN KOLOID DAN KOLOID DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI ...........128
UJI KOMPETENSI ............................................................................................................................131 BAB 6 HIDROKARBON .............................................................................................................................. 134 A
PENDAHULUAN .....................................................................................................................134
B.
IDENTIFIKASI UNSUR C, H, DAN O DALAM SENYAWA KARBON..............................135
C.
SENYAWA HIDROKARBON DAN TURUNANNYA ..........................................................136
UJI KOMPETENSI ............................................................................................................................157 BAB 7 POLIMER ........................................................................................................................................... 160 A.
PENDAHULUAN .....................................................................................................................160
B.
KLASIFIKASI POLIMER.........................................................................................................162
C.
REKAYASA DAN APLIKASI POLIMER DALAM DUNIA MODERN ...............................176
UJI KOMPETENSI ............................................................................................................................183
DAFTAR PUSTAKA...................................................................................................................................... 186 GLOSARIUM ................................................................................................................................................. 189 BIODATA PENULIS...................................................................................................................................... 193 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Ilustrasi Proses Reaksi Eksotermis dan Endotermis ...................................................................... 4 Gambar 1.2. Kalorimeter Bom ....................................................................................................................... 122 Gambar 1.3. Kalorimeter Sederhana ................................................................................................................ 13 Gambar 2.1. Reaksi Kimia dengan Laju Reaksi Cepat dan Lambat .............................................................. 266 Gambar 2.2. Penyimpanan Makanan dalam Lemari Es ................................................................................. 266 Gambar 2.3. Petunjuk Konsentrasi Larutan Kimia dalam Laboratorium ......................................................... 28 Gambar 2.4. Konsentrasi HI versus waktu. ...................................................................................................... 30 Gambar 2.5. (a) Pembakaran Rokok di Udara Terbuka ................................................................................... 34 Gambar 2.6. Pembakaran Potongan Kayu Balok ............................................................................................. 35 Gambar 2.7. (a) Menggoreng kentang dalam minyak panas, ........................................................................... 36 Gambar 2.8. (a) Katalis Anorganik pada Perengkahan Hidrokarbon secara Katalitik, .................................... 36 Gambar 2.9. Penggambaran Kontak antara Partikel-Partikel Pereaksi. ........................................................... 38 Gambar 2.10. Diagram Energi Potensial untuk Reaksi .................................................................................... 39 Gambar 2.11. Pengaruh Konsentrasi Pereaksi terhadap Laju Reaksi............................................................... 40 Gambar 2.12. Pengaruh Luas Permukaan Sentuh terhadap Laju Reaksi ......................................................... 40 Gambar 2.13. Pengaruh Kenaikan Suhu terhadap Laju Reaksi ........................................................................ 41 Gambar 2.14. Pengaruh katalis terhadap Laju Reaksi ...................................................................................... 41 Gambar 3.1. Reaksi bolak-balik (reversible). .................................................................................................. 50 Gambar 3.2. Perubahan konsentrasi dan laju reaksi. ........................................................................................ 54 Gambar 3.3. Kurva kesetimbangan 2NO2 (g) N2O4(g) .................................................................................... 57 Gambar 3.4. Proses Peredaran Oksigen dalam Darah ...................................................................................... 64 Gambar 4.1. Larutan Elektrolit......................................................................................................................... 71 Gambar 4.2. Larutan Nonelektrolit .................................................................................................................. 71 Gambar 4.3. Svante August Arrhenius ............................................................................................................. 72 Gambar 4.4. Reaksi Asam ................................................................................................................................ 72 Gambar 4.5. Reaksi Basa ................................................................................................................................. 73 Gambar 4.6. Pasangan Asam Basa Konjugasi.................................................................................................. 73 Gambar 4.7. Bronsted-Lowry Fase Gas ........................................................................................................... 74 Gambar 4.8. Teori Asam Basa Lewis............................................................................................................... 76 Gambar 4.9. Hujan Asam ................................................................................................................................. 79 Gambar 4.10. Reaksi Kesetimbangan Air ........................................................................................................ 84 Gambar 4.11. pH sebagai Fungsi Konsentrasi ................................................................................................. 90 Gambar 4.12. Trayek Perubahan Warna .......................................................................................................... 99 Gambar 4.13. Trayek Perubahan Warna Indikator Universal ........................................................................ 100 vii
Gambar 5.1. Beberapa contoh Benda-Benda Bersifat Koloid ........................................................................ 106 Gambar 5.2. Larutan gula, larutan kanji, dan campuran air dan pasir............................................................ 107 Gambar 5.3. Koloid Liofil (a) selai (b) kapsul (c) mayonese ......................................................................... 110 Gambar 5.4. Cara Membuat Sistem Koloid ................................................................................................... 111 Gambar 5.5. Pembentukan koloid AgCl oleh NaCl dan AgNO3 .................................................................... 113 Gambar 5.6. Dispersi Proses Mekanik untuk Mendapatkan Koloid .............................................................. 114 Gambar 5.7. Proses Dispersi dengan Cara Peptisasi menjadi Koloid ............................................................ 115 Gambar 5.8. Dispersi dengan Cara Busur Bredig .......................................................................................... 116 Gambar 5.9. Proses Kerja Sabun dalam Mengangkat Kotoran ...................................................................... 117 Gambar 5.10. Proses Dialisis ......................................................................................................................... 118 Gambar 5.11. Pengaruh Penghamburan Cahaya dalam Larutan .................................................................... 118 Gambar 5.12. Efek Tyndall karena Sinar Matahari ........................................................................................ 119 Gambar 5.13. Gerak Brown ........................................................................................................................... 120 Gambar 5.14. Percobaan Elektroforesis ......................................................................................................... 121 Gambar 5.15. Proses Dialisis sebagai Alat Cuci Darah ................................................................................. 122 Gambar 5.16. Koagulasi Koloid ..................................................................................................................... 123 Gambar 5.17. Contoh Koloid Pelindung ........................................................................................................ 125 Gambar 5.18. Adsorpsi Koloid....................................................................................................................... 125 Gambar 5.19. Emulsi Cair ................................................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 5.20. Produk dalam Bentuk Gel........................................................................................................ 128 Gambar 5.21. Penjernihan Air ........................................................................................................................ 129 Gambar 6.1. Struktur Etil Metil Eter dan Struktur propanol .......................................................................... 138 Gambar 6.2. Penentuan Rantai Karbon Terpanjang. ...................................................................................... 139 Gambar 6.3. Penentuan Cabang Pada Rantai Utama ..................................................................................... 139 Gambar 6.4. Penentuan Nomor Pada Atom Karbon ...................................................................................... 139 Gambar 6.5. Struktur 4-etil-3 metil-2,4-heksanadiol ..................................................................................... 140 Gambar 6.6. Tata Nama Eter .......................................................................................................................... 141 Gambar 6.7. Penempatan atom Karbon dalam molekul ............................................................................... 141 Gambar 6.8. Reaksi Oksidasi Pada Alkohol ................................................................................................... 144 Gambar 6.9. Struktur Dasar Keton, Aldehida ................................................................................................ 146 Gambar 6.10. Struktur Propanal dan Propanon .............................................................................................. 147 Gambar 6.11. Struktur Asam Karboksilat ...................................................................................................... 152 Gambar 6.12. Struktur Ester ........................................................................................................................... 152 Gambar 6.13. Tata Nama Asam Karboksilat.................................................................................................. 153 Gambar 6.14. Tata Nama Ester ...................................................................................................................... 153 Gambar 7.1. Aplikasi Polimer dalam Kehidupan Sehari-hari ........................................................................ 161 Gambar 7.2. Pembentukan Polimer ................................................................................................................ 161 viii
Gambar 7.3. Susunan Molekul Polietena dengan Monomernya. ................................................................... 162
Gambar 7.4. Diagram Klasifikasi Polimer ..................................................................................................... 162 Gambar 7.5. Contoh Polimer Alam ................................................................................................................ 163 Gambar 7.6. Struktur Polimer pada Pati......................................................................................................... 164 Gambar 7.7. Contoh Polimer Buatan ............................................................................................................. 165 Gambar 7.8. Jenis Struktur Polimer ............................................................................................................... 166 Gambar 7.9. Ilustrasi Struktur Homopolimer ................................................................................................. 166 Gambar 7.10. Ilustrasi Struktur Beberapa Jenis Kopolimer ........................................................................... 168 Gambar 7.11. Ilustrasi Struktur Rantai Kopolimer ........................................................................................ 168 Gambar 7.12. Diagram Klasifikasi Polimer berdasarkan Sifat dan Karakteristiknya. ................................... 169 Gambar 7.13. Struktur Termoplastik Amorf dan Semi-Kristalin ................................................................... 170 Gambar 7.14. Struktur Rantai Termoplastik, Elastomer dan Termoset ......................................................... 171 Gambar 7.15. Penampakan Partikel Nano CaCO3 pada Matrik HDPE.......................................................... 173 Gambar 7.16. Diagram Klasifikasi Polimer Berdasarkan Reaksi Polimerisasi .............................................. 174 Gambar 7.17. Contoh Polimerisasi Adisi ....................................................................................................... 174 Gambar 7.18. Contoh Polimerisaasi Pondensasi ............................................................................. .............. 176 Gambar 7.19. Contoh Aplikasi Kevlar Pada Dunia Modern .......................................................................... 177 Gambar 7.20. Diagram Skematik dari Polimer Sel Surya: PET, ITO, PEDOT:PSS, Active Layer, Al......... 178 Gambar 7.21. Benang Bedah yang Terbuat dari Polyglycolic Acid ............................................................... 180 Gambar 7.22. Kantong Plastik Campuran Poly(lactic) acid, dengan Kode Brand Bio-Flex®....................... 180
ix
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Perbedaan reaksi eksoterm dan endoterm .......................................................................................... 3 Tabel 1.2. Simbol entalpi pada berbagai proses .................................................................................................. 6 Tabel 1.3. Nilai entalpi pembentukan berbagai zat dan persamaan termokimia pembentukannya .................... 7 Tabel 1.4. Entalpi pembakaran dari berbagai zat pada kondisi standar .............................................................. 8 Tabel 1.5. Entalpi pembentukan senyawa ......................................................................................................... 15 Tabel 1.6. Energi ikat antar atom dari berbagai senyawa (kJ/mol) ................................................................... 16 Tabel 1.7. Komposisi dan nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar .............................................................. 18 Tabel 2.1. Hasil pengukuran konsentrasi HI setiap 50 detik. ............................................................................ 29 Tabel 2.2. Laju reaksi 𝑣𝐻𝐼 pada tiga selang waktu pertama ............................................................................ 29 Tabel 2.3. Persamaan laju reaksi untuk beberapa reaksi kimia ......................................................................... 31 Tabel 2.4. Hasil pengukuran laju reaksi NO dan Cl2......................................................................................... 32 Tabel 2.5. Perhitungan tetapan laju reaksi, k, dalam v = k [NO]2 [Cl2]. .......................................................... 33 Tabel 2.6. Katalis dan aplikasinya..................................................................................................................... 37 Tabel 3.1. Susunan ke s et i mb a n ga n reaksi gas CO dengan H2 ..................................................................... 52 Tabel 3.2. Harga Kp pada Berbagai Suhu untuk Pembentukan NH3 ................................................................ 61 Tabel 3.3. Harga Kp pada Berbagai Suhu untuk Reaksi H2 dan CO2 ................................................................ 61 Tabel 4.1. Perbandingan Tiga Teori Asam-Basa............................................................................................... 78 Tabel 4.2. Harga untuk Beberapa Asam............................................................................................................ 83 Tabel 4.3. Harga Kb untuk Beberapa Basa ....................................................................................................... 84 Tabel 4.4. Harga Kw pada Berbagai Suhu ........................................................................................................ 85 Tabel 4.5. Hubungan antara pH dan pOH pada 25 °C ...................................................................................... 88 Tabel 4.6. pH Beberapa Larutan ....................................................................................................................... 88 Tabel 4.7. Contoh Asam Monoprotik dan Poliprotik ........................................................................................ 91 Tabel 4.8. Contoh Senyawa Amfoter ................................................................................................................ 96 Tabel 4.9. Indikator untuk Menunjukkan Asam atau Basa ............................................................................... 98 Tabel 4.10. Trayek Perubahan Warna Indikator ............................................................................................... 99 Tabel 5.1. Perbedaan antara Larutan, Koloid, dan Suspensi ........................................................................... 107 Tabel 5.2.Sistem Dispersi Koloid.................................................................................................................... 108 Tabel 5.3. Perbedaan Koloid Hidrofil dan Koloid Liofob............................................................................... 110 Tabel 6.1. Gugus Fungsional Karbon .............................................................................................................. 137 Tabel 6.2. beberapa nama trivial dan sistem IUPAC untuk alkohol ............................................................... 140 Tabel 6.3. Kelarutan alkohol dan eter dalam air ............................................................................................. 143 Tabel 6.4. Nama IUPAC dan trivial aldehid ................................................................................................... 148 Tabel 6.5. Nama IUPAC dan Trivial asam karboksilat ................................................................................... 154 Tabel 7.1. Contoh polimer alam, monomer penyusunnya, dan keberadaannya di alam. ................................ 164 x
Tabel 7.2. Contoh polimer sintesis, monomer penyusunnya dan kegunaannya. ............................................. 165 Tabel 7.3. Perbandingan antara struktur amorf dan kristalin .......................................................................... 170 Tabel 7.4. Contoh Termoplastik-Elastomer (TPE).......................................................................................... 172 Tabel 7.5. Contoh polimer adisi ...................................................................................................................... 175 Tabel 7.6. Aplikasi polimer pada industri otomotif ........................................................................................ 181 Tabel 7.7. penggunaan polimer dalam bidang – bidang terapan ..................................................................... 182
xi
PENDAHULUAN A. Deskripsi Buku Kimia untuk SMK Teknologi dan Rekayasa kelas XI ini terdiri dari 2 buku, yaitu buku 1 dan buku 2. Buku ini merupakan buku 1 yang akan mempelajari tentang termokimia, laju reaksi, kesetimbangan kimia, larutan asam basa, koloid, senyawa karbon, dan polimer.
B. Prasyarat Untuk mempelajari buku tidak diperlukan prasyarat mata pelajaran tertentu.
C. Petunjuk Penggunaan Buku Untuk mempermudah penggunaan buku perlu diperhatikan petunjuk berikut ini: 1. Pelajari daftar isi serta peta konsep setiap materinya, 2. Perhatikan langkah-langkah dalam melakukan pekerjaan dengan benar untuk mempermudah dalam memahami suatu proses pekerjaan, sehingga diperoleh hasil yang maksimal, 3. Pahami setiap materi teori dasar yang akan menunjang penguasaan suatu pekerjaan dengan membaca secara teliti. Jawablah tes formatif dengan jawaban yang singkat dan jelas serta kerjakan sesuai dengan kemampuan Anda setelah mempelajari buku ini, 4. Catatlah kesulitan yang Anda dapatkan dalam buku ini untuk ditanyakan pada guru pada saat kegiatan tatap muka. Bacalah referensi yang lain yang berhubungan dengan materi buku agar Anda mendapatkan pengetahuan tambahan,
D. Tujuan Akhir Setelah mempelajari buku ini, saudara diharapkan dapat: 1. Menjelaskan tentang termokimia, 2. Menjelaskan tentang laju reaksi, 3. Menjelaskan tentang kesetimbangan kimia, 4. Menjelaskan tentang larutan asam basa, 5. Menjelaskan tentang koloid, 6. Menjelaskan tentang senyawa karbon, 7. Menjelaskan tentang polimer.
xii
BAB 1 TERMOKIMIA
PETA KONSEP
Termokimia
Reaksi Endoterm dan Eksoterm
Persamaan Termokimia
Entalpi reaksi
Kalor pembakaran
Setelah mempelajari bab ini, Anda diharapkan dapat: 1. Menjelaskan pengertian termokimia, 2. Membedakan entalpi dan perubahan entalpi, 3. Menjelaskan pengertian eksoterm dan endoterm, 4. Menjelaskan persamaan termokimia, 5. Menentukan entalpi pembentukan, penguraian dan pembakaran, 6. Menentukan perubahan entalpi berdasarkan metode kalorimetri, hukum Hess, entalpi pembentukan standar dan data energi ikatan, 7. Menjelaskan pengertian kalor pembakaran berbagai bahan bakar dalam kehidupan sehari-hari, 8. Menjelaskan persamaan reaksi pembakaran sempurna, 9. Menjelaskan dampak pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna berdasarkan sifat gas yang dihasilkan. 10. Aplikasi termokimia pada kehidupan sehari-hari
A. PENDAHULUAN Tahukah Anda berasal darimana energi yang Anda gunakan untuk berlari, belajar, bekerja dan bermain? Energi tersebut berasal dari reaksi yang berlangsung di
1
dalam tubuh. Bahan makanan yang masuk ke dalam tubuh kamu dirubah menjadi energi melalui serangkaian reaksi kimia dalam tubuh. Mengapa kita perlu memulai pemahaman termokimia dari energi? Karena termokimia adalah bahasan ilmu kimia yang berhubungan dengan energi. Setiap materi memiliki energi internal berupa energi potensial maupun energi kinetik. Jika energi yang terkandung dalam materi ini berubah, maka perubahan energi ini kita namakan dengan kalor. Jika ada perubahan kalor pada tekanan tetap, kita namakan sebagai perubahan entalpi (ΔH). Di dunia ini tidak semua energi dapat diukur besar energi dalamnya, namun kita masih dapat mengetahui perubahan energi yang terjadi di dalamnya. Untuk memudahkan dalam memahami konsep kalor mari kita bersama-sama simak contoh berikut ini. Ada sebuah termos yang di dalamnya berisi air panas, dalam hal ini kita tidak dapat mengatakan jika di dalam air tersebut mengandung banyak kalor. Di dalam termos tersebut memiliki energi yang kita sebut dengan energi internal namun bukan berarti air tersebut mengandung banyak kalor. Kenapa? Karena kalor akan ada jika energi di dalam energi tersebut berubah, sehingga air di dalam termos tersebut baru memiliki kalor jika ada perubahan energi di dalamnya. Lalu kapan kalor itu ada? Apabila air dikeluarkan dari dalam termos kemudian air ini berinteraksi dengan lingkungan sehingga terjadi perubahan energi maka itu kita sebut dengan kalor. Kalor dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain karena adanya perbedaan suhu. Seperti pada contoh sebelumnya, apabila air di dalam termos memiliki suhu 100°C kemudian kita menuangkan air tersebut pada gelas dengan yang berisi air dengan suhu 25°, maka akan ada perpindahan kalor dari air yang suhunya lebih tinggi menuju air yang suhunya lebih rendah. Perubahan suhu inilah yang nantinya akan dapat kita gunakan dalam menentukan suatu reaksi kimia bersifat endoterm atau eksoterm.
KEGIATAN SISWA Ambillah sebuah es batu yang ada di sekitar Anda, Peganglah es batu tersebut dengan tangan kosong. Lama kelamaan tangan Anda akan terasa dingin. Diskusikan dengan teman Anda bagaimanakah proses terjadinya perpindahan kalor antara es batu dengan tangan Anda? Apa yang menyebabkan terjadinya proses tersebut?
B. REAKSI EKSOTERM DAN ENDOTERM Pada proses perpindahan energi, energi berpindah dari lingkungan ke sistem atau sebaliknya. Apa itu sistem dan lingkungan? Sistem adalah segala sesuatu yang dipelajari
2
perubahan energinya sedangkan lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di sekeliling sistem dan tentunya terpengaruh akan adanya sistem tersebut. Dalam pelajaran kimia yang biasanya berhubungan dengan reaksi, maka sistem di sini dapat kita katakan sebagai jumlah zat yang bereaksi. Sedangkan lingkungannya adalah segala sesuatu selain zat yang bereaksi tersebut, misalnya adalah gelas kimia yang menjadi tempat terjadinya reaksi. Reaksi kimia berlangsung dengan dua cara yaitu menyerap atau membebaskan kalor. Jika reaksi tersebut menyerap kalor maka reaksi ini disebut dengan reaksi endoterm, sedangkan jika reaksi tersebut membebaskan kalor ini disebut dengan reaksi eksoterm. Pada Tabel 1.1 berikut adalah perbedaan antara reaksi eksoterm dan endoterm.
Tabel 1.1. Perbedaan reaksi eksoterm dan endoterm Eksoterm
Endoterm
√
Melepaskan kalor ke lingkungan
√
Menyerap kalor dari lingkungan
√
√
√
Kalor yang dilepaskan ke lingkungan akan meningkatkan suhu lingkungan Kalor yang dilepaskan ke lingkungan menyebabkan penurunan entalpi reaksi
√
Kalor yang diserap oleh sistem akan menurunkan suhu lingkungan Kalor yang diserap oleh sistem menyebabkan kenaikan entalpi reaksi
√
ΔH = H(produk) – H(reaktan) < 0
√
ΔH = H(produk) – H(reaktan) >0
REAKTAN
H
ΔH < 0
PRODUK
PRODUK
H
ΔH > 0
REAKTAN
3
kalor
kalor
SISTEM
kalor
kalor
Lingkungan
kalor Eksoterm
kalor
SISTEM
kalor
kalor Endoterm
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 1.1. Ilustrasi proses reaksi eksotermis dan endotermis
Pada reaksi eksoterm kalor akan dilepas di lingkungan sehingga kalor yang dilepaskan akan meningkatkan suhu lingkungan namun suhu sistemnya akan turun. Sebagai contoh adalah reaksi pencampuran antara natrium hidroksida (NaOH) dengan asam klorida (HCl), pada saat diukur, maka akan kita ketahui bahwa suhunya naik, suhu manakah yang naik? Suhu sistem atau suhu lingkungan? Perlu kita ketahui bahwa pada reaksi pencampuran ini reaksi ini bersifat eksoterm karena suhu lingkungannya yang naik, karena reaksi ini menghasilkan panas dan panas ini dilepaskan ke lingkungan. Panas yang dilepas ke lingkungan ini akan menyebabkan penurunan entalpi reaksi. Hal ini terjadi karena entalpi produk lebih kecil daripada entalpi reaktan, sehingga ΔH nya memiliki nilai negatif. Contoh lain dari reaksi eksoterm adalah pembentukan CO2 dari C dan O2, berikut adalah persamaan reaksinya: C(s) + O2(g) → CO2(g)
ΔH = ‑393,5 kJ (1.1)
Pada reaksi endoterm, karena reaksi ini menyerap kalor dari lingkungan, maka kalor yang diserap oleh sistem ini akan menyebabkan turunnya suhu lingkungan. Kalor yang diserap akan menaikkan entalpi reaksi sehingga nilai ΔH nya bertanda positif karena entalpi produk lebih tinggi dari entalpi reaktan. Berikut adalah salah satu contoh reaksi endoterm, yaitu reaksi peruraian CaCO3 menjadi CaO dan CO2. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
ΔH = +178,5 kJ (1.2)
4
KEGIATAN SISWA: Siapkan sebuah gelas kecil berisi air secukupnya, kemudian ambillah sebuah batu kapur berukuran secukupnya. Peganglah gelas tersebut dengan tangan Anda lalu masukkan batu kapur tersebut ke dalam gelas yang berisi air tadi. Apa yang anda rasakan ketika batu kapur mulai melarut ke dalam air? Reaksi ini termasuk reaksi endoterm atau eksoterm? Diskusikan fenomena ini dengan teman sebangku Anda.
C. PERSAMAAN TERMOKIMIA Pada suatu reaksi kimia, untuk dapat mengetahui seberapa besar jumlah kalor yang terjadi, maka kita perlu menyusun terlebih dahulu persamaan termokimianya. Apa saja yang diperlukan dalam menyusun persamaan termokimia? Berikut adalah langkahlangkah yang diperlukan untuk menyusun persamaan termokimia. 1. Pertama-tama tuliskan persamaan reaksi, lengkap dengan koefisien dan fasenya lalu tuliskan ΔH di ruas sebelah kanan atau bersebelahan dengan hasil reaksi, 2. Untuk reaksi eksoterm ΔH nya bernilali negatif dan sebaliknya untuk reaksi endoterm ΔH nya bernilai positif, 3. Jika persamaan termokimia dikalikan dengan suatu faktor tertentu, maka nilai ΔH juga harus dikalikan dengan faktor tersebut. Begitu juga apa bila persamaan termokimia dibagi dengan faktor tertentu maka nilai ΔH nya juga harus dibagi dengan faktor yang sama. Jika ada dua persamaan yang ditambahkan, maka ΔH nya juga harus dijumlah begitu juga dengan operasi pengurangan, 4. Koefisien pada persamaan termokimia sama dengan jumlah mol masing- masing komponen/molekul, 5. Jika arah persamaan kimianya dibalik maka nilai ΔH akan berubah tandanya, dari (+) menjadi (-) atau sebaliknya.
D. ENTALPI DAN JENIS-JENIS PERUBAHAN ENTALPI REAKSI Perubahan entalpi yang diukur pada suhu 25 °C dan tekanan 1 atm disebut dengan perubahan entalpi standar (ΔH°). Jenis-jenis perubahan entalpi standar bergantung pada jenis reaksi, di antaranya adalah perubahan entalpi pembentukan standar (𝛥𝐻𝑓𝑜 ), perubahan entalpi penguraian standar (𝛥𝐻𝑑𝑜 ) dan perubahan entalpi pembakaran standar (𝛥𝐻𝑐𝑜 ).
5
Tabel 1.2. Simbol entalpi pada berbagai proses Simbol
Proses yang direpresentasikan
ΔHcomb
Heat of combustion (Pembakaran)
ΔHf
Heat of formation (Pembentukan)
ΔHr
Heat of a reaction (Reaksi)
ΔHfus
Heat of fusion (Peleburan)
ΔHvap
Heat of vaporization (Penguapan)
ΔHsolid (fre)
Heat of solidification (Pembekuan)
ΔHcond
Heat of condensation (Pengembunan)
ΔHsol
Heat of solution (Pelarutan)
1. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar Perubahan entalpi pembentukan standar adalah (𝛥𝐻𝑓𝑜 ) adalah perubahan entalpi yang menyertai reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur- unsurnya dan diukur pada keadaan standar. Simbol f di sini adalah formation yang berarti pembentukan. Entalpi pembentukan biasa dinyatakan dalam kJ/mol. Pada umumnya persamaan termokimia dinyatakan : 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷
𝛥𝐻𝑓𝑜 = 𝑥 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
(1.3)
di mana 𝑎, 𝑏, 𝑐 dan 𝑑 adalah koefisien reaksi, 𝐴, 𝐵, 𝐶 dan 𝐷 adalah jenis senyawa dan 𝛥𝐻° adalah perubahan entalpi pada keadaan tersebut. Nilai entalpi pembentukan standar memiliki kriteria sebagai berikut: Bernilai positif bila menyerap panas dari lingkungan, Bernilai negatif jika melepas panas ke lingkungan, Bernilai nol jika unsur tersebut sudah terdapat di alam secara alami, Bentuk unsur yang sudah ada di alam terbagi menjadi dua yaitu monoatomik dan poliatomik. Monoatomik berarti hanya tersusun atas satu unsur termasuk golongan dari gas mulia dan logam lainnya. Beberapa contoh unsur monoatomik adalah C(s), Fe(s), H+(aq), Ba(s), Ca(s), Mg(s), Na(s), Al(s), B(s), Zn(s) dan P(s). Sedangkan unsur poliatomik berarti unsur tersebut unsur pembentukannya lebih dari satu unsur. Contoh dari unsur poliatomik adalah O2(g), Cl2(g), P4(s), H2(g), Br2(l), N2(g), I2(g), F2(g) dan beberapa unsur
6
gas lainnya selain gas mulia. Semua unsur yang sudah terdapat di alam ini nilai entalpi pembentukannya adalah 0. Nilai entalpi pembentukan berbagai zat serta persamaan termokimia reaksi pembentukannya dapat dilihat pada tabel berikut ini. Tabel 1.3. Nilai entalpi pembentukan berbagai zat dan persamaan termokimia pembentukannya Rumus Kimia Zat H2O(l)
-285,9
H2O(g)
-241,8
C(grafit)
0,0
C(intan)
1,9
C(g)
718,4
CO(g)
-110,5
CO2(g)
-393,5
C2H5OH(l)
-277,7
NaCL(s)
-410,9
C2H2(g)
226,7
𝜟𝑯𝒐𝒇 (kJ/mol)
Persamaan Termokimia Reaksi Pembentukan H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = -285,9 kJ H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = -241,8 kJ C(grafit) → C(grafit) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = 0 kJ C(grafit) → C(intan) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = 1,9 kJ C(grafit) → C(g) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = 718,4 kJ C(grafit) + ½ O2(g) → CO(g) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = -110,5 kJ C(grafit) + O2 →CO2(g) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = -393,5 kJ 2C(grafit) + 3H2(g) + ½ O2(g) →C2H5OH(l) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = -277,7 kJ Na(s) + ½ Cl2(g) → NaCl(s) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = -410,9 kJ 2C(grafit) + H2(g) → C2H2(g) 𝛥𝐻𝑓𝑜 = 226,7 kJ
2. Perubahan Entalpi Penguraian Standar Perubahan entalpi penguraian standar (𝛥𝐻𝑑𝑜 ) adalah perubahan entalpi yang menyertai reaksi penguraian satu mol senyawa menjadi unsur-usurnya dan diukur pada keadaan standar. Contoh nya adalah penguraian satu mol H2O(l), maka persamaan termokimia untuk penguraian H2O(l) pada keadaan standar adalah sebagai berikut : H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)
𝛥𝐻𝑑𝑜 = 285,9 kJ/mol
(1.4)
Menurut Hukum Laplace, jumlah kalor yang dibebaskan pada pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya sama dengan jumlah kalor yang diperlukan pada penguraian senyawa tersebut menjadi unsur-unsurnya. Jadi, entalpi penguraian merupakan kebalikan dari entalpi pembentukan senyawa yang sama. Dengan demikian jumlah kalornya sama tetapi tandanya berlawanan karena reaksinya berlawanan arah. Berikut adalah contoh contoh lainnya dari perubahan entalpi peruraian standar.
7
AgCl2(s) → Ag(s) + ½ Cl2(g)
𝛥𝐻𝑑𝑜 = 127 kJ/mol
(1.5)
KMnO4(s) → K(s) + Mn(s) + 2O2(g)
𝛥𝐻𝑑𝑜 = 813 kJ/mol
(1.6)
CO2(g) → C(s) + O2
𝛥𝐻𝑑𝑜 = 393,5 kJ/mol
(1.7)
3. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar Perubahan entalpi pembakaran standar (𝛥𝐻𝑐𝑜 ) adalah perubahan entalpi yang menyertai reaksi pembakaran satu mol senyawa dengan gas oksigen dan diukur pada keadaan standar. Ciri utama dari reaksi pembakaran ada tiga yaitu merupakan reaksi eksoterm, melibatkan oksigen dalam reaksinya dan produk pembakarannya adalah sebagai berikut karbon akan terbakar menjadi CO2, hidrogen akan terbakar menjadi H2O dan belerang akan terbakar menjadi SO2. Nilai entalpi pembakaran dari berbagai zat pada kondisi standar dapat dilihat pada Tabel 1.4. Tabel 1.4. Entalpi pembakaran dari berbagai zat pada kondisi standar Nama Zat
𝜟𝑯𝒐𝒄 (kJ/mol)
Persamaan Reaksi Pembakaran
Karbon
-393,5
C(s) + O2(g) → CO2(g)
Hidrogen
-285,85
H2(g) + ½ O2(g) →H2O(l)
-241,6
H2(g) + ½ O2(g) →H2O(g)
Belerang
-297
S(s) + O2(g) →SO2(g)
Karbon Monoksida
-283
CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g)
Metana
-802
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
Asetilen
-1256
C2H2(g) + 2½ O2(g) → 2CO2(g) + H2O(g)
Metanol
-638
CH3OH(l) + 1½ O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
Isooktana
-5460
C8H18(l) + 12½ O2(g) → 8CO2(g) + 9H2O(g)
4. Perubahan Entalpi Netralisasi Standar Perubahan entalpi netralisasi standar (𝛥𝐻𝑛𝑜 ) adalah perubahan entalpi yang menyertai eaksi netralisasi satu mol basa oleh asam pada keadaan standar. Contohnya adalah netralisasi natrium hidroksida dengan menggunakan asam klorida. Berikut adalah persamaan termokimianya. NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
𝛥𝐻𝑛𝑜 = -57,1 kJ/mol
(1.8)
8
5. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar Perubahan entalpi pelarutan standar menyatakan jumlah kalor yang diperlukan atau dibebaskan untuk melarutkan 1 mol zat pada keadaan standar. Entalpi pelarutan standar diberi simbol (𝛥𝐻𝑠𝑜 ) simbol s berasal dari kata solvation yang berarti pelarutan. Sifat kelarutan suatu zat di dalam air dapat dilihat dari nilai 𝛥𝐻𝑠𝑜 nya. Apabila nilai 𝛥𝐻𝑠𝑜 < 0, maka zat tersebut larut dalam air namun, apabila 𝛥𝐻𝑠𝑜 nilainya sangat positif maka zat tersebut tidak larut dalam air.
9
Berikut ini adalah beberapa contoh persamaan termokimia untuk proses pelarutan: 𝛥𝐻𝑠𝑜 = -35,2 kJ/mol
NH3(g) + aq → NH3(aq)
(1.9)
HCl(g) + aq → H (aq) + Cl (aq) 𝛥𝐻𝑠𝑜 = -72,4 kJ/mol +
-
(1.10)
𝛥𝐻𝑠𝑜 = 4,0 kJ/mol
NaCl(s) + aq → Na (aq) + Cl (aq) +
-
(1.11)
6. Perubahan Entalpi Molar Lain Selain perubahan entalpi molar yang telah dibahas, masih terdapat berbagai entalpi molar lain, seperti entalpi peleburan, entalpi penguapan, entalpi sublimasi dan entalpi pengatoman. Masing-masing dihitung berdasarkan kuantitas per mol. Semua entalpi molar dinyatakan dalam kJ/mol.
E. PENENTUAN ENTALPI REAKSI Pada bagian ini kita akan membahas cara-cara apa saja yang dapat digunakan untuk mengetahui besarnya perubahan entalpi pada suatu reaksi. Secara umum ada empat cara yang sudah sering digunakan yaitu menggunakan alat eksperimen yang bernama kalorimeter
(kalorimetri),
menggunakan
Hukum
Hess
(Hukum
Penjumlahan),
Menggunakan tabel entalpi pembentukan dan yang terakhir adalah menggunakan data energi ikatan.
1. Kalorimetri Kalorimetri yaitu cara penentuan kalor reaksi dengan menggunakan kalorimeter. Seperti yang telah kita ketahui, perubahan entalpi adalah perubahan kalor yang diukur pada tekanan konstan sehingga untuk menentukan perubahan entalpi dilakukan dengan cara yang sama dengan penentuan perubahan kalor yang dilakukan pada tekanan konstan. Perubahan kalor pada suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi pada reaksi tersebut. Pengukuran perubahan kalor dapat dilakukan dengan alat yang disebut kalorimeter. Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi (tidak ada perpindahan materi maupun energi dengan lingkungan di luar kalorimeter). Kalorimeter terbagi menjadi dua, yaitu kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana. Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu, maka zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal.
10
Berdasarkan Asas Black berlaku pernyataan jumlah kalor yang dilepas oleh benda panas sama dengan jumlah kalor yang diterima (diserap) oleh benda dingin. Di mana secara umum Asas Black dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut: 𝑄𝑙𝑒𝑝𝑎𝑠 = 𝑄𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎
(1.12)
Jumlah kalor (𝑄) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: 𝑄𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 = 𝑚 × 𝐶𝑝 × Δ𝑇 𝑄𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 = 𝐶 × ∆𝑇 di mana,
q
= jumlah kalor (J)
m
= massa zat (kg)
(1.12) (1.13)
∆𝑇 = perubahan suhu (°C atau K) 𝐶𝑝 = kalor jenis (J/kg.°C) atau (J/kg.K) 𝐶
= kapasitas kalor kalorimeter (J/°C) atau (J/K)
Karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka persamaan kalor untuk sistem kalorimeter dapat dituliskan sebagai berikut: 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = −(𝑄𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 + 𝑄𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 ) ∆𝐻 =
𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑚𝑜𝑙
(1.14) (1.15)
Ada dua jenis kalorimeter yang umum diketahui, yaitu kalorimeter bom (kalorimeter volum konstan) dan kalorimeter sederhana (kalorimetri tekanan konstan) a. Kalorimeter Bom Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O2 berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar atau khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksireaksi pembakaran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom (tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas. Sejumlah sampel ditempatkan pada tabung beroksigen yang tercelup dalam medium penyerap kalor (kalorimeter), dan sampel akan terbakar oleh api listrik dari kawat logam terpasang dalam tabung. Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom.
11
Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka : 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = −(𝑄𝑎𝑖𝑟 + 𝑄𝑏𝑜𝑚 )
(1.16)
Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan persamaan: 𝑄𝑎𝑖𝑟 = 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝐶𝑝𝑎𝑖𝑟 ∆𝑇 dengan 𝑚𝑎𝑖𝑟
(1.17)
= massa air dalam kalorimeter (kg) 𝐶𝑝𝑎𝑖𝑟
= kalor jenis air dalam kalorimeter (J/kg.°C) atau (J/kg.K)
∆𝑇
= perubahan suhu (°C atau K)
Sedangkan jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan persamaan: 𝑄𝑏𝑜𝑚 = 𝐶𝑏𝑜𝑚 ∆𝑇 dengan, 𝐶𝑏𝑜𝑚 ∆𝑇
(1.18)
= kapasitas kalor bom (J/°C atau J/K) = perubahan suhu (°C atau K)
Sumber : Chemistry: The Science in Context (3rd edition)
Gambar 1.2. Kalorimeter bom
Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (ΔV = nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya. ∆𝐻 = 𝑄 + 𝑊 dimana 𝑊 = −𝑃. ∆𝑉 (Jika ∆𝑉 = 0 maka 𝑊 = 0) sehingga ∆𝐻 = 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 . b. Kalorimeter Sederhana Pengukuran kalor reaksi selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas styrofoam. Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor
12
reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan (misalnya reaksi netralisasi asambasa / netralisasi, pelarutan dan pengendapan). Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap/dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan. 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = −(𝑄𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 + 𝑄𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 )
(1.19)
Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangant kecil maka dapat diabaikan sehingga 𝑄𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 = 0 dan perubahan kalor dapat dianggap berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter yang menjadi 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = −𝑄𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 dimana: 𝑄𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 = 𝑚𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 × 𝐶𝑝𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 × Δ𝑇 Dengan,
(1.20)
𝑚𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛
= massa larutan dalam kalorimeter (kg)
𝐶𝑝𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛
= kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J/kg.°C) atau (J/kg.K)
Δ𝑇
= perubahan suhu (°C atau K)
Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (ΔP = nol ) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem=perubahan entalpinya (∆𝐻 = 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 ).
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 1.3. Kalorimeter sederhana
Contoh kalorimeter sederhana adalah kalorimeter larutan. Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan. Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter. Berdasarkan perubahan suhu per kuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut. Kini kalorimeter larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat diperoleh di pasaran.
13
2. Hukum Hess Hukum ini dikemukakan oleh Germain Henry Hess pada tahun 1840 yang berbunyi “Bila suatu perubahan kimia dapat dibuat menjadi beberapa jalan/cara yang berbeda, jumlah perubahan energi panas keselurahannya (total) adalah tetap, tidak bergantung pada jalan/cara yang ditempuh”. Maksudnya adalah, suatu reaksi dapat terjadi melalui beberapa tahap reaksi, dan bagaimanapun tahap atau jalan yang ditempuh tidak akan mempengaruhi entalpi reaksi. Perubahan entalpi reaksi hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir sistem. Bukan tahap atau jalan yang ditempuh. Perubahan entalpi ini juga merupakan penjumlahan entalpi reaksi dari setiap tahap. Dengan demikian hukum Hess dapat digunakan untuk menghitung ΔH reaksi berdasarkan reaksireaksi lain yang ΔH-nya sudah diketahui. ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = ∆𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 − ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛
(1.21)
Hukum ini digunakan ketika kita ingin mengetahui perubahan entalpi suatu reaksi namun tidak dapat diukur menggunakan kalorimeter secara langsung. Sebagai contoh adalah penentuan perubahan entalpi pembentukan standar (∆𝐻𝑓𝑜 ) CO. Pada reaksi pembakaran karbon tidak mungkin hanya menghasilkan gas CO saja tanpa disertai terbentuknya gas CO2. Jadi, bila dilakukan pengukuran perubahan entalpi dari reaksi tersebut; yang terukur tidak hanya reaksi pembentukan gas CO saja tetapi juga perubahan entalpi dari reaksi pembentukan gas CO2. Dalam penerapan Hukum Hess, persamaan termokimia yang ada terkadang perlu dimodifikasi terlebih dahulu. Berikut beberapa aturan dalam memanipulasi persamaan termokimia: Ketika persamaan reaksi dibalik (reaktan menjadi produk, produk menjadi reaktan), tanda nilai ΔH juga harus dibalik (dari positif menjadi negatif, dan sebaliknya). Substansi yang dihilangkan dari kedua sisi persamaan reaksi harus dalam fase yang sama. Jika semua koefisien dari suatu persamaan reaksi dikali atau dibagi dengan faktor yang sama, maka nilai ΔH reaksi tersebut juga harus dikali atau dibagi dengan faktor tersebut.
