REAKSI KIMIA DAN PENYETARAAN REAKSI KIMIA

 

 

Reaksi kimia banyak terjadi baik dalam kehidupan sehari-hari maupun terjadi secara alamiah, salah satunya adalah fotosintesis pada tumbuhan dan pembentukan hujan asam. Pada setiap reaksi kimia terjadi pembentukan senyawa baru yang disebut produk, yang terbentuk dari sejumlah tertentu senyawa asal yang disebut reaktan. Pada artikel ini akan dibahas tentang bagaimana cara untuk mengetahui bahwa telah terjadi reaksi kimia, bagaimana menyatakan suatu reaksi kimia dengan simbol yang disebut persamaan kimia, perhitungan-perhitungan yang terlibat dalam reaksi kimia, dan bagaimana reaksi kimia digunakan untuk melakukan analisis dan sintesis senyawa.

 

A.   Reaksi Kimia dan Persamaan Reaksi

     Reaksi kimia adalah suatu proses di mana satu atau lebih zat diubah menjadi suatu zat yang berbeda dan menghasilkan produk baru. Sering kali bukti bahwa suatu reaksi kimia terjadi dapat dilihat dari adanya perubahan warna, terbentuknya gas atau endapan, dan adanya pelepasan atau penyerapan panas. Karena banyak sekali reaksi kimia yang terjadi di sekitar kita, maka penamaan dalam ilmu kimia dikembangkan untuk menyederhanakan cara manusia untuk mengekspresikan reaksi kimia dalam bentuk persamaan kimia. Persamaan kimia adalah pernyataan matematis yang melambangkan pembentukan produk dan reaktan sekaligus menyatakan kondisi tertentu yang menjadi alasan terjadinya reaksi. Pada persamaan reaksi, rumus untuk reaktan dituliskan di sebelah kiri dan rumus untuk produk dituliskan di sebelah kanan. Kedua sisi digabung dengan tanda sama dengan (=) atau tanda panah (→) sebagai berikut :

A + B → C + D

 

     Reaksi kimia tidak terjadi begitu saja, tetapi terdapat beberapa faktor yang menyebabkan reaksi kimia itu terjadi. Faktor yang dapat mempercepat laju reaksi yaitu :

1.      Konsentrasi Reaktan

    Semakin banyak reaktan yang direaksikan, maka laju reaksi akan semakin besar karena laju tersebut berbanding lurus dengan frekuensi tumbukan. Laju reaksi akan semakin menurun seiring waktu karena konsentrasi reaktan menurun

2.      Tekanan

    Tekanan hanya berpengaruh pada reaktan yang memiliki fasa gas. Semakin tinggi tekanan yang diberikan akan menyebabkan tumbukan antar reaktan semakin besar, akibatnya laju reaksi akan semakin cepat.

3.      Suhu

    Energi kinetik akan meningkat dengan kenaikan suhu. Maka dari itu, jumlah molekul dengan energi lebih besar dari energi ambang juga meningkat. Akibatnya, jumlah tumbukan efektif antara molekul reaktan juga akan meningkat. Namun laju reaksi akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu tidak selamanya benar. Reaksi tertentu seperti reaksi biologis yang dikatalisis oleh enzim dapat diperlambat dengan peningkatan suhu karena enzim dapat kehilangan aktivitasnya.

4.      Penambahan Katalis

    Katalis adalah suatu senyawa kimia yang ditambahkan yang dapat menyebabkan reaksi menjadi lebih cepat untuk mencapai kesetimbangan tanpa mengalami perubahan kimiawi diakhir reaksi. Katalis meningkatkan laju reaksi dengan menyediakan jalur baru dengan energi aktivasi yang lebih rendah ketika bereaksi.

5.      Luas Permukaan

    Laju reaksi akan meningkat jika luas permukaan reaktan padat bertambah. Permukaan padat dapat ditingkatkan dengan cara mengubahnya menjadi bubuk halus.

 

B.   Macam – macam Reaksi Kimia

Reaksi kimia dapat dibedakan berdasarkan reaktan yang digunakan ataupun produk yang dihasilkan. Berikut beberapa contoh reaksi kimia, diantaraya :

1.      Reaksi Pembakaran

    Reaksi pembakaran adalah sebuah reaksi yang melibatkan oksigen. Oksigen disini berperan sebagai reaktan pengoksidasi yang mampu menghasilkan energi dalam bentuk panas dan cahaya. Perlu diketahui bahwa untuk menghasilkan  pembakaran yang sempurna itu diperlukan adanya pasokan oksigen dalam jumlah yang cukup banyak. Jika pasokan oksigen terbatas, maka dapat dipastikan bahwa pembakaran tidak akan terjadi secara sempurna. Ketika pembakaran tidak sempurna maka produk yang dihasilkanpun akan berbeda.