14
3. Entalpi Pembentukan (𝜟𝑯𝒐𝒇 ) Kalor suatu reaksi dapat juga ditentukan dari data entalpi pembentukan zat pereaksi dan produknya. Dalam hal ini, zat pereaksi dianggap terlebih dahulu terurai menjadi unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur itu bereaksi membentuk zat produk. ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = Σ𝑛. 𝛥𝐻𝑓𝑜 (𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘) − Σ𝑛. 𝛥𝐻𝑓𝑜 (𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛)
(1.22)
Apabila suatu reaksi memiliki persamaan reaksi 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 dimana 𝑎, 𝑏, 𝑐 dan 𝑑 adalah koefisien stoikiometrik, maka persamaan entalpi reaksinya adalah: ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = [𝑐. 𝛥𝐻𝑓𝑜 (𝐶) + 𝑑. 𝛥𝐻𝑓𝑜 (𝐷)] − [𝑎. 𝛥𝐻𝑓𝑜 (𝐴) + 𝐵. 𝛥𝐻𝑓𝑜 (𝐵)] (1.23) Beberapa nilai entalpi pembentukan suatu senyawa dapat dilihat pada Tabel 1.5. Tabel 1.5. Entalpi pembentukan senyawa Senyawa
𝜟𝑯𝒐𝒇 (kJ/mol)
Senyawa
𝜟𝑯𝒐𝒇 (kJ/mol)
H2(g)
0
C2H4(g)
+52,5
O2(g)
0
CCl4(g)
-96,0
C(s)
0
NH3(g)
-45,9
H2O(g)
-241,8
NO2(g)
+33,2
H2O(l)
-285,8
SO2(g)
-296,8
CO2(g)
-393,5
HCl(g)
-92,3
CO(g)
-110,5
NO(g)
+90,3
4. Energi Ikatan Energi ikatan (𝐷) didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas. Reaksi kimia antar molekul dapat dianggap berlangsung dalam 2 tahap yaitu pemutusan ikatan pada pereaksi dan pembentukan ikatan pada produk. Sehingga Entalpi reaksi dapat diestimasi dari total energi ikatan dari ikatan yang putus dikurangi total energi ikatan dari ikatan yang terbentuk. ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = Σ𝐷(𝑖𝑘𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑝𝑢𝑡𝑢𝑠) − Σ𝐷(𝑖𝑘𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘)
(1.24)
∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = Σ𝐷(𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛) − Σ𝐷(𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘)
(1.25)
Energi ikatan dinyatakan dalam kJ/mol, energi ikatan antar atom untuk berbagai senyawa dapat dilihat pada Tabel 1.6.
15
Tabel 1.6. Energi ikat antar atom dari berbagai senyawa (kJ/mol) Ikatan Tunggal 𝐶−𝐻 𝐶−𝐶 𝐶−𝑁 𝐶−𝑂 𝐶−𝐹 𝐶 − 𝐶𝑙 𝐶 − 𝐵𝑟 𝐶−𝐼 𝐶−𝑆 𝑆𝑖 − 𝐻 𝑆𝑖 − 𝑆𝑖 𝑆𝑖 − 𝐶 𝑆𝑖 − 𝑂 𝑆𝑖 − 𝐶𝑙
413 348 293 358 485 328 276 240 259 323 226 301 368 464
𝑁−𝐻 𝑁−𝑁 𝑁−𝑂 𝑁−𝐹 𝑁 − 𝐶𝑙 𝑁 − 𝐵𝑟
391 163 201 272 200 243
𝐻−𝐻 𝐻−𝐹 𝐻 − 𝐶𝑙 𝐻 − 𝐵𝑟 𝐻−𝐼
436 567 431 366 299
𝑂−𝐻 𝑂−𝑂 𝑂−𝐹 𝑂 − 𝐶𝑙 𝑂−𝐼
463 146 196 190 234
𝑆−𝐻 𝑆−𝐹 𝑆 − 𝐶𝑙 𝑆 − 𝐵𝑟 𝑆−𝑆
339 327 253 218 266
𝑆=𝑂 𝑆≡𝑂
523 418
𝐹−𝐹
155
𝐶𝑙 − 𝐹 𝐶𝑙 − 𝐶𝑙
253 242
𝐵𝑟 − 𝐹 𝐵𝑟 − 𝐶𝑙 𝐵𝑟 − 𝐵𝑟
237 218 193
𝐼 − 𝐶𝑙 𝐼 − 𝐵𝑟 𝐼−𝐼
208 175 151
Ikatan Ganda (lebih dari 1) 𝐶=𝐶 𝐶≡𝐶 𝐶=𝑁 𝐶≡𝑁 𝐶=𝑂 𝐶≡𝑂
614 839 615 891 799 1072
𝑁=𝑁 𝑁≡𝑁 𝑁=𝑂
418 941 607
𝑂=𝑂
495
Sumber: Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13 edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.).
F. KALOR PEMBAKARAN Reaksi kimia yang umum digunakan untuk menghasilkan energi adalah pembakaran, yaitu suatu reaksi cepat antara bahan bakar dengan 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, ke dalam gas alam ditambahkan suatu zat yang berbau tidak sedap, yaitu merkaptan, sehingga dapat diketahui jika ada kebocoran. Gas alam dari 16
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 distilasi 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 penggunaannya. Oleh karena itu, para ahli berupaya mengubahnya menjadi gas sehingga penggunaannya 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: 𝐻2 𝑂(𝑙) → 2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔)
ΔH = 572 kJ
(1.26)
Energi yang digunakan untuk menguraikan air tersebut berasal dari bahan bakar fosil, maka hidrogen bukanlah bahan bakar yang komersial. Sehingga saat ini mulai gencar dilakukan penelitian untuk menciptakan bahan bakar alternatif agar kita tidak terlalu tergantung kepada bahan bakar fosil. Nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar diberikan pada Tabel 1.7. berikut.
17
Tabel 1.7. Komposisi dan nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar Nilai Kalor (kJ per gram)
Komposisi Jenis Bahan Bakar C
H
O
Gas alam
70
23
0
49
Batu bara (antrasit)
82
1
2
31
Batu bara (bituminos)
77
5
7
32
Minyak mentah
85
12
0
45
Bensin
85
15
0
48
Arang
100
0
0
34
Kayu
50
6
44
18
Hidrogen
0
100
0
142
Nilai kalor bahan bakar digunakan untuk memperkirakan harga energi suatu bahan bakar.
1. Penentuan Kalor Bahan Bakar a. Secara Empiris Metode ini sudah dibahas pada sub bab sebelumnya, untuk perhitungan secara empiris kita dapat menggunakan bom kalorimeter. Suatu hal yang anda ketahui, di dalam dunia industri terutama industri kimia rumus kimia bahan bakar terkadang tidak terlalu diperhatikan karena yang terpenting dari suatu bahan bakar adalah nilai kalornya saja. Sebagai contoh adalah minyak bumi dan batu bara yang digunakan sebagai pembangkit boiler. b. Rumus Molekul Dalam ilmu kimia murni, kalor juga dapat dihitung berdasarkan rumus molekul dan ikatan dari hidrokarbonnya. Berikut adalah contoh hidrokarbon sederhana. CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)
(1.27)
Seperti yang dapat kita lihat pada persamaan kimia di atas, pada sisi reaktan semuanya memiliki lambang (g) yang artinya kedua reaktan berada pada fasa gas, sedangkan pada sisi produk ada perubahan fasa menjadi liquid karena ada lambang (l) pada salah satu produk yang dihasilkan. Hal ini sangat penting diketahui karena sebagian panas dari pembakaran akan dipakai utuk menguapkan air menjadi gas. Maka ada istilah HHV (High
18
Heating Value) dan LHV (Low Heating Value). Pada dasarnya yang dapat kita manfaatkan hanyalah LHV karena semua hasil pembakaran biasanya berbentuk gas.
c. Asumsi Pembakaran Sempurna Penentuan kalor bahan bakar juga dapat dilakukan dengan menganggap bahwa proses pembakarannya terjadi secara sempurna, dalam proses ini memerlukan jumlah oksigen yang cukup sehingga jika pembakarannya dianggap ideal maka tidak ada reaktan yang tersisa. Namun pada kenyatannya oksigen yang digunakan dalam proses pembakaran berasal dari alam yang juga mengandung 79% nitrogen maka reaksi yang terjadi adalah: CH4 + 2O2 + N2 → CO2 + 2H2O + N2 + CO + NOx + heat
(1.28)
Jika reaksi mendekati ideal, maka CO dan NOx jumlahnya akan sangat kecil (ppm, part per million). Di sini dibutuhkan jumlah oksigen yang lebih banyak dari kebutuhan standarnya (sesuai dengan persamaan reaksi), bisa sampai 30 % lebih banyak. Apabila pada jumlah oksigen yang digunakan pada proses pembakaran tidak mencukupi maka jumlah CO yang dihasilkan akan semakin besar. NOx adalah nitrogen yang mengikat O dalam kadar yang bermacam macam. Kedua- duanya baik CO maupun NOx ini merupakan gas beracun.
2. Pembakaran Sempurna dan Tidak Sempurna Pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri tidak terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon (bahan bakar fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak sempurna membentuk karbon monoksida dan uap air. Misalnya: a. Pembakaran sempurna isooktana 1
𝐶8 𝐻18(𝑙) + 12 2 𝑂2(𝑔) → 8𝐶𝑂2(𝑔) + 9𝐻2 𝑂(𝑔)
ΔH = -5460 kJ
(1.29)
b. Pembakaran tak sempurna isooktana 1
𝐶8 𝐻18(𝑙) + 8 2 𝑂2(𝑔) → 8𝐶𝑂(𝑔) + 9𝐻2 𝑂(𝑔) ΔH = -2924,4 kJ
(1.30)
3. Dampak Pembakaran Tidak Sempurna 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
19
karbon monoksida (CO), yang bersifat racun. Oleh karena itu, pembakaran tak sempurna akan mencemari udara. Gas CO selain berperan dalam pencemaran lingkungan, juga merupakan salah satu zat yang berbahaya bagi tubuh. Kenapa? Karena gas CO lebih mudah terikat oleh hemoglobin dalam tubuh manusia dibandingkan gas O2. Hemoglobin berfungsi untuk menangkut oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh, sehingga jika hemoglobin banyak mengikat CO, kita akan kekurangan oksigen dan akan berujung sampai pada kematian. Berikut adalah reaksi antara CO dengan Hb: CO + Hb → HbCO
(1.31)
O2 + Hb → HbO2
(1.32)
Daya ikat HbCO ini 200 kali lipat lebih kuat dibandingkan daya ikat HbO2. Di jalan raya yang banyak kendaraan bermotor atau di daerah pemberhentian sementara (lampu merah) kadar CO akan mencapai lebih dari 100 ppm. Apabila kadar CO di udara lebih dari 250 ppm dapat menyebabkan orang kehilangan kesadaran dan apabila kadar CO mencapai 750 ppm akan dapat menyebabkan kematian.
20
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Diketahui reaksi – reaksi sebagai berikut: S(s) + O2(g) → SO2(g)
ΔH = A kkal
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
ΔH = B kkal
Perubahan entalpi (ΔH) untuk reaksi berikut: 2S(s) + 3O2(g) → 2SO3(g) adalah.... a. (A + B) kkal b. (2A + B) kkal c. (2A - B) kkal d. (A + 2B) kkal e. (2A – 2B) kkal 2. Jika diketahui kalor pembentukan Fe3O4 = 226 kkal dan kalor pembentukan H2O(g) = 58 kkal, maka kalor reduksi 3Fe + 4 H2O(g) → Fe3O4 + 4 H2 adalah.... a. – 6 kkal b. – 208 kkal c. 324 kkal d. 498 kkal e. 372 kkal 3. Persamaan reaksi 2CO + O2 → 2 CO2 + 136,6 kkal menyatakan bahwa pembakaran 1 mol CO terjadi perubahan entalpi sebesar.... a. 136,6 kkal b. -136,5 kkal c. -68,3 kkal d. 68,3 kkal e. -52,2 kkal 4. Pada suatu reaksi kimia jika terjadi perpindahan energi dari sistem ke lingkungan, maka energi yang dipindahkan ini berasal dari.... a. Zat-zat yang bereaksi b. Zat-zat hasil reaksi c. Gesekan selama reaksi
21
d. Perubahan wujud zat e. Perubahan suhu 5. Jika pada reaksi N2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g) dibutuhkan panas sebesar 16,2 kkal, maka ΔH panas pembentukan NO2 adalah.... a. Zat-zat yang bereaksi b. Zat-zat hasil reaksi c. Gesekan selama reaksi d. Perubahan wujud zat e. Perubahan suhu 6. Dari reaksi berikut ini: 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(l)
ΔH = -674 kkal
Harga perubahan entalpi di atas menunjukkan bahwa.... a. ΔH pembentukan C2H2 dan unsur - unsurnya b. ΔH pembentukan 1 mol C2H2 secara sempurna c. ΔH pembentukan CO2 dari reaksi C2H2 dan O2 d. ΔH reaksi 2 mol C2H2 dengan O2 e. ΔH reaksi 1 mol C2H2 dengan O2 7. Untuk menguraikan 17 gram NH3(g) (BM = 17) menjadi unsur-unsurnya diperlukan energi 11 kkal, maka panas pembentukan NH3(g) adalah.... a. 11 kkal/mol b. 11/17 kkal/mol c. -11 kkal/mol d. 14 kkal/mol e. -14 kkal/mol 8. Kalor lebur yang diperlukan suatu zat pada waktu zat tadi melebur adalah.... a. Menaikkan suhu b. Mematahkan energi ikatan kisi c. Mengubah padat menjadi wujud gas d. Mempertahankan temperatur tetap e. Semua jawaban benar 9. Dalam suatu proses dimana sistem melakukan kerja sebesar 60 kkal, sistem tersebut mengalami penurunan energi dalam sebesar 30 kkal. Dapat disimpulkan bahwa kalor dari proses tersebut adalah.... a. 90 kkal
22
b. -30 kkal c. 60 kkal d. -60 kkal e. 75 kkal 10. Pasangan perubahan manakah di bawah ini yang mengakibatkan suatu sistem kimia mengalami reaksi spontan? a. Berkurangnya entalpi dan entropi b. Bertambahnya entalpi dan entropi c. Entalpi bertambah, entropi konstan d. Entalpi berkurang, entropi bertambah e. Semua jawaban salah
23
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. Sepotong besi mempunyai kapasitas kalor 5,5 J/K, hitung panas yang diperlukan untuk memanaskan besi tersebut dari suhu 25°C hingga 55°C! 2. Berapakah jumlah kalor yang dikeluarkan dari 1 kg air panas hingga suhunya turun dari 100°C menjadi 25°C? Diketahui kalor jenis air = 4,18 J/g.K 3. Pada pembentukan 1 gram NaCl dibebaskan kalor 7,024 kJ. Tuliskan persamaan termokimia reaksi pembentukan NaCl beserta jumlah entalpi pembentukannya! (Mr Na = 23; Cl = 35,5) 4. Diketahui: a) 𝐻2(𝑔) + 𝐹2(𝑔) → 2𝐻𝐹(𝑔)
∆𝐻 = −537 𝑘𝐽
b) 𝐶(𝑠) + 2𝐹2(𝑔) → 𝐶𝐹4(𝑔)
∆𝐻 = −680 𝑘𝐽
c) 2𝐶(𝑠) + 2𝐻2(𝑔) → 𝐶2 𝐻4(𝑔)
∆𝐻 = 52,3 𝑘𝐽
Tentukan entalpi reaksi berikut: 𝐶2 𝐻4(𝑔) + 6𝐹2(𝑔) → 2𝐶𝐹4(𝑔) + 4𝐻𝐹(𝑔) 5. Tuliskanlah persamaan termokimia untuk masing masing reaksi berikut: a) Penguraian 1 mol amonia menjadi gas nitrogen dan gas hidrogen dengan diperlukan kalor 46 kJ! b) Pembakaran 1 mol gas etana membentuk karbon dioksida dan uap air menghasilkan 142 kJ! c) Penguraian 1 mol kalsium karbonat (CaCO3) menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida diperlukan 178,5 kJ.
24
BAB 2 LAJU REAKSI PETA KONSEP
Laju Reaksi
Konsep Laju Reaksi
Hukum Laju Reaksi
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Teori Tumbukan Laju Reaksi
Setelah mempelajari bab ini, saudara diharapkan dapat: 1.
Menjelaskan pengertian laju reaksi,
2.
Memahami konsep laju reaksi,
3.
Menjelaskan hukum laju reaksi,
4.
Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi faktor laju reaksi,
5.
Memahami teori tumbukan pada laju reaksi.
6.
Menjelaskan aplikasi laju reaksi pada kehidupan sehari-hari.
A. PENDAHULUAN Pada kehidupan sehari-hari, sebagian reaksi kimia ada yang berlangsung sangat cepat, dan ada yang berlangsung sangat lambat. Salah satu contohnya adalah reaksi oksidasi kembang api yang berlangsung sesaat dan perkaratan besi di udara yang berlangsung secara bertahap, bahkan selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun (Lihat Gambar 2.1). Cepat lambatnya suatu reaksi kimia berlangsung inilah yang disebut laju reaksi.
25
Sumber: https://en.wikipedia.org
Gambar 2.1. Reaksi kimia dengan laju reaksi cepat dan lambat
Dalam bab ini akan dibahas konsep laju reaksi, hukum laju reaksi, faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi laju reaksi dan teori tumbukan yang menjelaskan bagaimana reaksi terjadi dan bagaimana faktor-faktor tersebut mempengaruhi laju reaksi. Pemahaman faktor-faktor ini memungkinkan kita mengontrol laju dari suatu reaksi kimia dalam kehidupan sehari-hari dan juga di industri. Misalnya, lemari es memperlambat laju perusakan makanan dan katalis yang dapat mempercepat laju proses industri. (Simak Gambar 2.2).
Sumber: http://www.hipwee.com
Gambar 2.2. Penyimpanan makanan dalam lemari es
26
B. KONSEP LAJU REAKSI Di dalam suatu reaksi kimia, pereaksi akan bereaksi dan membentuk produk reaksi. Di sini jumlah pereaksi akan berkurang sedangkan jumlah produk reaksinya akan bertambah. Perubahan konsentrasi zat pereaksi atau produk reaksi per satuan waktu dinyatakan sebagai laju reaksi (v). 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖, 𝑣 =
Perubahan konsentrasi Periode waktu reaksi
(2.1)
Jumlah pereaksi atau produk reaksi umumnya dinyatakan menggunakan kemolaran (molaritas) dengan satuan mol/L dan satuan periode detik, yang memberikan satuan mol 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 −1 untuk laju reaksi. Namun, perhatikan untuk gas, laju reaksi terkadang dinyatakan sebagai cm3 detik −1 atau atm detik −1 . Untuk memahami laju reaksi zat, perhatikan reaksi berikut: 𝑋→𝑌
(2.2)
Sewaktu reaksi berlangsung, jumlah pereaksi X berkurang dan jumlah produksi reaksi Y bertambah. Perubahan konsentrasi untuk pereaksi X, ∆[𝑋], akan memiliki nilai negatif. Agar laju reaksi pereaksi X, 𝑣x , memiliki nilai positif, maka 𝑣x didefinisikan sebagai berikut: 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑋, 𝑣𝑥 = −
∆[𝑋] Δ𝑡
(2.3)
Sementara itu, perubahan konsentrasi Y, ∆[𝑌], akan memiliki nilai positif. Jadi, laju reaksi pereaksi Y, 𝑣y didefinisikan sebagai: 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑌, 𝑣𝑦 =
∆[𝑌] Δ𝑡
(2.4)
Oleh karena perbandingan koefisien reaksi X dan Y adalah 1 : 1, maka jalur reaksi pereaksi X sama dengan laju reaksi produk reaksi Y: 𝑣𝑥 = 𝑣𝑦
(2.5)
Untuk reaksi dengan koefisien reaksi berbeda, laju reaksi zat-zat yang terlibat saling terkait menurut persamaan reaksi setaranya. Pada reaksi berikut: 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑝𝑃 + 𝑞𝑄
(2.6)
Hubungan antara laju reaksi zat A, B, P, dan Q dinyatakan sebagai:
27
−
1 Δ[𝐴] 1 Δ[𝐵] 1 Δ[𝑃] 1 Δ[𝑄] =− = = 𝑎 Δ𝑡 𝑏 Δ𝑡 𝑝 Δ𝑡 𝑞 Δ𝑡
(2.7)
atau 1 1 1 1 − 𝑣𝑎 = − 𝑣𝑏 = 𝑣𝑝 = 𝑣𝑞 𝑎 𝑏 𝑝 𝑞
(2.8)
Apabila laju reaksi suatu zat diketahui, maka laju reaksi zat-zat lainnya dapat ditentukan.
1. Kemolaran (Molaritas) Kemolaran atau molaritas menyatakan konsentrasi zat, yakni jumlah zat dalam volume yang ditempatinya, kemolaran biasanya dinyatakan dalam satuan mol/L atau disingkat M. 𝐾𝑒𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟𝑎𝑛, 𝑀 =
𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑛 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑦𝑎𝑔𝑛 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑚𝑝𝑎𝑡𝑖 𝑧𝑎𝑡 𝑣
(2.9)
dengan: M = kemolaran (mol/L); n = mol zat (mol); V = volume yang ditempati zat (L atau dm3). Kemolaran zat dapat dinyatakan menggunakan lambang [… ]. Sebagai contoh, [NaCl] menyatakan kemolaran NaCl.
Sumber: https://bottlepy.org/
Gambar 2.3. Petunjuk konsentrasi larutan kimia dalam laboratorium
Perhatikan reaksi peruraian hidrogen iodida (HI) menjadi H2 dan I2 berikut: 2𝐻𝐼(𝑔) → 𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔)
(2.10)
Sebanyak 0,10 mol HI bereaksi membentuk H2 dan I2 . Setiap 50 detik, konsentrasi HI diukur. Hasilnya pengukuran ditabulasikan pada Tabrl 1. Nilai 𝑣𝐻𝐼 lalu
28
dapat dihitung berdasarkan perubahan konsentrasi pada selang waktu ∆𝑡 = 50 detik. Nilai demikian disebut laju reaksi rata-rata.
Tabel 2.1. Hasil pengukuran konsentrasi HI setiap 50 detik. Waktu (detik)
[HI] (mol/L)
0 50 100 150 200 250 300 350
𝑣𝐻𝐼 = −
0,100 0,072 0,056 0,046 0,039 0,034 0,030 0,027
∆[HI] ∆𝑡
Simak perhitungan 𝑣𝐻𝐼 pada tiga selang waktu (∆𝑡) pertama. (Simak Tabel 2.2) Tabel 2.2. Laju reaksi 𝑣𝐻𝐼 pada tiga selang waktu pertama Waktu 0 – 50 detik
50 – 100 detik
Laju reaksi, 𝒗𝑯𝑰 vHI = − vHI = − vHI = −
∆[HI] ∆𝑡 ∆[HI] ∆𝑡 ∆[HI] ∆𝑡
=− =− =−
(0,072mol⁄L− 0,10mol⁄L) (50−0)detik (0,056mol⁄L− 0,72mol⁄L) (100−50)detik (0,046mol⁄L− 0,56mol⁄L) (100−150)detik
= 5,60 x 10−4 mol L−1 det −1 = 3,20 x 10−4 mol L−1 det −1 = 2,00 x 10−4 mol L−1 det −1
100 – 150 detik
Nilai 𝑣𝐻𝐼 yang lebih akurat dapat dihitung pada waktu t. Laju reaksi demikian disebut laju reaksi sesaat. 𝑣𝐻𝐼 = lim 0 Δ𝑡→0
Δ[𝐻𝐼] Δ𝑡
(2.11)
Laju reaksi sesaat dapat ditentukan dengan membuat grafik konsentrasi zat pada sumbu –Y dan waktu reaksi pada sumbu –X. Laju reaksi sesaat pada waktu t ditentukan dari nilai tangen 𝜃 pada waktu t. Simak perhitungan laju reaksi sesaat berdasarkan nilai tangen pada t = 100 detik.
29
0,11 0,1
tan θ = -
0,09
(0,027 mol/L)
110 detik -4 -1 -1 tan θ = - 2,5 x 10 mol L detik
0,08 0,07 0,06 -0,027
0,05 0,04
110
0,03 0,02 0,01 0 0
50
100
150
200
250
300
350
Sumber: https://id.wiktionary.org/wiki/plot
Gambar 2.4. Konsentrasi HI versus waktu.
Laju reaksi pada t = 100 detik 𝑣𝐻𝐼 = −(tan
𝜃)
𝑣𝐻𝐼 = −(−2,5 × 10−4 )𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 −1 𝑣𝐻𝐼 = 2,5 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 −1
C. HUKUM LAJU REAKSI Pengukuran laju reaksi dari berbagai eksperimen menunjukkan bahwa laju reaksi merupakan fungsi dari konsentrasi pereaksinya. Hal ini dirumuskan sebagai Hukum Laju Reaksi. Untuk reaksi di bawah ini. 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖
(2.12)
Hukum laju reaksi dinyatakan dalam bentuk persamaan laju reaksi sebagai berikut: 𝑣 = 𝑘[𝐴]𝑚 [𝐵]𝑛 di mana
v
= laju reaksi keseluruhan (mol L−1 det −1 )
k
= tetapan laju reaksi
(2.13)
[A], [B] = konsentrasi pereaksi A dan B m,n
= orde reaksi pada A dan B (perhatikan m dan n tidak perlu memiliki nilai yang sama seperti koefisien reaksi a dan b).
30
Jumlah orde reaksi m
terhadap A, orde reaksi
n terhadap konsentrasi B
seterusnya disebut orde reaksi keseluruhan. 𝑂𝑟𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑘𝑒𝑠𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ𝑎𝑛 = ∑(𝑚 + 𝑛 + ⋯ )
(2.14)
Tabel 2.3. Persamaan laju reaksi untuk beberapa reaksi kimia Orde reaksi
Contoh reaksi
Laju reaksi
Satuan tetapan laju reaksi (k)
0
Perubahan gas amonia menjadi H2 dan N2 pada permukaan Pt panas 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
v = k [NH3 ]0 v=k
mol L−1 det −1
1
Perubahan gas N2 O5 menjadi NO2 dan O2 2N2 O5(g) 4 NO2(g) + O2(g)
v = k [N2 O5 ]1 v = k [N2 O5 ]
det −1
1
Perubahan ozon (O3 ) menjadi oksigen (O2 ) 2O3(g) 3O2(g)
v = k [O3 ]2 / [O2 ] v = k [O3 ]2 [O2 ]−1
det −1
1,5
Reaksi antara CHCl3 dan Cl2 CHCl3(g) + Cl2(g) CCl4(g) + HCl(g)
v= k [CHCl3 ][Cl2 ]1/2
mol−1/2 L−1/2 det −1
2
Peruraian asam iodida (HI) 2HI(g) H2(g) + I2(g)
v = k [HI]2
mol−1 L det −1
2
Reaksi antara gas nitrogen monoksida (NO) dan ozon (O3 ) yang menyebabkan menipisnya lapisan ozon NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g)
v = k [NO]1 [O3 ]1 v = k [NO][O3 ]
mol−1 L det −1
3
Reaksi antara nitrogen monoksida (NO) dan (H2 ) 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + 2H2 O(g)
v = k [NO]2 [H2 ]1 v = k [NO]2 [H2 ]
mol−2 L2 det −1
31
1. Menentukan Persamaan Laju Reaksi Metode laju awal melibatkan pengukuran laju reaksi pada awal reaksi untuk beberapa konsentrasi awal pereaksi. Untuk lebih jelasnya, simak reaksi antara nitrogen oksida (NO) dan klorin Cl2 (T = 27 oC) di bawah ini. 2𝑁𝑂(𝑔) + 𝐶𝑙2(𝑔) → 2𝑁𝑂𝐶𝑙(𝑔)
(2.15)
Persamaan laju reaksi diberikan oleh: 𝑣 = 𝑘[𝑁𝑂]𝑥 [𝐶𝑙2 ]𝑦
(2.16)
Nilai tetapan laju reaksi k orde reaksi x dan y pada persamaan ini dapat ditentukan menggunakan laju reaksi awal untuk 3 set konsentrasi NO dan Cl2 seperti ditunjukkan Tabel 2.4
Tabel 2.4. Hasil pengukuran laju reaksi NO dan Cl2 Konsentrasi Awal (mol) Eksperimen
Laju Reaksi
[NO]
[Cl2 ]
(mol L−1 det −1 )
1
0,010
0,010
1,2 x 10−4
2
0,010
0,020
2,4 x 10−4
3
0,020
0,020
9,6 x 10−4
Dari eksperimen 1 dan 2, kita dapat melihat bahwa jika [Cl2 ] menjadi dua kali lipat, sedangkan [NO] tetap, maka laju reaksi juga menjadi dua kali lipat. Hal ini berarti laju reaksi berbanding lurus dengan [Cl2 ] atau orde reaksi terhadap [Cl2 ] adalah 1. Secara matematis, 𝑣2 𝑘[𝑁𝑂] 𝑥 [𝐶𝑙2 ]𝑦 = 𝑣1 𝑘[𝑁𝑂] 𝑥 [𝐶𝑙2 ]𝑦
(2.17)
2,4 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡 −1 𝑘[0,01]𝑥 [0,02]𝑦 = 2,4 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡 −1 𝑘[0,01]𝑥 [0,01]𝑦 2 = 2𝑦 𝑦=1 Dari eksperimen 2 dan 3, terlihat bahwa jika [NO] menjadi dua kali lipat, sedangkan [Cl2 ] tetap, maka laju reaksi menjadi empat kali lipat. Hal ini berarti laju reaksi berbanding lurus dengan [NO] pangkat dua atau orde reaksi terhadap [NO] adalah 2.
32
𝑣2 𝑘[𝑁𝑂] 𝑥 [𝐶𝑙2 ]𝑦 = 𝑣1 𝑘[𝑁𝑂] 𝑥 [𝐶𝑙2 ]𝑦
(2.18)
9,6 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡 −1 𝑘[0,02]𝑥 [0,02]𝑦 = 2,4 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑑𝑒𝑡 −1 𝑘[0,01]𝑥 [0,02]𝑦 4 = 2𝑥 𝑦=2 Jadi, persamaan laju reaksi di atas dapat ditulis menjadi 𝑣 = 𝑘[𝑁𝑂]2 [𝐶𝑙2 ]1 = 𝑘[𝑁𝑂]2 [𝐶𝑙2 ]
(2.19)
2. Menentukan Konstanta Kecepatan Reaksi Nilai tetapan laju reaksi k dapat dihitung dari persamaan laju reaksi dan data pada Tabel 2.5. sebagai berikut: 𝑣 = 𝑘[𝑁𝑂]2 [𝐶𝑙2 ]
(2.20)
𝑣 [𝑁𝑂]2 [𝐶𝑙2 ]
(2.21)
atau 𝑘=
Perhitungan diberikan pada Tabel 2.5. Tabel 2.5. Perhitungan tetapan laju reaksi, k, dalam v = k [NO]2 [Cl2 ]. Eksperimen
Perhitungan
1
k=
2
k=
3
k=
𝑣 [NO]2 [Cl2 ] 𝑣 [NO]2 [Cl2 ] 𝑣 [NO]2 [Cl2 ]
= = =
1,2 𝑥 10−4 mol L−1 det−1 (0,01 mol L−1 )2 (0,01 mol L−1 ) 2,4 𝑥 10−4 mol L−1 det−1 (0,01 mol L−1 )2 (0,02 mol L−1 ) 9,6 𝑥 10−4 mol L−1 det−1 (0,02 mol L−1 )2 (0,02 mol L−1 )
= 120 mol−2 L2 det −1 = 120 mol−2 L2 det −1 = 120 mol−2 L2 det −1
𝑘𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 120 mol−2 L2 det −1
Jadi, persamaan laju reaksinya adalah: v = k [NO]2 [Cl2 ] v = (120 mol−2 L2 det −1) [NO]2 [Cl2 ] Persamaan laju reaksi dapat digunakan untuk meramalkan laju reaksi pada berbagai konsentrasi pereaksi.
33
D. FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI Ada 4 faktor yang mempengaruhi laju reaksi: konsentrasi pereaksi, luas permukaan sentuh, suhu, dan katalis.
1. Konsentrasi Pereaksi Laju reaksi umumnya naik dengan bertambahnya konsentrasi pereaksi. Sebagai contoh, rokok terbakar lebih cepat jika kadar oksigen dinaikkan dari ~21% (dalam udara terbuka) menjadi 100% (dalam wadah tertutup. (Simak Gambar 2.5.). Apa yang dapat Anda simpulkan dari Gambar 2.5.?
Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Sword
Gambar 2.5. (a) Pembakaran rokok di udara terbuka, (b) Pembakaran rokok dalam wadah berisi O2 murni
2. Luas Permukaan Sentuh Untuk reaksi heterogen yakni reaksi di mana pereaksi wujud berbeda, laju reaksi dipengaruhi oleh luas permukaan sentuh. Semakin besar luas permukaan sentuh, semakin besar kemungkinan partikel-partikel untuk bertemu dan bereaksi. Sebagai contoh, jika kita membuat api unggun, manakah yang lebih mudah terbakar, kayu balok utuh atau kayu balok yang telah dibelah-belah? Jawabannya tentunya adalah kayu balok yang telah dibelah-belah akan lebih mudah terbakar (Simak Gambar 2.6.). Hal ini dikarenakan kayu balok yang telah dibelah-belah mempunyai luas permukaan yang lebih besar dibandingkan kayu balok utuh.
34
Sumber: https://pixabay.com
Gambar 2.6. Pembakaran potongan kayu balok
Untuk memahami pengaruh luas permukaan sentuh terhadap laju reaksi, lakukan kegiatan berikut.
3. Suhu Pengaruh suhu terhadap laju reaksi dapat diamati dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh, makanan seperti kentang akan lebih cepat masak jika digoreng dalam minyak panas dibandingkan jika direbus dalam air. Hal ini karena suhu minyak panas lebih tinggi dibandingkan suhu air mendidih. Demikian pula penyimpanan makanan di lemari es dapat memperlambat laju perusakan makanan. Ini berarti laju reaksi dipengaruhi oleh suhu. (Simak Gambar 2.7.). Sebagian besar reaksi kimia akan berlangsung lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi. Para ilmuwan mengamati bahwa laju reaksi banyak yang menjadi sekitar dua kali lipat dengan kenaikan suhu sebesar 10°C. Oleh karena itu, banyak reaksi industri yang berlangsung pada suhu tinggi. Untuk lebih memahami pengaruh suhu terhadap laju reaksi, lakukan kegiatan berikut
35
b
a
Sumber: (a) https://id.wikipedia.org/wiki/Penne (b) www.hipwee.com
Gambar 2.7. (a) Menggoreng kentang dalam minyak panas, (b) Menyimpan makanan dalam lemari es
4. Katalis Katalis adalah suatu zat yang dapat mengubah laju reaksi kimia tanpa mengalami perubahan secara kimiawi di akhir reaksi. Katalis yang mempercepat laju reaksi disebut katalis positif atau lebih umum disebut katalis saja (Lihat Gambar 2.8.). Sedangkan katalis yang memperlambat laju reaksi dikenal sebagai katalis negatif atau sebagai inhibitor.
a
b
Sumber: (a) www.pertamina.com, (b) https://id.wikipedia.org
Gambar 2.8. (a) Katalis anorganik pada perengkahan hidrokarbon secara katalitik, (b) Katalis organik (Enzim) pada pembuatan keju dan margarin.
36
Tabel 2.6. Katalis dan aplikasinya. Jenis Katalis anorganik
Katalis V2 O5 Platina (Pt) Nikel (Ni)
Besi (Fe) Platina (Pt) dan Rodium (Rh)
Gel Aluminia-Silika
Katalis Organik (enzim, yakni suatu senyawa protein)
Renin Enzim dari ragi Tripsin
Aplikasi Untuk produksi asam sulfat (H2 SO4 ) menggunakan proses kontak. Untuk pembuatan asam nitrat Untuk proses hidrogenasi seperti pada pembuatan margarin dari minyak Untuk pembuatan amonia (NH3 ) pada proses Haber-Bosch Untuk konverter katalitik pada kendaraan untuk mengurangi konsentrasi buangan gas polusi seperti CO dan NO. Untuk reaksi perengkahan hidrokarbon rantai panjang menjadi hidrokarbon rantai pendek pada kilang minyak. Untuk pengolahan susu untuk membuat keju Untuk industri makanan Untuk pencernaan awal makanan bayi
E. TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI Teori tumbukan menggambarkan pertemuan partikel-partikel pereaksi sebagai suatu tumbukan. Tumbukan yang dapat menghasilkan partikel-partikel produk reaksi disebut tumbukan efektif. Ada 2 faktor yang menentukan terjadinya suatu tumbukan efektif, yaitu orientasi atau arah partikel yang bertumbukan dan energi kinetik partikel (atau energi kinetik molekul).
1. Orientasi atau Arah Partikel yang Bertumbukan Suatu tumbukan efektif dapat terjadi jika partikel-partikel pereaksi juga mempunyai orientasi yang tepat pada saat bertumbukan. Perhatikan reaksi antara gas nitrogen oksida (NO) dengan ozon (O3 ) di bawah ini. NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g)
(2.22)
37
Sumber: https://pixabay.com
Gambar 2.9. Penggambaran kontak antara partikel-partikel pereaksi
2. Energi Kinetik Partikel (Energi Kinetik Molekul) Suatu tumbukan efektif dapat terjadi jika partikel-partikel pereaksi memiliki energi kinetik (𝐸𝑘 ) yang cukup untuk mengatasi gaya tolak-menolak sewaktu kedua partikel mendekat. Dengan demikian, penetrasi partikel-partikel satu sama lain terjadi sehingga ikatan partikel-partikel pereaksi akan putus sementara ikatan partikel-partikel produk reaksi akan terbentuk. Energi kinetik minimum yang diperlukan partikel untuk menghasilkan tumbukan efektif disebut energi pengaktifan (𝑬𝒂 ). Energi selalu diperlukan untuk mencapai kondisi transisi baik pada reaksi endoterm ataupun eksoterm. Selisih energi yang diperlukan untuk mencapai kondisi transisi dan energi yang dilepas sewaktu produk sedang reaksi terbentuk dinamakan ∆H. Jika energi yang diperlukan lebih besar dari energi yang dilepas, maka reaksi bersifat endoterm (Simak Gambar 2.10 (a)). Akan tetapi, jika energi yang diperlukan lebih kecil dari energi yang dilepas, maka reaksi bersifat eksoterm (Simak Gambar 2.10 (b)).
38
a. Endoterm
b. Eksoterm (Sumber: https://mediabelajaronline.blogspot.co.id)
Gambar 2.40. Diagram energi potensial untuk reaksi (a) Endoterm, dan (b) Eksoterm
3. Konsentrasi Pereaksi Pengaruh konsentrasi pereaksi berkait dengan jumlah partikel yang terlibat dalam tumbukan. Apabila konsentrasi bertambah, maka jumlah partikel-partikel akan bertambah. Hal ini menghasilkan peningkatan laju reaksi. Dengan cara yang serupa, kita juga dapat menjelaskan terjadinya penurunan laju reaksi. (Simak Gambar 2.11)
39
(Sumber: http://batalyonchamistr.blogspot.co.id)
Gambar 2.11. Pengaruh konsentrasi pereaksi terhadap laju reaksi
4. Luas Permukaan Sentuh Pengaruh luas permukaan sentuh terkait dengan mudah tidaknya partikel-partikel pereaksi untuk bertemu. Apabila luas permukaan sentuh bertambah, maka pertikelpartikel dapat lebh mudah bertemu sehingga jumlah tumbukan efektif akan meningkat. Hal ini berarti peningkatan laju reaksi. Dengan cara yang sama, kita juga dapat menjelaskan penurunan laju reaksi apabila luas permukaan sentuh berkurang. (Simak Gambar 2.12). Pada reaksi antara serbuk besi dan HCL lebih cepat karena luas permukaan sentuh serbuk besi lebih besar daripada batang besi.
(Sumber: http://teenagermultimedi.blogspot.co.id/)
Gambar 2.12. Pengaruh luas permukaan sentuh terhadap laju reaksi
5. Suhu Pengaruh suhu terhadap laju reaksi terkait dengan nilai energi kinetik partikel. Apabila suhu reaksi dinaikkan, maka energi kinetik partikel akan bertambah (Simak Gambar 2.13). Bertambahnya energi kinetik partikel menyebabkan partikel yang
40
bertumbukan semakin banyak sehingga reaksi semakin cepat berlangsung. Sehingga dapat disimpulkan semakin tinggi suhu laju reaksi semakin besar.
(Sumber: http://kimtikgroup4.blogspot.co.id/)
Gambar 2.13. Pengaruh Kenaikan Suhu terhadap Laju Reaksi a.
Suhu rendah, b. Suhu Tinggi
6. Katalis Peran katalis terkait dengan energi pengaktifan reaksi, 𝐸𝑎 . Katalis yang digunakan untuk mempercepat reaksi memberikan suatu mekanisme/jalur reaksi alternatif dengan nilaiEa yang lebih rendah (Simak Gambar 2.14.). Dengan 𝐸𝑎 yang lebih rendah, maka lebih banyak partikel yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk mengatasi halangan 𝐸𝑎 yang rendah ini. Hal ini menyebabkan jumlah tumbukan efektif akan bertambah, sehingga laju reaksi juga akan meningkat.
(Sumber: https://roufchemistrymedia.blogspot.co.id)
Gambar 2.5. Pengaruh katalis terhadap laju reaksi
41
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Hubungan laju reaksi yang benar antar-zat dalam reaksi 2A + 3B 6C + 5D adalah.... a. 2 𝑣𝐴 = 3 𝑣𝐵 = 6 𝑣𝐶 = 5 𝑣𝐷 b.
1 2
𝑣𝐴 = 𝑣𝐵 = 2 𝑣𝐶 = 5 𝑣𝐷
1 3
c.
1 2
𝑣𝐴 = 3 𝑣𝐵 = 6 𝑣𝐶 = 5 𝑣𝐷
d.
1 2
𝑣𝐴 = 3 𝑣𝐵 = 6 𝑣𝐶 = 5 𝑣𝐷
1
1
1
1
1
e. Tidak ada yang benar 2. Pada saat reaksi : 2HI(g) H2(g) + I2(g) , jumlah pereaksi HI berkurang sebanyak 0,004 mol setelah 20 detik. Diketahui volume yang di tempat H sebesar 0,5 L. Berapa laju reaksi terhadap H2 dan I2 ? a. 2,0 x 10−4 mol L−1 det −1 b. 4,0 x 10−4 mol L−1 det −1 c. 8,0 x 10−4 mol L−1 det −1 d. 2,0 x 10−3 mol L−1 det −1 e. 4,0 x 10−3 mol L−1 det −1 3. Dari suatu eksperimen ternyata reaks berikut: A + B C + D diketahui mempunyai persamaan laju reaksi v = k [A]2 [B]. Jika konsentrasi A dan B menjadi dua kali lipat, maka laju reaksinya menjadi .... lebih besar dari laju reaksi awal. a. 2 b. 4 c. 8 d. 16 e. 32 4. Dari reaksi: X + Y Z, data berikut diperoleh: Eksperimen 1 2 3 Orde reaksinya adalah....
[X] 0,1 M 0,1 M 0,2 M
[Y] 0,1 M 0,2 M 0,2 M
Laju Reaksi (M/jam) 6 12 48
42
a. 2 b. 3 c. 2,5 d. 1 e. 0 5. Di bawah ini adalah faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, kecuali.... a. Luas permukaan sentuh b. Konsentrasi pereaksi c. Orde reaksi d. Katalis e. Suhu 6. Pernyataan yang benar tentang Teori Tumbukan adalah.... a. Tumbukan antar-partikel pereaksi selalu menghasilkan partikel-partikel produk reaksi. b. Tumbukan efektif selalu menghasilkan partikel-partikel produk reaksi. c. Tumbukan efektif hanya terjadi jika partikel-partikel sudah memiliki 𝐸𝑘 cukup. d. Partikel-partikel yang bertumbukan dengan orientasi yang akurat pasti akan menghasilkan tumbukan efektif e. Partikel-partikel yang bertumbukan dengan 𝐸𝑘 cukup dan orientasi yang tepat tidak selalu menghasilkan tumbukan efektif. 7. Energi yang dimiliki molekul-molekul untuk bertumbukan disebut.... a. Energi kinetik b. Energi potensial c. Energi vibrasi d. Energi kisi e. Energi pengaktifan 8. Katalis dapat mempercepat laju reaksi dengan cara.... a. Menurunkan konsentrasi pereaksi b. Mengubah nilai perubahan entalpi (∆H) c. Menaikkan energi aktivasi d. Menaikkan jumlah molekul e. Tidak ada yang benar 9. Dari grafik berikut: no. 1, 2 dan 3 berturut menunjukkan.... a. Produk, reaksi, energi kinetik, pereaksi
43
b. Pereaksi, energi kinetik, produk reaksi c. Energi aktivasi, pereaksi, produk reaksi d. Produk reaksi, energi aktivasi, pereaksi e. Pereaksi, energi aktivasi, produk reaksi 10. Kc = [N2][H2]3/[NH3]2 Jadi, Kc = 4 x 10-6 Reaksi penguaraian 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) Memiliki kesetimbangan K = 0,025 mol L-1 pada suhu tertentu untuk dapat membatasi penguraian 2 mol L-1SO3sampai 20% saja, pada suhu tersebut perlu ditambah gas O2 sebanyak.... a. 0,8 mol L-1 b. c. d. e.
0,4 mol L-1 0,2 mol L-1 0,1 mol L-1 0,0625 mol L-1
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. a. Definisikan laju reaksi? b. Tulis laju pengurangan masing-masing pereaksi X dan laju pembentukan dari produk reaksi untuk reaksi berikut: 5A + B + C 2P 2. Seorang siswa melakukan eksperimen untuk mempelajari laju reaksi antara Zn dan H2 SO4 dan mendapatkan data sebagai berikut : Zn(s) + H2 SO4(aq) ZnSO4(aq) + H2(g) a. Plot volume gas yang terbentuk sebaga fungsi waktu. b. Hitung laju reaksi pada t = 20 detik, t = 240 detik dan t = 360 detik. Waktu (detik)
Volume gas yang terbentuk (cm3 )
44
0 60 120 180 240 300 360 420
0 15 24 32 33 39 40 40
3. Seorang siswa mempelajari laju reaksi dari reaksi berikut: 2ICl(g) + H2(g) I2(g) + 2HCl(g) Data yang diperolehnya disajikan pada tabel di bawah ini. Eksperimen
Konsentrasi ICl awal (mol L−1 )
Konsentrasi H2 awal (mol L−1 )
1 0,20 2 0,20 3 0,40 a. Tentukan orde reaksi terhadfap ICl dan H2 .
0,10 0,20 0,10
Laju pembentukan I2 (mol L−1 det −1) 0,042 0,168 0,084
b. Tentukan tetapan laju reaksi. c. Tuliskan persamaan laju reaksinya. 4. Reaksi peruraian HI: 2HI(g) H2(g) + I2(g) Memiliki persamaan laju reaksi v = k [HI]2 . Jika konsentrasi H sebesar 0,01 mol/L, maka : a. Hitung laju peruraian pada suhu 500 K diketahu k = 9,5 x 10−9 mol L−1 det −1 b. Berapa nilai laju reaksi jika reaksi berlangsung pada suhu 600K? 5. a. Definisikan laju reaksi? b. Tulis laju pengurangan masing-masing pereaksi X dan laju pembentukan dari produk reaksi untuk reaksi berikut: 5A + B + C 2P
45
BAB 3 KESETIMBANGAN REAKSI PETA KONSEP Kesetimbangan Reaksi
Prinsip Kesetimbangan
Karakteristik Keadaan Setimbang
Hukum Kesetimbangan
Konstanta Kesetimbangan
Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan
Aplikasi Kesetimbangan
Setelah mempelajari bab ini, saudara diharapkan dapat: 1.
Memahami definisi dan prinsip kesetimbangan,
2.
Menjelaskan karakteristik keadaan setimbang,
3.
Memahami hukum kesetimbangan,
4.
Menjelaskan konstanta kesetimbangan,
5.
Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi,
6.
Menerapkan aplikasi konsep kesetimbangan kimia dalam industri.
A. DEFINISI DAN PRINSIP KESETIMBANGAN REAKSI Amonia (NH3), satu bahan industri yang sangat penting, dibuat dari nitrogen dan hidrogen dengan persamaan reaksi sebagai berikut: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
(3.1)
Stoikiometri reaksi menunjukkan bahwa 1 mol nitrogen bereaksi dengan 3 mol hidrogen membentuk 2 mol amonia. Akan tetapi, jika direaksikan 1 mol nitrogen dengan 3 mol hidrogen ternyata tidak dapat menghasilkan 2 mol amonia. Reaksi “seperti berhenti” setelah sebagian nitrogen dan hidrogen bereaksi. Reaksi berakhir dengan suatu campuran yang mengandung NH 3, N2 dan H2 dengan komposisi tertentu. Pada kondisi tersebut tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur (sifat makroskopis tidak berubah). Kita katakan bahwa campuran telah mencapai keadaan setimbang. Akan tetapi,
46
reaksi tetap berlangsung pada tingkat molekul (tingkat mikroskopis). Oleh karena itu, keadaan setimbang dapat didefinisikan sebagai suatu keadaan di mana dua proses yang berlawanan arah berlangsung secara simultan dan terus-menerus, tetapi tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur. Proses bolak balik berlangsung kedua arah dengan laju yang sama, sehingga proses demikian disebut dengan kesetimbangan dinamis. Untuk lebih memahami kesetimbangan kimia, perlu dipelajari mengenai jenis-jenis reaksi kimia. Reaksi kimia berdasar arahnya dibedakan menjadi dua jenis reaksi, yaitu reaksi dapat balik (reversible) dan reaksi berkesudahan (irreversible). Pada reaksi berkesudahan zat-zat hasil tidak dapat saling bereaksi kembali menjadi zat pereaksi. Contohnya dapat dilihat pada persamaan 3.2. NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl(aq) + H2O(l)
(3.2)
Pada reaksi di atas reaksi hanya berlangsung ke arah kanan, sebab bila NaCl dilarutkan ke dalam air tidak akan pernah menjadi NaOH dan HCl. Reaksi dapat balik dapat berlangsung dalam dua arah artinya zat-zat hasil reaksi dapat saling bereaksi untuk membentuk zat pereaksi kembali. Sebagai contoh, jika timbal (II) sulfat padat yang berwarna putih direaksikan dengan larutan natrium iodida akan membentuk endapan timbal (II) iodida yang berwarna kuning dengan reaksi sebagai berkut. PbSO4 (s) + 2 NaI (aq) PbI2(s) + Na2SO4 (aq) (putih)
(3.3)
(kuning)
Sebaliknya bila padatan timbal(II) iodida yang berwarna kuning dari reaksi diatas ditambah larutan natrium sulfat, maka akan terbentuk kembali endapan warna putih dari timbal(II) sulfat dengan reaksi, PbI2(s) + Na2SO4 (aq) PbSO4 (s) + 2 NaI (aq) (kuning)
(3.4)
(putih)
Jika diamati dari kedua reaksi tersebut, maka akan tampak bahwa reaksi yang kedua merupakan kebalikan dari reaksi yang pertama, dan dengan demikian reaksi di atas dikatakan reaksi dapat balik atau. Bila kedua reaksi itu berlangsung secara bersamaan disebut juga sebagai reaksi bolak-balik dan ditulis ditandai dengan dua panah dengan arah berlawanan. PbSO4 (s) + 2 NaI (aq)
PbI2(s) + Na2SO4 (aq)
(3.5)
47
Pada umumnya reaksi-reaksi kimia berlangsung dalam arah bolak-balik (reversible), dan hanya sebagian kecil saja yang berlangsung satu arah. Pada awal proses bolak-balik, reaksi berlangsung ke arah pembentukan produk, segera setelah terbentuk molekul produk, maka terjadi reaksi sebaliknya, yaitu pembentukan molekul reaktan dari molekul produk. Ketika laju reaksi ke kanan dan ke kiri sama dan konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah, maka kesetimbangan reaksi tercapai. Reaksi kesetimbangan dinamis dapat terjadi bila reaksi yang terjadi merupakan reaksi bolak-balik. Pada kesetimbangan ini, dua proses yang berlawanan arah berlangsung dengan laju reaksi yang sama dan konsentrasi tidak lagi mengalami perubahan. Hal ini dapat dikatakan bahwa pada kondisi setimbang tersebut, tidak terjadi lagi perubahan makroskopik (konsentrasi reaktan dan produk, suhu, tekanan, dll) pada sistem. Sedangkan perubahan mikroskopik masih terjadi, yaitu reaksi ke kanan dan ke kiri masih terjadi dengan laju reaksi yang sama. Berdasarkan fase zat-zat yang terlibat dalam reaksi, kesetimbangan kimia dapat dikelompokkan menjadi kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen. Kesetimbangan homogen adalah reaksi kesetimbangan yang zat-zat terlibat dalam reaksi memiliki fase yang sama. Kesetimbangan heterogen adalah reaksi kesetimbangan yang zat-zat terlibat dalam reaksi memiliki fase yang berbeda. Kesetimbangan homogen dapat berupa sistem gas atau larutan. Keseimbangan heterogen umumnya melibatkan komponen padat – gas atau cair – gas.
Contoh kesetimbangan homogen: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
(3.6)
CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H+(aq)
(3.7)
Contoh kesetimbangan heterogen: La2(C2O4)3 (s)
La2O3 (s) + 3CO (g) + 3CO2 (g)
Ag2CrO4(s) 2Ag+(aq) + CrO42-
(3.8) (3.9)
48
B. KARAKTERISTIK KEADAAN SETIMBANG Suatu reaksi dapat menjadi setimbang jika memenuhi persyaratan antara lain, reaksinya bolak-balik, sistemnya tertutup, dan bersifat dinamis.
1. Reaksi Bolak-balik. Suatu reaksi kadang-kadang perlu adanya pengaruh dari luar untuk dapat balik, oleh karena itu reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara bersamaan, misalnya reaksi antara timbal (II) sulfat
dengan larutan natrium iodida diatas, tentunya tidak akan
berlangsung dalam waktu yang bersamaan. Suatu reaksi dapat menjadi reaksi kesetimbangan bila reaksi baliknya dapat dengan mudah berlangsung secara bersamaan. Reaksi-reaksi homogen (fasa pereaksi dan hasil reaksinya sama), misalnya reaksi-reaksi gas atau larutan akan lebih mudah berlangsung bolak-balik dibanding dengan reaksi yang heterogen. Umumnya reaksi heterogen dapat berlangsung bolak-balik pada suhu tinggi. Contoh reaksi homogen yang berlangsung bolak-balik, N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
(3.10)
H2(g) + I2(g) 2 HI (g)
(3.11)
Fe3+ (aq) + SCN – (aq) FeSCN2+ (aq)
(3.12)
Contoh reaksi heterogen yang dapat berlangsung bolak-balik pada suhu tinggi: CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Fe2O3(s) + 3CO(g) 2 Fe(s) + 3CO2(g)
(3.13) (3.14)
2. Sistem Tertutup Sistem tertutup bukan berarti reaksi tersebut dilakukan pada ruang tertutup, meskipun kadang-kadang memang diperlukan ruangan tertutup. Pada prinsipnya sistem tertutup yang dimaksud adalah tidak ada zat-zat yang keluar dari sistem, misalnya pada reaksi timbal(II) sulfat dengan larutan natrium iodida, bagaimana mungkin reaksi akan dapat balik jika timbal (II) iodida yang terjadi pada reaksi tersebut dibuang (hilang) dari sistem.
3. Bersifat Dinamis Bersifat dinamis artinya secara mikroskopis reaksi berlangsung terus menerus dalam dua arah dengan laju reaksi pembentukan sama dengan laju reaksi baliknya.
49
Berlangsungnya suatu reaksi secara makroskopis dapat dilihat dari perubahan suhu, tekanan, konsentrasi atau warnanya.
N2O4 (g)
2NO2 (g)
tak berwarna
coklat
(Sumber:https://masyitahkimia.wordpress.com)
Gambar 3.1. Reaksi bolak – balik (reversible)
Gejala-gejala tersebut akan tampak pada saat reaksi belum setimbang, karena pada saat tersebut konsentrasi zat-zat pereaksi mula-mula akan berkurang dan konsentrasi hasil reaksi akan bertambah. Sedangkan reaksi dalam keadaan setimbang tidak menunjukkan adanya perubahan-perubahan makroskopis tersebut. Sebagai contoh keadaan kesetimbangan dinamis, perhatikan reaksi penguraian (dissosiasi) gas N2O4 berikut: N2O4
(g)
(tak berwarna)
2 NO2
(g)
(coklat)
(3.15)
Bila sejumlah gas N2O4 dimasukkan ke dalam botol tertutup, gas yang semula tak berwarna tersebut perlahan-lahan akan berubah warna menjadi coklat karena terdisosiasi menjadi NO2. Semula perubahan itu tidak tampak tetapi secara bertahap akan menjadi semakin coklat. Pada reaksi tersebut, setiap dua molekul NO2 yang terbentuk dengan mudah bergabung menjadi N2O4 kembali. Mula-mula laju reaksi disosiasi N2O4 berlangsung relatif lebih cepat daripada laju reaksi pembentukan N2O4. Semakin lama jumlah NO2 yang terbentuk semakin banyak, sehingga laju reaksi pembentukan kembali N2O4 semakin besar. Pada suatu saat laju reaksi disosiasi N2O4 sama dengan laju reaksi
50
pembentukan N2O4. Keadaan inilah yang disebut keadaan setimbang yang ditunjukkan warna tidak bertambah pekat. Penjelasan untuk peristiwa ini dapat dilihat pada kurva perubahan konsentrasi dan laju reaksi (Gambar 3.2).
(Sumber: https://masyitahkimia.wordpress.com)
Gambar 3.2. Perubahan konsentrasi dan laju reaksi
Perubahan laju reaksi selama berlangsungnya reaksi (Gambar 3.2) menunjukkan bahwa laju reaksi terhadap gas N2O4 (V N2O4) mula-mula maksimum, laju reaksi itu turun sejalan dengan makin berkurangnya gas N2O4 pada saat yang bersamaan mulai terbentuk gas NO2 (warna coklat mulai tampak), dan pada saat itu mulai ada gas NO2 yang balik menjadi gas N2O4 dan laju reaksi terhadap gas NO2 (V NO2) makin besar karena konsentrasi nya makin besar (ingat bahwa laju reaksi dipengaruhi konsnetrasi). Jadi, V N2O4 terus menurun dan V NO2 meningkat sampai waktu tertentu (t) terjadi V N2O4 sama dengan VNO2 dan pada saat itu tercapai keadaan setimbang. Proses ini berlangsung terus jika tidak ada pengaruh dari luar yang menyebabkan terjadinya ketidak setimbangan. Konsentrasi akan mengalami perubahan dengan pola yang sama, mula-mula yang ada hanya gas N2O4 (konsentrasi N2O4 maksimum), kemudian berkurang terus karena berubah menjadi gas NO2, dan pada saat yang bersamaan gas NO2 yang semula tidak ada (konsentrasinya nol) akan mulai bertambah yang ditandai dengan mulai adanya warna coklat. Konsentrasi gas N2O4 akan terus bertambah dan sejalan dengan itu gas NO2 terus bertambah sampai suatu saat konsentrasinya tetap (ditandai warna coklat yang tetap), dan pada saat itu (t waktu) tercapai suatu keadaan setimbang. Dan mulai saat itu tidak menunjukkan perubahan secara makroskopis, misalnya warna tidak menjadi lebih pekat atau lebih terang, tekananannya tetap dan lain-lainnya. Pada kondisi setimbang ini, maka
51
laju reaksi kekanan sama dengan kekiri atau V N2O4 = V NO2 , konsentrasi gas N2O4 dan konsentrasi gas NO2 tetap, meskipun dapat terjadi tiga kemungkinan yaitu: [N2O4] = [NO2] (Gambar 3.3 (a)) [N2O4] < [NO2] (Gambar 3.3 (b)) [N2O4] > [NO2] (Gambar 3.3 (c))
(Sumber: https://sites.google.com)
Gambar 3.3. Kurva kesetimbangan 2NO2 (g) N2O4(g)
Gambar 3.3 (a) menunjukkan bahwa pada saat setimbang, konsentrasi N2O4 sama dengan konsentrasi NO2. Sedangkan pada gambar 3.3 (b) konsentrasi N2O4 lebih besar dari konsentrasi NO2 pada saat setimbang dan pada gambar 3.3 (c), konsetrasi N2O4 ada saat setimbang lebih kecil dari konsentrasi NO2.
C. HUKUM KESETIMBANGAN Suatu hasil percobaan terhadap reaksi kesetimbangan antara gas karbon monoksida dengan gas hidrogen membentuk gas metana dan uap air pada suhu 1200 K disajikan pada Tabel 3.1. CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)
(3.16)
Tabel 3.1. Susunan k e s e t i m b a n g a n reaksi gas CO dengan H2 Konsentrasi Awal (M)
Konsentrasi pada keadaan setimbang (M)
[𝐶𝐻4 ][𝐻2 𝑂] [𝐶𝑂][𝐻2 ]3
[CO]
[H2]
[CO]
[H2]
[CH4]
[H2O]
0,1000
0,3000
0,0613
0,0613
0,0387
0,0387
3,93
3,0,2000
0,3000
0,1522
0,1522
0,0478
0,0478
3,91
0,1000
0,4000
0,4000
0,0479
0,0521
0,0521
3,92
0,1000
0,1000
0,1000
0,0894
0,0106
0,0106
3,94
52
Data dalam Tabel 3.1 menunjukkan bahwa komposisi kesetimbangan bergantung pada p e r ba n d i n ga n mol pereaksinya. Namun demikian, terdapat suatu hubungan yang tetap antara konsentrasi kesetimbangan, yaitu perbandingan hasil kali konsentrasi setimbang zat-zat produk terhadap hasil kali konsentrasi setimbang zat-zat pereaksi, masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Hubungan ini ditemukan oleh Cato Maximillian Gulberg dan Peter Wage pada tahun 1864, dan selanjutnya disebut hukum kesetimbangan. Nilai dari hukum kesetimbangan disebut tetapan kesetimbangan dan dinyatakan dengan lambang K c. Ungkapan hukum kesetimbangan untuk reaksi kesetimbangan di atas ditulis sebagai berikut: [𝐶𝐻4 ][𝐻2 𝑂] [𝐶𝑂][𝐻2 ]3
𝐾𝑐 =
(3.17)
Secara umum, untuk reaksi: mA + nB pC + qD Persamaan tetapan kesetimbangan adalah: 𝐾𝑐 =
[𝐶]𝑝 [𝐷]𝑞 [𝐴]𝑚 [𝐵]𝑛
(3.18)
Karena satuan konsentrasi adalah M, maka satuan Kc = M(p + q ) -( m + n) , Perhatikan beberapa contoh berikut: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g)
[𝑁𝐻3 ]2 3 2 ][𝐻2 ]
𝐾𝑐 = [𝑁 𝐾𝑐 =
2HI(g) H2(g) + I2(g)
M–2
[𝑆𝑂2 ]2 [𝑂2 ] [𝑆𝑂4 ]2
𝐾𝑐 =
M
[𝐻2 ][𝐼2 ] [𝐻𝐼]2
(3.19) (3.20) (3.21)
Beberapa hal yang perlu diperhatikan tentang nilai tetapan kesetimbangan: Konsentrasi zat yang dimasukkan ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan adalah konsentrasi setimbang. Nilai tetapan kesetimbangan reaksi di atas, berdasarkan data baris pertama Tabel 3.1 adalah: 𝐾𝑐 =
[𝐶𝐻4 ][𝐻2 𝑂] (0,0387)(0,0387) = = 3.93 3 [𝐶𝑂][𝐻2 ] (0,00613)(0,1839)3
Nilai tetapan kesetimbangan bergantung pada suhu. Untuk contoh di atas, nilai tetapan kesetimbangan, yaitu 3,93 adalah pada suhu 1.200 K. Perubahan suhu akan mengubah nilai tetapan kesetimbangannya. Nilai tetapan kesetimbangan mencerminkan ketuntasan reaksi. Semakin tuntas reaksi, semakin besar konsentrasi produk dan semakin kecil konsentrasi pereaksi.
53
Oleh karena produk menjadi pembilang, sedangkan pereaksi menjadi penyebut pada persamaan tetapan kesetimbangan, maka semakin tuntas reaksi, semakin besar nilai tetapan kesetimbangan.
D. KONSTANTA KESETIMBANGAN Konstanta kesetimbangan bagi suatu reaksi adalah khas untuk suatu reaksi dan harganya tetap pada suhu tertentu, artinya setiap reaksi akan mempunyai harga tetapan kesetimbangan yang cenderung tidak sama dengan reaksi yang lain meskipun suhunya sama, dan untuk suatu reaksi yang sama harga K akan berubah jika suhunya berubah.
1. Makna Harga Konstanta Kesetimbangan a. Dapat untuk mengetahui kondisi suatu reaksi bolak-balik Bila reaksi bolak balik pada suatu suhu tertentu sudah diketahui harga tetapan kesetimbangannya, maka akan dapat diselidiki apakah suatu reaksi bolak-balik dengan komposisi tertentu dalam keadaan setimbang atau tidak. b. Dapat Untuk Menentukan Komposisi Zat-zat dalam Keadaan Setimbang Dengan mengetahui harga tetapan kesetimbangan suatu reaksi pada suhu tertentu dapat memberikan gambaran tentang komposisi zat - zat yang ada pada kesetimbangan pada suhu tersebut. c. Dapat memberikan Informasi tentang Hasil Reaksi Harga tetapan kesetimbangan merupakan hasil bagi dari konsentrasi zat hasil dipangkatkan koefisiennya dengan konsentrasi pereaksi dipangkatkan koefisiennya. Karena konsentrasi hasil reaksi selalu sebagai pembilang maka besar kecilnya harga harga K menunjukkan besar kecilnya hasil reaksi pada suhu tertentu. Jika harga K besar berarti hasil reaksinya banyak dan jika K kecil berarti hasil reaksinya sedikit.
2. Harga Tetapan Kesetimbangan dan Tekanan Gas Untuk reaksi yang melibatkan gas tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan dari harga tekanan parsial masing-masing gas pada saat setimbang, sebab konsentrasi gas dalam suatu ruangan akan menentukan besarnya tekanan gas tersebut dalam ruangan. Untuk membedakan harga tetapan kesetimbangan yang diperoleh dari harga konsentrasi dan dari harga tekanan parsial, maka untuk selanjutnya harga tetapan kesetimbangan yang diperoleh berdasarkan kosentrasi diberi lambang Kc sedangkan untuk tetapan kesetimbangan yang diperoleh dari harga tekanan diberi lambang Kp. Untuk reaksi setimbang:
54
𝑚𝐴(𝑔) + 𝑛𝐵(𝑔) ⇆ 𝑥𝐶(𝑔) + 𝑦𝐷(𝑔) 𝑥
𝐾𝑝 =
𝑦
(𝑃𝑐 ) (𝑃𝐷 ) (𝑃𝐴 )𝑚 (𝑃𝐵 )𝑛
(3.22) (3.23)
di mana : PA : Tekanan parsial gas A,
PC : Tekanan parsial gas C
PB : Tekanan parsial gas B, PD : Tekanan parsial gas D PA + PB + PC + PD = P total ruangan
3. Hubungan Kp dengan Kc Berdasarkan hukum tentang gas ideal PV = nRT dapat dicari hubungan antara harga Kp dengan Kc, Untuk reaksi setimbang : mA (g) + n B(g) x C (g) + y D (g)
(3.24)
maka, 𝐾𝑝 =
(𝑃𝑐 )𝑥 (𝑃𝐷 )𝑦 (𝑃𝐴 )𝑚 (𝑃𝐵 )𝑛
(3.25)
sedangkan berdasar persamaan gas ideal PV = nRT didapat bahwa P = n/V (RT), untuk gas
besaran n/V adalah merupakan konsentrasi gas dalam ruangan, sehingga dapat
disubstitusikan menjadi, PA
= [A] RT;
PC = [C] RT
PB
= [B] RT;
PD = [D] RT
maka,
[𝐶]𝑥 (𝑅𝑇)𝑥 [𝐷] 𝑦 (𝑅𝑇)𝑦 [𝐴]𝑚 (𝑅𝑇)𝑚 [𝐵]𝑛 (𝑅𝑇)𝑛
(03.26)
[𝐶]𝑥 [𝐷]𝑦 (𝑅𝑇)(𝑥+𝑦) [𝐴]𝑚 [𝐵]𝑛 (𝑅𝑇)(𝑚+𝑛)
(3.27)
𝐾𝑝 = 𝐾𝑐(𝑅𝑇)(𝑥+𝑦)−(𝑚+𝑛)
(3.28)
𝐾𝑝 = atau,
𝐾𝑝 =
dan jika (x + y) - (m+n) = n yang menyatakan jumlah koefisien gas-gas sesudah reaksi dikurangi dengan jumlah koefisien gas-gas sebelum reaksi, maka didapat hubungan Kp dan Kc adalah, 𝐾𝑝 = 𝐾𝑐(𝑅𝑇)Δ𝑛
(3.29)
55
4. Tetapan Kesetimbangan Untuk Kesetimbangan Heterogen Untuk reaksi kesetimbangan heterogen misalnya, CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2(g)
(3.30)
berlaku hukum kesetimbangan, 𝐾=
[𝐶𝑎𝑂][𝐶𝑂2 ] [𝐶𝑎𝐶𝑂3 ]
(3.31)
Oleh karena CaCO3 dan CaO merupakan zat padat maka konsentrasinya tetap (tidak mungkin berubah) meskipun ada perubahan volume dan suhu, sehingga: 𝐾
[𝐶𝑎𝐶𝑂3 ] 𝑚𝑒𝑟𝑢𝑝𝑎𝑘𝑎𝑛 ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝 [𝐶𝑎𝑂]
𝐾
[𝐶𝑎𝐶𝑂3 ] = [𝐶𝑂2 ] [𝐶𝑎𝑂]
maka harga Kc untuk kesetimbangan diatas dapat dituliskan sebagai, 𝐾𝑐 = [𝐶𝑂2 ]
(3.32)
Pada kenyataannya bahwa untuk kesetimbangan daiatas jumlah gas CO2 yang dihasilkan hanya dipengaruhi oleh volume dan suhu tanpa dipengaruhi oleh jumlah CaCO3 yang dipanaskan. Dengan demikian berlaku bahwa untuk reaksi - reaksi heterogen zat-zat yang konsentrasinya tetap (zat padat atau zat cair murni) tidak tampak pada rumusan harga K.
5. Kesetimbangan Dissosiasi Peruraian suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana dikenal dengan istilah dissosiasi. Jadi, kesetimbangan dissosiasi adalah merupakan reaksi kesetimbangan yang melibatkan terurainya suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana. Berikut adalah beberapa contoh kesetimbangan disosiasi.
N2O4 (g)
2 NO2 (g)
(3.33)
2SO2 (g) + O2 (g)
(3.34)
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
(3.35)
CH3COOH (aq) CH3COO-- (aq) + H+ (aq)
(3.36)
2 SO3 (g)
Di dalam sistem kesetimbangan dissosiasi dikenal adanya derajat dissosiasi () yang menyatakan seberapa bagian (persen) gas yang telah terurai pada saat tercapai kesetimbangan yang dinyatakan dengan rumus:
56
𝛼=
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑢𝑟𝑎𝑖 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑧𝑎𝑡 𝑚𝑢𝑙𝑎 − 𝑚𝑢𝑙𝑎
(3.37)
Konsep derajat dissosiasi ini dapat membantu dalam perhitungan- perhitungan sistem kesetimbangan.
E. FAKTOR-FAKTOR
YANG
MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN REAKSI Suatu
sistem
dalam
keadaan
setimbang
cenderung
mempertahankan
kesetimbangannya, sehingga bila ada pengaruh dari luar, maka sistem tersebut akan berubah sedemikian rupa agar segera diperoleh keadaan kesetimbangan lagi. Dalam hal ini dikenal dengan azas Le Chatelier yaitu, ”jika dalam suatu sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu sekecil mungkin”. Kesimpulan Le Chatelier tersebut dikenal sebagai azas Le Chatelier sebagai berikut: Reaksi = - Aksi Cara sistem bereaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan. Setimbang dikatakan bergeser ke kanan jika produk bertambah atau pereaksi berkurang Setimbang dikatakan bergeser ke kiri jika produk berkurang atau pereaksi bertambah Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi perubahan pada sistem kesetimbangan antara lain,
1. Perubahan konsentrasi Bila suatu sistem kesetimbangan konsentrasi salah satu komponen dalam sistem ditambah, maka kesetimbangan akan bergeser dari arah penambahan itu, dan bila salah satu komponen dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan itu. Jika konsentrasi pereaksi diperbesar, setimbang akan bergeser ke kanan. Jika konsentrasi pereaksi diperkecil, setimbang akan bergeser ke kiri. Pada sistem kesetimbangan antara larutan Fe3+ (kuning), SCN -- (tak berwarna) dengan FeSCN2+ (merah), dengan reaksi kesetimbangan: Fe3+ (aq)
+ SCN– (aq)
Kuning tak berwarna
FeSCN2+ (aq)
(3.38)
merah
Jika ke dalam sistem tersebut ditambahkan larutan SCN- , maka campuran akan semakin merah, karena SCN-- yang ditambahkan akan bereaksi dengan Fe3+ dalam sistem
57
dan membentuk FeSCN2+, ini berarti terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah kanan, yang berakibat bertambahnya [FeSCN
--
] dan berkurangnya [ Fe3+ ]. Dengan
menggunakan hukum kesetimbangan dapat dijelaskan sebagai berikut, untuk reaksi setimbang: + SCN – (aq)
Fe3+ (aq)
FeSCN2+ (aq)
K [FeSCN2+ ] [𝐹𝑒 3+ ][𝑆𝐶𝑁 − ]
𝐾1 =
(3.39)
Pada suhu yang tetap K adalah tetap. Jika pada suhu yang sama ditambahkan ion –
SCN , maka [SCN –] bertambah besar, sehingga: [FeSCN2+ ] [𝐹𝑒 3+ ][𝑆𝐶𝑁 − ]
𝐾2 =
(3.40)
Dengan bertambahnya [SCN–] Harga K2 menjadi lebih kecil daripada K1, karena harga K tetap pada suhu yang tetap, maka untuk mendapatkan harga K 1 = K2 , [Fe3+] akan berkurang bersamaan dengan bertambahnya [FeSCN2+], dan itu berarti terjadi pergeseran kesetimbangan ke kanan. Hal yang sebaliknya bila [Fe3+] dikurangi (misalnya dengan mengikat Fe3+ dengan ion HPO4
2-
) akan mengakibatkan K2 lebih besar daripada K1, dan untuk
mengubah harga K2 agar menjadi sama dengan K1 konsentrasi ion Fe3+ akan bertambah bersamaan dengan bertambahnya ion FeSCN2+, dan itu berarti kesetimbangan bergeser ke kiri.
2. Perubahan Volume Bila Sistem Kesetimbangan Fe3+ (aq)
+ SCN – (aq)
kuning
tak berwarna
FeSCN2+ (aq) merah
volumenya diperbesar dua kali dengan cara menambahkan air ke dalamnya, maka warna merahnya menjadi lebih muda, ini menunjukkan bahwa [FeSCN2+] berkurang sedangkan [Fe3+] dan [SCN
–
] bertambah, atau kesetimbangan bergeser ke kiri. Dengan
menggunakan hukum kesetimbangan peristiwa tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut, Fe3+
(aq)
+ SCN – (aq) FeSCN2+ (aq)
58
[𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁 2+ ] 𝐾1 = [𝐹𝑒 3+ ][𝑆𝐶𝑁 − ] Dengan penambahan air sehingga volume larutan menjadi dua kali lebih besar, maka konsentrasi masing-masing komponen akan mengalami perubahan sebagai berikut, [Fe3+] menjadi
= [Fe3+]/2
[SCN –] menjadi
= [ SCN--]/2
[FeSCN2+] menjadi
= [FeSCN2+]/2
maka setelah volume diperbesar didapat harga K2,
sehingga K2
[FeSCN2+ ] 2 (3.41) 𝐾2 = [𝐹𝑒 3+ ] [𝑆𝐶𝑁 − ] 2 2 menjadi lebih besar daripada K1. Karena suhunya tetap K1 = K2, maka
untuk mendapatkan harga K1 sama dengan K2 konsentrasi ion FeSCN2+ akan berkurang dan disertai dengan bertambahnya konsentrasi ion Fe3+ dan SCN --, dan itu berarti kesetimbangan bergeser ke kiri. Marilah sekarang dengan cara yang sama kita selidiki untuk kesetimbangan,
H2(g) + I2 (g)
2 HI (g)
Sebelum diadakan perubahan volume harga tetapan kesetimbangannya adalah K1 𝐾1 =
[𝐻𝐼]2 [𝐻2 ][𝐼2 ]
Setelah volumenya diperbesar menjadi dua kali lebih besar, maka terjadi perubahan konsentrasi sebagai berikut, [ HI ] menjadi
= [HI]/2
[H2 ] menjadi
= [H2]/2
[I2 ]
= [ I2 ]/2
menjadi
Harga tetapan kesetimbangan setelah diadakan perubahan volume menjadi K2: [𝐻𝐼]2 4 𝐾2 = [𝐻2 ] [𝐼2 ] 2 2
(3.42)
[𝐻𝐼]2 𝐾2 = [𝐻2 ][𝐼2 ]
(3.43)
Ini menunjukkan bahwa adanya perubahan volume tidak menyebabkan pergeseran kesetimbangan untuk reaksi di atas. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa,
59
Bila suatu reaksi jumlah molekul-molekul atau partikel-partikel sebelum dan sesudah reaksi sama perubahan volume tidak menggeser letak kesetimbangan. Untuk reaksi yang jumlah partikel-partikel sebelum dan sesudah reaksi tidak sama maka,
Bila volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser menuju ke ruas yang jumlah molekul atau partikel (jumlah koefisien reaksi) yang besar.
Bila volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser menuju ke ruas yang jumlah molekul atau partikel (jumlah koefisien reaksi) yang kecil.
3. Perubahan Tekanan Perubahan tekanan akan berpengaruh pada konsentrasi gas-gas yang ada pada kesetimbangan. Oleh karena itu, pada sistem reaksi setimbang yang tidak melibatkan gas perubahan volume tidak menggeser letak kesetimbangaan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan tekanan terhadap sistem kesetimbangan gas dapat diingat kembali tentang persamaan gas ideal. 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
(3.44)
𝑃 = (𝑛/𝑉) 𝑅𝑇
(3.45)
Dari persamaan itu menunjukkan bahwa perubahan tekanan akan berakibat yang sebaliknya dengan perubahan volume, artinya bila tekanan diperbesar akan sama pengaruhnya dengan bila volume diperkecil dan sebaliknya bila tekanan diperkecil akan berakibat yang sama dengan bila volume diperbesar. Jadi, dapat disimpulkan bahwa, Untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi, perubahan tekanan tidak akan menggeser letak kesetimbangan. Untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi tidak sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi jika,
Tekanan diperbesar kesetimbangan akan bergeser ke jumlah partikel yang kecil
Tekanan diperkecil kesetimbangan akan bergeser ke jumlah partikel yang besar Perhitungan
jumlah
partikel
ini
hanya
dilakukan
terhadap
komponen
kesetimbangan yang mudah berubah konsetrasinya, artinya untuk kesetimbangan heterogen jumlah partikel hanya dihitung untuk zat-zat yang masuk pada rumusan harga tetapan kesetimbangan. Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar
60
konsentrasi semua komponen. Sesuai dengan azas Le Chatelier, maka reaksi sistem adalah mengurangi tekanan. Sebagaimana Anda ketahui, tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas. Oleh karena itu, antuk mengurangi tekanan, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih kecil. Sebaliknya, jika tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka reaksi sistem adalah menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih besar.
4. Perubahan Suhu Perubahan suhu pada suatu reaksi setimbang akan menyebabkan terjadinya perubahan harga tetapan kesetimbangan (K). Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap pergeseran kesetimbangan berikut disajikan data harga K untuk berbagai suhu dari dua reaksi kesetimbangan yang berbeda. Harga Kp pada Berbagai Suhu untuk Pembentukan NH3 dapat dilihat pada Tabel 3.2. menurut reaksi berikut: N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)
H = - 92 kJ
Tabel 3.2 Harga Kp pembentukan NH3 Suhu (K) Kp ( x 1010)
298 6,76 x 105
500 3,55 x 10-2
700 7,76 x 10-5
900 1,00 x 10-6
makin besar
Harga Kp pada Berbagai Suhu untuk Reaksi H2 dan CO2 dapat dilihat pada Tabel 3.3 menurut reaksi berikut: H2 (g) + CO2 (g)
H2O (g) + CO (g)
H = + 41 kJ
Tabel 3.2. Harga Kp untuk reaksi H2 dan CO2 Suhu (K) Kp
298 1,00 x 10-5
500 7,76 x 10-3
700 1,23 x 10-1
900 6,01 x 10-1
makin kecil Dari kedua tabel tersebut terdapat perbedaan, pada reaksi pertama jika suhunya diperbesar harga Kp makin kecil, ini berarti zat hasil makin sedikit yang diakibatkan oleh terjadinya pergeseran reaksi ke kiri. Pada reaksi kedua justru terjadi sebaliknya, yaitu bila suhunya diperbesar harga harga Kp menjadi makin besar, berarti jumlah zat hasil makin banyak yang diakibatkan terjadinya pergeseran kesetimbangan ke kanan. Perbedaan dari kedua reaksi tersebut adalah harga perubahan entalpinya. Untuk reaksi pembentukan gas
61
NH3 perubahan entalpinya negatif (reaksi endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi ke kanan melepaskan kalor. Sedangkan pada reaksi antara gas H2 dengan gas CO2 harga perubahan entalpinya berharga postif (reaksi endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi ke kanan adalah reaksi yang menyerap kalor. Dengan demikian pergeseran reaksi kesetimbangan akibat perubahan suhu ditentukan oleh jenis reaksinya endoterm atau eksoterm. Menurut Azas Le Chatelier, jika sistem dalam keadaan kesetimbangan terjadi kenaikan suhu, maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah reaksi yang menyerap kalor (H positif). Selain menggeser posisi kesetimbangan, perubahan suhu juga mengubah nilai tetapan kesetimbangan. Jika perubahan suhu menggeser kesetimbangan ke kanan, maka nilai tetapan kesetimbangan akan bertambah. Sebaliknya, jika bergeser ke kiri, maka nilai tetapan kesetimbangan akan berkurang.
5. Penambahan Katalisator pada Reaksi Setimbang Reaksi pembuatan amonia dengan reaksi: N2 (g) + 3 H2 (g)
2 NH3 (g)
H = - 92 kJ
o
pada suhu 100 C akan mencapai keadaan setimbang bertahun-tahun. Bila ke dalam reaksi tersebut diberi katalis kesetimbangan akan dapat tercapai hanya dalam waktu 5 menit sampai 10 menit. Dengan demikian katalisator dapat mempercepat tercapainya suatu keadaan setimbang. Apakah pengaruhnya jika suatu reaksi yang sudah dalam keadaan setimbang ditambahkan katalistor ke dalamnya. Katalisator akan mempercepat laju reaksi pembentukan NH3 tetapi sekaligus juga akan mempercepat laju reaksi peruraiannya menjadi gas N2 dan gas H2. Pengaruh ini sama kuatnya, dengan demikian dalam reaksi kesetimbangan katalisator tidak terjadi pergeseran letak kesetimbangan tetapi hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang.
F. PENERAPAN KESETIMBANGAN KIMIA Prinsip kesetimbangan kimia dimanfaatkan untuk meningkatkan produksi dalam berbagai industri yang melibatkan reaksi kimia. Berikut ini beberapa contoh proses dalam tubuh yang melibatkan kesetimbangan kimia.
62
1. pH Darah dan Jaringan Tubuh Darah dan jaringan tubuh kita mempunyai pH sekitar 7,4. Dalam darah dan jaringan tubuh terjadi reaksi kesetimbangan antara asam karbonat dalam darah dengan ion hidrogen karbonat dan ion hidrogen. H2O (l) + CO2 (g) N- H2CO3 (aq)
HCO3- (aq) + H+ (aq)
(3.46)
Jika kita mengonsumsi makanan yang bersifat asam, konsentrasi ion hidrogen bertambah (darah bersifat asam) sehingga reaksi kesetimbangan bergeser ke kiri. Sebaliknya, jika kita mengonsumsi makanan yang bersifat basa, konsentrasi ion hidrogen berkurang (darah bersifat basa), sehingga reaksi kesetimbangan bergeser ke kanan.
2. Metabolisme Karbondioksida dalam Tubuh Ketika oksigen diangkut dari paru-paru ke jaringan tubuh, pada saat sama karbondioksida yang dihasilkan oleh respirasi sel diangkut dari jaringan tubuh ke paruparu. Dalam jaringan tubuh, karbondioksida yang konsentrasi relatif tinggi melarut dalam darah bereaksi dengan air membentuk a karbonat. Dengan demikian, reaksi bergeser ke arah kanan. CO2 (g)
CO2 (aq) + H2O (l)
H2CO3 (aq)
(3.47)
Sebaliknya, dalam paru-paru konsentrasi karbon dioksida relatif rendah sehingga karbon dioksida dikeluarkan dari darah ke udara. Oleh karena reaksi bergeser ke kiri.
3. Kesetimbangan dalam Mulut Reaksi kesetimbangan terjadi juga dalam mulut. Email gigi mengan senyawa kalsium hidroksiapatit, Ca5 (PO4)3OH. Di dalam mulut, zat itu mengalami reaksi kesetimbangan sebagai berikut. Ca5(PO4)3OH (s)
Reaksi
kesetimbangan
5Ca2+ (aq) + 3PO43- (aq) + OH- (aq)
yang
terjadi
akan
mengalami
(3.48)
pergeseran
jika
mengonsumsi makanan yang mengandung asam. Makanan asam mengandung ion H+ sehingga ion tersebut akan mengikat ion PO43- dan ion OH-. Akibatnya reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kanan (konsentrasi Ca5(PO4)3OH) berkurang. Pergeseran reaksi tersebut menyebabkan lapisan email menjadi keropos sehingga timbul sakit gigi.
63
4. Pengikatan Oksigen oleh Darah Salah satu fungsi darah dalam tubuh adalah mengedarkan oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh. Bagaimana proses peredaran oksigen dalam darah? Amati gambar berikut!
Sumber: www.pintarbiologi.com
Gambar 3.4. Proses peredaran oksigen dalam darah
Mula-mula, hemoglobin (Hb) mengikat oksigen membentuk oksihemoglobin, kemudian dibawa ke seluruh tubuh melalui sistem peredaran darah. Mekanisme pengikatan oksigen oleh hemoglobin merupakan reaksi kesetimbangan. Hb + O2
HbO2
(3.49)
Reaksi pengikatan oksigen oleh Hb terjadi dalam paru-paru. Reaksi tersebut berjalan ke arah kanan karena konsentrasi oksigen bertambah. Ketika oksigen mulai beredar ke dalam jaringan tubuh, konsentrasi oksigen akan berkurang karena digunakan untuk proses pembakaran. Dengan demikian, reaksi di dalam jaringan berjalan ke arah kiri. Reaksi kesetimbangan dalam peredaran darah ini dapat menjelaskan mengapa mengisap gas karbonmonoksida (CO) yang beracun dapat mengganggu kesehatan. Ketika gas CO terisap dan larut dalam peredaran darah, gas berikatan dengan HE CO dan O 2 akan bersaing ketat agar dapat berikatan dengan Hb. Manakah yang akan menjadi
64
pemenangnya? Tetapan kesetimbangan kimia Hb-CO lebih besar daripada tetapan kesetimbangan Hb-O2 sehingga Hb lebih mudah mengikat CO. HbO2 + CO
HbCO + O2
(3.50)
Adanya CO dalam tubuh menyebabkan kemampuan darah untuk mengikat oksigen berkurang. Gas CO akan menggantikan oksigen sehingga yang beredar dalam tubuh adalah gas CO yang beracun.
65
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Pernyataan yang tepat untuk menyatakan kesetimbangan kimia bersifat dinamis adalah…. a. jumlah mol masing-masing zat dalam kesetimbangan sama besar b. harga konstanta kesetimbangan tetap pada suhu tetap c. bila ditambah katalis reaksi berjalan makin cepat d. reaksi terus berlangsung dalam dua arah berlawanan dengan kecepatan sama besar e. tekanan, volume dan suhu sisten selama kesetimbangan konstan 2. Suatu reaksi reversible mencapai kesetimbangan jika…. a. massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama b. salah satu pereaksi telah habis c. hasil reaksi telah maksimum d. jumlah mol zat-zat yang terlibat dalam reaksi tetap e. jumlah mol pereaksi = jumlah mol hasil reaksi 3. Pada sistem kesetimbangan: 2N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
∆𝐻 = -22 kkal
Faktor yang tidak mempengaruhi sistem kesetimbangan di atas adalah…. a. kenaikan suhu b. penurunan suhu c. penambahan katalis d. kenaikan tekanan e. penurunan volume 4. Diketahui suatu reaksi kesetimbangan 2A + B A2B Pada kondisi awal di dalam bejana satu liter terdapat 2 mol A dan 2 mol B. Jika dalam kesetimbangan terdapat 0,5 mol A, maka tetapan kesetimbangannya adalah.... a. 4,0 b. 2,4
66
c. 2,0 d. 1,2 e. 0,6 5. Dalam wadah 1 liter terjadi reaksi kesetimbangan H2(g) + I2(g) 2HI(g) dengan harga Kc = 0,5 pada suhu tertentu. Konsentrasi I2 yang diperlukan agar saat kesetimbangan terdapat P M H2 dan Q M HI adalah.... a.
0,5(P)
/ (Q) 2
b.
(Q)2
c.
(Q)
d.
(Q)2
e.
0,5 (Q)2
/ 0,5(P)
/ 0,5(P) / (P) / (P)
6. HBr sejumlah 0,1 mol dimasukkan ke dalam labu satu liter dan terurai menurut reaksi 2HBr(g) H2(g) + Br2(g) Jika Br2 yang terbentuk 0,015 mol maka tetapan kesetimbangannya sama dengan.... a. 1,6 × 10−2 b. 4,6 × 10−2 c. 2,5 × 10−1 d. 3,2 × 10−1 e. 7,5 × 10−1
7. Dalam ruang 5 liter direaksikan 0,5 mol N2 dengan 0,4 mol gas O2 menurut reaksi: N2(g) + O2(g) 2NO(g) Setelah tercapai keadaan setimbang terbentuk 0,2 mol gas NO. Harga Kc adalah..... a. 1/2 b. 1/3 c. 1/4 d. 1/5 e. 2/5 8. Untuk kesetimbangan PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 PCl5 murni ditambahkan ke dalam sistem reaksi. Pada saat kesetimbangan terdapat 0,04 M PCl5 dan diketahui Kc = 4 pada 228 oC, maka konsentrasi PCl3 dalam sistem tersebut adalah.... a. 0,16 M
67
b. 0,20 M c. 0,40 M d. 0,80 M e. 1,60 M 9. Reaksi kesetimbangan berikut: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)
∆𝐻 = -144 kJ
Untuk memperbanyak hasil gas NO2 dapat dilakukan dengan cara…. a. memberi katalis b. menurunkan suhu c. memperkecil konsentrasi d. memperbesar suhu e.
memperbesar volume
10. Diketahui suatu sistem kesetimbangan: 2A2B3(g) + B2(g) 4AB2(g)
∆𝐻 = +x kJ
Agar pergeseran kesetimbangan berlangsung ke kanan, maka…. a. diberi katalis b. suhu dinaikkan c. tekanan diperbesar d. volume diperkecil e. kosentrasi B2 diperkecil
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. Bagaimana kita dapat mengetahui bahwa suatu reaksi sudah mencapai kesetimbangan? 2. Tulislah persamaan tetapan kesetimbangan (Kp) untuk reaksi berikut. a. 3Fe(S) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g) b. Na2CO3(s) + SO2(g)+ O2(g) Na2SO 4(s) + CO2(g) c. Ag+(aq) + Fe2-(aq) Ag(s) + Fe3+(aq) d. Ag2CrO4(s) 2Ag+(aq) + CrO42-(aq) 3. Konsentrasi kesetimbangan untuk reaksi berikut N2O4(g) 2NO2 (g) Pada 298 K adalah: [N2O4] = 0,13 mol L-1 dan [NO2] = 0,001 mol L-1. Tentukanlah nilai Kc dan KP reaksi tersebut pada 298 K. 4. Ke arah mana masing-masing kesetimbangan berikut akan bergeser jika tekanan
68
diperbesar (dengan memperkecil volume)? a. N2 O4(g) 2NO2(g) b. 2NO(g) N2(g) + O2(g) c. 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO (g) + 6H2O(g) 5. Ditentukan kesetimbangan CaCO 3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Ke arah mana setimbang bergeser jika: a. ditambah CaCO 3 b. dikurangi CaO c. volume campuran diperkecil
69
BAB 4 TEORI ASAM BASA PETA KONSEP Teori Asam Basa Konsep Teori Asam-Basa
Sifat Asam Basa
Ionisasi Asam-Basa
Klasifikasi Asam Basa
Arrhenius
Asam Kuat
BronstedLowry
Asam Lemah
Lewis
Amfoter
Konsep pH
Setelah mempelajari bab ini, saudara diharapkan dapat: 1. Mengetahui dan mampu menjelaskan pengertian asam basa menurut Arrhenius, Bronstead-Lowry, dan Lewis. 2. Mengetahui dan mampu mengukur pH beberapa larutan asam/basa kuat dan lemah yang konsentrasinya sama dengan indikator universal. 3. Mengetahui dan mampu menyimpulkan hubungan antara besarnya harga pH terhadap kekuatan asam/basa. 4. Mengetahui dan mampu menghubungkan kekuatan asam atau basa dengan derajat ionisasi dan tetapan kesetimbangan ionisasinya. 5. Mampu menjelaskan dan menghitung pH larutan asam/basa dari data konsentrasinya. 6. Mampu menjelaskan dan mengamati trayek perubahan warna berbagai indikator asam/basa dan memperkirakan pH suatu larutan elektrolit yang tidak dikenal.
70
A. ELEKTROLIT Elektrolit adalah senyawa yang terdisosiasi atau terionisasi jika dilarutkan ke dalam air menghasilkan kation dan anion. Sedangkan senyawa yang tidak dapat terdisosiasi atau terionisasi disebut nonelektrolit). Contoh senyawa elektrolit adalah: NaCl
→ Na+(aq) +
Cl-(aq)
Di dalam air garam NaCl akan terdisosiasi menghasilkan ion Na+ dan Cl- yang terhidrasi (dikelilingi oleh molekul air). Untuk garam yang mengandung ion poliatomik, maka di dalam air ion tersebut tidak terdisosiasi menjadi unsur-unsur penyusunnya. Contoh: garam Na2SO4 di dalam air akan terionisasi menjadi ion natrium dan ion sulfat. Na2SO4 → 2Na+(aq) + SO42-(aq) Larutan elektrolit dalam air dapat menghantarkan arus listrik (Gambar 4.1).
Contoh larutan nonelektrolit : 1. Gula, dalam air tidak terionisasi. Larutan gula tidak dapat menghantarkan arus listrik (Gambar 4.2). 2. Senyawa-senyawa organik pada umumnya tidak terionisasi dalam air, sehingga bersifat nonelektrolit.
Sumber: www.barware.com.au
Gambar 4.1. Larutan elektrolit
Gambar 4.2. Larutan nonelektrolit
71
B. TEORI ARRHENIUS Svante August Arrhenius pada tahun 1887 menyatakan “Molekul-molekul
bahwa:
elektrolit
selalu
menghasilkan ion-ion negatif dan positif jika dilarutkan dalam air”.
Selanjutnya pada tahun 1900 ia mengemukakan teori yang dikenal sampai sekarang yaitu Teori Asam Basa Arrhenius: “Asam merupakan suatu senyawa yang dapat (Sumber: http://www.nobelprize.org)
Gambar 4.3. Svante august arrhenius
menghasilkam
ion
Hidrogen
(H+)
bila
dilarutkan dalam air. Basa merupakan suatu senyawa yang dapat memberikan ion Hidroksida (OH-) bila dilarutkan dalam air”
Setiap molekul HNO3 dan HCl hanya dapat menghasilkan 1 ion H+ disebut valensi asam. Asam semacam ini disebut juga asam monoprotik. Asam yang setiap molekulnya dapat menghasilkan 2 ion H+ disebut asam diprotik, sedangkan yang menghasilkan 3 ion H+ disebut asam triprotik. Asam diprotik dan asam triprotik dikelompokkan ke dalam asam poliprotik. Arhenius mendefinisikan bahwa: Asam adalah senyawa yang menghasilkan ion H3O+ (menambah konsentrasi H+) jika dilarutkan dalam air.
(Sumber: https://alumnima.wordpress.com)
Gambar 4.4. Reaksi asam
72
Basa adalah senyawa yang menghasilkan ion OH- jika dilarutkan di dalam air. Asam adalah zat yang menambah konsentrasi H + dalam larutan air.
Sumber: https://wheluvchem.wordpress.com
Gambar 4.5. Reaksi basa
Ikhtisar Teori Arrhenius: ⇄ H + + A−
1. Asam
: HA
2. Basa
: BOH ⇄
3. Penetralan adalah
: H+
B + + OH −
⇄ OH − + H2O
(4.1) (4.2) (4.3)
C. TEORI BRONSTED-LOWRY Menurut Bronsted dan Lowry, asam adalah zat yang dapat memberikan proton. Basa adalah zat yang dapat menerima proton. Asam adalah donor proton Basa adalah akseptor proton Zat yang dapat bertindak sebagai asam ataupun basa disebut amfiprotik. Banyak pelarut adalah amfiprotik jika suatu asam HA dilarutkan ke dalam suatu pelarut amfiprotik, HL, hasil ionisasinya merupakan reaksi asam-basa. Tidak hanya berlaku untuk larutan, tapi bisa untuk molekul, ion, dan gas.
(Sumber: https://industri17imafa.wordpress.com)
Gambar 4.6. Pasangan asam basa konjugasi
73
Sumber: https://wheluvchem.wordpress.com
Gambar 4.7. Bronsted-Lowry fase gas
Sesuai dengan pengionan asam dan basa maka reaksi asam dan basa dapat berlangsung sebagai berikut: HA + HL ⇄ H2 L+ + A−
(4.4)
B + HL ⇄ BH + + L−
(4.5)
H2L + L ⇄ 2HL
(4.6)
Jika ketiga reaksi ini dijumlahkan diperoleh reaksi sederhana sebagai berikut: HA
+B
⇄
BH + + A−
(4.7)
Ikhtisar Teori Bronsted-Lowry: 1. Asam : donor proton. 2. Basa
: akseptor proton.
3. Reaksi penetralan adalah reaksi perpindahan proton dari asam ke basa. (dalam air)
H3 O+ + OH −
⇄
H2O + H2O
(4.8)
(dalam amonia)
NH4 + NH2
⇄
NH3 + NH3
(4.9)
4. Reaksi asam-basa Bronsted dapat berlangsung dalam berbagai pelarut, ataupun juga berlangsung dalam fasa gas dimana tidak terdapat pelarut misalnya. HCl
+
Asam1
NH3
⇄
basa2
NH4+ asam2
+
OH −
(4.10)
basa1
5. Setiap asam mempunyai basa konjugasi: A Asam
+
B basa
⇄
H+
(4.11)
proton
Kedua spesi disebut pasangan konjugasi asam-basa. A adalah asam konjugasi dari B, sedangkan B adalah basa konjugasi dari A. 6. Pelarut dapat juga berfungsi sebagai asam atau basa. Dari contoh di bawah ini air adalah basa jika berfungsi sebagai pelarut untuk HCl, tetapi sebagai asam jika bereaksi dengan NH3.
74
HCl + asam1
H ⇄ 2O (4.12) basa2
H3 O+ asam2
+
Cl− basa1
NH3 + basa1
H2O ⇄ asam2
NH4+ asam1
+
OH − basa2
(4.13)
Sifat molekul seperti air yang dapat berfungsi baik sebagai asam maupun basa disebut amfiprotik. 7. Reaksi penetralan untuk pelarut bukan air seperti amonia, etil alkohol, asam asetat dan basa sulfat ialah:
asam1 basa1
basa2
NH4+
+
NH2−
asam2 ⇄
NH3
+
NH3
CH3 C(OH)+ + CH3 COO− ⇄ CH3COOH + 2 CH3COOH C2 H5 OH2+ + C2 H5 O− ⇄ C2H5OH + C2H5OH H3 SO+ + HSO− ⇄ H2SO4 + 4 4 H2SO4 HCOOH2+ + HCOO ⇄ HCOOH HCOOH + 8. Semakin kuat CH3 OH + lemah CH3basa O− konjugasinya. ⇄ CH3OH 2 suatu asam, semakin + Semakin CHkuat OH 3 suatu basa, semakin lemah− asam konjugasinya. C6 H5 NH + + C6 H5 NH ⇄ C6H5NH2 + C6H5NH2
+
D. TEORI LEWIS Menurut teori Lewis, asam adalah setiap spesi yang mengandung atom yang dapat menerima pasangan elektron. Basa adalah setiap spesi yang mengandung atom yang dapat memberikan pasangan elektron. Asam
: akseptor pasangan eletron.
Basa
: donor pasangan elektron.
75
Sumber: https://wheluvchem.wordpress.com
Gambar 0.8. Teori asam basa lewis
Macam-macam asam-basa Lewis: 1. Kation sederhana
Ag +
+
2
→ Ag(NH3 )+ 2
Al3+
+
6
→ Al(H2 O)3+ 6
Li+
+
Fe3+
+
→ Li(CH3 OH)+ 6 C ≡ N−
→ Fe(CN)3− 6
Ukuran kekuatan asam-basa Lewis: Fe2+
76
2. Senyawa yang atom sentralnya mempunyai oktet tidak lengkap
3. Senyawa yang oktet atom sentralnya dapat diperluas menjadi:
F
F F Si F F
+
2F − →
F
F
F Asam
Basa
Contoh yang lain: SnCl4,
F
Si F
Kompleks koordinasi
TiCl4, PCl3, SF4, SeF4.
4. Senyawa yang mengandung pusat asam berikatan banyak. −
O
C
O
+
−
O−H →
5. Unsur dengan sektet elektron.
S
+
S
+
Asam
→
S 2− Basa
→
[S = S]2− Kompleks koordinasi
77
Ikhtisar Teori Lewis: 1. Asam adalah akseptor pasangan elektron. 2. Basa adalah donor pasangan elektron. 3. Reaksi penetralan: A + :B → A + :B. Pada reaksi penetralan terbentuk ikatan kovalen koordinasi. 4. Teori Lewis dapat juga menjelaskan reaksi tradisional: H+
O − H− → H − O − H
+
Ataupun reaksi tanpa perpindahan proton.
E. IKHTISAR TEORI ARRHENIUS, BRONSTED-LOWRY, LEWIS Perbandingan ketiga teori asam-basa dapat dilihat Tabel 4.1 di bawah ini.
Tabel 4.1. Perbandingan tiga teori asam-basa Teori
Arrhenius Teori Air-Ion
Bronsted-Lowry Teori Proton
Lewis Teori Elektron
Definisi Asam
Menghasilkan H + dalam air
Donor proton
Akseptor pasangan elektron
Definisi Basa
Menghasilkan OH − dalam air
Akseptor proton
Donor pasangan elektron
Penetralan
Pembentukan air
Perpindahan proton
Pembentukan ikatan kovalen koordinat
Reaksi
H + + OH − = H2O
HA+ B ⇄ BH + + A−
A + B ⇄ A:B
Batasan
Hanya larutan air
Hanya reaksi perpindahan proton
Teori yang lebih umum
F. BEBERAPA SIFAT ASAM DAN BASA 1. Asam Berasa asam. Pada umumnya memerahkan lakmus biru. Beberapa jenis dapat mengkorosi logam. Mengubah kertas lakmus biru menjadi merah. Bereaksi dengan logam aktif menghasilkan garam dan gas Hidrogen (H2). Rasanya masam/asam.
78
Menghantarkan arus listrik. Bereaksi dengan basa menghasilkan air dan senyawa garam. Contoh asam: asam sulfat, asamsitrat dalam jus lemon, asam askorbat.
2. Basa Berasa pahit. Membirukan lakmus merah. Mengubah kertas lakmus merah menjadi biru. Terasa licin jika mengenai kulit. Rasanya getir / pahit. Menghantarkan listrik. Bereaksi dengan asam menghasilkan air dan senyawa garam. Contoh basa: Mg(OH)2, NaOH.
3. Asam dan basa kuat, seperti HNO3, HCl (untuk asam),NaOH, Mg(OH)2 (untuk basa), akan terionisasi sempurna,maka daya hantar listrikpun semakin besar elektrolit kuat.
4. Sebaliknya, jika asam dan basa lemah berarti hanya sebagian kecil saja yang terionisasi sehingga daya hantarlistriknyapun relatif kecil elektrolit lemah.
5. Di dalam larutan, elektrolit lemah membentuk sistemkesetimbangan antara molekul dan ion-ionnya. Contoh: CH3COOH + H2O → CH3COO-+ H+
Sumber: http://stopacidrain.weebly.com/
Gambar 4.9. Hujan asam
79
G. REAKSI IONISASI ASAM DAN BASA DALAM AIR Secara umum asam adalah senyawa molekular yang beraksi dengan air menghasilkan ion-ion, salah satunya adalah ion hidronium. Contoh,asam klorida murni adalah suatu gas dan senyawa molekular, bukanionik. Bila dilarutkan dalam air, terjadi reaksi kimia berikut, menghasilkan ion-ion yang tidak ada dalam asam klorida. HCl (g)+ H2O → H3O++ Cl
(4.14)
Contoh lain: HNO3(l)+ H2O → H3O+(aq)+ NO3-(aq) HC2H3O2(l)+ H2O → H3O+(aq)+ C2H3O2-(aq)
(4.15) (4.16)
Untuk asam poliprotik: H2SO4(aq)+ H2O → H3O+(aq)+ HSO4-(aq)
(4.17)
HSO4-(aq)+ H2O → H3O+(aq)+ SO42-(aq)
(4.18)
Anhidrida asam: SO3(g)+ H2O → H2SO4(aq)
asam sulfat
(4.19)
N2O5(g)+ H2O → 2 HNO3(aq)
asam nitrat
(4.20)
CO2(g)+ H2O → H2CO3(aq)
asam karbonat
(4.21)
Basa dimasukkan dalam dua kategori: Senyawa ionik yang mengandung OH- atau O2-. Senyawa molekular yang bereaksi dengan air menghasilkan ionhidroksil. NaOH(s)
→ Na+(aq)
+ OH-(aq)
Ca(OH)2(s)
→ Ca2+(aq)
+ 2OH-(aq)
(4.22) (4.23)
Anhidrida basa : CaO(s)+ H2O → Ca(OH)2(aq)
(4.24)
Dalam reaksi di atas terjadi : O2-(aq)+ H2O → 2OH-(aq)
(4.25)
Basa molekular : NH3(aq)+ H2O → NH4+(aq)+ OH-(aq)
(4.26)
Beberapa garam yang terdiri dari kation atau anion yang dapat bereaksi dengan air dapat membentuk larutan yang bersifat asam atau basa. Reaksi antara ion dengan air disebut reaksi hidrolisis ion.
80
1. Reaksi Garam yang Mengandung Anion yang Terhidrolisis Jika sebuah garam mengandung anion yang berasal dari asam kuat,misalnya Cl -, maka anion ini tidak akan terhidrolisis. Mengapa? Karena Cl- adalah basa konjugat dari asam kuat sehingga bersifat basa yang sangat lemah, dan tidak mempengaruhi pH air. Namun jika sebuah garam mengandung anion yang berasal dari asam lemah, misalnya CH3COO-, maka ion ini akan terhidrolisis. Mengapa? Karena basa konjugat dari asam lemah bersifat basa yang relatif kuat sehingga dapat mempengaruhi pH air, menyebabkan air bersifat basa. CH3COO-(aq) + H2O → CH3COOH(aq) + OH-(aq)
(4.27)
2. Reaksi Garam yang Mengandung Kation yang Terhidrolisis Garam yang mengandung kation logam dari golongan IA atau IIA(kecuali Berelium) tidak terhidrolisis. Logam-logam lain dapatterhidrolisis menghasilkan ion H+ (larutan jadi bersifat asam). Beberapa garam mengandung kation yang bukan logam seperti garam ammonium, NH4+. Kation ini merupakan asam konjugat daribasa lemah (NH3) sehingga bersifat relatif asam. NH4+(aq) + H2O → NH3(aq) + H3O+(aq)
(4.28)
+
Suatu ion hidrogen, H , tidak lain adalah suatu proton; jadi berbeda dari kationkation lainnya. Ion H+ tidak mempunyai elektron dan jari-jari efektifnya hanya kira-kira 10-13 cm dibandingkan dengan ion-ion lainnya yang jari-jarinya sekitar 10-8 cm. Oleh karena gabungan antara proton dan molekul air eksoterm, membebaskan energi sebanyak 1260 kJ per mol diperkirakan hanya 10-190 bagian dari seluruh proton yang tidak mengalami hidrasi. Dengan demikian tidak mungkin terdapat ion hidrogen bebas di dalam larutan air.Adanya H3O+ didalam larutan asam kuat telah dibuktikan dengan spektroskopi inframerah pada tahun 1957. Oleh karena mirip dengan ion amonium (NH4+), (H3O+) disebut ion hidronium. Dengan demikian ionisasi air harus ditulis, 2 H2O
⇄
H3O+ + OH-
(4.29)
Namun telah dibuktikan juga bahwa larutan bergantung pada konsentrasi dan suhu dapat ditemukan (H5O2)+, (H7O3)+, (H9O4)+dan sebagainya. Oleh karena itu, untuk mempermudah, digunakan H+ dalam buku ini dengan catatan bahwa bukan ion hidrogen bebas tetapi terhidrasi dan seharusnya ditulis H+(aq).
81
H. DERAJAT IONISASI Banyak atau sedikitnya molekul zat yang terionisasi dinyatakan dalam derajat ionisasi. Derajat ionisasi () merupakan perbandingan banyaknya molekul zat yang terurai dengan banyaknya molekul zat mula-mula. Dirumuskan dalam persamaan 4.30 berikut ini:
jumlah mol zat yang terionisas i jumlah mol zat mula mula
(4.30)
Asam kuat seperti HCl sebagian besar atau seluruh molekul HCl terurai menjadi +
ion H dan ion Cl- maka derajat ionisasinya () HCl = 1.
I. TETAPAN IONISASI Tetapan ionisasi dapat diperoleh dari percobaan daya hantar, dari kurva titrasi atau dari percobaan sifat koligatif.
1. Tetapan ionisasi asam dinyatakan dengan Ka Asam lemah adalah asam yang terionisasi sebagian dalam air. Jika rumus umum untuk asam lemah adalah HA, maka di dalam air HA akan mengalami reaksi kesetimbangan sebagai berikut: H3O+ + A-
⇄
HA + H2O
(4.31)
Bentuk umum dari hukum kesetimbangan:
Kc
H O A
3
HA H 2O
(4.32)
Contoh: HC2H3O2
+
H2O
⇄
H3O+
+
C2H3O2-
HSO4-
+
H2O
⇄
H3O+
+
SO42-
NH4+
+
H2O
⇄
H3O+
+
NH3
Pada larutan yang encer maka konsentrasi air [H2O] dianggap tidak berubah (menjadi suatu tetapan), sehingga persamaan 4.32 menjadi persamaan 4.33 Kc × [H2O] = [H3O+]×[A-] = Ka x [HA]
(4.33)
Karena [H3O+] = [H+], maka persamaan di atas dapat ditulis dengan persamaan 4.34 sebagai berikut:
82
Ka
H A
(4.34)
HA
Asam asetat (CH3COOH) adalah asam lemah, maka sebagian kecil atau sedikit dari molekul asam asetat terurai menjadi ion H+ dan ion CH3COO- karena hanya sedikit terurai menjadi ion-ionnya, maka terjadi reaksi kesetimbangan: CH3COOH
⇄ CH3COO-
+ H+
Tetapan ionisasi asam (Ka) dari CH3COOH dapat ditentukan sebagai berikut:
Ka
CH COO H
3
CH 3COOH
(4.35)
Tabel 4.2. Harga untuk beberapa asam Nama Asam
Asam iodat Asam kloroasetat Asam nitrit Asam hidrofluor Asam sianida Asam formiat Asam butanoat Asam asetat Asam propionat Asam hipoklorit Hidrogen sianida (aq) Fenol Hidrogen peroksida
Formula
HIO3 HC2H2O2Cl HNO2 HF HOCN HCHO2 HC6H7O2 HC2H3O2 HC3H3O2 HOCl HCN HC6H5O H2O2
Ka
1,70 x 10-1 1,36 x 10-3 7,10 x 10-4 6,80 x 10-4 3,50 x 10-4 1,80 x 10-4 1,52 x 10-5 1,80 x 10-5 1,34 x 10-5 3,00 x 10-8 6,20 x 10-10 1,30 x 10-10 1,80 x 10-5
Pka
0,23 2,87 3,15 3,17 3,46 3,74 4,82 4,74 4,87 7,52 9,21 9,89 11,74
Klasifikasi kekuatan asam berdasarkan harga Ka: Ka
< 10-3
Ka
= 1 – 10
Asam sedang
Ka
>1
Asam kuat
Asam lemah -3
2. Tetapan ionisasi basa dinyatakan dengan Kb Basa lemah Bronsted di dalam air sebagian akan berada dalam bentuk molekul dan sebagian lagi dalam bentuk ion. Molekul atau ion ini dapat menerima H+ dari H2O sehingga yang tersisa adalah OH- menurut reaksi kesetimbangan. Jika kita gunakan B
83
sebagai simbol basa lemah Bronsted, maka secara umum dapat dinyatakan sebagai berikut: BH++ OH-
⇄
B + H2O
Harga konstanta kesetimbangan ionisasi basa (Kb) dapat dinyatakan dengan persamaan 4.36 berikut ini:
Kb
BH OH
B H 2O
(4.36)
Tabel 4.3 menunjukkan data harga Kb dari beberapa basa lemah. Tabel 4.3. Harga Kb untuk beberapa basa Nama Basa Butilamina Metilamina Amoniak Hidrasin Strychnine Morphine Hidroksilamina Piridin Anilin
Formula C4H9NH2 CH3NH2 NH3 N2H4 C21H22N2O2 C17H19NO3 HONH2 C5H5N C6H5NH2
Kb
pKb
5,9 x 10-4 4,4 x 10-4 1,8 x 10-5 1,7 x 10-6 1,0 x 10-6 7,5 x 10-7 6,6 x 10-9 1,5 x 10-9 4,4 x 10-10
3,23 3,36 4,74 5,77 6,00 6,13 8,18 8,82 9,36
J. TETAPAN HASIL KALI ION AIR (Kw) Air adalah pelarut yang umum digunakan untuk melarutkan asam dan basa. Air mengalami autoionisasi melalui suatu reaksi kesetimbangan sebagai berikut:
(Sumber: http://www.slideserve.com)
Gambar 4.10. Reaksi kesetimbangan air
84
Harga konstanta kesetimbangan air pada suhu 25 oC dapat dinyatakan dengan:
Keq
H O OH 3,2 10
3
H 2O
18
(04.37)
2
Karena hanya sedikit sekali air yang mengalami ionisasi, maka konsentrasi air dapat dianggap tidak berubah. Oleh karena itu, Keq x [H2O]2 = [H3O+] x [OH-]
(4.38)
Kw = [H3O+] x [OH-]
(4.39)
Kw disebut tetapan hasil kali ion air, yaitu hasil kali konsentrasi molar pada suhu tertentu. Karena harga [H3O+] = [H+], maka Kw dapat dinyatakan dengan: Kw = [H+] x [OH-]
(4.40)
Pada suhu 25 oC harga [H+] = [OH-] yaitu 1,0 x 10-7 M, maka pada suhu ini harga Kw adalah: Kw = [1,0 x 10-7] x [1,0 x 10-7] atau: Kw = 1,0 x 10-14 (pada suhu 25 oC).
Disosiasi air adalah proses endoterm. Oleh karena itu, derajat ionisasi air akan bertambah besar jika suhu dinaikan. Harga Kw dapat dilihat pada Tabel 4.4 berikut ini. Dari tabel dapat dihitung bahwa pada suhu lebih besar dari 25°C, [H+], lebih besar dari 10-7 mol L-1. Jadi, pada 40 °C pH air lebih kecil dari 7.
Tabel 4.4. Harga Kw pada berbagai suhu Suhu (oC)
Kw
0 10 20 25 30 40 50 60
1,5 x 10-15 3,0 x 10-15 6,8 x 10-15 1,0 x 10-15 1,5 x 10-15 3,0 x 10-15 5,5 x 10-15 9,5 x 10-15
85
Kriteria Larutan Asam, Basa dan Netral: Larutan netral
: [H+] = [ OH-]
Larutan asam
: [H+] >[ OH-]
Larutan basa
: [H+] <[ OH-]
Ada dua cara untuk menentukan Kw air: a) Air terurai sesuai dengan persamaan reaksi: ⇄
H2O + H2O
H3O-
: H2O ⇄
Atau singkatnya
OH-
+ +
H
+
(4.41) -
OH
(4.42)
Pada suhu 25°C:
H OH 1,8 10 K
H 2O
16
K x [H2O] = [H+] x [OH-] = Kw Untuk larutan encer, (H2O) adalah tetap.
K H 2 O
1000 gram / Lt 55,5 mol / Lt 18 gram / mol
Kw H OH K H 2 O K H 2 O K H 2 O 1,8 10 16 55,5 1,0 10 14
b) Dari data daya hantar Pada 25 °C diperoleh secara eksperimen, diperoleh daya hantar jenis air 5,5 x 10-8 ohm-1 cm-1. 𝜆0 (𝐻2 𝑂) = 𝜆0 (𝐻+ ) + 𝜆0 (𝑂𝐻 − ) 𝜆0 (𝐻2 𝑂) = 349,8 + 198,0 𝜆0 (𝐻2 𝑂) = 547,8 𝑜ℎ𝑚−1 𝑜ℎ𝑚−1 𝑐𝑚2 𝑚𝑜𝑙 −1 𝛼=
𝜆 9,9 × 10−7 = = 1,81 × 10−9 𝜆0 547,8
𝛼 = 0,9 × 10−7 𝑜ℎ𝑚−1 𝑜ℎ𝑚−1 𝑐𝑚2 𝑚𝑜𝑙 −1 𝑣=
18,0 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑐𝑚−3 = 18,0 1,0 𝑔/𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙
K. KONSEP pH Untuk menyederhanakan penulisan, seorang ahli kimia Denmark, S.P.L. Sorensen (1868-1939) pada tahun 1909 menggunakan skala untuk menyatakan konsentrasi H+ suatu larutan. Huruf p ini berasal dari istlah Potenz (Jerman), puissance
86
(Prancis), power (Inggris). Skala tersebut diberi nama skala pH. Nilai pH sama dengan negatif Logaritma konsentrasi ion H+. Hubungan antara [H+] dan pH adalah: Ph
= -log [H+]
[H+]
= 10-pH
= log
1 H
(4.43) (4.44)
Pengertian p diperluas, mencakup: pOH
= -log OH- (Ka, Ksp, dsb)
(4.45)
pK
= -log K
(4.46)
pH + pOH = pKw = 14
(4.47)
Karena pada air murni (25oC) harga [H+] adalah 1,0 x 10-7, maka harga pH nya adalah 7, sebab: pH
= -log [H+] = -log 1,0 x 10-7 = -(-7,00) = 7,00
Pada air murni harga [OH-] sama dengan [H+], sehingga harga pOH = pH = 7. Hubungan antara pH, pOH dan pKw pada temperatur 25 oC adalah: pH + pOH= 14 Karena pH air murni adalah 7, maka harga pH = 7 menunjukkan larutan bersifat netral. Jika pH < 7 maka larutan bersifat asam sebaliknya jika pH > 7, maka larutan bersifat basa. pH < 7 larutan asam. pH > 7 larutan basa. pH = 7 larutan netral.
87
Tabel 4.5. Hubungan antara pH dan pOH pada 25 °C
basa
netral
asam
pH
[H+]M
[OH-]M
pOH
14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100
100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0
-1,0
10
10-15
15,0
{OH − }>>{H + }
{H + } ~{OH − }
{H + }>>{OH − }
Tabel 4.6. pH beberapa larutan Larutan HCl 1M Asam aki Cairan dalam perut Jus jeruk sitrun Cuka Anggur Jus tomat Urin Ludah Air murni Darah Obat maag Air kapur NH3 1M NaOH 1M
pH 0 0,5 1,0 – 3,0 2,2 – 2,4 2,4 – 3,4 2,8 – 3,8 4,0 – 4,44 5,5 – 7,5 6,5 – 7,5 7 7,4 10,4 – 10,5 12,2 – 12,4 11,6 14
88
L. ASAM KUAT DAN BASA KUAT Elektrolit kuat adalah suatu elektrolit yang terdisosiasi 100 % dalam air. Semua senyawa ionik adalah elektrolit kuat. Logam hidroksida adalah senyawa ionik dan juga elektrolit kuat. Termasuk juga logam-logam golongan IA dan IIA, misalnya: Golongan IA: NaOH natrium hidroksida, KOH kalium hidroksida. Golongan IIA Mg(OH)2 magnesium hidroksida, Ca(OH)2 kalsium hidroksida Golongan IIA sangat mudah larut dalam air membentuk ion logamdan ion hidroksil, senyawa tersebut disebut basa kuat. Contoh asam kuat: HClO4(aq) asam perklorida, HI(aq) asam iodida, HNO3(aq) asam nitrat, HCl (aq) asam klorida, HBr(aq) asam bromida, H2SO4(aq) asam sulfat. Coba Saudara hitung berapakah pH larutan HCl 1,5 M ? = -log[H+] = -log 1,5
pH
Tentu hasilnya sangat kecil (bahkan negatif). Jadi, perlu Anda ingat bahwa konsep pH hanya untuk membantu menyatakan konsentrasi [H+] yang sangat kecil (lebih kecil dari 1M). Demikian pula untuk mengukur pOH basa kuat, tidak berlaku untuk [OH-] lebih besar dari 1 M. Asam kuat dan basa kuat terurai sempurna dalam larutan air. Oleh karena itu, konsentrasi H+ dan OH-sama dengan konsentrasi zat terlarut. Apakah pH dari HCl 10-9 M sama dengan 9.Tentu saja tidak mungkin, bahwa suatu asam yang diencerkan terus menerus akan menjadi basa. Dalam HCl 10-9 M, selain dari pada [H+] yang berasal dari asam ini, perlu diperhitungkan H+ yang berasal dari H2O. Dalam larutan HCl dalam air terdapat tiga spesi yaitu H+, OH dan Cl-.
Ada tiga persamaan yang berlaku untuk larutan HCl: Kesetimbangan air [H+] [OH-] = Kw
(4.48)
Perimbangan materi [Cl-] = Cs(Ca = konsentrasi asam) Prinsip penetralan muatan
+
-
+
-
-
[H ] = [OH ] + [Cl ]
(4.49) (4.50)
[H ] = [OH ] + Cs
(4.51)
H C HKw
(4.52)
s
Misalnya untuk HCl 10-5 M
H 10
5
10 14 10 5 10 9 10 5 M 5 10
89
[H+] = Cs
(4.53)
Akan tetapi jika konsentrasi lebih kecil misalnya 10−9 M maka Kw/[H+] tidak dapat diabaikan sehingga perlu dihitung dengan persamaan kuadrat (persamaan 4.54) di bawah ini.
H CaH Kw 0 2
(4.54)
Cara perhitungan konsentrasi spesi pada keadaan kesetimbangan basa kuat mirip dengan perhitungan untuk HCl. Perhitungan pH dengan cara tersebut di atas dapat dilihat pada Gambar 4.11 di bawah ini.
Sumber: http://www.nafiun.com
Gambar 4.11. pH sebagai fungsi konsentrasi
Karena harga Ka dan Kb pada umumnya sangat kecil, maka untuk menghindari ketidakpraktisan dalam menuliskan angka digunakanlah pKa dan pKb (analog dengan pH). pKa
= -log Ka
(4.55)
pKb
= -log Kb
(4.56)
pKa dan pKb untuk pasangan asam basa konjugat, sehingga pKa x pKb = Kw. Pada suhu 25 oC :pKa x pKb = 14,00 Kesimpulan:
- Basa konjugat dari asam lemah adalah basa yang relatif kuat.
90
- Asam konjugat dari basa kuat adalah asam yang relatif lemah. - Basa konjugat dari asam kuat adalah basa lemah. - Asam konjugat dari basa lemah adalah asam kuat.
M. ASAM LEMAH DAN BASA LEMAH Asam lemah tidak terionisasi sempurna dalam air, misalnya HC2H3O2, asam asetat digolongkan sebagai elektrolit lemah. Dalam larutan asamnya hanya 1% terionisasi menjadi H3O+ dan C2H3O2-. HC2H3O2(l) + H2O → H3O+(aq) + C2H3O2-(aq)
(4.57)
Basa lemah adalah elektrolit lemah dan mempunyai persentase ionisasi yang rendah (% kecil). NH3(l) + H2O → NH4+(aq) + OH-(aq)
(4.58)
Asam dan basa lemah adalah elektrolit lemah. Asam dan basa kuat adalah elektrolit kuat. Tabel 4.7. Contoh asam monoprotik dan poliprotik Rumus Asam HF HCl HBr HI HCN H2S HNO3 H2SO4 H3PO3 H3PO4 H2CO3
Nama Asam Asam fluorida Asam klorida Asam bromida Asam iodida Asam sianida Asam sulfida Asam nitrat Asam sulfat Asam pospit Asam pospat Asam karbonat
Keterangan Monoprotik Monoprotik Monoprotik Monoprotik Monoprotik Diprotik Monoprotik Diprotik Triprotik Triprotik Diprotik
1. Asam Lemah Monoprotik HA
⇄
H+
(1-) C C
Ka
C 2 1
+
A-
C (4.59)
C.2 + Ks. - Ka = 0
91
Dalam larutan HA terdapat H+, OH-, A-.Ada tiga macam persamaan: Kesetimbangan air dan asam
H OH Kw
(4.60)
H A Ka
(4.61)
HA
Perimbangan materi Ca = [HA] + [A-]
(4.62)
Perimbangan muatan [H+] = [A-] + [OH-]
Ka
(4.63)
H H OH Ca H OH
(4.64
OH HKw
(4.65)
[H+]3 + Ka [H+]2 – (Kw + Ca.Ka) [H+] – Kw.Ka = 0
(4.66)
Untuk mengatasi kesukaran penggunaan persamaan yang cukup rumit ini, maka untuk mempermudah perlu membandingan [OH-] terhadap [H+]. Jika [OH-]<<< [H+]:
H Ka Ca H
(4.67)
[H+]2 + Ka.[H+] - Ka.Ca = 0
(4.68)
2
Dalam hal [H+]<<< Ca maka:
H Ka
(4.69)
[H+] = (Ka.Ca.)1/2
(4.70)
2
Ca
Jika dalam keadaan dimana asam sangat lemah sehingga konsentrasi H + tidak banyak berbeda dengan H + yang berasal dari ionisasi air. [H+] - [OH-]<<
Ka
H H OH H H Kw H Ca
Ca
(4.71)
92
[H+] = (Ka.Ca + Kw)1/2
(4.72)
Sebagai pegangan untuk menghitung konsentrasi [H+] dari suatu asam lemah monoprotik, maka dapat disarankan tahap-tahap berikut: 1) Hitung [H+] dari [H+] = (Ka.Ca)1/2 2) Periksa apakah [H+] < 0,05 Ca 3) Jika [H+] > 0,05.Ca gunakan [H+]2 + Ka.[H+] - Ka.Ca = 0 4) Periksa apakah< 0,05 [H+] 5) Jika [H+] mendekati [OH-], tetapi ([H+] – [OH-])< 0,05 Ca, gunakan [H+] = (Ka.Ca+ Kw)1/2 6) Jika perbandingan berbagai spesi melebihi 5%, gunakan[H+]3 + Ka [H+]2- (Kw + Ca Ka) [H+]– Kw.Ka= 0
2. Basa Lemah Monoprotik BOH ⇄ B++ OH-
(4.73)
Kesetimbangan air, dan basa Kw = [H+] [OH-]
(4.74)
B OH Kb
(4.75)
BOH
Perimbangan materi Cb = [B+] + [BOH]
(4.76)
Perimbangan muatan [OH-] = [H+] + [B+]
Kb
(4.77)
OH B C B
(4.78)
b
[B+] = [OH-] – [H+]
OH OH H C OH H
Kb
(4.79)
(4.80)
b
Pendekatan Persamaan [H+] <<[OH-]
93
Kb
OH 2
(4.81)
Cb B
[OH-] << Cb
[OH-]2 + Kb.[OH-] – Kb.Cb = 0
atau
([OH-] – [H+]) << Cb -
[OH ] = (Kb.Cb + Kw)
(4.82)
[OH-] = (Kb.Cb)1/2
(4.83)
1/2
(4.84)
3. Asam Berbasa Banyak (Asam Poliprotik) Asam-asam seperti H2CO3, H3PO4, H2SO4 dan H2S dapat menghasilkan lebih dari satu hidrogen. Asam ini disebut asam poliprotik atau asam berbasa banyak atau asam polibasa. Asam-asam ini mengalami disosiasi secara bertahap. Setiap tahap dinyatakan dengan tetapan ionisiasi, Ka, sedangkan Ka1> Ka2>Ka. H2CO3(aq)⇄ H+(aq) + HCO3-(aq)
Contoh untuk asam karbonat:
H HCO 4,510
K a1
3
H 2CO3
7
pKa1 = 6,35 HCO3-(aq)⇄ H+(aq) + CO32-(aq)
Disosiasi yang kedua:
H CO 4,7 10 2
Ka2
HCO 3
11
3
pKa2 = 10,33 Karena harga Ka1>>Ka2, maka dalam menghitung pH larutan asam poliprotik lemah yang digunakan hanyalah Ka1 saja. Asam fosfat. H3PO4 terurai menghasilkan ion hidrogen dalam tiga tahap, yaitu: H3PO4 ⇄ H + +
H2 PO− 4
+ H2 PO− 4 ⇄ H +
HPO2− 4
+ HPO2− 4 ⇄ H
+
{H+ }{H2 PO2− 4 } {H3 PO4 } {H+ }{HPO2− 4 } {H2 PO− 4}
PO3− 4
= K1 = 7,5 x 10−3 = K 2 = 6,2 x 10−8
{H+ }{PO3− 4 } {HPO2− 4 }
= K 3 = 1 x 10−12
Harga K1, K2, dan K3 yang makin berkurang, berarti pada setiap tahap pengionan lebih sedikit dibandingan tahap sebelumnya.
94
H3PO4 ⇄3 H +
{H+ }{PO3− 4 }
PO3− 4
+
= K1,2,3 = 4,6 x10−22
{H3 PO4 }
Perlu dicatat bahwa konsentrasi ion hidrogen dalam asam fosfat tidak sama dengan tiga kali konsentrasi ion fosfat. Dapat dianggap bahwa hampir semua ion H+berasal dari pengionan tahap pertama dan [H+] ≈ [H2PO4-] untuk H3PO40,1 M. {H+ }{H2 PO− 4} {H3 PO4 }
{H + }
{{H+ }2 }
= 0,1−{H+} = K1 = 7,5 x 10−3 = 2,4 x 10−2
Asam Sulfat, H2SO4, terurai juga dalam tahapan yaitu: {H+ }{H2 SO− 4}
H2SO4 ⇌ H + + HSO− 4
{H2 SO4 }
= K1 =102
{H+ }{SO2− 4 }
+ HSO− + SO− 4 ⇌H 4
{HSO− 4}
= K 2 =1,2 x 10−2
Harga K1 yang sangat besar menunjukkan bahwa hampir 100 persen terurai menjadi H+ dan HSO4-. Dalam H2SO4 0,1 M, Konsentrasi SO42- hanya sekitar 0,01 M. Asam Sulfida, H2S, terurai dalam dua tahap. H2 S
⇌ H+ +
HS −
HS − ⇌ H + + S 2−
{H+ }{HS− } {H2 S }
{H+ }{S2− } {HS− }
= K1 =1 x 10−7
= K 2 =1,3 x 10−13
Pada suhu kamar dan tekanan satu atom konsentrasi larutan jenuh H2S 0,1 M. –
{H+ }{HS }
=
{H2 S }
{H + }
{H+ }2 0,1
= 1 x 10−7
= 1 x 10−4
N. SENYAWA AMFOTER Beberapa zat dapat bersifat sebagai asam dalam lingkungan basa kuat dan sebagai basa dalam lingkungan asam kuat, senyawa yang memiliki sifat seperti itu disebut dengan senyawa amfoter.
Reaksi senyawa amfoter dalam lingkungan basa kuat dan asam kuat: Al(OH)3(s)
+
OH-(aq)
→
Al(OH)4-(aq)
(4.85)
basa kuat
95
Al(OH)3(s)
→
OH-(aq)
+
Al(OH)4-(aq)
asam kuat
Tabel 4.8. Contoh senyawa amfoter ASAM Asam arsenit Asam arsenat Asam antimonit Asam antimonat Asam plumbit Asam plumbat Asam singkat Asam stanit Asam stanat
BASA H3AsO3 H3AsO4 H3SbO3 H3SbO4 H2PbO2 H2PbO3 H2ZnO2 H2SnO2 H2SnO3
Arsen (III) hidroksida Arsen (V) hidroksida Antimon (III) hidroksida Antimon (V) hidroksida Timbal (II) hidroksida Timbal (IV) hidroksida Seng hidroksida Stannum (II) hidroksida Stannum (IV) hidroksida
As(OH)3 As(OH)5 Sb(OH)3 Sb(OH)5 Pb(OH)2 Pb(OH)4 Zn(OH)2 Sn(OH)2 Sn(OH)4
O. BUFFER: LARUTAN PENYANGGA pH Larutan buffer yang juga dikenal sebagai buffer, pada umumnya terdiri atas campuran asam lemah dan garamnya misalnya CH3COOH – CH3COONa atau basa lemah dan garamnya misalnya NH3 – NH4Cl. Cara kerja larutan buffer berkaitan dengan pengaruh ion senama. Fakta bahwa penambahan ion senama dalam larutan asam lemah atau basa lemah menghasilkan pergeseran kesetimbangan kearah molekul asam atau basa yang tidak terurai. Perhatikan salah satu contoh berikut ini, jika kita tambahkan ekstra [H+] ke dalam buffer (dari asam kuat), basa lemah konjugatnya bereaksi: H++ A-→ HA
(4.86)
Penambahan asam merubah buffer basa Bronsted A- jadi asam (lemah) konjugatnya, HA. Ini mencegah naiknya [H+] yang disebabkan penambahan asam kuat. Respon yang serupa terjadi ketika basa kuat ditambahkan ke dalam buffer, OH- dari basa kuat akan menetralkan HA. Di sini OH- merubah beberapa asam dalam buffer jadi basa konjugatnya A-, ini mencegah naiknya OH- yang menyebabkan perubahan pH. HA + OH- → A-+ H2O
(4.87)
Oleh karena itu, larutan buffer dapat didefinisikan sebagai campuran asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dan asam konjugasinya. pH dari larutan buffer dapat dihitung dari persamaan Henderson –Hesselbach atau persamaan Henderson.
96
Untuk buffer asam lemah HA dengan garamnya MA.
pH pK a log
A
(4.88)
HA
Untuk buffer basa lemah B dan garamnya BH+.
pOH pK b log
BH
B
(4.89)
Sifat larutan buffer yaitu: Mempunyai pH tertentu. pH – nya relatif tidak berubah jika ditambah sedikit asam atau basa. pH – nya tidak berubah jika diencerkan.
1. Kapasitas Buffer Kapasitas buffer, yang juga disebut indeks buffer atau intensitas buffer yaitu suatu ukuran kemampuan buffer untuk mempertahankan pH nya yang konstan jika ditambahkan asam kuat atau basa kuat. Kapasitas Buffer () didefinisikan dengan persamaan 4.90.
d CB d CA d pH d pH
(4.90)
Dimana: dCB dan dCA berturut-turut menyatakan jumlah mol basa kuat dan jumlah mol asam kuat yang ditambahkan ke dalam satu liter larutan buffer dan dpH adalah perubahan pH. Persamaan 4.90 berubah menjadi persamaan 4.91:
2,303
C HA C A C HA C A
(4.91)
2. Pembuatan Larutan Buffer Buffer dapat dibuat dengan tiga cara, yaitu: Dengan mencampurkan asam lemah dengan basa konjugasinya atau basa lemah dengan asam konjugasinya. Mencampur asam lemah berlebih dengan jumlah terbatas basa kuat (buffer asam). Mencampur basa lemah berlebih dengan jumlah terbatas asam kuat (buffer basa).
97
P. INDIKATOR ASAM BASA Zat yang bersifat asam biasa banyak terdapat dalam kehidupan sehari-hari. Contoh asam: asam sitrat, vitamin C tidak lain dari asam askorbat, asam asetat yaitu cuka, asam karbonat dapat memberikan rasa segar dalam minuman ringan, asam sulfat untuk akumulator.
Contoh basa: amoniak untuk pelarut desinfektan. Soda api (natrium
hidroksida) untuk membersihkan saluran bak cuci. Aluminium hidroksida dan Magnesium hidroksida untuk membuat obat nyeri lambung. Asam dan basa memiliki sifat-sifat berbeda. Untuk mengetahui suatu larutan asam atau basa digunakan kertas lakmus (indikator). pH meter adalah alat untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan. Metoda yang lebih akurat dan teliti untuk mengukur pH ialah dengan menggunakan pH meter. Metoda lain adalah menggunakan larutan indikator asam basa. Larutan indikator asam basa akan memberikan warna tertentu pada pH tertentu. Berikut ini adalah tabel beberapa indikator asam basa dilengkapi dengan warna dan pH terjadinya perubahan warna. Ada 2 macam indikator asam dan basa: Indikator buatan, yaitu : kertas lakmus merah dan biru, indikator universal. Indikator alami, yaitu : ekstrak kunyit, kol ungu, dan bunga kembang sepatu.
Tabel 4.9. Indikator untuk menunjukkan asam atau basa Warna dalam Larutan Nama Indikator Asam Lakmus merah Lakmus biru Fenolftalein Fenol merah Metil merah Metil kuning Metil jingga
Merah Merah Tidak berwarna Kuning Merah Merah Merah
Basa Biru Biru Merah ungu Merah Kuning Kuning Jingga kuning
98
Sumber: https://konsep-kimia.blogspot.co.id
Gambar 4.12. trayek perubahan warna
Batas-batas pH ketika indikator mengalami perubahan warna disebut trayek perubahan warna. Trayek perubahan warna lakmus adalah 5,5 – 8,8 (warna lakmus merupakan kombinasi antara warna merah dengan biru). Tabel trayek perubahan warna beberapa indikator ditunjukkan pada Tabel 4.10 berikut ini.
Tabel 4.10. Trayek perubahan warna indikator Indikator Metil jingga Metil merah Bromtimol biru Fenolftalein
Trayek Perubahan Warna
Perubahan Warna
2,9 – 4,0 4,2 – 6,3 6,0 – 7,6 8,3 – 10,0
Merah – Kuning Merah – Kuning Kuning – Biru Tidak berwarna – Merah
99
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Basa
Gambar 4.13. Trayek Perubahan warna indikator universal
Penentuan pH dengan indikator Hind ⇄
H+
ind-
+
warna A
warna B
H ind
K ind
H ind
(4.92)
Intensitas warna sebanding dengan konsentrasi molekul H Ind dan intensitas warna B sebanding dengan konsentrasi ion ind-.
H K HindInd
(4.93)
warna A H K warna B
(4.94)
ind
ind
pH pK ind log
warna B warna A
(4.95)
100
Mata manusia hanya dapat mengamati perubahan warna antara perbandingan 1/10 sampai 10/1 untuk [warna B] / [warna A]. Misalnya bromtimol biru mempunyai pKindsebesar 6,3. Indikator ini mempunyai warna asam kuning dan warna basa biru. Jika [warna B] / [warna A] = 1/10 maka pH =6,3 + log (1/10) = 5,3. Pada pH lebih kecil atau sama dengan 5,3 warna larutan kuning.Warna biru sangat sedikit sehingga tidak dapat diamati. Pada pH sebesar 6,3 warna B sama banyak dengan warna A, larutan berwarna hijau. Jika [warna B] / [warna A] adalah 10/1, pH = 6,3 + log 10 = 7,3. Pada pH lebih besar atau sama dengan 7,3 terlihat warna biru. Dalam hal ini bromtimol biru berubah warna secara teratur disekitar dua satuan pH sebesar 5,3 sampai 7,3.
101
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Menurut Arrhenius H2O bersifat netral karena.... a. Bersifat nonpolar b. H2O tidak berwarna c. Merupakan pelarut universal d. Molekul H2O tidak mudah terurai e. Menghasilkan ion H+ dan OH- yang sama banyak 2. Asam basa dari reaksi berikut yang tidak dapat dijelaskan dengan teori Arrhenius adalah.... a. HNO2
H+ + NO2-
b. NaOH
Na+ + OH-
c. Ca(OH)2
Ca2+ + 2OH-
d. H3PO4
3H+ + PO43-
e. HCl + KOH
KCl + H2O
3. Ikatan antara boron trriflurida dengan amonia merupakan ikatan kovalen. Boron trifuorida sebagai asam karena menerima pasangan elektron. Teori tersebut dikemukakan oleh.... a. Lowry b. Lewis c. Dalton d. Arrhenius e. Bronsted 4. Diantara bahan baku berikut yang dapat digunakan sebagai indikaor alami asam basa adalah.... a. Asam sitrat b. Asam malat c. Asam tanat d. Asam butirat e. Asam tartarat
102
5. Cara paling tepat untuk membuktikan bahwa larutan natrium hidroksida bersifat basa adalah.... a. Mencicipinya, apabila terasa pahit berarti basa b. Mencampur dengan cuka, apabila terbentuk gelembung berarti basa c. Menguji dengan kertas lakmus merah, jika berubah warna jadi biru berarti basa d. Mencampur dengan air jeruk nipis, apabila terbentuk garam dapur berarti basa e. Menguji dengan kertas lakmus biru, jika berubah warna jadi merah berarti basa 6. Jika larutan X diteteskan pada kertas indikator universal dan kertas indikator universal menunjukkan perubahan warna ungu tua maka larutan X bersifat.... a. Asam lemah b. Basa lemah c. Adam kuat d. Basa kuat e. Netral 7. Massa kalsium hidroksida yang harus dilarutkan ke dalam air hingga volumenya 500 mL agar diperoleh larutan dengan pH = 12 + log 5 adalah.....gram. a. 0,925 b. 0,463 c. 9,25 d. 46,25 e. 92,5 8. Sebanyak 0,49 gram H2SO4 dilarutkan dalam 1 liter aquades. Jika Ar H = 1, Ar S = 32 dan O = 16, maka pH larutan yang terbentuk adalah.... a. 2 + log 1 b. 3 - log 5 c. 3 + log 5 d. 11 + log 5 e. 12 + log 5 9. Larutan NH4OH 0,5 M terionisaai sebanyak 20 %. Harga pOH larutan tersebut adalah.... a. 1 - log 7,07 b. 2 - log 7,07 c. 3 - log 7,07 d. 9 + log 7,07
103
e. 12 + log 7,07 10. Suatu asam lemah dengan derajat ionisasi = 0,1 dan pH = 4 mempunyai konsentrasi....M. a. 0,001 b. 0,002 c. 0,003 d. 0,010 e. 0,020
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. Hitunglah berapa pH ion hidrogen dari suatu larutan dengan konsentrasi sebesar 5 x 10-6 mol per liter ? 2. Hitunglah pH larutan CH3COOH 0,1 M (pKa = 4,74) sebanyak 100 mL ! 3. Hitunglah berapa pH suatu larutan yang diperoleh dengan mencampurkan 100 mL HCl 0,1 M dengan 50 mL NaOH 0,1 M ? 4. Hitunglah berapa pH suatu larutan yang diperoleh dengan mencampurkan 100 mL CH3COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH 0,1 M. 5. Dua gram natriumasetat ditambahkan ke dalam 100 mL larutan asam asetat 0,1 M. Hitunglah berapa konsentrasi ion hidrogen ? (anggap volume konstan)
104
BAB 5 KIMIA KOLOID PETA KONSEP
Kimia Koloid
Sistem Dispersi
Penggolongan Koloid
Pembuatan Koloid
Koloid Asosiasi
Pemurnian Koloid
Setelah mempelajari bab ini, saudara diharapkan dapat: 1. Mengetahui dan mampu mengelompokkan sistem koloid berdasarkan hasil pengamatan dan penggunaannya di industri. 2. Mengetahui dan mampu mengidentifikasi sifat-sifat koloid dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. 3. Mengetahui, mampu menjelaskan, dan dapat membuat berbagai sistem koloid dengan bahan-bahan yang ada di sekitarnya.
A. PENDAHULUAN Dalam kehidupan sehari-hari sering kita jumpai beberapa zat, misalnya buih sabun, kabut, susu, mutiara, asap, dan masih banyak lagi. Terkait dengan bidang rekayasa adalah pemisahan antara minyak dan air dari tanah, asap hasil reaksi pembakaran, dan membuat larutan reaktan/campuran beberapa senyawa dari pelarut hasil rekayasa migas. Koloid di bidang rekayasa sering kita jumpai misalnya campuran minyak dan air, koloid logam, yaitu koloid perak digunakan sebagai katalis penentu reaksi, dan koloid emas untuk zat diagnosa. Zat-zat tersebut merupakan contoh koloid. Sistem koloid banyak sekali hubungannya dengan kehidupan kita, misalnya protoplasma dalam tubuh, obatobatan yang kita gunakan serta sebagian besar makanan. Oleh karena itu, marilah kita mempelajari semua hal-hal yang berhubungan dengan koloid. Siswa dapat memahami sedikit mengenai koloid dan sifatnya serta letak perbedaan dari koloid terhadap larutan dan suspensi pada Sumber: www.google.co.id Gambar 05.1.
105
Sumber: www.google.co.id
Gambar 05.1. Beberapa contoh benda-benda bersifat koloid
B. UKURAN PARTIKEL Jika siswa ingin memahami tentang koloid ditentukan dari sifat difusi beberapa larutan melalui membran kertas perkamen. Larutan natrium klorida (garam) mudah berdifusi, sedangkan zat-zat seperti kanji, gelatin, dan putih telur sangat lambat atau sama sekali tidak berdifusi. Thomas Graham menemukan bahwa waktu difusi itu relatif untuk berbagai zat yaitu HCl adalah 1 ; NaCl adalah 2; sukrosa adalah 7, dan putih telur adalah 49. Oleh karena zat yang mudah berdifusi biasanya berbentuk kristal dalam keadaan padat, dengan kata lain kristaloid sedangkan zat-zat yang sukar berdifusi disebut koloid (bahasa Yunani: kolla = perekat atau lem). Hubungan antara sifat difusi dengan koloid adalah, bahwa senyawa koloid itu sukar berdifusi. Ditinjau dari sifat difusi, partikel koloid tidak dapat dilihat dengan mikroskop biasa, namun partikel koloid dapat dideteksi dengan mikroskop elektron. Partikel dengan diameter 10-4 mm dapat dilihat dengan mikroskop optik sedangkanpartikel berdiameter 10-6 mm dapat dideteksi dengan mikroskop elektron. Sumber: www.google.co.id Gambar 5.2 menunjukkan contoh beberapa macam larutan dengan harapan Siswa
dapat jelaskan perbedaan ketiga macam larutan tersebut. Berpedoman bahwa larutan air dan gula adalah contoh larutan (sejati), air dan tepung kanji adalah jenis koloid, dan campuran air-pasir adalah suspensi.
106
Sumber: www.google.co.id
Gambar 5.2. Larutan gula, larutan kanji, dan campuran air dan pasir
Larutan adalah semua padatan dapat larut didalam pelarut dengan sempurna. Di bidang kesehatan beberapa contoh larutan adalah larutan gula, larutan garam oralit, spiritus, alkohol 70% pembersih luka, larutan cuka, dan udara yang bersih. Beberapa contoh koloid adalah busa sabun, susu, jeli, mentega, dan mayonaise. Beberapa contoh suspensi adalah air sungai yang keruh, campuran air dengan pasir, campuran kopi dengan air, dan campuran minyak dengan air. Marilah kita lihat perbedaan antara larutan sejati, sistem koloid dan suspensi dari Tabel 5.11. sehingga siswa dapat membedakan antara 3 jenis larutan yaitu larutan sejati, koloid dan suspense.
Tabel 5.11. Perbedaan antara larutan, koloid, dan suspensi Sifat
Larutan Sejati
Sistem Koloid
Suspensi
Bentuk Campuran Pengamatan Mikroskop Kenampakan
Homogen
Tampak homogeny
heterogen
homogen
Heterogen
padatan kasar
jernih
agak keruh
keruh
Jumlah Fasa Kestabilan Sistem dispersi Penyaringan
satu fase Stabil molekuler tidak dapat disaring
dua fase tidak stabil Padatan kasar dapat disaring
Ukuran Partikel
kurang dari 1 nm
dua fase umumnya stabil Padatan halus Lolos kertas saring biasa, namun tertahan pada kertas saring ultra antara 1 – 100 nm
lebih besar dari 100 nm
Partikel koloid dapat merupakan molekul tunggal yang sangat besar (makromolekul) atau berupa aggregat molekul kecil, atom atau ion. Plastik, protein terdiri dari molekul koloid. Partikel koloid-belerang merupakan kelompok dari ratusan molekul belerang (S8), terikat oleh gaya van der Waals, sedangkan koloid emas terdiri dari
107
semacam kristal kecil.Larutan sabun yang encer adalah larutan sejati, sedangkan larutan sabun pekat adalah koloid. Misel adalah kumoulan molekul, atom, atau ion dalam sistem koloid.
C. SISTEM DISPERSI Sistem koloid merupakan suatu sistem dispersi. Sistem disperse yang dimaksud adalah campuran dari zat yang tidak dapat bercampur. Dispersi adalah penyebaran yang merata dari dua buah fasa. Kedua fasa tersebut adalah Fasa zat yang didispersikan (zat terlarut), dikenal juga dengan istilah fasa terdispersi atau fasa dalam Fasa pendispersi (zat pelarut), dikenal juga dengan istilah medium pendispersi atau fasa luar Sistem ini terdiri dari dua fasa yaitu, fasa terdispersi dan medium pendispersi larutan sejati tidak termasuk dalam sistem dispersi dan larutan sejati terdiri dari satu fasa. Sistem dispersi dengan medium pendisperi suatu cairan disebut sol. Macam dispersi dapat dilihat pada Tabel 5.12. Tabel 5.12.Sistem dispersi koloid Fasa terdispersi Gas
Medium Pendispersi Cair
Buih
Gas
Padat
Busa padat
Cair Cair Cair Padat
Gas Cair Padat Gas
Aerosol cair Emulsi Emulsi padat Aerosol padat
Padat
Cair
Sol
Padat
Padat
Sol padat
Nama
Contoh Buih, busa sabun Batu apung Karet busa Kabut Susu, mayonaise Mentega Asap Cat Belerang dalam air Kaca berwarna Paduan logam
D. PENGGOLONGAN KOLOID Beberapa sistem koloid adalah reversibel yang lainnya tak reversibel. Susu bubuk (diperoleh dari penguapan susu setelah menghilangkan krim) dapat diubah kembali menjadi susu setelah dicampur dengan air. Sistem semacam ini disebut koloid reversibel. Plasma darah kering adalah reversibel. Karet yang didispersikan dalam benzena adalah sol reversibel. Hidrosol anorganik seperti sol belerang dan emas adalah tak-reversibel.
108
Berdasarkan sifat ini maka sistem koloid cairan dapat dikelompokkan dalam dua kelompok. Apabila medium dispersinya air, maka koloid itu disebut koloid liofil dan koloid liofob. Marilah kita lihat perbedaan antara koloid hidrofil dan koloid liofob.
1. Koloid Liofob Koloid liofob (tidak suka pelarut) adalah koloid yang di dalamnya terdapat gaya tarik menarik lemah atau bahkan tidak ada gaya tarik menarik antara zat terdispersi dengan medium pendispersinya Beberapa sol liofob termasuk koloid yang tidak stabil sehingga tergolong koloid irreversible (tak reversibel, tidak bisa balik), namun koloid liofob
bersifat
stabil
pada
konsentrasi
rendah,
tidak
mengadsorbsi
medium
pendispersinya, memberikan efek tyndall yang sangat jelas, dan mempunyai kekentalan rendah. Beberapa contoh koloid liofob adalah sol belerang, dan sol logam (besi, perak, tembaga, emas) Jika air yang digunakan sebagai medium pendispersi maka sol ini disebut sol hidrofob. Beberapa contoh dari sol hidrofob adalah sol emas, besi(III) hidroksida, arsen (III) sulfida (sol sulfida). Koloid hidrofob umumnya kurang stabil dan cenderung mudah mengendap. Jika koloid hidrofob mengalami kehilangan air, koloid tersebut tidak dapat kembali ke keadaan semula walaupun ditambahkan air.
2. Koloid Liofil Koloid liofil adalah koloid yang di dalamnya terdapat gaya tarik menarik cukup kuat antara zat terdispersi dengan mediumnya. Beberapa contoh koloid liofil adalah agaragar, lem cat, dispersi kanji, sabun, deterjen, protein dalam air, sol kanji. Sol liofil (senang pada pelarut) adalah sol yang stabil dan tidak mengalami koagulasi oleh larutan garam. Larutan sabun, kanji atau gelatin yang didispersikan dalam air termasuk sol liofil. Jika air adalah medium pendispersi disebut hidrofil. Jika sol ini mengalami koagulasi, maka dapat diubah kembali menjadi sol. Oleh karena itu, koloid ini disebut koloid reversibel. Koloid hidrofil relatif stabil dan mudah dibuat, karena cara pelarutan dan prosesnya bersifat reversibel, memiliki kekentalan tinggi, mengadsorbsi medium pendispersinya, memberikan efek tyndall kurang jelas, dan stabil pada konsentrasi relatif besar. Koloid hidrofil dapat menstabilkan koloid hidrofob disebut koloid protektif atau koloid pelindung. Ciri koloid liofil adalah terlihat homogen, stabil, tidak tampak adanya
109
medium pendispersi, lebih kental, dan membentuk gel. Slanjutnya perbedaan antara sifat koloid liofob dan liofil dapat disajikan pada Tabel 5.13.
a
b
c
Sumber: www.google.co.id
Gambar 5.3. Koloid Liofil (a) selai (b) kapsul (c) mayonese
Tabel 5.13. Perbedaan koloid hidrofil dan koloid liofob. No.
Koloid Liofob
Koloid Liofil
1
Partikel dapat dilihat dengan mikroskop ultra
Partikel tidak dapat dilihat dengan mikroskop ultra
2
Menunjukkan peristiwa elektroforesis
3
Mengalami koagulasi jika diberi elektrolit
4
Menunjukkan gerak Brown dan efek Tyndall yang jelas Umumnya dibuat dengan cara kondensasi Kurang stabil Viskositas mirip medium pendispersinya Mengabsorbsi ion Tegangan permukaan mirip medium pendispersinya Pada penguapan atau pendinginan akan menghasilkan koagulasi, tidak membentuk sol kembali bila diberi medium pendispersinya
Tidak menunjukkan peristiwa elektroforesis Tidak mengalami koagulasi jika diberi sedikit elektrolit Tidak menunjukkan gerak Brown dan efek Tyndall Umumnya dibuat dengan cara dispersi Stabil Memiliki viskositas besar Fase terdispersi mengabsorbsi molekul Tegangan permukaan kecil
5 6 7 8 9 10
Pada penguapan atau pendinginan menghasilkan gel, yang akan membentuk sol lagi bila diberi medium pendispersinya
110
E. PEMBUATAN KOLOID 1.1. Pada dasarnya koloid terbuat dari larutan dan suspensi, hal ini ditunjukkan pada Sumber: http://kimiadasar.com Gambar 05.4.
Sumber: http://kimiadasar.com
Gambar 05.4. Cara membuat sistem koloid
Ada dua cara pembuatan system koloid yaitu: 1. Cara Kondensasi (jika dari larutan) 2. Cara Dispersi (jika dari suspensi)
1. Cara Kondensasi Salah satu cara pembuatan sistem koloid adalah cara kondensasi, yaitu menggumpalkan partikel larutan yang sangat kecil menjadi partikel yang berukuran koloid. Partikel larutan yang berupa ion, atom, atau molekul dapat dikondensasi atau digumpalkan menjadi ukuran koloid melalui (1) cara fisika yaitu dengan penurunan kelarutan) atau (2) cara kimia yaitu dengan reaksi tertentu. a. Cara Fisika Cara fisika yang dapat dilakukan untuk mengkondensasi partikel adalah: Pendinginan Pembuatan koloid dengan proses pendinginan bertujuan untuk mengumpulkan suatu larutan sehingga menjadi koloid karena kelarutan suatu zat sebanding dengan suhu. Kelarutan suatu zat pada umumnya berbanding lurus dengan suhu, sehingga proses pendinginan akan menggumpalkan partikel larutan menjadi koloid. Koloid es dapat dibuat oleh campuran pelarut organik seperti eter atau kloroform dengan air. Substitusi (penggantian) pelarut Digunakan untuk mempermudah pembuatan koloid yang tidak dapat larut dalam suatu pelarut tertentu.
111
Misalnya kita ingin membuat sol belerang dalam air. Belerang sukar larut dalam medium air, sehingga air diganti dengan alkohol karena lebih mudah larut. Sol belerang dalam air dibuat dengan cara melarutkan belerang ke dalam alkohol sehingga diperoleh larutan jenuh. Selanjutnya larutan jenuh belerang dalam alkohol diteteskan ke dalam air sambil diaduk. Belerang akan menggumpal menjadi partikel koloid, kemudian alkohol dipisahkan dengan metode dialisis. Kondensasi (pengembunan) Pengembunan ini diterapkan pada sol raksa. Sol raksa dibuat dengan menguapkan raksa, selanjutnya uap raksa dialirkan melalui air dingin sehingga mengembun dan diperoleh partikel raksa berukuran koloid. Jika uap raksa dialirkan melalui air dingin, maka terbentuk sol raksa kemudian amonium sitrat ditambahkan sebagai penstabil (stabilizer). b. Cara Kimia Pembuatan sistem koloid cara kondensasi yang paling banyak dilakukan adalah melalui reaksi kimia. Adapun reaksi kimia tersebut sebagai berikut Pengendapan Dua buah reaksi encer yang masing-masing mengandung elektrolit dicampurkan sehingga menghasilkan endapan yang berukuran koloid. Beberapa contoh reaksi pengendapan dari larutan menjadi koloid adalah arsen sulfida (persamaan 5.1) dan perak klorida (persamaan 5.2). Proses pembentukan koloid perak sulfida dapat dilihat pada Sumber: www.google.co.id Gambar 5.6.
As2O3 + 3H2S
→ As2S3(koloid) + 3H2O
(5.1)
AgNO3(aq) + NaCl(aq)
→ AgCl (koloid) + NaNO3(aq)
(5.2)
112
Sumber: www.google.co.id
Gambar 5.5. Pembentukan koloid AgCl oleh NaCl dan AgNO3
Hidrolisis Sol hidroksida seperti Fe(OH)3 dan Al(OH)3 diperoleh dengan menambahkan garam klorida (larutan FeCl3 dan AlCl3) ke dalam air mendidih, dan garam terhidrolisis menjadi hidroksida yang berukuran koloid. Reaksi pembentukan Fe(OH) 3 dapat dilihat pada persamaan (5.3) dan Al(OH)3 dapat dilihat pada persamaan (5.4). FeCl3 (aq) + 3 H2O (l) Fe(OH)3 koloid + 3 HCl (aq)
(5.3)
AlCl3 (aq) + 3 H2O (l) Al(OH)3 koloid + 3 HCl (aq)
(5.4)
Reduksi Oksidasi. Sol logam seperti sol emas seperti sol emas dapat diperoleh dengan mereduksi larutan garamnya, menggunakan reduktor organik nonelektrolit seperti formaldehida yang disajikan pada persamaan (5.5). Sol emas dapat juga dibuat dengan cara mereduksi emas klorida dan timah(II) klorida seperti pada persamaan (5.6). 2 AuCl3 + 3 HCHO + 3 H2O → 2 Au (koloid) + 6 HCl + 3 HCOOH
(5.5)
2AuCl3 + 3SnCl2 → 2Au (koloid) + 3SnCl4
(5.6)
Sol belerang dan iodin dapat dibuat dengan mengoksidasi ion sulfida dan ion iodida. Sol belerang dapat dibuat dengan mengalirkan gas asam sulfida ke dalam larutan belerang dioksida yang disajikan pada persamaan (5.7). 2H2S (g) + SO2 (aq) → 3S (koloid) + 2H2O (l)
(5.7)
5HI + HIO → 3I2 (koloid) + 3H2O
(5.8)
113
Suatu sol perak bromida untuk membuat film, kertas atau pelat fotografi. KNO3 dihilangkan dengan cara dialisis. Kemudian, ditambahkan gelatin dan zat lain untuk memperbesar kepekaan cahaya. “Emulsi Fotografi” adalah suspensi butir-butir perak bromida dalam gel gelatin. AgNO3 + KBr → AgBr (koloid: sol) + KNO3 (5.9) Selain cara kondensasi, suatu sistem koloid dapat dibuat melalui cara dispersi yaitu menghaluskan partikel suspensi yang terlalu besar menjadi partikel yang berukuran koloid.
2. Cara Dispersi Cara dispersi yaitu mengubah partikel-partikel kasar menjadi partikel-partikel berukuran koloid, antara lain: a. Cara Mekanik Cara mekanik pembuatan koloid adalah melakukan penggerusan (penggilingan) untuk zat padat. Partikel kasar digerus sampai terbentuk partikel berukuran koloid, lalu didispersikan ke dalam medium pendispersinya seperti pada Sumber: https://en.wikipedia.org Gambar 56. Zat-zat berukuran besar dapat direduksi menjadi partikel berukuran
koloid melalui penggilingan, pengadukan, penumbukan, dan penggerusan. Zat-zat yang sudah berukuran koloid selanjutnya didispersikan ke dalam medium pendispersi. Jika perlu ditambahkan zat pemantap (stabilizer) guna mencegah penggumpalan kembali. Contoh pembuatan sol yang menggunakan metode mekanik adalah sol belerang. Serbuk belerang digerus dengan gula berkali-kali lalu didispersikan ke dalam air, sehingga terbentuk sol belerang hidrosol.
Sumber: https://en.wikipedia.org
Gambar 5.6. Dispersi proses mekanik untuk mendapatkan koloid
114
b. Cara Peptisasi Cara peptisasi umumnya dilakukan dengan cara memecah dan menghaluskan partikel endapan menjadi partikel koloid dengan menambahkan suatu elektrolit yang mengandung ion sejenis. Misalnya, sol Fe(OH)3 dibuat dengan menambahkan FeCl3 sedangkan sol NiS dibuat dengan menambahkan H2S. Cara peptisasi dilakukan dengan jalan menambahkan zat pemecah/pemeptisasi ke dalam suatu endapan, sehingga endapan itu pecah menjadi partikel-partikel koloid seperti yang disajikan pada Sumber: https://en.wikipedia.org Gambar 5.7. Peristiwa peptisasi merupakan kebalikan dari koagulasi.
Sumber: https://en.wikipedia.org
Gambar 5.7. Proses dispersi dengan cara peptisasi menjadi koloid
Beberapa contoh cara peptisasi yaitu koloid AgCl dapat terbentuk dengan penambahan air suling. Koloid aluminium hidroksida dibuat dengan cara menambahkan asam klorida encer (sedikit saja) pada endapan Al(OH)3 yang baru dibuat. Penambahan AlCl3 pada endapan Al(OH)3, dapat menghasilkan sol Al(OH)3. Koloid besi(III) hidroksida dibuat dengan menambahkan larutan besi(III) klorida encer pada endapan besi(III)hidroksida.
4. Cara Busur Bredig (Dipersi Elektronik atau Cara Elektrodispersi) Cara Busur Bredig (1898) digunakan untuk memperoleh sol logam. Larutan logam digunakan sebagai elektroda yang dicelupkan ke dalam medium dispersi, dan ujung lain dihubungkan dengan sumber arus listrik. Panas yang timbul dapat menguapkan logam dan uap terdispersi ke dalam air lalu mengalami kondensasi, dan menghasilkan sol logam. Cara busur bredig merupakan gabungan dari cara dispersi dan kondensasi. Cara
115
ini khusus untuk membuat sol logam dengan cara dispersi. Pada Sumber: http://kimiadasar.com Gambar 5.8, dua kawat logam berfungsi sebagai elektroda dicelupkan ke dalam
air, kemudian kedua ujung kawat diberi loncatan listrik. Sebagian logam menjadi serbuk di dalam air dengan bentuk partikel koloid. Contoh pembuatan sol platina, emas atau perak dibuat dengan cara mencelupkan dua kawat ke dalam air dengan diberikan potensial tinggi. Suhu yang tinggi menyebabkan uap logam mengkondensasi dan membentuk partikel koloid.
Sumber: http://kimiadasar.com
Gambar 5.8. Dispersi dengan cara busur bredig
F. KOLOID ASOSIASI Pembahasan liofil dan liofob, guru dapat menerangkan mekanisme kerja sabun. Namun, sepanjang yang diketahui siswa hanyalah bahwa kotoran pada pakaian dapat hilang dalam air sabun. Padahal konsep liofob dan liofil adalah pada proses pengangkatan kotoran tersebut. Proses pengangatan kotoran dari pakaian tersebut tidak dapat dilihat secara langsung/kasat mata sedangkan jika guru hanya menerangkan dengan kata-kata, kemungkinan menimbulkan miskonsepsi akibat kesulitan memvisualisasikan. Contoh penggunaan konsep liofob dan liofil terjadi berbagai jenis zat, seperti sabun dan detergen membentuk koloid. Molekul sabun atau detergen terdiri atas bagian yang polar (kepala) dan bagian yang nonpolar (ekor). Daya pengemulsi dari sabun dan detergen disebabkan gugus nonpolar dari sabun menarik partikel kotoran (lemak) dari bahan cucian kemudian mendispersikannya ke dalam air. Gambar 5.10 berikut ini menunjukkan proses bagaimana sabun dapat membersihkan baju yang kotor karena lemak dan lain-lain. Sifat hidrofob dan hidrofil dimanfaatkan dalam proses pencucian pakaian pada penggunaan deterjen. Apabila kotoran yang menempel pada kain tidak mudah larut dalam air, misalnya lemak dan minyak, dengan bantuan sabun atau deterjen, maka minyak akan
116
tertarik oleh deterjen. Oleh karena deterjen larut dalam air, akibatnya minyak dan lemak dapat ditarik dari kain. Kemampuan deterjen menarik lemak dan minyak disebabkan pada molekul deterjen terdapat ujung-ujung liofil yang larut dalam air dan ujung liofob yang dapat menarik lemak dan minyak. Akibat adanya tarik menarik tersebut, tegangan permukaan lemak dan minyak dengan kain menjadi turun sehingga lebih kuat tertarik oleh molekulmolekul air yang mengikat kuat deterjen. Fenomena tersebut selanjutnya ditunjukkan pada Sumber: www.google.co.id Gambar 5.9.
Sumber: www.google.co.id
Gambar 5.9. Proses kerja sabun dalam mengangkat kotoran
G. PEMURNIAN KOLOID 1. Cara Dialisis Dialisis adalah suatu proses untuk menghilangkan ion-ion yang dapat mengganggu kestabilan koloid atau proses penyaringan partikel koloid dari ion-ion yang teradsorpsi. Cara ini didasarkan pada fakta bahwa partikel koloid tidak dapat menembus membran seperti selofan. Agar lebih cepat, molekul kecil atau ion menembus membran dengan memberikan perbedaan potensial pada membran. Cara ini disebut elektrodialisis. Dengan kata lain dialisis merupakan proses penyaringan partikel koloid dari ionion yang teradsorbsi sehingga ion-ion tersebut dihilangkan. Koloid yang mengandung ion-ion dimasukkan dalam kantung penyaring yang bersifat semi permeabel (hanya dapat dilewati ion-ion dan air tetapi tidak bisa dilewati partikel koloid). Mari
kita
amati
cobaan
sederhana
yang
ditunjukkan
pada
Sumber:
www.researchgate.net
117
Gambar 5.100. Pada proses ini, sistem koloid yang berada dalam kantong koloid,
dimasukkan ke dalam bejana yang berisi air mengalir. Kantong koloid terbuat dari selaput semi permeabel, yang dapat dilewati oleh ion-ion, tetapi tidak dapat dilewati oleh partikel koloid.
Sumber: www.researchgate.net
Gambar 5.100. Proses dialisis
2. Ultra Filtrasi Pori kertas biasanya dapat diperkecil dengan mencelupkan ke dalam kolodion. Pada penyaringan perlu menggunakan pompa air atau pompa vakum yang merupakan tenaga untuk memisahkan koloid yang tertahan oleh saringan ultra.
H. BEBERAPA SIFAT KOLOID 1. Sifat Koligatif Sifat koloid dapat dipelajari dengan tekanan osmotik..
2. Sifat Optik Partikel koloid dapat menghamburkan cahaya. Peristiwa ini disebut efek Tyndall. Mikroskop ultra, menggunakan peristiwa penghamburan cahaya untuk dapat melihat koloid. Coba perhatikan Sumber: www.researchgate.net Gambar 5.1, Apa perbedaan larutan gula dan air santan kelapa dalam
menghamburkan cahaya. Coba buktikan dan bagaimana kamu dapat menjelaskannya?
118
Sumber: www.researchgate.net
Gambar 5.11. Pengaruh penghamburan cahaya dalam larutan
Beberapa contoh penghamburan cahaya yang disebut efek Tyndall yang terjadi di sekitar kita:
Sinar matahari yang masuk melewati celah, ke dalam ruangan yang berdebu, maka partikel debu akan kelihatan dengan jelas. Contohnya bisa kamu lihat pada Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.112. Terlihat sinar matahari masuk tampak jelas, hal ini disebabkan sifatsifat partikel-partikel debu yang merupakan aerosol padat dapat memantulkan dan menghamburkan sinar matahari. Partikel udara seperti nitrogen, debu, dan sebagainya menyebabkan cahaya yang dipancarkan matahari akan dihamburkan. Cahaya matahari adalah sinar tampak yang dengan panjang gelombang berbeda-beda urutan panjang gelombangnya. Dari yang paling rendah ke yang paling tinggi yaitu ungu-merah. Pada daerah yang mengalami siang hari (posisi matahari tegak lurus), warna biru paling banyak dihamburkan karena pada saat itu sinar tampak memiliki panjang gelombang yang rendah. Daerah yang mengalami pagi hari atau sore hari (posisi matahari miring) mempunyai panjang gelombang besar sehingga warna merahkuning yang dihamburkan. Apabila tidak ada partikel koloid di udara, sinar matahari tidak dihamburkan dan akan langsung menuju bumi, akibatnya langit akan terlihat hitam.
119
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.112. Efek tyndall karena sinar matahari
3. Sifat Kinetik a. Gerak Brown Gerak Brown adalah gerakan terus menerus dari partikel koloid, karena bertumbukan dengan partikel medium pendispersi. Gerak Brown ini pertama kali ditemukan oleh Robert Brown, pada waktu mempelajari gerak serbuk tepung sari di atas air. Gerak Brown menyebabkan sistem koloid bersifat stabil. Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerakan zig-zag partikel yang terjadi. Semakin besar ukuran partikel koloid, semakin lambat gerak zig-zag partikel yang terjadi. Gerak Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak ditemukan dalam campuran heterogen zat cair dengan zat padat (suspensi). Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu sistem koloid, maka semakin besar energi kinetik yang dimiliki partikel-partikel medium pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari partikelpartikel terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya, semakin rendah suhu sistem koloid, maka gerak Brown semakin lambat.
120
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.13. Gerak brown
Gerak Brown akan terlihat di bawah mikroskop ultra, berupa gerak zig-zag (patah-patah). Gerak Brown dapat menstabilkan koloid, karena bergerak terus menerus, maka gerakan itu dapat mengimbangi gravitasi, sehingga koloid itu tidak akan mengendap. 1) Partikel koloid berdifusi lambat 2) Sedimentasi
4. Sifat Listrik Partikel koloid mempuyai muatan di permukaannya disebabkan oleh pengionan atau penyerapan muatan. Tarik menarik antar muatan berlawanan dari larutan untuk mengimbangi muatannya. Oleh karena itu, suatu partikel koloid mempunyai lapisan rangkap listrik. 1) Elektroforesis. Gerak partikel koloid bermuatan oleh pengaruh medan listrik. Hal ini ditunjukkan pada Sumber: https://id.wikipedia.org 2) Gambar 5.124 berikut ini yaitu percobaan elektroforesis untuk menentukan jenis muatan dari suatu koloid X.
121
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.124. Percobaan elektroforesis
3) Elektroosmotik. Gerak partikel koloid bermuatan melalui membran semipermeabel oleh pengaruh medan listrik. 4) Potensial aliran. Partikel koloid dipaksa bergerak melalui pori membran (kebalikan dari elektroosmotik). 5) Potensial Sedimentasi. Terjadi perbedaan potensial antara bagian atas dan bagian bawah wadah dimana suatu koloid bermuatan mengendap.
Prinsip dialisis ini digunakan dalam alat cuci darah, bagi penderita gagal ginjal, di mana fungsi ginjal diganti dengan mesin dialisator. Hal ini ditunjukkan pada Sumber: https://id.wikipedia.org Gambar 5..
122
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.15. Proses dialisis sebagai alat cuci darah
5. Koagulasi Peristiwa pengendapan atau penggumpalan partikel koloid disebut koagulasi, sehingga kestabilan sistem koloid menjadi hilang. Koagulasi dapat dilakukan secara mekanis, fisika, dan kimia.
a. Mekanik Menggumpalkan koloid dengan pemanasan, pengadukan, dan pendinginan. Proses ini dapat mengurangi air atau ion di sekeliling koloid sehingga koloid adapat mengendap. Contohnya protein, agar-agar dalam air dapat menggumpal bila didinginkan.
b. Fisika Contoh: penggunaan alal cottrel Alat Cottrel biasanya dipakainya pada cerobong asap di industri-industri besar, untuk menggumpalkan asap dan debu. Hal ini bertujuan untuk mengurangi pencemaran asap dan debu yang berbahaya. Caranya dengan melewatkan asap atau debu pada Cottrel sebelum keluar dari cerobong pabrik. Alat ini terdiri dari dua pelat elektroda listrik bertegangan tinggi. Bila sudah jenuh elektroda tersebut dibersihkan.
123
c. Kimia Cara ini dilakukan dengan penambahan zat elektrolit ke dalam koloid. Contoh: Proses pengolahan karet dari bahan mentah (lateks) dengan menambahkan asam formiat atau cuka. Pembentukan delta di muara sungai. Proses penjernihan air dengan menambahkan tawas. Tawas digunakan untuk menggumpalkan partikel koloid dalam air.
Sumber: https://bisakimia.com
Gambar 5.16. Koagulasi koloid
Koagulasi dapat terjadi dengan: 1) Mencampurkan dua sol yang berbeda muatan. 2) Elektroforesis. Pada elektroforesis muatan sol dinetralkan pada elektroda, dan sol mengendap. 3) Pemanasan. Beberapa sol seperti sol belerang dan perak halida dapat dikoagulasi dengan cara pemanasan. 4) Penambahan elektrolit. Menurut aturan Hardy Schulze,kemampuan mengkoagulasi suatu elektrolit bergantung pada valensi. Untuk sol negatif, urutan kemampuan mengkoagulasi adalah:Sn4+> Al3+ >Mg2+> Na+, sedangkan untuk sol positif : PO43-> SO42-> Cl-.
124
Ada beberapa hal yang menyebabkan terjadinya koagulasi pada pada sistem koloid, antara lain karena pengaruh pemanasan, pendinginan, pencampuran elektrolit atau karena proses elektroforesis yang berlangsung lama. Coba kamu amati, proses koagulasi yang sering terjadi sehari-hari: Rekayasa proses pembuatan tahu. Pembentukan area delta di muara sungai. Pengolahan penjernihan air sungai.
6. Koloid Pelindung Adalah suatu sistem koloid yang ditambahkan pada koloid lain, sehingga dihasilkan koloid yang stabil. Koloid pelindung juga merupakan koloid yang dapat melindungi koloid lain agar tidak terjadi koagulasi dengan cara membentuk lapisan di sekeliling partikel koloid lain. Sol liofil biasanya lebih stabil terhadap elektrolit. Oleh karena itu, suatu sol hidrofil seperti gelatin dan lem arab biasanya digunakan untuk mencegah atau memperlambat pengendapan suatu sol hidrofob jika ditambahkan elektrolit. Berdasarkan perbedaan daya adsorpsi dari fase terdispersi terhadap medium pendispersinya yang berupa zat cair, koloid dapat dibedakan menjadi dua jenis. Sistem koloid dimana partikel terdispersinya mempunyai daya adsorpsi yang relatif besar disebut koloid liofil. Sedangkan koloid dimana partikel terdispersinya mempunyai daya adsorpsinya yang realtif kecil disebut koloid liofob. Koloid liofil bersifat stabil, sedangkan koloid liofob kurang stabil, sehingga koloid liofil berfungsi sebagai koloid pelindung. Pengaruh ini disebut proteksi dan gelantin tersebut disebut koloid pelindung. Fungsi koloid pelindung adalah sebagai pelindung muatan koloid agar tidak menggumpal atau terpisah dari mediumnya. Jadi, sol liofob dapat distabilkan dengan menambahkan sol liofil. Misalnya suatu sol emas yang merupakan sol liofob dapat stabil jika ditambahkan NaCl, sehingga tidak mengalami koagulasi. Contoh lainnya: pada pembuatan es krim, agar dihasilkan es krim yang lembut, perlu ditambahkan gelatin sebagai koloid pelindung. Apakah koloid pelindung membentuk lapisan yang menyelimuti partikel koloid sehingga koloid ini terlindung dari elektrolit?. Zsigmondy menggunakan “bilangan emas” untuk kemampuan proteksi, yang menyatakan jumlah koloid pelindung yang diperlukan untuk mencegah koagulasi 10 mL koloid emas oleh NaCl 10%.
125
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.137. Contoh koloid pelindung
7. Adsorpsi Partikel koloid akan bermuatan listrik, apabila partikel koloid menyerap ion yang bermuatan, dan ion tersebut menempel pada permukaan koloid, sehingga partikel koloid akan bermuatan. Peristiwa penyerapan ion pada permukaan koloid disebut Adsorpsi. Contoh sol Fe(OH)3 mampu mengadsorpsi ion-ion H+, sehingga sol Fe(OH)3 bermuatan posisif. Sol As2S3 mampu mengadsorpsi ion-ion S2-, sehingga sol As2S3 menjadi bermuatan negatif.
Sumber: www.artikelsiana.com
Gambar 50.18. Adsorpsi koloid
Oleh karena partikel koloid sangat kecil, maka permukaannya luas, sehingga daya adsorpsinya besar. Adsorpsi adalah proses melekatnya suatu zat pada permukaan padatan atau cairan. Partikel koloid mudah mengadsorpsi zat warna. Pada pencelupan tekstil, tekstil dilapisi dengan hidroksida dari aluminium atau kromium agar dapat
126
mengikat zat pewarna. Zat yang dapat diadsorpsi oleh zat padat dapat berupa gas, cairan, atau padatan (dari larutan). Adsorben yang umum adalah karbon aktif, serbuk halus logam sperti platina atau nikel. Karbon aktif dapat mengadorpsi gas polutan yang ada di industri minyak bumi seperti CO2, H2S, SO2. Karbon aktif dapat digunakan untuk memutihan gula merah, atau kecoklat-coklatan di industri. Sifat adsorpsi dari partikel koloid dapat dimanfaatkan untuk mengelola limbah yang ada di industri yaitu: a. Penjernihan air (misalnya air sungai). Penambahan tawas pada air sungai, akan membentuk koloid Al(OH) 3 yang akan mengadsorbsi pengotor dalam air, sehingga menggumpal dan mengendap, sehingga air akan menjadi jernih. b. Pemutihan gula pasir. c. Pewarnaan kain Jika digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah: a. Menghilangkan bau badan. Produk rol on deodorant menggunakan aluminium stearat sebagai adsorben, jika deodorant digosokkan pada anggota badan, maka Al-stearat akan mengadsorbsi keringat yang menyebabkan bau badan. b. Penggunaan norit. Norit mengandung arang aktif yang akan menyerap berbagai racun dalam usus.
I. BERBAGAI MACAM KOLOID 1. Emulsi Emulsi adalah suatu sistem koloid hasil dispersi dua cairan yang tidak dapat bercampur. Dalam hal ini, digunakan suatu zat pengemulsi atau emulgator, seperti sabun atau gelatin. Ada dua macam emulsi, yaitu minyak terdispersi dalam air (M/A) dan air terdispersi dalam minyak (A/W) seperti ditunjukkan pada Error! Reference source not found.19. Pada emulsi M/A adalah santan, susu dan lateks yang merupakan emulgator.
127
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 5.19. Emulsi cair
2. Gel Gel merupakan sistem koloid setengah kaku (diantara cair dan padat). Jadi gel adalah semacam koloid dengan partikel padat yang biasanya merupakan molekul besar, bergabung secara tak teratur dan membentuk struktur yang saling terjalin menghasilkan campuran yang kaku. Gel akan terbentuk jika suatu sol yang fase terdispersinya mengadsorpsi medium pendispersinya sehingga terbentuk sistem koloid yang agak padat. Misalnya pektin dari buah-buahan menghasilkan “jelly” buah-buahan, agar-agar, selai, (Sumber: https://id.wikipedia.org Gambar 05.140) lem kanji, dan silica gel.
Beberapa gel dapat diubah menjadi sol dengan merubah suhu, pH atau kondisi yang lain.Gel gelatin dapat dibuat dengan cara mencampurkan gelatin dengan air panas. Gelatin adalah protein. Molekul protein sangat besar. Apabila molekul protein didispersikan dalam air akan menghasilkan sol, jika sol gelatin dalam air menjadi dingin, molekul gelatin saling tarik menarik membentuk jaringan yang kontinu, sehingga menjadi gel dan air terperangkap dalam protein. Dengan prinsip ini dapat dibuat bermacam jelly buah-buahan. Namun dengan menggunakan nanas segar dan gelatin tidak dapat dibuat gel. Hal ini disebabkan adanya suatu enzim dalam nanas, yang dapat memecah molekul protein.
128
Sumber: https://id.wikipedia.org
Gambar 05.140. Produk dalam bentuk gel
J. PENGGUNAAN KOLOID DAN KOLOID DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI Penjernihan air Pengolahan air bersih didasarkan pada sifat-sifat koloid, yaitu koagulasi dan adsorpsi. Bahan-bahan yang digunakan untuk pengolahan air adalah tawas (alumunium sulfat), pasir, klorin atau kaporit, kapur tohor, dan karbon aktif. Tawas berguna untuk menggumpalkan lumpur koloidal sehingga lebih mudah disaring. Apabila tingkat kekeruhan air terlalu tinggi maka digunakan karbon aktif. Pasir berfungsi sebagai penyaring. Klorin atau kaporit berfungsi sebagai pembasmi hama, sedangkan kapur tohor berguna untuk menaikkan pH, yaitu untuk menetralkan keasaman yang terjadi karena penggunaan tawas. Air dimasukkan ke dalam sebuah bejana dan ditambahkan tawas, serta kaporit. Fungsi tawas adalah untuk menggumpalkan dan mengendapkan partikel koloid, sedangkan kaporit adalah untuk membunuh bakteri yang terdapat dalam air tersebut. Pada penjernihan air digunakan aluminium sulfat untuk mengkoagulasi zat pengotor dalam air. Penjernihan air secara sederhana ditunjukkan pada gambar berikut.
129
Sumber: id.wikipedia.org/wiki
Gambar 5.21. Penjernihan air
Pengendap Cotrell dapat digunakan untuk mengurangi polusi udara dari pabrik. Alat ini dapat mengendapkan partikel koloid yang terdapat dalam gas yang akan keluar dari cerobong asap. Prinsip seperti pada penjernihan air digunakan untuk mencat mobil. Tetes cat dalam penyemprotan aerosol, bermuatan. Jika badan mobil diberi muatan yang berlawanan, maka semua bagian mobil yang diinginkan dapat dicat dengan hasil yang baik. Prinsip dialisis digunakan untuk membantu pasien gagal ginjal. Ginjal berfungsi untuk mengeluarkan zat yang tidak berguna yang dihasilkan tubuh ang terdapat dalam darah. Pada pencelupan tekstil digunakan zat koloid untuk mempermudah pemberian warna. Pembentukan delta di muara sungai. Cat “emulsi” dan “emulsi fotografi” adalah zat koloid. Sabun sebagai zat pengemulsi untuk menghilangkan zat pengotor yang tidak bercampur dengan air. Dalam industri makanan atau minuman seperti susu, makanan bayi, jus buah-buahan dan lain-lain juga tergolong sistem koloid. Dalam industri kosmetik, sebagian besar produk yang dihasilkan adan proses pengolahannya memanfaatkan sistem koloid seperti body lotion dan hand cream adalah koloid. Aluminium klorida adalah suatu bahan untuk deodorant. Fungsinya adalah mengkoagulasi protein dalam keringat sehingga menghalangi kerja kelenjar keringat.
130
Hal ini akan mencegah “bau badan” karena penguraian protein pada kulit oleh bakteri. Demikian juga dalam industri farmasi, obat-obatan dalam bentuk sirup dan obatobatan dalam kapsul juga termasuk dalam koloid.
131
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Hal-hal berikut merupakan ciri sistem koloid, kecuali…. a. Tidak dapat disaring b. Stabil (tidak memisah) c. Terdiri atas dua fase d. Homogen e. Partikel berdimensi antara 1 nm-100 nm 2. Dispersi zat cair dalam gas disebut…. a. Sol b. Emulsi c. Buih d. Aerosol cair e. Suspensi 3. Buih dalam sistem dispersi terjadi pada keadaan…. a. Zat padat terdispersi dalam zat cair b. Zat cair terdispersi dalam gas c. Gas terdispersi dalam zat cair d. Gas terdispersi dalam zat padat e. Zat cair terdispersi dalam zat cair 4. Sistem berikut tergolong dalam emulsi, adalah.… a. Santan b. Air gula c. Krim koocok d. Cat e. Tinta 5. Penghamburan berkas sinar oleh sistem koloid disebut…. a. Gerak Brown b. Efek Tyndall c. Koagulasi d. Elektruforesis
132
e. Osmosis 6. Berdasarkan sifat kelarutan zat terdispersi dalam zat pendispersinya makasistem koloid yang terjadi dari agar-agar dengan air yang telah dimasak dandidinginkan, tergolong sebagai…. a. gel b. liofob c. emulsi padat d. sol e. hydrosol 7. Gerak brown terjadi karena…. a. Gaya gravitasi b. Tolak-menolak antara partikel koloid yang bermuatan sama c. Tarik-menarik antara partikel koloid yang berbeda muatan d. Tumbukan antar partikel koloid e. Tumbukan molekul medium dengan partikel koloid 8. Di antara zat berikut ini yang bukan merupakan sistem koloid ialah…. a. Mentega b. Air gula c. Perunggu d. Kaca warna e. Santan 9. Contoh emulsi padat antara lain adalah… a. asap dari knalpot bis b. debu c. karbon aktif atau norit d. keju dan mutiara e. tinta dan cat 10. Pembuatan sol perak dari reaksi Ag+ dan Fe2+menjadi Ag dan Fe3+ merupakan cara pembuatan sistem koloid…. a. dispersi b. kondensasi, redoks c. dispersi, kimia d. kondensasi, fisika e. kondensasi, hidrolisis
133
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. Jelaskan pembuatan koloid, berdasarkan: a) Cara Dispersi b) Cara Kondensasi 2. Jelaskan proses yang menyangkut pemisahan HCl dan Fe(OH)3 dengan cara hidrolisis! 3. Dimana terletak perbedaan antara membran semipermeabel dengan kertas saring biasa? 4. Jelaskan sifat saling mengkoagulasi dari koloid! 5. Jelaskan apa sebabnya As2S3 tidak membentuk dispersi koloid jika terdapat HCl.
134
BAB 6 HIDROKARBON PETA KONSEP Hidrokarbon
Identifikasi Unsur C, H, O dalam Hidrokarbon
Klasifikasi Senyawa Hidrokarbon
Alifatik
Jenuh
Alkana
Senyawa Turunan Hidrokarbon
Siklik
Tak Jenuh
Alkena
Alkuna Setelah mempelajari bab ini, saudara diharapkan dapat: 1. Mengetahui dan mampu mengidentifikasi sifat dan senyawa karbon. 2. Mengetahui dan mampu menjelaskan senyawa hidrokarbon dan turunannya.
A. PENDAHULUAN Pernahkah siswa menduga tentang apa bahan penyusun bahan bakar minyak? Apakah bahan penyusun bahan bakar minyak sama dengan bahan penyusun gula? Dalam bidang rekayasa, pertanyaan-pertanyaan itu data dijawab jika kita belajar tentang kimia organik. Apa itu kimia organik?
135
Kimia organik merupakan nama lain untuk kimia karbon. Senyawa organik dihasilkan oleh organisme-organisme hidup, tanaman dan binatang. Dinamakan senyawa organik karena dihasilkan dari susunan sel-sel hidup sehingga para ahli kimia pada tahun 1850 percaya bahwa senyawa organik hanya pada organisme hidup dan tidak pernah dibuat dari bahan-bahan anorganik. Namun kenyataan sekarang menunjukkan bahwa selain diisolasi dari tanaman dan hewan, senyawa organik juga dapat disintesa dari zat-zat anorganik, misalnya karbonat dan sianida, tetapi seringkali juga dari senyawa organik lainnya. Senyawa organik yang berasal dari senyawa alam terdiri dari Karbon (C), Hidrogen (H), dan unsur lain. Sehingga kimia organik dapat didefinisikan sebagai “kimia organik adalah bagian ilmu kimia yang mempelajari persenyawaan kimia zat arang dan hidrogen beserta turunan-turunannya”.
B. IDENTIFIKASI UNSUR C, H, DAN O DALAM SENYAWA KARBON Senyawa karbon merupakan dasar bagi siswa yang menempuh pendidikan di bidang rekayasa. Keberadaan unsur C, H, dan O dalam senyawa karbon dapat didefinisikan melalui reaksi pembakaran yang menghasilkan unsur karbon dan hidrogen. Pembakaran senyawa organik secara sempurna menghasilkan gas CO2, sedangkan pembakaran senyawa karbon yang tidak sempurna akan menghasilkan karbon atau zat arang. Identifikasi unsur C, H, dan O, dapat kita lakukan dengan cara mengalirkan gas hasil pembakaran suatu senyawa hidrokarbon atau senyawa organik lainnya dalam air kapur atau larutan Ca(OH)2 sehingga terjadi reaksi. Jika hasil pembakaran dapat mengeruhkan air kapur, maka senyawa yang dibakar merupakan senyawa karbon. Gula dan glukosa merupakan senyawa karbon.
Persenyawaan organik yang mengandung atom karbon dan hidrogen dinamakan hidrokarbon. Masyarakat masih menggunakan hidrokarbon ini sebagai sumber energi dalam bentuk minyak, gas maupun padatan yang berwujud batubara. Kebanyakan dari minyak-minyak yang pakai sebagai bahan bakar seperti bensin, solar, dan minyak bakar lainnya diperoleh dari proses pemurnian minyak mentah. Suatu campuran persenyawaan kompleks yang kebanyakan terdiri dari hidrokarbon.
136
C. SENYAWA HIDROKARBON DAN TURUNANNYA 1. Senyawa Turunan Alkana Ada tiga homolog senyawa karbon, yaitu alkana, alkena dan alkuna. Senyawasenyawa dalam satu homolog mempunyai rumus umum yang sama dan sifat yang bermiripan sedangkan senyawa dari homolog yang berbeda mempunyai sifat yang berbeda nyata. Selanjutnya senyawa turunan alkana dapat dianggap berasal dari alkana yang atom H nya digantikan oleh atom atau gugus atom tertentu. Gugus pengganti tersebut menjadi ciri khas setiap homolog sehingga disebut gugus fungsi. Mari kita bahas satu per satu senyawa turunan alkana berdasarkan gugus fungsinya.
a. Gugus Fungsi Gugus fungsi adalah atom atau kelompok atom dengan susunan tertentu yang menentukan struktur dan sifat suatu senyawa. Senyawa-senyawa yang mempunyai gugus fungsi yang sama dikelompokkan ke dalam golongan yang sama. Gugus fungsi tersebut merupakan bagian yang paling reaktif jika senyawa tersebut bereaksi dengan zat lain. Senyawa hidrokarbon yang hanya mengandung atom H dan O dikelompokkan menjadi alkana, alkena, alkuna, sikloalkana dan sikloalkena. Senyawa yang mengandung atom C, H dan O dikelompokkan menjadi alkohol, eter, aldehid, keton, asam karboksilat dan ester.
Tabel 6.14 menyajikan macam-macam gugus fungsi yang ada.
137
Tabel 6.14. Gugus fungsional karbon Nama Golongan Alkena
Gugus Fungsi
Struktur umum
Rumus Molekul CnH2n
Alkuna
CnH2n-2
Alkohol CnH2n+2 O Eter CnH2n+2 O Aldehid CnH2nO Keton CnH2nO Asam Karboksilat
CnH2nO2
Ester CnH2nO2
138
b. Macam-macam Senyawa Turunan Alkana Penamaan senyawa turunan alkana pada dasarnya sama seperti penamaan senyawa alkana. Cabang ditulis terlebih dahulu, disusun sesuai urutan abjad dan diawali dengan nomor yang menyatakan posisi cabang, baru kemudian nama rantai induknya. Selanjutnya akan dibahas tentang senyawa-senyawa turunan alkana.
2. Alkohol dan Eter Siswa tentu sudah mengenal contoh bahan yang mengandung alkohol di kehidupan sehari-hari. Minuman keras, tape, spiritus, merupakan contoh bahan yang mengandung alkohol. Apa nama alkohol yang terkandung dalam minuman keras, tape dan spiritus? Bolehkah kita memberi nama alkohol tape? Kalau anda memberi nama berdasarkan bahan dasarnya maka siswa banyak mengalami kesulitan. Alkohol dan Eter jika diproduksi secara kapasitas besar dapat dijumpai di dalam industri proses. Siswa diharapkan dapat memberi nama alkohol dan eter yang dijumpai. Alkohol dan eter merupakan turunan dari alkana. Struktur alkohol diperoleh dengan menggantikan satu atom H dengan gugus -OH. Penamaan alkohol juga disesuaikan dengan nama alkana dengan mengubah huruf akhir “a” pada alkana dengan ol. Misalkan propana menjadi proponol. Struktur eter diperoleh dengan menggabungkan dua buah alkil dengan oksigen. Oleh karena itu eter juga disebut dengan alkoksi alkana. Eter yang
paling sederhana adalah dimetil eter. Struktur eter seperti pada Sumber: http://www.nafiun.com Gambar 6.1 adalah struktur struktur etil metil eter dan propanol.
139
Sumber: http://www.nafiun.com
Gambar 6.1. Struktur etil metil eter dan Struktur propanol
Dengan demikian siswa akan bertanya bagaimana rumus umum alkohol dan eter? Perhatikan rumus molekul alkohol dan eter untuk jumlah atom karbon yang sama. Jumlah unsure mereka sama bukan? Jumlah atom C sebanyak 3 untuk alkohol mempunyai rumus molekul C3H8O dan eter juga C2H6O. Apa yang dapat anda simpulkan antara rumus molekul alkohol dan eter? Alkohol dan eter mempunyai rumus molekul yang sama. Alkohol dan eter mempunyai gugus fungsi berbeda tetapi mempunyai rumus molekul yang sama, Hal ini dapat dikatakan bahwa alkohol dan eter berisomer fungsi. Rumus umum alkohol dan eter adalah:
a. Tata nama alkohol Sistem IUPAC digunakan dalam tata nama alkohol dengan aturan sebagai berikut: 1) Tentukan rantai karbon terpanjang yang mengandung gugus OH. Rantai terpanjang tersebut merupakan rantai utama diberi nama sesuai dengan nama alkananya, tetapi huruf terakhir “a” diganti dengan ol. Rantai terpanjang yang diarsir abu-abu pada Sumber: https://www.slideshare.net Gambar 6.2 mengandung 5 atom karbon, sehingga diberi nama pentanol.
Sumber: https://www.slideshare.net
Gambar 6.2. Penentuan rantai karbon terpanjang.
2) Semua atom karbon di luar rantai utama dinamakan cabang, diberi nama alkil sesuai jumlah atom C.
140
Sumber: https://www.slideshare.net
Gambar 6.3. Penentuan cabang pada rantai utama
3) Rantai utama diberi nomor dari ujung terdekat dengan gugus –OH, dapat dilihat pada penunjukan warna abu-abu.
Sumber: https://www.slideshare.net
Gambar 6.4. Penentuan nomor pada atom Karbon
4) Urutan pemberian nama: nomor cabang-nama alkil- nomor gugus OH - nama rantai utama. Jika cabang lebih dari satu jenis, maka diurutkan sesuai abjad. 3,4-dimetil-2pentanol. 5) Jika terdapat lebih dari satu gugus OH pada molekul yang sama (polihidroksil alkohol), digunakan akhiran diol, triol, dan seterusnya. Dalam hal ini akhiran a pada alkana rantai utama tetap dipakai. Pada contoh berikut terdapat dua buah cabang, yaitu etil di nomor 4 dan metil di nomor 3. Rantai terpanjang terdapat 6 atom C (heksana) dan dua gugus OH di nomor 2 dan 4.
141
Sumber: https://www.slideshare.net\
Gambar 6.5. Struktur 4-etil-3 metil-2,4-heksanadiol
Tatanama trivial atau nama lazim merupakan penamaan sering digunakan sebelum lahirnya kesepakatan sistem IUPAC. Umumnya tatanama trivial alkohol dilakukan dengan menyebutkan nama alkil diakhiri dengan alkohol. Tabel 6.15 menunjukkan beberapa nama trivial dan sistem IUPAC untuk alkohol.
Tabel 6.15. beberapa nama trivial dan sistem IUPAC untuk alkohol
Struktur Nama IUPAC
Etanol
Nama Trivial
Etil alkohol
2-propanol Isopropil alkohol
2-butanol Sec-butil alkohol
1,2-etanadiol etilen glikol
b. Tata nama eter Tata nama eter dapat dilakukan dengan sistem IUPAC dan nama trivial. Menurut sistem IUPAC eter disebut juga alkoksi alkana.Tatanama dilakukan dengan dua cara menetapkan alkil yang lebih kecil sebagai alkoksi dan alkil yang lebih besar sebagai alkana. Tatanama dengan nama trivial pada Gambar 6.6. dilakukan dengan menyebutkan nama alkil sesuai urutan abjad dan diakhiri eter. Jika kedua alkil sama, maka digunakan awalan di.
142
Sumber: http://rumushitung.com
Gambar 6.6. Tata nama eter
c. Klasifikasi alkohol Berdasarkan penempatan atom karbon dalam molekul, atom karbon digolongkan menjadi empat golongan, yaitu atom karbon primer, sekunder, tersier dan kuarter.
Sumber: http://nuttigekennis.blogspot.co.id
Gambar 6.7. Penempatan atom karbon dalam molekul
1) Atom karbon primer adalah atom karbon yang berdiri sendiri atau yang mengikat satu atom karbon yang lain. 2) Atom karbon sekunder adalah atom karbon yang mengikat dua atom karbon yang lain. 3) Atom karbon tersier adalah atom karbon yang mengikat tiga atom karbon yang lain. 4) Atom karbon kwartener adalah atom karbon yang mengikat empat atom karbon yang lain.
143
d. Sifat fisik dan kimia alkohol dan eter Alkohol dan eter dianggap sebagai air yang menunjukkan hubungan jelas terutama pada homolog yang lebih rendah. Sifat-sifat fisik dan kimia alkohol dipengaruhi oleh penggantian satu atom hidrogen dengan gugus hidroksil, dimana sifat yang mengalami perubahan besar pada kelarutan dan keadaan fisik. Perbedaan tersebut merupakan akibat dari kemampuan mengikat hidrogen pada alkohol. Pengikatan hidrogen yang menyebabkan daya tarik menarik intermolekular antar molekul-molekul alkohol. Homolog yang paling ringan merupakan fasa cairan pada suhu ruang. Alkohol dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, sehingga homolog yang lebih rendah larut dalam air. Titik didih alkohol yang relatif tinggi merupakan akibat langsung dari daya tarik intermolekular yang kuat. Ingat bahwa titik didih adalah ukuran kasar dari jumlah energi yang diperlukan untuk memisahkan suatu molekul cair dari molekul terdekatnya. Jika molekul terdekatnya melekat pada molekul tersebut sebagai ikatan hidrogen, dibutuhkan energi yang cukup besar untuk memisahkan ikatan tersebut. Barulah kemudian molekul tersebut dapat terlepas dari cairan menjadi gas. Pada alkohol gugus alkil tidak membentuk ikatan hidrogen sehingga satu molekul terikat hanya dengan dua molekul alkohol yang lain. Energi yang dibutuhkan untuk memisahkan tiga atau empat ikatan molekular lebih besar daripada dua ikatan molekular. Oleh sebab itu, energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air lebih besar sedangkan pada eter kedua alkil yang terikat pada oksigen tidak dapat membentuk ikatan hidrogen. Dengan demikian eter mempunyai titik didih yang lebih kecil dibanding alkohol. Polaritas dan ikatan hidrogen merupakan faktor yang menentukan besarnya kelarutan alkohol dan eter dalam air. Dalam membahas kelarutan, kita menggunakan prinsip “like dissolves like” yang berarti pelarut molar melarutkan zat terlarut polar dan pelarut non polar melarutkan zat terlarut non polar. Tetapi prinsip tersebut tidak berlaku untuk semua kasus. Semua alkohol adalah polar tetapi tidak semua alkohol dapat larut dalam air. Alkohol dengan massa molekul rendah dapat larut dalam air dengan baik. Kelarutan dalam air disebabkan oleh ikatan hidrogen antara alkohol dan air. Semakin panjang rantai karbon semakin kecil kelarutannya dalam air. Eter tidak dapat membentuk ikatan hidrogen antara molekul-molekulnya, karena tidak ada hidrogen yang terikat pada oksigen. Apabila eter dicampur dengan air maka eter dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air karena ikatan hidrogen dengan H2O inilah maka kelarutan dietil eter hampir sama dengan 1-butanol.
144
Tabel 6.16 menyajikan data kelarutan beberapa alkohol dan eter.
Tabel 6.16. Kelarutan alkohol dan eter dalam air Nama Metanol Etanol 1-propanol 1-butanol dietil eter
Rumus CH3OH CH3CH2OH CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2OCH2CH3
Kelarutan (g/100 mL) Tak terhingga Tak terhingga Tak terhingga 8,3 8,0
Alkohol dapat mengalami reaksi kimia dan menjadi senyawa lain. Beberapa jenis reaksi-reaksi tersebut antara lain: dehidrasi alkohol, oksidasi alkohol, reaksi alkohol dengan Na atau K, esterifikasi, dll. Dehidrasi (pelepasan air) biasanya terjadi apabila asam sulfat pekat berlebih dicampurkan dalam alkohol dan memanaskan campuran tersebut hingga 180oC. Gugus hidroksil dan atom hidrogen dari karbon terdekatnya terlepas yang selanjutnya membentuk alkena dan air (Persamaan 6.1).
(6.1) Pada kondisi lain pada reaksi yang melibatkan dua molekul alkohol, penambahan sedikit asam sulfat pekat dan pemanasan pada suhu 140oC, dapat terbentuk eter. Alkohol pertama melepaskan gugus hidroksil dan alkohol kedua melepaskan atom hidrogen seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 6.2.
(6.2) Alkohol juga mengalami reaksi oksidasi. Hasil dari reaksi oksidasi alkohol tergantung dari jenis alkohol tersebut. Reaksi oksidasi pada alkohol primer akan menghasilkan aldehida dan berlanjut teroksidasi menjadi asam karboksilat (Persamaan 6.3). Jika alkohol sekunder yang teroksidasi menjadi keton (Persamaan 6.4).
145
(6.3)
(6.4)
Sumber: http://www.nafiun.com
Gambar 6.8. Reaksi oksidasi pada alkohol
Alkohol primer mengalami rekasi oksidasi akan menghasilkan aldehida dan jika aldehida yang dihasilkan mengalami reaksi oksidasi lanjut akan menghasilkan asam karboksilat. Jika alkohol sekunder mengalami oksidasi maka akan menghasilkan suatu keton. Alkohol tersier tidak mengalami reaksi oksidasi. Alkohol kering (tidak mengandung air) dapat bereaksi dengan logam Na atau K sehingga atom H dari gugus OH digantikan dengan logam tersebut sehingga terbentuk Na-alkoholat seperti pada Persamaan 6.5. dengan contoh pada persamaan 6.6. (6.5) alkohol
Natrium alkoholat
(6.6) etanol
Natrium etanoat
Jika terdapat air maka alkoholat terurai kembali menjadi alkohol + NaOH seperti yang tampak pada persamaan 6.7.
(6.7) Alkohol dengan asam karboksilat dapat membentuk ester. Reaksi ini disebut dengan reaksi esterifikasi, dengan contoh reaksi pada persamaan 6.8.
(6.8)
146
e. Kegunaan dan Dampak dari Penggunaan Alkohol dan Eter 1) Metanol Dalam industri metanol diubah menjadi formaldehid atau digunakan untuk mensintesa bahan kimia lain. Metanol digunakan sebagai pelarut dan sebagai bahan bakar bersih. Metanol mungkin juga mempunyai kegunaan baru dalam bidang pertanian. Tidak seperti alkohol pada minuman, metanol tetap beracun meskipun dalam jumlah kecil. Gejala keracunan metanol adalah kebutaan karena metanol menyerang syaraf penglihatan; juga dapat berakibat kematian.
2) Etanol Pada kebanyakan orang dewasa metabolisme tubuh dapat mencerna sejumlah kecil etanol dengan tingkat keracunan yang rendah. Etil alkohol pada umumnya disebut alkohol padi-padian atau alkohol minuman karena dapat dihasilkan dari fermentasi gula alam dan tepung yang dihidrolisis yang terdapat pada anggur dan padi-padian. Etanol mempunyai banyak kegunaan lainnya, sebagai pelarut (vanilla atau ekstrak lain di rumah seringkali larutan etanol) dan antiseptik (pencuci mulut mengandung alkohol 5%-30%). Etil alkohol yang dihasilkan untuk kegunaan selain konsumsi manusia diubah sifatnya dengan menambahkan metil dan isopropil alkohol dan tidak untuk minuman. Tujuan komersial, bahan ini biasanya dihasilkan dari hidrasi etana. 3) Spiritus Spiritus merupakan salah satu jenis alkohol yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari sebagai bahan bakar lampu spiritus (pembakar spiritus) dan untuk menyalakan lampu petromak. Di laboratorium pembakar spiritus digunakan untuk uji nyala. Pembakar spiritus juga digunakan untuk proses sterilisasi di laboratorium mikrobiologi. Spiritus bersifat racun, karena adanya kandungan metanol di dalamnya. Bahan utama spiritus adalah etanol dan bahan tambahan terdiri dari metanol, benzena dan piridin. 4) Eter Dietil eter digunakan secara luas sebagai obat bius sejak tahun 1842. Sekarang jarang digunakan sebagai obat bius untuk manusia karena mempunyai efek samping rasa sakit setelah pembiusan dan mual. Sekarang terdapat banyak obat bius yang digunakan termasuk golongan eter. Metil propil eter dan metoksi fluorin merupakan obat bius yang dikenal sebagai neotil dan pentrena. Dietil eter banyak digunakan sebagai pelarut, karena dapat melarutkan banyak senyawa organik yang tidak larut dalam air. Titik didih dietil
147
eter 36 oC, ini berarti dietil eter adalah zat yang mudah menguap. Keadaan ini memudahkan untuk memperoleh kembali zat terlarut. 3. Aldehida dan Keton Di dalam industri yang mempunyai struktur organic dapat mengalami perubahan struktur Kalian tentu sudah merasakan aroma menarik dari kayu manis, vanila dan makanan yang baru dipanggang maupun bau manis memualkan dari makanan basi. Semua zat tersebut mengandung gugus fungsional karbonil. Gugus karbonil merupakan ciri khas aldehida dan keton. Pada bagian ini dibahas lebih mendalam tentang struktur, tata nama dan sifat fisika dan kimia aldehid dan keton. Aplikasikan dalam kehidupan sehari-hari pada akhir bab dibahas cara identifikasi dan cara pembuatan aldehida dan keton. Selain itu juga dibahas kegunaan dan dampak penggunaan aldehida dan keton yang banyak ditemukan pada bermacam-macam jenis produk. Pada pembahasan sebelumnya kalian sudah mempelajari gugus fungsional yang melibatkan ikatan rangkap dua dalam alkena. Dalam alkena tersebut dua atom karbon saling menggunakan empat elektron (dua pasang) untuk membentuk ikatan karbonkarbon rangkap dua. Pada alkohol, atom oksigen diikat oleh atom karbon. Pada gugus karbonil menggabungkan kedua gugus fungsi tersebut, yaitu oksigen diikat karbon dengan ikatan rangkap dua. Apa perbedaan struktur aldehida dan keton? Coba saudarakan perhatikan gambir berikut, apakah perbedaan keduanya?
aldehid
keton
Sumber: http://chemyholic.blogspot.co.id a
Gambar 6.9. Struktur dasar keton, aldehida
Struktur dasar selanjutnya digunakan sebagai acuan untuk membentuk molekul yang lebih sejenis yang lebih panjang.
148
Sumber: http://www.nafiun.com
Gambar 6.10. Struktur propanal dan propanon
Berdasarkan
struktur
aldehida
dan
struktur
keton
pada
Sumber:
http://www.nafiun.com Gambar 6.0., maka kami dapat menentukan rumus umum dari aldehida dan keton.
Jika jumlah atom C = n, maka jumlah atom H = 2n jumlah atom O = 1 dan rumus umum CnH2nO. a. Tata nama aldehida dan keton Tananama aldehida dan keton dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu nama menurut sistem IUPAC dan nama trivial. Tatanama aldehida berdasarkan sistem IUPAC diturunkan dari nama alkana induknya dengan mengubah huruf terakhir “a” pada alkana dengan huruf “al” untuk aldehida. Tentukan rantai terpanjang yang mengandung gugus fungsi. Penomoran selalu dari C gugus fungsi sehingga atom karbon pada gugus -CHO selalu memiliki nomor 1. Beberapa contoh alkanal adalah propanal, butannal, heksanal, dsb. Keton diberi nama dengan mengubah huruf terakhir “a” pada alkana dengan huruf “on”. Tentukan rantai terpanjang yang melewati gugus fungsi -CO-. Penomoran dimulai dari ujung terdekat gugus fungsi. Contohnya propanon, pentanon, heksanon. Tatanama trivial aldehida diambilkan dari nama asam karboksilat induknya dengan mengubah asam-oat atau asam-at menjadi akhiran aldehida. Misalnya asam asetat menjadi asetaldehida. Tatanama trivial keton, diambilkan dari nama alkil yang melekat pada gugus karbonil kemudian ditambahkan kata keton. Tabel 6.4 memuat beberapa contoh nama trivial aldehida dan keton.
149
Tabel 6.17. Nama IUPAC dan trivial aldehid Rumus Molekul CH2O
Struktur
Nama Trivial formaldehida
Nama IUPAC Metanal
C2H4O
asetaldehida
Etanal
C3H6O
propionaldehida
Propanal
C4H8O
butiraldehida
Butanal
C3H6O
aseton (dimetil keton)
Propanon
C4H8O
etil metil keton
Butanon
C5H10O
dietil keton
3-pentanon
C5H10O
isopropil metil keton
3-metil-2-butanon
b. Sifat fisika dan kimia aldehida dan keton Karbon dan oksigen pada gugus karbonil berbagi dua pasang elektron, namun pembagiannya tidak seimbang. Negativitas oksigen lebih besar untuk mengikat pasangan elektron, sehingga kerapatan elektron pada oksigen lebih besar daripada karbon. Karbon lebih bermuatan positif sedangkan oksigen lebih bermuatan negatif. Polaritas ikatan rangkap pada karbon-oksigen lebih besar daripada ikatan tunggal pada karbon-oksigen. Perbedaan muatan pada molekul menyebabkan terjadinya dipole. Polaritas ikatan rangkap pada aldehida dan keton sangat mempengaruhi titik didihnya, sedangkan polaritas ikatan tunggal pada eter pengaruhnya sangat kecil terhadap titik didihnya. Pengaruh kepolaran pada aldehida dan keton tidak lebih rendah jika dibandingkan dengan ikatan hidrogen antar molekul alkohol.
150
Umumnya aldehida berfase cair, kecuali fomaldehida yang berfase gas. Aldehida suku rendah mempunyai bau yang menyengat, sedangkan aldehida suku tinggi mempunyai bau yang enak dan digunakan untuk parfum dan aroma tambahan. Atom hidrogen pada molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen dengan oksigen pada gugus karbonil sehingga kelarutan aldehida hampir sama dengan alkohol dan eter. Formaldehida dan asetaldehida larut dalam air sejalan dengan bertambahnya rantai karbon, kelarutan dalam air semakin berkurang. Siswa perlu mengetahui bahwa semua aldehida larut dalam pelarut organik. Sifat fisika keton hampir sama dengan aldehida. Aseton mempunyai bau yang enak, dan merupakan satu-satunya keton yang sangat larut dalam air. Homolog yang lebih tinggi merupakan cairan tak berwarna dan kurang larut dalam air, dan tidak seperti aldehida, mempunyai bau yang lembut. Aldehida dan keton mempunyai struktur yang hampir sama akibatnya keduanya mempunyai sifat kimia yang serupa. Perbedaan antara aldehida dan keton adalah aldehida mampu mengalami reaksi oksidasi dengan mudah menjadi asam karboksilat (persamaan 6.9), sedangkan keton tidak mudah dioksidasi (persamaan 6.10). Perbedaan ini dapat dideteksi dalam uji Fehling dan uji Tollens.
(6.9)
(6.10)
Pereaksi yang digunakan dalam tes Fehling terdiri dari campuran Fehling A dan Fehling B. Fehling A terdiri atas larutan CuSO4, dan Fehling B terdiri atas campuran NaOH dengan natrium-kalium tartrat. Pereaksi fehling dibuat dengan mencampurkan Fehling A dan Fehling B sehingga terbentuk ion kompleks Cu2+ dalam suasana basa. Pereaksi ini dalam reaksi cukup ditulis dengan CuO yang berwarna biru. Pada saat reaksi terjadi, aldehida dapat teroksidasi menjadi asam karboksilat dan ion kompleks Cu2+ (larutan berwarna biru) dapat tereduksi seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 6.11 menjadi tembaga (I) oksida, Cu2O terbentuknya endapan berwarna merah (bata). Keton tidak dapat bereaksi dengan pereaksi fehling. Tes Fehling dapat digunakan untuk menguji kadar glukosa dalam urin dalam rangka mendeteksi penyakit diabetes.
151
(6.11)
Pembeda antara aldehida dan keton juga tampak pada reaksi dengan menggunakan campuran larutan AgNO3 dan NH3 yang membentuk ion kompleks Ag(NH3)2+ atau cukup ditulis dengan Ag2O. Aldehida dapat teroksidasi menjadi asam karboksilat dan ion perak (Ag+) dapat tereduksi menjadi logam perak sedangkan keton tidak bereaksi dengan pereaksi ini, seperti yang disajikan pada persamaan 6.12. Perak perlahan-lahan akan menempel pada dinding dalam tabung dan jika dilihat dari luar tabung akan tampak seperti cermin. Oleh karena itu, tes Tollens disebut juga tes cermin perak.
(6.12)
c. Kegunaan dan dampak penggunaan aldehida dan keton Penggunaan terbesar formaldehida adalah sebagai pereaksi untuk penyiapan senyawa organik lain dan untuk pembuatan polimer seperti Bakelit, Formika, dan Melmac. Formaldehida dapat mengubah sifat protein, sehingga protein tidak dapat larut dalam air dan tahan terhadap bakteri pembusuk. Alasan inilah yang menyebabkan formaldehida digunakan pada larutan pembalsem dan pengawet spesimen biologis. Formalin juga digunakan sebagai antiseptik di rumah sakit untuk mensterilkan sarung tangan dan peralatan bedah. Akan tetapi penggunaan formaldehida sebagai antiseptik, pengawet dan cairan pembalsem menurun akhir-akhir ini karena zat ini dicurigai bersifat karsinogenik. Aseton adalah keton yang paling sederhana dan penting. Zat ini dihasilkan dalam jumlah besar dengan mengoksidasi isopropil alkohol dengan katalis (Ag). Karena larut sempurna dalam air dan kebanyakan pelarut organik, aseton utamanya digunakan pelarut industri (misalnya, untuk cat dan pernis). Zat ini merupakan bahan utama (terkadang bahan satu-satunya) pada beberapa merek penghapus cat kuku. Aseton juga merupakan bahan yang penting pada pembuatan kloroform, iodoform, pewarna, methacrylat, dan banyak senyawa organik kompleks yang lain.
152
4. Asam Karboksilat dan Ester Siswa pasti sudah sangat mengenal dengan asam asetat atau cuka. Asam tersebut termasuk dalam golongan asam karboksilat. Ahli alam pada abad ke-tujuh belas mengetahui bahwa sengatan akibat gigitan semut merah disebabkan oleh asam organik yang dimasukkan ke luka oleh semut tersebut. Selain itu telah lama disadari bahwa rasa asam segar pada buah jeruk dihasilkan oleh senyawa organik yang disebut asam sitrat. Bau kambing dihasilkan oleh senyawa asam kaproat. Asam asetat pada cuka, asam format pada semut merah dan asam sitrat pada buah merupakan keluarga senyawa yang sama, yaitu keluarga asam karboksilat. Beberapa turunan asam karboksilat juga penting. Ester merupakan turunan asam yang akan kita bahas lebih mendalam. Aroma harum dari parfum, aroma buah-buahan, aroma bunga merupakan contoh ester. Pada pembahasan sebelumnya anda sudah dapat menentukan rumus struktur dan rumus umum alkohol, eter, aldehida dan keton. Sekarang akan dipelajari rumus struktur dan rumus umum dari asam karboksilat dan ester. Asam karboksilat mempunyai gugus fungsi berupa gugus karboksil –COOH atau
Ester merupakan turunan dari asam karboksilat. Gugus fungsi ester diperoleh dengan melepaskan atom H pada gugus karboksil, sehingga ester mempunyai gugus fungsi -COO- atau
Bagaimana rumus umum asam karboksilat dan ester? Perlu diperhatikan untuk memahami struktur beberapa asam karboksilat dan ester dapat dilihat pada Gambar 6.15 dan Sumber: https://www.slideshare.net Gambar 6.16.
153
Sumber: id.wikipedia.org/wiki
Gambar 6.15. Struktur asam karboksilat
Sumber: https://www.slideshare.net
Gambar 6.16. Struktur ester
Rumus umum untuk asam karboksilat dan ester adalah CnH2nO2 a. Tatanama asam karboksilat dan ester Tananama asam karboksilat dan ester dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu nama menurut sistem IUPAC dan nama trivial. Tatanama asam karboksilat berdasarkan sistem IUPAC diturunkan dari nama alkana induknya dengan memberi awalan asam dan mengubah huruf terakhir “a” pada alkana dengan huruf “oat” untuk asam karboksilat. Tentukan rantai terpanjang yang mengandung gugus fungsi. Penomoran selalu dari C gugus fungsi sehingga atom karbon pada gugus -COOH selalu memiliki nomor 1, seperti pada Sumber: http://www.nafiun.com Gambar 6.17.
154
Sumber: http://www.nafiun.com
Gambar 6.17. Tata nama asam karboksilat
Ester disebut juga alkil alkanoat. Penamaan ester dilakukan dengan menyebutkan terlebih dahulu alkil yang melekat pada gugus karbonil kemudian disusul nama karboksilatnya.
Sumber: https://konsep-kimia.blogspot.co.id
Gambar 6.18. Tata nama ester
Tatanama trivial asam karboksilat diambilkan dari sumber asam karboksilat tersebut. Misalnya asam metanoat, nama trivialnya asam formiat atau asam semut (formica dalam bahasa latin berarti semut), karena asam metanoat diperoleh dari penyulingan semut merah. Beberapa nama trivial asam karboksilat dapat dilihat pada Tabel 6.18.
155
Tabel 6.18. Nama IUPAC dan trivial asam karboksilat Rumus struktur HCOOH CH3COOH
Nama IUPAC asam metanoat asam etanoat
Nama Trivial asam formiat asam asetat
CH3CH2COOH
asam propanoat
asam propionat
CH3CH2CH2COOH CH3(CH2)3COOH CH3(CH2)4COOH
asam butanoat asam pentanoat asam heksanoat
asam butirat asam valerat asam kaproat
CH3(CH2)5COOH
asam heptanoat
asam enantat
Penurunan nama formica = semut acetum = cuka protos = pertama, pion = lemak butyrum = mentega valere = menjadi kuat caper = kambing oenanthe = kuncup anggur
b. Sifat fisika dan kimia asam karboksilat dan ester Sembilan anggota pertama asam karboksilat merupakan cairan tak berwarna yang mempunyai bau yang sangat tidak enak. Bau cuka merupakan bau asam asetat; bau mentega basi adalah bau asam butirat. Asam kaproat terdapat pada rambut dan keringat kambing. Asam dari C5 hingga C10 semua mempunyai bau seperti kambing. Asam ini dihasilkan oleh bakteri kulit pada minyak keringat; begitu juga bau ruangan loker yang tidak mempunyai sirkulasi udara yang baik (bau sepatu olah raga usang). Asam di atas C10 merupakan padatan seperti wax/lilin, dan karena tingkat penguapannya yang rendah asam ini tidak berbau. Molekul asam karboksilat bersifat sangat polar dan membentuk ikatan hidrogen intermolekular yang kuat. Karenanya senyawa ini mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari pada alkohol meskipun dengan massa molar yang setara. Etil alkohol (Mr= 46) mendidih pada suhu 78oC sedangkan asam format (Mr= 46) mendidih pada suhu 100oC. Begitu juga dengan propil alkohol (Mr= 60) mendidih pada suhu 97oC, sedangkan asam asetat (Mr= 60) mendidih pada suhu 118oC. Ester yang diturunkan dari asam karboksilat pada umumnya mempunyai sifat yang berlawanan dari zat asalnya, karena ester mempunyai bau yang menyenangkan dan sering terdapat pada aroma buah-buahan dan bunga-bungaan. Molekul-molekul ester bersifat polar namun tidak mampu membentuk ikatan hidrogen intermolekuler satu dengan yang lain. Karenanya ester mempunyai titik didih yang lebih rendah daripada asam karboksilat isomernya. Seperti yang dapat diduga titik didih ester terletak antara keton dan eter dengan massa molar yang sebanding. Karena molekul-molekul ester dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul-molekul air, ester dengan massa molar rendah larut dalam air. Ester yang memiliki tiga hingga lima atom karbon larut dengan baik dalam air. Larutan asam karboksilat dalam air bersifat asam. larutan tersebut dapat mengubah lakmus biru menjadi merah. Semua asam karboksilat dapat bereaksi dengan
156
larutan NaOH (persamaan 6.13), Na2CO3 (persamaan 6.14), dan NaHCO3 (persamaan 6.15). Ketiga reaksi tersebut tergolong reaksi netralisasi. Asam karboksilat tergolong asam lemah, sehingga dalam air hanya terionisasi sebagian.
(6.13) (6.14) (6.15) Ester merupakan senyawa yang bersifat netral. Biasanya ester mengalami reaksi kimia dimana gugus alkoksi (-OR’) digantikan oleh gugus yang lain. Salah satu reaksi seperti ini adalah hidrolisis. Hidrolisis dipercepat dengan adanya asam atau basa. Hidrolisis dalam suasana asam merupakan kebalikan dari esterifikasi. Ester direfuk dengan air berlebih yang mengandung katalis asam yang kuat tetapi reaksi tersebut merupakan reaksi kesetimbangan sehingga reaksi tidak pernah berhenti.
(6.16)
Jika suatu basa (NaOH atau KOH) digunakan untuk menghidrolisis ester maka reaksi tersebut sempurna. Mengapa? Asam karboksilat dilepaskan dari kesetimbangan dengan mengubahnya menjadi garam (Persamaan 6.17). Garam organik tidak bereaksi dengan alkohol sehingga reaksi tersebut merupakan reaksi tidak dapat balik (Persamaan 6.18).
(6.17)
(6.18) c. Kegunaan asam karboksilat dan ester 1) Asam Asetat Asam asetat (Asam etanoat) merupakan asam karboksilat yang paling penting. Zat ini dihasilkan secara industri dengan mengoksidasi asetaldehida, bahan mentah yang didapat dari oksidasi etanol atau hidrasi asetilen. Asam asetat juga dibentuk dalam cuka, ketika bakteri asetobacter mengoksidasi etanol. Cuka pasar yang mengandung sekitar 5% asam asetat dalam air, telah digunakan selama berabad-abad untuk menyedapkan
157
makanan. Asam asetat digunakan pada pembuatan selulosa asetat, vinil asetat, obatobataan, pewarna, insektisida, bahan kimia fotografi, dan pengawet makanan. 2) Asam Format Nama asam format ( asam metanoat) didapat dari Bahasa Latin untuk kata formica yang berarti semut. Asam ini diisolasikan dari hasil distilasi pemecahan pada semut. Sengatan pada gigitan semut disebabkan karena adanya asam format. Asam ini merangsang ujung syaraf perasa sakit pada tubuh kita dengan jalan merendahkan pH di sekelilingnya. Daerah yang terkena gigitan akan membengkak karena mengalirnya air untuk melarutkan asam format tersebut sehingga pH bertambah, karena sengatan tersebut adalah asam, perawatan yang terbaik adalah menggunakan basa sedang seperti baking soda/soda kue (NaHCO3). Semut dan serangga lain sering mengeluarkan bahan kimia lain jika mereka menggigit dan menyebabkan reaksi alergi yang parah pada beberapa orang. Botol-botol asam format diberi peringatan “Hindari kontak dengan kulit” karena asam ini bersifat korosif pada kulit dan jaringan tubuh. Meskipun demikian asam format dimanfaatkan pada pembuatan pewarna, insektisida, parfum, obat-obatan dan plastik. 3) Ester Beberapa senyawa ester mempunyai aroma buah-buahan seperti apel (metil butirat), aroma pisang (amil asetat), aroma nanas (etil butirat) dan masih banyak lagi.Dengan prinsip reaksi esterifikasi tersebut dapat dibuat aroma buah-buahan tiruan. Jadi rasa dan aroma buah-buahan yang terdapat pada makanan seperti permen, sirup dapat digantikan dengan senyawa ester. Ester tidak hanya penting untuk kosmetik dan penambah rasa, tapi juga untuk penerapan lain. Beeswax, campuran ester seperti C25H51COO–C30H61, dan dan Carnauba wax, ester lain, digunakan pada cat/pelapis mobil dan mebelair. Lemak dan minyak (bukan minyak tanah) merupakan ester dari gliserol dengan asam-asam lemak; ini penting bagi makanan kita. Ester-ester aspirin dan metil salisilat digunakan dalam pengobatan sebagai analgesik dan anti-peradangan. Metil salisilat, juga disebut minyak wintergreen, merupakan bahan utama rasa/bau wintergreen. Etil asetat digunakan sebagai penghapus cat kuku/kutek.
158
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Di bawah ini yang tergolong senyawa karbon adalah.... a. karbon dioksida b. sukrosa c. garam dapur d. pasir e. natrium karbonat 2. Salah satu faktor yang menyebabkan senyawa karbon jumlahnya melimpah di bumi adalah.... a. karbon jumlahnya melimpah di kulit bumi b. titik didih karbon sangat tinggi c. karbon mempunyai 6 elektron valensi d. karbon sangat reaktif e. dapat membentuk rantai atom karbon 3. Gas hasil pemanasan campuran antara glukosa dengan CuO yang dapat mengeruhkan air kapur adalah.... a. H2 b. H2O c. CO2 d. CO e. N2 4. Pembakaran senyawa hidrokarbon akan menghasilkan senyawa di bawah ini, kecuali.... a. CO2 b. CO c. H2O d. C e. CH4 5. Nama senyawa alkohol yang mempuyai rumus struktur berikut adalah....
159
a. 2-metil-3-butanol b. etil isopropil eter c. 3-metil-2-butanol d. 2-butanol e. dietil eter 6. Jika suatu alkohol sekunder mengalami reaksi oksidasi, maka akan dihasilkan suatu.... a. keton b. aldehida c. asam karboksilat d. tidak bereaksi e. alkohol tersier 7. Jika suatu aldehida mengalami reaksi oksidasi, maka akan dihasilkan suatu.... a. keton b. alkohol c. asam karboksilat d. tidak bereaksi e. eter 8. Rumus bangun berikut adalah....
a. 2,3-dimetil pentanal b. 2-metil-3-pentanon c. 3,2-dimetil butanal d. 2-metil butanal e. 2,2-dimetilbutanal 9. Nama senyawa dengan struktur berikut adalah....
160
a. asam 3-metilpentanoat b. asam 2-etil-2-metilbutanoat c. isobutil propanoat d. asam 2-metilheptanoat e. metil heksanoat 10. Senyawa karbon yang memiliki aroma buah-buahan adalah.... a. eter b. keton c. alkohol d. ester e. aldehida
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. Bagaimanakah caranya untuk membuktikan adanya atom C dalam suatu senyawa karbon? Jelaskan! 2. Berilah contoh senyawa karbon dan kegunaanya! 3. Bagaimana kemungkinan hasil jika suatu jenis alkohol mengalami reaksi oksidasi? 4. Bagaimana cara membedakan antara aldehida dan keton? 5. Bagaimana proses pembuatan suatu ester?
161
BAB 7 POLIMER PETA KONSEP
Polimer
Klasifikasi Polimer
Pembuatan Polimer
Aplikasi Polimer
Setelah mempelajari bab ini, Anda diharapkan dapat: 1. Mengetahui dan mampu mengidentifikasi struktur polimer. 2. Mengetahui dan mampu menjelaskan sifat fisis dan kimia polimer. 3. Mengetahui penggolongan polimer. 4. Memahami kegunaan dan dampak penggunaan polimer dalam kehidupan.
A. PENDAHULUAN Di zaman sekarang ini, bisa dikatakan kita tidak bisa hidup tanpa plastik. Hampir setiap hari kita akan selalu berinteraksi dengan plastik atau sejenisnya. Plastik menjadi bagian penting dari setiap manusia dengan bebagai kegunaannya yang luas dari produk domestik yang biasa sampai alat-alat medis yang mahal. Zaman modern sekarang ini, sebagian besar para insinyur dan desainer beralih ke plastik karena bahan ini memberikan kombinasi sifat/karakteristik yang tidak terdapat pada material lain. Plastik mempunyai berbagai kelebihan antara lain: ringan, kuat, tahan terhadap korosi, mudah untuk diwarnai, transparan, dan mudah diproses. Plastik atau yang disebut sebagai termoplastik sendiri merupakan salah satu jenis polimer. Pada paragraf selanjutnya akan dibahas berbagai kategori polimer yang banyak dijumpai. Sumber: id.wikipedia.org/wiki Gambar 7.1 menunjukkan beberapa aplikasi dari polimer dalam kehidupan kita
sehari-hari.
162
Sumber: id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.1. Aplikasi polimer dalam kehidupan sehari-hari
Polimer berasal dari kata poly (banyak) dan meros (bagian). Polimer merupakan makromolekul (molekul berukuran besar) yang mempunyai struktur yang teratur, yaitu tersusun dari molekul-molekul (unit) kecil yang terikat melalui ikatan kimia. Struktur dasar dari molekul polimer adalah rantai panjang ikatan atom kovalen yang disebut tulang punggung (backbone). Polimer, selain dapat ditemukan secara luas di alam, juga dapat diproduksi secara buatan. Secara umum, pada polimer buatan backbone biasanya terbuat dari karbon. Melekat pada backbone dalam pola yang teratur adalah atom atau kelompok atom yang disebut kelompok sisi (side group). Sebagai contoh, kelompok sisi yang paling sederhana adalah atom hidrogen tunggal, seperti dalam poli(etena)/polietilena. Molekulmolekul (unit) kecil yang terikat bersama-sama secara kimia selama proses polimerisasi untuk membuat polimer disebut monomer. Susunan atom di monomer menjadi pola berulang dalam polimer yang disebut unit berulang (repeat unit). Gambar di bawah menunjukkan salah satu jenis polimer buatan (sintesis) yang sederhana, yaitu poli (etena)/poli(etilena) dengan monomer penyusunnya etena.
Sumber: id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.2. Pembentukan Polimer
163
Polimer tersusun atas monomer-monomer yang terikat secara kimia saat proses polimerisasi.
Sumber: http://khanafitriarlita.blogspot.co.id
Gambar 7.3. Susunan molekul polietena dengan monomernya
B. KLASIFIKASI POLIMER Polimer dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok. Gambar 7.4 menunjukkan diagram klasifikasi polimer berdasarkan: asal, struktur, monomer penyusun, sifat/karakteristik dan reaksi pembentukannya.
Klasifikasi Polimer Asal
Struktur
Monomer Penyusun
Sifat/karakt eristik
Reaksi Polimerisasi
Polimer Alami
Polimer linier
Homopolime r
Termoplasti k
Polimer adisi
Polimer Sintesis
Polimer rantai bercabang
Kopolimer
Elastomer
Polimer kondensasi
Polimer semisintesis
Polimer ikatan silang
Termoset
Compound
Gambar 7.4. Diagram klasifikasi polimer
164
1. Polimer Berdasarkan Asalnya Berdasarkan asalnya, polimer dapat dibedakan menjadi
polimer alam
(biopolymer) dan polimer buatan. Polimer alam merupakan polimer yang terbentuk secara alamiah seperti selulosa, amilum, protein, karet, kapas, wol, dan sutra. Polimer alam telah diketahui dan digunakan sejak jaman dulu. Sedangkan polimer buatan dapat berupa polimer sintesis dan polimer semi-sintesis. Polimer semi-sintesis merupakan polimer alam yang dimodifikasi. Sebagai contoh: rayon, yaitu serat sintesis yang dibuat dari selulosa (kayu). Sedangkan polimer sintesis adalah polimer yang dibuat dari monomer dan diproduksi dalam pabrik atau laboratorium. a. Polimer alam Polimer alam adalah polimer yang terbentuk secara alami dan tersebar di muka bumi. Contoh polimer alami adalah empat makromolekul penting yang dibutuhkan oleh mahluk hidup, yaitu: karbohidrat, protein, lemak, dan asam nukleat. Selain itu contoh polimer alami yang lain karet alam, sutra, kapas, dll. Polimer alam biasanya terbentuk secara alami melalui reaksi kondensasi.
Sumber: id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.5. Contoh polimer alam
Karet alam, pati, sutra, dan kapas merupakan polimer alam yang dapat ditemukan secara bebas di alam. Pati sendiri merupakan contoh polimer alami yang sangat penting bagi manusia, karena merupakan sumber energi yang utama. Pati juga disebut sebagai
165
polisakarida, karena merupakan polimer dari monomer penyusunnya yaitu glukosa monosakarida. Apabila dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi polisakarida yang utama, yaitu amilosa dan amilopektin.
Sumber: http://usaha321.net
Gambar 7.6. Struktur polimer pada pati
Tabel 7.1. Contoh polimer alam, monomer penyusunnya, dan keberadaannya di alam. No. 1. 2. 3. 4. 5.
Polimer Selulosa Karet alam Protein Amilum Asam nukleat
Monomer Glukosa Isoprene Asam amino Glukosa Nukleotida
Terdapat pada Kapas, sayur, kayu Getah karet alam telur, wol, susu, daging, sutera akar umbi, biji-bijian Molekul DNA, RNA
b. Polimer sintesis (buatan) Polimer sintesis adalah polimer buatan manusia yang diproduksi di laboratorium dan pabrik. Dihasilkan dari reaksi polimerisasi.dari monomer-monomer. Dalam sejarahnya, polimer buatan yang pertama kali diproduksi dan digunakan dalam skala komersial adalah fenol formaldehida, yang dikenal secara komersial sebagai bakelit. Tabel 7.2 di bawah ini menunjukkan beberapa contoh polimer buatan, monomer penyusunnya dan kegunaannya.
166
Tabel 7.2. Contoh polimer sintesis, monomer penyusunnya dan kegunaannya. No. 1. 2. 3.
Polimer Polietena Polipropena PVC
Monomer Etena Propena Vinil klorida
4. 5. 6.
Polivinil alkohol Teflon Dakron
7.
Nilon
8.
Polibutadiena
Vinil alkohol Tetrafluoro etena Metal tereftalat dan etilen glikol Asam adipat dan heksametilen diamin Butadiena
Aplikasi sehari-hari Kantung,kabel plastik Tali,karung,botol plastik Pipa pralon,pelapis lantai, kabel listrik Bak air Wajan,panci anti lengket Pita rekam magnetik, kain,tekstil,wol sintetis Tekstil Ban motor, mobil
Sumber: id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.7. Contoh polimer buatan
2. Polimer Berdasarkan Struktur Rantainya Berdasarkan struktur rantainya, polimer dapat dibagi menjadi polimer linier, polimer bercabang, polimer ikatan silang (cross-link). a. Polimer linier Polimer linier yaitu polimer yang tersusun dari monomer-monomer yang berikatan satu sama lainnya dan membentuk rantai polimer yang panjang dan lurus, menumpuk satu sama lain membentuk struktur kemas. Sebagai contoh adalah polietilena, polivinil klorida, dll. Polimer linier memiliki titik leleh, kuat tarik (tensile), dan densitas yang tinggi. b. Polimer bercabang Polimer bercabang adalah polimer linier yang mempunyai cabang dengan panjang beda pada rantai utama. Dengan adanya percabangan ini, polimer jenis ini mempunyai titik leleh, kuat tarik dan densitas yang lebih rendah. Sebagai contoh adalah glikogen.
167
c. Polimer berikatan silang (cross-link) Polimer berikatan silang adalah polimer yang terbentuk apabila ada beberapa rantai polimer saling berikatan satu sama lain pada rantai utamanya. Ikatan silang tersebut dapat terbentuk ke berbagai arah sehingga membentuk ikatan silang tiga dimensi yang disebut dengan polimer jaringan (network). Adanya rantai silang pada rantai, menyebabkan sifat pollimer ini sangat keras, kaku dan rapuh. Contoh polimer rantai silang
adalah
Bakelite,
resin
urea
formaldehida.
Sumber:
https://hafidhmind.wordpress.com Gambar 7.8 menunjukkan ilustrasi perbandingan struktur rantai antara polimer
linier, bercabang, cross-linked, dan jaringan.
Sumber: https://hafidhmind.wordpress.com
Gambar 7.8. Jenis struktur polimer
3. Polimer Berdasarkan Jenis Monomernya Berdasarkan monomer penyusunnya, polimer dapat dibedakan menjadi homopolimer dan kopolimer. Sebuah polimer yang semua monomernya identik disebut homopolimer. Polimer juga dapat disintesis menggunakan dua atau lebih monomer yang berbeda, dan ini menghasilkan yang disebut dengan kopolimer. a. Homopolimer Homopolimer merupakan polimer yang tersusun atas satu jenis monomer yang berulang.
Dengan
struktur
polimer
sebagaimana
ditunjukkan
oleh
Sumber:
www.nafiun.com Gambar 7.9.
168
Sumber: www.nafiun.com
Gambar 7.9. Ilustrasi struktur homopolimer
Contoh: PVC dengan satu jenis monomer, yaitu vinil klorida.
Polietilen dengan satu jenis monomer, yaitu etilen/etena. b. Kopolimer Polimer juga dapat disintesis menggunakan dua atau lebih monomer yang berbeda, dan ini menghasilkan yang disebut dengan kopolimer. Ini adalah proses yang berguna, misalnya jika ada dua jenis monomer yang masing-masing menghasilkan homopolimer dengan sifat yang diinginkan, kopolimer dapat diproduksi dengan menggabungkan keduanya. Sifat dari kopolimer tergantung pada jenis monomer dan konfigurasinya. Contoh dari kopolimer adalah: Polyethylenterphtalate (PET) dengan monomer asam ftalat dan etilen glikol. Acrynitrile-Butadiene-Styrene (ABS) dengan monomer akrilonitril, butadiena, dan stirena. Styrene-Butadiene-Rubber (SBR) dengan monomer stirena dan butadiene.
Kopolimer dapat dibagi menjadi 4 kategori, yaitu seperti berikut: 1) Kopolimer beraturan, yaitu kopolimer yang mempunyai lebih dari satu jenis monomer yang berbeda dan berselang-seling dalam rantai polimer. Strukturnya: - A – B–A–B–A–B–A–B-A
169
2) Kopolimer blok, yaitu kopolimer yang mempunyai lebih dari satu jenis monomer yang berbeda dan tersusun dalam satu blok/grup monomer dalam rantai polimer. Strukturnya: -A –A - A – B – B – B – A – A – A3) Kopolimer acak, yaitu kopolimer yang mempunyai lebih dari satu jenis monomer yang berbeda dan tersusun secara acak dalam rantai polimer. Strukturnya: - A – B – A–A–B–B–B–A–B-A 4) Kopolimer cangkok/grafting, yaitu kopolimer yang mempunyai satu macam monomer yang berulang dan menempel pada backbone/rantai polimer utama yang juga hanya mengandung satu jenis monomer yang berulang. Strukturnya:
Sumber: www.nafiun.com
Gambar 7.10. Ilustrasi struktur beberapa jenis kopolimer
Sumber: www.nafiun.com
Gambar 7.11. Ilustrasi struktur rantai kopolimer
4. Polimer Berdasarkan Sifat/karakteristiknya Berdasarkan sifat dan karakteristiknya, polimer dapat digolongkan ke dalam beberapa kategori. Gambar 7.12 menunjukkan klasifikasi polimer berdasarkan sifat dan karakteristiknya.
170
Plastik/Polimer
Termoplastik
Elastomer
Termoset
Compound
Termoplastik amorf
Polymer blends
Termoplastik semi-kristalin
Composites
TermoplastikElastomer Gambar 7.12. Diagram klasifikasi polimer berdasarkan sifat dan karakteristiknya.
a. Termoplastik Termoplastik memiliki rantai banyak rantai panjang yang terikat oleh gaya antarmolekul Van der Waals yang relatif lemah. Ketika dipanaskan, gaya antar-molekul melemah sehingga menjadi lunak dan akhirnya pada suhu tinggi dapat menjadi lelehan yang kental. Ketika didinginkan, termoplastik akan kembali membeku/kaku lagi. Siklus dari pelunakan oleh panas dan menjadi kaku oleh pendinginan dapat diulang lebih atau kurang tanpa batas. Hal ini merupakan keuntungan terbesar dari termoplastik dan juga menjadi dasar metode pemrosesan material ini. Sewaktu meleleh, termoplastik dapat dicetak menjadi bentuk lain yang memiliki nilai guna yang lebih besar. Contoh dari termoplastik adalah: polyethylene, polyvinyl chloride, polystyrene, nylon, cellulose acetate, acetal, polycarbonate, polymethyl methacrylate and polypropylene. Termoplastik juga dapat digolongkan menjadi dua kategori penting, yaitu terkait apakah mereka memiliki struktur kristalin (teratur) atau amorf (random). Dalam praktiknya, tentu saja tidak mungkin untuk plastik memiliki struktur kristalin yang sempurna. Hal ini dikarenakan sifat fisik yang kompleks dari rantai molekul. Beberapa plastik seperti: polietilen dan nylon dapat memiliki tingkat kristalin yang tinggi. Tetapi mereka lebih tepat jika disebut sebagai semi-kristalin. Sedangkan plastik lain seperti: acrylic dan polystyrene selalu mempunya struktur amorf. Tabel 7.3 ini menunjukkan perbedaan yang mendasar antara termoplastik amorf dan kristalin.
171
Sumber: www.academia.edu
Gambar 7.13. Struktur termoplastik amorf dan semi-kristalin Tabel 7.3. Perbandingan antara struktur amorf dan kristalin Amorf (random) Memiliki rentang suhu pelunakan yang luas Biasanya transparan Tingkat penyusutan relatif rendah Resistansi terhadap bahan kimia relatif rendah Resistansi terhadap fatigue and wear relatif rendah Contoh: Polyvinyl Chloride (PVC) Polystyrene (PS) Polysulphone (PSU) Polycarbonate (PC) Polymethylmethacrylate / Acrylic (PMMA) Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) Polyphenylene (PPO)
Krisatlin (teratur) Memiliki rentang suhu leleh/pelunakan yang tajam/sempit Biasanya tidak transparan/buram Tingkat penyusutan relatif tinggi Resistansi terhadap bahan kimia relatif tinggi Resistansi terhadap fatigue and wear relatif tinggi Contoh: Polyethylene (PE) Polypropylene (PP) Polyamide (PA) Polyethylenterephtalate (PET) Polyoxymethylene (POM) Polyester (PETP, PBTP) Fluorocarbons (PTFE, PFA, FEP and ETFE)
b. Termoset Plastik termoset diproduksi dengan reaksi kimia yang terdiri dari dua tahap. Tahap pertama menghasilkan atau membentuk rantai polimer panjang seperti halnya pada termoplastik, akan tetapi masih bisa untuk mengalami reaksi selanjutnya. Reaksi tahap kedua yaitu ikat silang (cross linking) rantai polimer tadi, yang biasanya terjadi pada saat pencetakan/moulding. Biasanya dilakukan pada suhu dan tekanan tertentu. Cetakan yang dihasilkan akan sangat kaku ketika sudah dingin, dan struktur ikatan jaringan telah terbentuk di dalam material termoset. Pada tahap kedua, rantai panjang molekul telah saling terikat/terhubung dengan ikatan kimia yang kuat dan menghasilkan jaringan tiga dimensi yang padat. Hal ini menyebabkan material termoset bersifat sangat kaku dan tidak dapat melunak lagi dengan aplikasi panas. Jika panas yang berlebih diterapkan terhadap material termoset, ikatan-ikatan tersebut akan putus dan termoset akan
172
terdegradasi dan terbakar. Contoh dari thermoset adalah: phenol formaldehyde, melamine formaldehyde, urea formaldehyde, epoxy resin (EP) dan beberapa polyesters. c. Elastomer Elastomer merupakan polimer yang memiliki jaringan ikat silang yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan termoset. Elastomer bersifat sangat elastis atau dapat mulur jika ditarik, dan dapat kembali ke bentuk awal jika gaya tariknya dihilangkan. Elastisitas
ini
dihasilkan
dari
hubungan/network
rantai-rantai
polimer
yang
memungkinkan rantai-rantai tersebut ditarik dan ikatan silang (cross link) yang akan menarik kembali rantai-rantai tersebut. Pada pemanasan, mereka tidak bisa meleleh, dalam arti yang konvensional, mereka tidak bisa mengalir (seperti termoplastik) dikarenakan adanya ikatan silang. Pemanasan hanya akan mempengaruhi/meningkatkan tingkat elastisitas, dikarenakan berkurangnya efek kaku dari ikatan silang dan naiknya tingkat pergerakan dari rantai polimer. Dan pada pendinginan, elastomer menjadi mengkristal (sebagian). Contoh elastomer adalah styrene-butadien-resin (SBR), butadiene resin (BR), polyurethane (PU). Sumber: www.academia.edu Gambar 7.14 menunjukkan ilustrasi struktur rantai polimer yang membandingkan
antara termoplastik, elastomer, dan termoset.
Sumber: www.academia.edu
Gambar 7.14. Struktur rantai termoplastik, elastomer dan termoset
d. Compound Istilah polymer compound atau polimer kombinasi menunjukkan jenis polimer terbuat dari campuran atau kombinasi beberapa polimer yang berbeda. Polimer jenis ini dibuat untuk mendapatkan material khusus dengan sifat dan karakteristik tertentu dengan menggabungkan polimer-polimer dengan sifat-sifat yang berbeda. Polymer compound sedikit beda dengan kopolimer. Kopolimer dibuat dengan beberapa jenis monomer yang berbeda, sedangkan polymer compound dibuat dengan beberapa jenis polymer yang berbeda. Beberapa jenis polimer yang termasuk dalam polymer compound, antara lain: 1) Polymer blends
173
Polymer blends atau polimer campuran merupakan kombinasi dari beberapa jenis polimer yang berbeda yang biasanya dicampur pada keadaan leleh (molten state). Setelah dibekukan, polimer yang berbeda tadi akan terkombinasi secara proporsional, secara fisik dan tanpa reaksi kimia. Seberapa jauh sebuah polimer campuran yang bagus dapat dihasilkan tergantung terhadap kelarutan (miscibility) antar polimer tersebut. Sifat kimia, termal, dan mekanik dari polimer campuran yang dihasilkan tergantung pada tipe dari polimer-polimer yang digunakan dan proporsinya dalam polimer campuran. Contoh dari polimer campuran adalah sebagai berikut: ABS/PC, EVA/PVC, PBTP/PC, PE/PA6, PP/PA. 2) Termoplastik-elastomer Termoplastik-elastomer (TPE) merupakan polimer yang bersifat elastik, fleksibel dengan kualitas seperti elastomer atau karet tetapi dengan sifat seperti termoplastik. Termoplastik-elastomer menutup adanya celah antara sifat termoplastik yang kaku dan elastomer yang divulkanisasi sehingga tidak dapat diproses kembali. Dengan sifat seperti termoplastik, TPE dapat diproses /dicetak kembali menggunakan extrusion dan cetakan (molding). Tabel 7.4 menunjukkan beberapa contoh termoplastik-elastomer dengan kondisi aplikasinya, densitas, dan tingkat kekerasannya.
Tabel 7.4. Contoh termoplastik-elastomer (TPE) Resin TPE-A TPE-E TPE-U TPE-o TPE-V TPE-S
Rentang temperatur (oC) -40 – 170 -65 – 150 -50 – 135 -60 – 110 -60 – 110 -50 – 100
Densitas (g/cm3) 1.01 >1 >1 0.89 – 1.00 0.89 – 1.00 0.89 – 1.00
Kekerasan (hardness) 70 – 90 70 – 80 70 – 90 40 – 90 40 – 90 10 - 90
Dikarenakan oleh rendahnya titik leleh, TPE dapat dengan mudah diproses kembali dengan extrusion dan cetakan (molding) pada rentang suhu sekitar 190 – 240 oC (tergantung pada jenis TPE). Akan tetapi untuk mendapatkan TPE yang homogen, maka perlu menggunakan shear forces yang tinggi pada saat proses. Kebanyakan dari TPE menunjukkan ketahanan terhadap cuaca dan bahan kimia. 3) Composites Polymer composites atau polimer komposit merupakan jenis polimer yang terbuat dari material polimer sebagai matrik (termoplastik atau termoset) dan pengisi (filler) organik maupun anorganik, seperti zat mineral pewarna, fiber (pendek, panjang,
174
continuous), partikel berukuran mikro/nano, dll. Partikel seperti serbuk mineral, tepung kayu, atau karbon hitam (carbon black) biasanya digunakan untuk meningkatkan kekakuan dari material matrik. Sedangkan penggunaan fiber dari gelas, karbon, atau aramid sebagai filler dapat meningkatkan kekuatan material matrik. Pada zaman sekarang, banyak peneliti yang menggunakan partikel berukuran nano sebagai filler. Partikel berukuran nano yang sering digunakan antara lain: carbon nanotubes
(CNT),
nanoclay,
nano-CaCO3.
Polimer
yang
dihasilkan
dengan
menggunakan partikel berukuran nano sebagai filler disebut dengan polymer nanocomposites. Saat ini polimer nanokomposit sangat populer di antara para peniliti dalam bidang ilmu dan teknik polimer. Hal itu dikarenakan dengan penambahan sedikit partikel nano pada matrik polimer dapat meningkatkan sifat fisik, termal, mekanik dari komposit yang dihasilkan lebih tinggi jika dibandingkan dengan filler lainnya. Polimer nanokomposit dapat diaplikasikan secara luas, seperti pada bidang otomotif, packaging, medis, elektronik, dll.
Sumber: jurnal.unpad.ac.id
Gambar 7.15. Penampakan partikel nano CaCO3 pada matrik HDPE
5. Polimer Berdasarkan Reaksi Polimerisasi Polimer dapat disintesis melalui reaksi polimerisasi. Reaksi polimerisasi adalah reaksi penggabungan unit-unit penyusun kecil (monomer-monomer) menjadi suatu molekul rantai panjang (polimer). Reaksi polimerisasi dapat dibedakan menjadi polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.
175
Plastik/polimer
Polimer Adisi
Polimer Kondensasi
Sebagai reaksi bertahap Sebagai reaksi berantai
Gambar 7.156. Diagram klasifikasi polimer berdasarkan reaksi polimerisasi
a. Polimerisasi Adisi Polimerisasi adisi atau juga disebut dengan polimerisasi pertumbuhan rantai (chain growth reaction) adalah reaksi polimerisasi yang melibatkan penggabungan monomer-monomer yang berikatan rangkap (ikatan jenuh) secara terus-menerus untuk membentuk rantai molekul yang panjang. Reaksi ini dapat berlangsung dengan bantuan suatu intermediet/katalis yang biasanya berupa radikal bebas. Reaksi adisi menyebabkan terbukanya ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal. Contoh reaksi tersebut dapat dilihat pada gambar berikut.
Sumber: http://kimiadasar.com
Gambar 7.167. Contoh polimerisasi adisi
Mekanisme polimerisasi adisi atau polimerisasi pertumbuhan rantai dapat dibagi ke dalam tiga tahap, yaitu: inisiasi rantai (initiation), perpanjangan rantai (chain propagation), terminasi rantai (termination). 1) Inisiasi rantai
176
Polimerisasi adisi diawali oleh penambahan radikal bebas. Radikal bebas inilah yang akan meng-inisiasi reaksi rantai. Radikal bebas bertugas untuk membuka ikatan rangkap C=C dengan bergabung pada satu sisi salah satu monomer. Ini akan menyebabkan monomer lainnya untuk bergabung/bereaksi pada sisi yang yang lain. Radikal bebas yang biasa digunakan adalah hydrogen peroksida melaui penambahan panas. 2) Perpanjangan rantai (chain propagation) Radikal monomer yang dihasilkan pada tahap inisiasi bersifat sangat reaktif karena kekurangan satu elektron, sehingga dapat menyerang molekul etene/etilena lainnya untuk bergabung dan menghasilkan radikal baru berikutnya dengan rantai yang lebih panjang. Reaksi berlangsung terus menerus, dan rantai karbon dari radikal terus mengalami pertumbuhan (perpanjangan) rantai. 3) Terminasi (termination) Ini merupakan tahap terakhir dari polimerisasi adisi radikal bebas. Terminasi dari reaksi polimerisasi dapat terjadi melalui penambahan radikal bebas terminasi atau ketika dua rantai radikal yang panjang bergabung.
Tabel 7.5. Contoh polimer adisi
Sumber: http://globespotes.blogspot.co.id
177
b. Polimerisasi Kondensasi Polimerisasi kondensasi atau juga disebut dengan pertumbuhan bertahap (stepwise growth) adalah proses pembentukan polimer ketika dua atau lebih monomer sejenis atau berbeda jenis bergabung membentuk molekul besar. Molekul-molekul ini bereaksi lebih lanjut dengan molekul yang lain. Proses ini ini diulang sampai rantai polimer panjang terbentuk. Proses ini melepaskan molekul-molekul kecil dan biasanya H2O selalu terbentuk dari reaksi. Inilah yang menjadikan alasan dinamakannya kondensasi. Rantai polimer yang dihasilkan teratur dan simetris dan karena itu cenderung untuk mempunyai struktur kristalin. Perbedaan mendasar antara polimerisasi adisi dan kondensasi adalah bahwa pada polimerisasi kondensasi terjadi pelepasan molekul kecil seperti H2O dan NH3, sedangkan pada polimerisasi adisi tidak terjadi pelepasan molekul. Polimerisasi kondensasi sendiri dibagi menjadi dua yaitu, polimerisasi kondensasi alami (contoh: pembentkukan selulosa, amilum, DNA, dan protein) dan polimerisasi kondensasi sintesis (contoh: pembentukan nilon, Kevlar, dakron, bakelit, dan urea-metanal).
(Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki)
Gambar 7.18. Contoh polimerisaasi kondensasi adalah pembentukan protein dari asam amino yang melepaskan H2O
C. REKAYASA DAN APLIKASI POLIMER DALAM DUNIA MODERN 1. Kevlar Kevlar adalah sebuah merek dagang terdaftar untuk serat fiber sintetis aramid. Material ini ditemukan tahun 1964, oleh Stephanie Kwolek, seorang ahli kimia
178
berkebangsaan Amerika, yang bekerja sebagai peneliti pada perusahaan DuPont. Aramid adalah kependekan dari kata aromatic polyamide. Aramid memiliki struktur yang kuat, alot, memiliki sifat peredam yang bagus, tahan terhadap asam dan basa, selain itu dapat menahan panas hingga 370 °C, sehingga tidak mudah terbakar. Karena sifatnya yang demikian, aramid juga digunakan di pesawat terbang, tank, roket, serta bahan untuk pembuatan rompi anti peluru.
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.19. Contoh
odern
2. Polimer Nanokomposit Polimer nanokomposit termasuk dalam kategori compound, adalah material yang terbentuk melalui rekayasa penggabungan material polimer sebagai matrik dengan partikel dalam skala nanometer (partikel nano). Polimer nanokomposit sangat menarik perhatian karena mempunyai sifat mekanik, termal, elektrik, dan optik yang lebih baik jika dibandingkan dengan partikel makro maupun mikro. Salah satu polimer nanokomposit yang cukup banyak menarik perhatian adalah polimer-carbon nanotubes nanokomposit. Carbon nanotubes mempunyai sifat mekanik, termal dan elektrikal yang cukup baik. Karena sifat elektrikalnya, polimer-carbon nanotubes nanokomposit sering diiaplikasikan
sebagai material
ESD (Electrostatic
Discharge), yaitu polimer
semikonduktor yang dapat menghantarkan arus listrik, dalam hal ini listrik statis. Salah
179
satu penggunaannya adalah untuk bahan packaging maupun badan/body dari alat-alat elektronik yang sensitif terhadap arus listrik statis, contoh : smartphone, laptop, PLC, dll.
3. Polimer solar sel Sel surya polimer adalah jenis sel surya yang sifatnya fleksibel yang dibuat melalui rekayasa polimer tertentu, yang mampu menghasilkan listrik dari sinar matahari melalui efek fotovoltaik. Sel surya polimer termasuk sel surya organik (juga sering disebut "sel surya plastik"). Mereka adalah salah satu jenis sel surya film tipis, sedangkan yang lain dan lebih stabil adalah sel surya silicon amorf. Kebanyakan sel surya komersial terbuat dari kristal silikon yang berukuran sangat kecil, dengan kemurnian yang tinggi, yang mirip dengan bahan yang digunakan dalam pembuatan sirkuit dan chip komputer (wafer silikon). Tingginya biaya sel surya silikon ini dan proses produksi yang kompleks menyebabkan tingginya minat dalam penggunaan teknologi atau alternatif yang lain. Salah satu alternatif lain yang dapat digunakan adalah sel surya polimer. Dibandingkan dengan perangkat berbasis silikon, sel surya polimer bersifat ringan (faktor penting untuk sensor otonom yang kecil), berpotensi sekali pakai dan biaya pembuatan yang murah (kadang-kadang menggunakan cetak elektronik), fleksibel, disesuaikan pada tingkat molekuler dan dampak yang tidak merugikan terhadap lingkungan. Selain itu sel surya polimer juga memiliki potensi untuk transparansi, sehingga bisa diaplikasikan di jendela, dinding, elektronik, dll. Contoh dari polimer sel surya ditunjukkan pada Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki Gambar 7.0.
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.20. Diagram skematik dari polimer sel surya: PET, ITO, PEDOT:PSS, active layer, Al.
4. Biodegradable Polymer Setiap polimer bersifat degradable. Mereka mengalami degradasi massa, kekuatan dan berat molekul dengan waktu. Akan tetapi, sebagian besar polimer yang sudah kita tahu, memiliki periode sekitar 100-1000 tahun untuk mengalami degradasi
180
sepenuhnya. Sedangkan polimer biodegradable merupakan jenis polimer yang dapat terdegradasi setelah dipakai, mereka dapat terdegradasi secara cepat jika dibandingkan dengan polimer non-biodegradable dan produk sampingan mereka ramah lingkungan (biokompatibel) seperti CO2, N2, air, metana, dan senyawa anorganik atau biomassa yang mudah terdegradasi oleh mikroorganisme. Polimer biodegradable biasanya mengandung grup fungsi ester, amide, and ether. Secara umum, polimer ini dapat dibedakan menjadi dua kelompok besar yaitu Agro-polimer atau polimer yang dihasilkan dari biomass seperti karbohidrat dan protein, sedangkan yang satunya adalah biopoliester yang dihasilkan dari mikroorganisme atau direkayasa secara sintentik dari monomer sintetik maupun alami. Agro-polimer meliputi polisakarida seperti pati yang ditemukan pada kentang dan kayu, dan juga protein seperti whey dari hewan atau gluten dari tumbuhan. Sedangkan contoh dari biopoliester meliputi polyhydroxybutyrate dan polylactic acid. Berikut adalah contoh aplikasi dari polimer biodegradable dalam kehidupan modern.
5. Medis Polimer biodegradable banyak sekali diaplikasikasi dalam dunia medis, khususnya pada bidang rekayasa jaringan tisu/tissue engineering dan obat/drug delivery. Polimer biodegradable sangat banyak diaplikasikan di bidang pengiriman zat aktif obat ke dalam tubuh/drug delivery system. Manfaat besar dari drug delivery system ini adalah kemampuan dari pembawa obat/drug delivery untuk menargetkan pelepasan muatan/zat aktif obat pada situs/organ tertentu dalam tubuh dan kemudian terdegradasi menjadi bahan tidak beracun yang kemudian dikeluarkan dari tubuh melalui jalur metabolisme alami. Contoh dari polimer biodegrable adalah polylactic acid, poly(lactic-co-glycolic) acid, and poly(caprolactone) yang telah digunakan untuk membawa obat-obatan antikanker. Dengan membungkus/encapsulating zat aktif obat dan menambahkan agen lain yang dapat mentarget situs/organ dalam tubuh yang dituju dapat mengurangi resiko dari toksisitas dari obat terhadap sel-sel yang sehat, sehingga efek negatif atau efek samping dari kemoterapi (terapi dengan obat-obatan kimia) dapat diminimalisir. Selain aplikasi di atas, polimer biodegradable juga banyak diaplikasikan pada rekayasa jaringan tisu/tissue engineering. Polimer ini banyak digunakan pada operasi bedah. Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki Gambar 7.21 menunjukkan aplikasi dari polyglycolic acid sebagai bahan
membuat benang bedah. Benang ini dapat diabsorb oleh tubuh dan terdegradasi dengan berjalannya waktu. Contoh polimer biodegradable yang lain adalah polylactide,
181
polyhydroxobutyrate, chitosan, hyaluronic acid, dan hydrogels. Lebih khusus lagi, poly(2-hydroxyethyl-methacrylate), poly(ethylene glycol), chitosan, dan hyaluronic acid yang sudah banyak digunakan untuk memperbaiki tulang rawan, ligamen, dan tendon.
\ Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.21. Benang bedah yang terbuat dari polyglycolic acid
6. Packaging Selain di dunia medis, ternyata polimer biodegradable juga dapat digunakan sebagai material untuk packaging. Hal ini bertujuan untuk mengurangi jumlah volume sampah yang berasal dari material packaging. Di dunia modern sekarang, ada usaha yang serius untuk menggantikan material polimer yang diproduksi dari industi petrokimia dengan yang terbuat dari komponen yang biodegradable. Salah satu polimer biodegradable yang biasanya digunakan untuk packaging adalah polylactic acid (PLA). Salah satu aplikasi dari polimer ini adalah sebagai bahan untuk plastik kresek, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7.172.
182
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki
Gambar 7.172. Kantong plastik yang terbuat dari campuran Poly(lactic) acid, dipasarkan dengan kode brand Bio-Flex®
7. Penggunaan Plastik pada Industri Otomotif Pada dunia modern sekarang, plastik kinerja tinggi/high performance plastic memainkan peran penting dalam industri otomotif. Dengan berat yang ringan, penggunaaan bahan plastik dapat membuat kendaraan
lebih irit bahan bakar.
Diperkirakan bahwa setiap pengurangan 10% berat kendaraan menghasilkan pengurangan 5% sampai 7% dalam penggunaan bahan bakar. Kekhawatiran ekonomi dan lingkungan saat ini telah mendorong penciptaan mobil dengan bahan bakar yang lebih efisien, dan menjadi prioritas utama dalam industri otomotif. Beberapa keuntungan lain dari plastik kinerja tinggi/high performance plastic yang digunakan dalam kendaraan transportasi meliputi: korosi yang minimal, memungkinkan kendaraan berumur panjang kebebasan desain yang luas, yang memungkinkan kreativitas dan inovasi yang canggih fleksibilitas dalam mengintegrasikan komponen keamanan, kenyamanan dan ekonomi daur ulang, sehingga lebih ramah lingkungan Berikut adalah 13 jenis plastik kinerja tinggi/high performance plastic yang banyak digunakan pada industri otomotif. Tabel 7.6. Penggunaan polimer pada industri otomotif No. 1. 2.
Polimer Polypropylene (PP) Polyurethane (PUR)
3.
Poly-Vinyl-Chloride (PVC)
4. 5. 6.
ABS Polyamide Polystyrene (PS)
7. 8.
Polyethylene (PE) POM (polyoxymethylene)
9. 10. 11.
Polycarbonate (PC) Acrylic (PMMA) PBT (polybutylene
Penggunaan pada industri otomotif bumper, tangki kimia, isolasi kabel, serat karpet. tempat duduk busa fleksibel, busa insulasi panel, elastomer roda dan ban, ring suspensi otomotif, bantalan, bagian plastik keras. panel instrumen mobil, selubung kabel listrik, pipa, pintu. bagian tubuh otomotif, dashboard, tutup roda. gigi/gear, bantalan, lapisan tahan cuaca wadah peralatan, tombol, alat kelengkapan mobil, basis display. badan mobil (kaca diperkuat), isolasi listrik. interior dan eksterior trim, sistem bahan bakar, gigi/gear kecil. bumper, lensa headlamp. jendela, display, layar. pegangan pintu, bumper, komponen karburator.
183
12. 13.
terephthalate) Polyethylene Teraphthalate (PET) ASA (acrylonitrile styrene acrylate)
lengan wiper, rumah gigi/gear, penahan headlamp, penutup mesin, rumahan konektor. rumahan, profil, bagian interior dan aplikasi luar ruangan.
Selain contoh di atas, polimer juga digunakan dalam berbagai bidang seperti dalam tabel di bawah. Tabel 7.7. penggunaan polimer dalam bidang-bidang terapan Penggunaan
Contoh
Pengemasan
Pembungkus makanan, botol, kantong sampah dan kantong makanan, dan kemasan busa.
Medis
Kateter, penyambung penggantian persendian persedian tulang paha, anggota tubuh buatan (lengan, kaki, paha), organ buatan (hati, katub, pembuluh adrah), pengisi gigi, pelapis gigi, frame lensa dan kaca mata.
Rekreasi dan olahraga
Lambung kapal, tiang kapal, pancing, selancar, sampan, raket, tongkat golf, galah, kayuh/ dayung, sepatu atlet, rangka sepeda, helm, pelapis bola golf, dan kapal ski.
Hiburan
Komponen stereo dan televisi, VCR tapes dan penginapan, badan radio, tape, material CD, dan mainan anak
Tekstil
Pakaian, karpet, pabrik tanpa pintal, popok, pelapis furniture, material wallpaper dan gorden
Konstruksi dan rumah
Cetakan, pipa, cat, pelapis lantai, dan stan shower
Transportasi
Bodi kendaraan bermotor, tempat duduk, rangka, komponen pesawat terbang kereta, monorel, dan tangki gas
Industri
Pipa, katub, tangki, perekat dan pelapis, rangka aliran listrik, pelapis kawat, dan gasket
Teknologi informasi
Pelumas untuk hardisk komputer, lapisan penyearah untuk LCD, penahan cahaya untuk pembuatan microprocessor
184
UJI KOMPETENSI I. SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah dengan memberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d atau e di jawaban yang tepat! 1. Polimer berikut yang tidak termasuk polimer alam adalah…. a. Tetoron b. Selulosa c. Amilum d. Protein e. enzim 2. Komponen penyusunpolimer disebut…. a. rantai karbon b. molekul c. makromolekul d. monomer e. unsur 3. Polimer berikut yang tergolong polimer alam adalah…. a. polietena b. poliester c. poliisoprena d. butadiene stirena e. polivinilklorida 4. Terdapat beberapa polimer berikut: 1) poliester 2) polivinilklorida 3) bakelit 4) melanin 5) nilon Dari data di atas yang tergolong polimer jenis termoplastik adalah…. a. 1 dan 5 b. 2 dan 5 c. 2 dan 4 d. 1 dan 3 e. 4 dan 5
185
5. Berikut merupakan jenis kopolimer berdasarkan susunan monomernya, kecuali…. a. statistik b. rangkap c. bergantian d. blok e. bercabang 6. Monomer dari nilon adalah…. a. asam adipat dan 1,6-diaminoheptana b. asam metanoat dan 2,5-diaminaheksana c. asam adipat dan 1,6-diaminoheksana d. asam tereftalat dan etilen glikol 5. asam tereftalat dan 1,6-diaminoheksana 7. Karet alam merupakan polimer yang terbentuk dari monomer…. a. etena b. propena c. asam adipat d. vinilklorida e. isoprena 8. Polimer berikut yang terbentuk melalui polimerisasi kondensasi adalah…. a. karet buatan b. PVC c. polipropilena d. nilon e. polietilena 9. Hal-hal berikut yang tidak benar sehubungan dengan polimerisasi kondensasi adalah…. a. monomer tidak harus mempunyai ikatan rangkap b. paling tidak ada dua monomer yang berbeda c. menghasilkan molekul yang lain selain polimer d. Mr polimer kelipatan dari Mr monomer e. Monomer mempunyai gugus fungsi pada kedua ujungnya 10. Salah satu sifat polimer sintetik yang menjadikannya sebagai produk yang kurang ramah lingkungan adalah…. a. jika dibakar menghasilkan gas metana
186
b. tidak bisa diuraikan oleh mikroorganisme c. dapat teroksidasi oleh udara sekelilingnya d. mudah berkarat e. tidak bisa didaur ulang
II. SOAL URAIAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas! 1. Berilah contoh polimer alam dan polimer sintetis masing-masing lima! 2. Apakah perbedaan antara selulosa dengan glukosa? 3. Mengapa sukrosa merupakan gula nonperuduksi tetapi moltosa merupakan gula pereduksi? Jelaskan! 4. Jelaskan kegunaan protein bagi tubuh kita! 5. Apakah yang dimaksud dengan ikatan peptida?
187
DAFTAR PUSTAKA Atkins. 1990. Physical Chemistry. Edisi ke-4. Oxford : Oxford University Press. Atkinson, John dan Carol Hibbert. 2000. Advanced Level Chemistry. Oxford : Heinemann. Ebbing, Darrel D. 1984. General Chemistry. Wilmington : Houghton Miffling Comp. Fessenden, Ralph J. dan Joan S. Fessenden. 1997. Dasar-dasar Kimia Organik. Jakarta : Binarupa Aksara. Hill, Graham C., et. al. 1995. Chemistry in Context. Ontario : Nelson. Keenan, C. W., et. al. 1980. General College Chemistry. New Jersey : Harper & Row Publisher. Petrucci, Ralph H. 1995. General Chemistry, Principles and Modern Application. New Jersey : Collier-McMillan. Susilowati, Endang. 2012. Kimia Untuk Kelas X SMA dan MA. Solo : Tiga Serangkai. Wikipedia.com Johari, J.M.C & Rachmawati, M.(2008). KIMIA 3; SMA dan MA untuk Kelas XII. Esis: Jakarta Watoni, A.H., Juniastri,M. (2015). Buku Siswa KIMIA untuk SMA/MA Kelas XII kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu – Ilmu Alam. Yrama Widya: Bandung. http://www.jejaringkimia.web.id/. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://pixabay.com/id/kayu-api-api-unggun-api-pembakaran-1085440/. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. http://www.pintarbiologi.com/2014/12/sistem-peredaran-darah-manusia.html. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://wheluvchem.wordpress.com/chemistry-xi-2/bentuk-molekul/. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://www.csie.ntu.edu.tw/~r89004/hive/aatheory/page_3.html. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. http://kimiadasar.com/cara-pembuatan-koloid/. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. http://www.artikelsiana.com/2015/03/koloid-sifat-sifat-koloid-contoh-pengertian.html. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://hafidhmind.wordpress.com/2015/02/23/bentuk-dan-struktur-polimer/. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. http://www.nafiun.com/2013/10/pengertian-homopolimer-dan-kopolimer.html. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://www.academia.edu/7490581/Paper_Polimer_material. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. file:///C:/Users/lina/Downloads/230061815-Contoh-soal-dan-pembahasankesetimbangan-kimia.pdf https://id.scribd.com/doc/153102009/100-soal-koloid. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://id.scribd.com/doc/57873973/Latihan-soal-Koloid. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. file:///C:/Users/lina/Downloads/174091595-Latihan-contoh-soal-dan-jawaban-soalpolimer-docx.pdf https://sites.google.com/site/renirahmatulhusna11/materi-pembelajaran/kelas-xii/bab-9makromolekul/d-soal-dan-jawaban. Diakses tanggat 16 Agustus 2016. https://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Kalorimeter_sederhana.jpg. Diakses tanggal 9 Agustus 2016.
188
https://mediabelajaronline.blogspot.co.id/2010/10/pembahasan-tentang-laju-reaksi.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://batalyonchamistr.blogspot.co.id/p/pertemuan-ke-3.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://teenagermultimedi.blogspot.co.id/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://kimtikgroup4.blogspot.co.id/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://roufchemistrymedia.blogspot.co.id/p/teori-tumbukan-laju-reaksi-energi.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://masyitahkimia.wordpress.com/kimia-kelas-xi/semester-1-kls-xi/kesetimbangankimia/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://masyitahkimia.wordpress.com/kimia-kelas-xi/semester-1-kls-xi/kesetimbangankimia/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://sites.google.com/site/dewitatrianiputri/materi-pembelajaran/kelas-xi/bab-13kesetimbangan-kimia/a-kesetimbangan-dinamis. Diakses tanggal 9 Agustus 2016 https://alumnima.wordpress.com/category/kimia-dasar/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://www.slideserve.com/denton/kesetimbangan-asam-basa. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://www.nafiun.com/2013/07/kurva-titrasi-asam-dan-basa-lemah-kuat.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://konsep-kimia.blogspot.co.id/2016/11/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://kimiadasar.com/cara-pembuatan-koloid/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://bisakimia.com/2014/09/23/sistem-koloid-sifat-sifat-koloid/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://www.nafiun.com/2013/09/pengertian-eter-sifat-kegunaan-isomer-sintesis.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://www.slideshare.net/180774/14-senyawa-karbon. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://rumushitung.com/2016/01/27/eter-rumus-struktur-tata-nama-dan-manfaatnya/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://nuttigekennis.blogspot.co.id/2015/01/hidrokarbon-dan-minyak-bumi.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://www.nafiun.com/2013/09/pengertian-alkohol-sifat-kegunaan-sintesisidentifikasi.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://www.nafiun.com/2013/09/pengertian-keton-sifat-kegunaan-isomer-sintesis.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://chemyholic.blogspot.co.id/2010/10/keton-r-co-r.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://www.nafiun.com/2013/09/tata-nama-asam-karboksilat-aturan-penamaan-iupactrivial.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. https://konsep-kimia.blogspot.co.id/2016/09/tatanama-senyawa-ester-atau-alkilalkanoat.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://khanafitriarlita.blogspot.co.id/2014/01/struktur-tatanama-sifat-penggunaandan.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://usaha321.net/pengertian-polisakarida.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://kimiadasar.com/polimer-adisi/. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. http://globespotes.blogspot.co.id/2016/02/contoh-polimerisasi-adisi-dan-kondensasi.html. Diakses tanggal 9 Agustus 2016. Stevens, M. P., diterjemahkan oleh Sopyan, Iis. (2001). Kimia Polimer. Pradnya Paramita: Jakarta. Afikah, A. Proses Elektrodialisis di Industri Susu. 2016.
189
Ginting, E.M. Struktur dan Morfologi Nano Komposit Campuran Zeolit Abu Sekam Padi. Universitas Negeri Medan. Gilbert, Thomas N. et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.
190
GLOSARIUM aldehida senyawa yang mengandung gugus karbonil (C=O) yang terikat pada sebuah atau dua buah unsur hidrogen asam asetat asam berupa zat cair yang jernih berbau sengit (sangat penting dalam teknik industri, antara lain sebagai bahan untuk pembuatan aseton dan selulosa asetat); h3cooh atom unsur kimia yang terkecil yang dapat berdiri sendiri dan dapat bersenyawa dengan yang lain atom C unsur kimia yang terkecil dari karbon degradasi penguraian atau perubahan menjadi senyawa yang lebih sederhana secara bertahap dehidrasi membuang kandungan air dalam campuran etanol depolimerisasi proses pemutusan atau pendegradasian polimer dengan cara menghilangkan kesatuan monomer secara bertahap dalam reaksi difusi peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah diskarida gula yg diturunkan dari monosakarida, dengan penyingkiran satu molekul air dari dua monosakarida dispersi penyebaran yang merata dari dua buah fasa distilasi metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan menguap (volatilitas) bahan emisi gas buang sisa hasil pembakaran bahan bakar emulsi suatu sistem koloid hasil dispersi dua cairan yang tidak dapat bercampur entalpi suatu besaran termodinamika untuk menyatakan kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap etanol senyawa organik golongan alkohol primer yang berwujud cair dalam suhu kamar, tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar, mudah larut dalam air dan tembus cahaya fenol senyawa hidroksil aromatik galaktosa gula sederhana, karbohidrat yang kadangkala terdapat secara alamiah, ditemukan dalam susu, otak dan dalam tumbuhan glukan polisakarida yang tersusun dari monomer glukosa gugus hidroksil gugus fungsional -oh yang digunakan sebagai subsituen pada sebuah senyawa organik gula bahan makanan yang manis rasanya yang dibuat dari air beberapa tumbuhan atau buah (seperti tebu, aren, nyiur) gula pereduksi golongan gula (karbohidrat) yang dapat mereduksi senyawa-senyawa penerima elektron heksosa gula beratom enam (misal glukosa, fruktosa), banyak terdapat pada tumbuhan dan hewan hidrogenasi penggabungan hidrogen dengan zat lain, digunakan untuk mengubah minyak (lemak cair) menjadi padat hidrokarbon senyawa yang terbentuk dari karbon dan hidrogen saja hidrolisis penguraian senyawa kimia yang disebabkan oleh reaksi dengan air ikatan kimia gaya tarik menarik yang kuat antara atom-atom tertentu bergabung
191
membentuk molekul atau gabungan ion-ion sehingga keadaannya menjadi lebih stabil ikatan kovalen ikatan yang terjadi karena pemakaian pasangan elektron secara bersama oleh 2 atom yang berikatan indeks bias perbandingan antara kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dengan cepat rambat cahaya pada suatu medium Kadar ukuran isi suatu zat Kalor energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya karena adanya perbedaan suhu karbon dioksida unsur gas rumah kaca utama yang merupakan salah satu komposisi alami dalam atmosfer; CO2 Katalis suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri kinetika reaksi cabang ilmu kimia yang mempelajari berlangsungnya suatu reaksi koagulasi peristiwa pengendapan atau penggumpalan partikel koloid kefisien stoikiometri koefisien yang ditulis di sebelah kiri rumus kimia sebuah zat dalam persamaan reaksi koloid campuran heterogen dua zat atau lebih yang tersebar merata. konsentrasi persentase kandungan bahan di dalam suatu larutan manosa gula aldehida yang dihasilkan dari oksidasi manitol dan memiliki sifat-sifat umum yang serupa dengan glukosa metana gas yang terbentuk pada pelapukan zat organik dalam rawa dan paya yang merupakan komponen utama gas alam dan gas tambang metanol zat cair yang tidak berwarna, jernih, mudah menguap dan mudah terbakar dan bersifat racun; alkohol ch3oh misel kumpulan molekul, atom, atau ion dalam sistem koloid. molekul bagian terkecil suatu senyawa yang terbentuk dari kumpulan atom yang terikat secara kimia molar suatu larutan menyatakan jumlah mol suatu zat per liter larutan monomer senyawa kimia yang molekulnya dapat digabungkan untuk membentuk molekul lebih besar yang dinamakan polimer monosakarida gula yang paling sederhana yang apabila mengalami perubahan akan kehilangan sifatnya sebagai gula nitrogen gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau dan tidak beracun, bebas di udara (dilambangkan dengan n) neraca analitik instrumen yang memiliki kemampuan mendeteksi perbedaan berat antara standar dan sampel kurang dari 1 ppm oksida bijih logam yang mengandung oksigen oksidasi reaksi penambahan/penaikan bilangan oksidasi oktana senyawa hidrokarbon jenis alkana dengan rumus c8h18 orde reaksi jumlah eksponen faktor konsentrasi yang terdapat dalam hukum laju reaksi polimer makromolekul (molekul raksasa) yang tersusun dari satuansatuan kimia sederhana yang disebut monomer polimerisasi proses bereaksi molekul monomer bersama dalam reaksi kimia untuk membentuk tiga dimensi jaringan atau rantai polimer polisakarida karbohidrat di mana molekulnya apabila dihidrolisis meng hasilkan banyak sekali monosakarida 192
reaksi perubahan dan sebagainya yang terjadi karena bekerjanya suatu unsur reaksi heterogen reaksi yang berlangsung dalam suatu sistem yang heterogen, yaitu di dalamnya terdapat dua fasa atau lebih reaksi ireverseibel reaksi yang berlangsung searah atau reaksi yang tidak dapat balik reaksi kimia perubahan materi yang menyangkut struktur dalam molekul suatu zat reaktan zat pereaksi (yang ada di bagian kiri reaksi) reaktor alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung rumus molekul rumus senyawa kimia yang mengandung lambang atom-atom atau radikal yang ada, yang diikuti dengan angka bawah yang menyatakan jumlah setiap jenis atom atau radikal dalam molekul senyawa gabungan dari beberapa unsur yang terbentuk melalui reaksi kimia suspensi campuran fluida yang mengandung partikel padat termokimia bagian dari ilmu kimai yagn mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat yang menyertai raeksi atau proses kimia, perubahan keadaan dan pembentukan larutan
193
INDEKS atom, x, xii, 17, 18, 42, 44, 88, 90, 110, 124, 129, 154, 155, 156, 157, 158,
200, 204, 210, 212, 214, 216, 217, 218, 219
160, 161, 163, 164, 166, 167, 172,
monosakarida, 185, 214, 217, 218
173, 175, 178, 180, 182, 214, 216,
nitrogen, 18, 21, 26, 35, 41, 57, 137,
217, 219 difusi, 122, 214 dispersi, 124, 125, 126, 128, 131, 132, 133, 146, 150, 152, 214, 215 entalpi, xii, 1, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 16, 23, 24, 25, 26, 54, 215
217 oksidasi, 27, 162, 163, 164, 169, 176, 179, 180, 217, 218 polimerisasi, vii, x, xi, 182, 183, 186, 197, 198, 199, 200, 201, 211, 212, 218
fenol, 186, 215
reaksi ireverseibel, 218
gula, ix, 84, 122, 123, 132, 136, 145,
reaktan, 3, 4, 15, 20, 21, 59, 121, 216,
150, 151, 153, 165, 212, 214, 215, 217 hidrogenasi, 40, 215
219 reaktor, 219 senyawa, xii, i, ii, 6, 8, 11, 16, 17, 18,
hidrolisis, 94, 152, 175, 216
21, 41, 76, 83, 84, 85, 92, 93, 103,
karbon dioksida, 21, 26, 76, 177, 216
111, 121, 122, 153, 154, 155, 162,
molekul, iv, x, 5, 16, 20, 41, 43, 53, 54,
166, 170, 171, 174, 175, 177, 178,
57, 59, 62, 72, 73, 83, 84, 85, 86, 88,
179, 180, 204, 214, 215, 216, 217,
92, 95, 96, 97, 98, 111, 116, 124, 128,
218, 219
129, 135, 147, 151, 156, 158, 160, 161, 162, 163, 167, 168, 169, 175,
termokimia, xii, i, 1, 5, 6, 7, 8, 9, 15, 26, 219
182, 191, 192, 193, 197, 198, 199,
194
BIODATA PENULIS Prof. Dr. Supartono, M.S. lahir di Demak Jawa Tengah, 28 Desember 1954, memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Kimia pada tahun 1980 dari IKIP Semarang. Pada tahun 1989 melanjutkan studi ke S2 dan memperoleh gelar Magister Kimia dari ITB Bandung 1992. Pada tahun 1994 melanjutkan studi S3 di ITB Bandung dan memperoleh gelar doktor di bidang Bioteknologi pada tahun 2003. Menjadi staf pengajar di IKIP Semarang mulai tahun 1983 hingga sekarang menjadi Universitas Negeri Semarang, mengajar mata kuliah Bioteknologi, Kimia organik dan Kimia Industri tahun 2004 dan memperoleh jenjang Profesor bidang Kimia Bioorganik pada tahun 2011. Selain mengajar mata kuliah Bioteknologi, Kimia organik dan Kimia industri, mulai tahun 2013 juga menjadi tim ahli Ristekdikti untuk membenahi sumber daya manusia di laboratorium perguruan tinggi. Beberapa penelitian bertema Bioteknologi telah dilakukan dan beberapa judul artikel telah disajikan baik dalam seminar nasional, maupun jurnal-jurnal terakreditasi dan terindeks.
195
Dr. Dewi Selvia Fardhyanti S.T., M.T. lahir di Malang pada 16 Maret 1971. Memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Jurusan
Teknik
Kimia
Universitas
Diponegoro (1996) serta Magister Teknik dari
Jurusan
Teknik
Kimia
Institut
Teknologi Bandung (2004) dan Doktor di bidang Teknik Kimia dari Universitas Gadjah Mada (2014) dan memperoleh predikat cumlaude untuk disertasinya yang berjudul
Model
Kesetimbangan
Termodinamis dalam Rangka Pemungutan Komponen-komponen Utama Tir Batubara dengan Proses Ekstraksi Cair-cair.
Pada tahun 1999-2007 menjadi staf pengajar di
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang dengan mata kuliah pokok Kimia Analisa dan Dasar Pemisahan Analitik. Sejak tahun 2007 hingga saat ini merupakan staf pengajar pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Mata kuliah pokok yang diampu diantaranya Perpindahan Panas, Termodinamika 1-2, dan Perancangan Alat Proses 1. Selain aktif mengajar, ia mendalami penelitian di bidang ekstraksi dan termodinamika. Beberapa penelitiannya di bidang tersebut telah dipresentasikan pada beberapa seminar internasional diantaranya di Venezia, Barcelona, Osaka, Taipei, Istanbul, Phillipina, Hongkong, dan Vietnam serta pada beberapa jurnal internasional diantaranya Journal of Basic and Applied Research International,
British Journal of Applied Science &
Technology, International Journal of Thermodynamic (terindeks Thomson Reuters dan Scopus) dan Ponte International Scientific Research Journal (erindeks Thomson Reuters dan
Scopus)
196