·         Contoh reaksi pembakaran sempurna :

                       CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

           Reaksi pembakaran sempurna selalu menghasilkan  CO₂ dan H₂O

·         Contoh reaksi pembakaran tidak sempurna

               CH₄ + O₂ → C + 2H₂O

   Reaksi pembakaran tidak sempurna menghasilkan arang, CO, dan gas buang

   

2.      Reaksi Adisi

    Reaksi Adisi atau disebut juga reaksi pertukaran tunggal adalah reaksi dimana suatu unsur bereaksi dengan senyawa menggantikan unsur yang terdapat dalam senyawa tersebut. Contohnya :

_·          Cu_(s) + 2AgNO_{3 (aq)} → 2Ag_(s) + Cu(NO₃)_{2 (aq)}

_·          Mg_(s) + 2HCl_(aq) → MgCl_{2 (aq)} + H_{2 (g)}

 

3.      Reaksi Dekomposisi

    Reaksi dekomposisi atau reaksi penguraian adalah suatu reaksi yang mana suatu senyawa tunggal bereaksi dan terurai membentuk dua atau lebih senyawa baru. Biasanya reaksi ini membutuhkan kenaikan suhu agar dapat terjadi. Contohnya :

·         KClO_{3 (s)} → 2KCl_(s) +3O_{2 (g)}

·         CaCO_{3 (s)} → CaO_(s) + CO_{2 (g)}

 

4.      Reaksi Pengendapan

    Reaksi pengendapan adalah reaksi antara satu jenis larutan dengan larutan lain yang mana bereaksi membentuk padatan yang tidak larut. Contohnya :

·         AgNO_{3 (aq)} + KCl _(aq) → AgCl↓_(s) + KNO_{3 (aq)}

·         Pb(NO₃)_{2 (aq)} + 2NaI → PbI_{2 (aq)} + 2NaNO_{3 (aq)}

 

5.      Reaksi Netralisasi

    Reaksi netralisasi merupakan reaksi yang melibatkan asam dan basa sebagai reaktannya dan menghasilkan produk berupa garam. Reaksi netralisasi tidak selamanya menghasilkan tingkat keasaman atau pH 7, untuk tingkat keasaman atau pH itu sendiri bergantung pada kekuatan yang terkandung pada asam dan basa. Contohnya :

·         NaOH_(aq) + HCl_(aq) → NaCl_(aq) + H₂O_(aq)

·         H₂SO_{4 (aq)} + Mg(OH)_{2 (aq)} → MgSO_{4 (aq)} + H₂O_(aq)

 

6.      Reaksi Kondensasi

    Reaksi kondensasi merupakan reaksi gabungan antara dua molekul, dengan tujuan untuk menghasilkan molekul baru yang lebih besar, dengan dihilangkannya molekul yang lebih kecil. Dan biasanya molekul yang dihilangkan itu dalam bentuk air, tetapi hal itu juga tidak selamanya. Reaksi merupakan reaksi penting dalam pembuatan banyak polimer. Contohnya :

 

7.      Reaksi Hidrolisis

    Reaksi hidrolis yaitu reaksi yang melibatkan pemutusan ikatan kimia dengan penambahan air kedalam suatu zat. Dalam beberapa kasus, proses penambahan ini akan menyebabkan zat dan molekul air terpecah menjadi dua bagian. Contohnya :

·         C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2 C₆H₁₂O₆

·         (C₅H₁₀O₅)n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

 

8.      Reaksi Redoks (Reduksi dan Oksidasi)

    Reaksi redoks adalah reaksikimia yang menyebabkan adanya perubahan bilangan oksidasi pada suatu unsur, maupun molekul. Reaksi reduksi adalah reaksi penurunan bilangan oksidasi melalui penangkapan elektron atau pelepasan oksigen pada suatu molekul, atom, maupun ion. Reaksi oksidasi adalah reaksi peningkatan bilangan oksidasi melalui pelepasan elektron atau penambahan oksigen pada suatu molekul, atom, maupun ion. Contohnya :

 

C.   Penyetaraan Reaksi Kimia

     Menuliskan persamaan reaksi kimia biasanya dilakukan secara langsung, meskipun demikian sebenarnya ada tiga tahapan prosedur yang sistematis yang perlu diperhatikan untuk memudahkan penulisan persamaan reaksi kimia, yaitu tuliskan nama dari reaktan dan produk, ubahlah nama dari reaktan dan produk menjadi rumus kimia, dan setimbangkan rumus kimia untuk mendapatkan persamaan reaksi kimia dengan mengatur koefisien reaksi.

 

     Tujuan dari menyetimbangkan persamaan adalah untuk menetapkan bahwa jumlah dari setiap jenis atom tidak berubah, karena atom tidak dapat dibuat ataupun dimusnahkan dalam reaksi kimia. Oleh karena itu maka jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi harus sama. Dalam menyetarakan persamaan reaksi kimia, ada 3 hal yang harus diingat :

1.      Persamaan reaksi dapat setimbang hanya dengan mengatur koefisien reaksi dari senyawa kimia

2.      Jangan pernah menambahkan senyawa lain

3.      Jangan pernah menambah indeks dari rumus kimia senyawa

 

Contoh Soal :

1)  Gas propana, C₃H₈, adalah senyawa hidrokarbon yang biasa digunakan sebagai bahan bakar. Gas propana mudah dicairkan, disimpan, dan dipindahkan. Tuliskan persamaan reaksi yang setimbang untuk pembakaran gas propana (pembakaran hidrokarbon dengan oksigen berlebih akan menghasilkan CO₂ dan H₂O).

Apabila digunakan 3 tahapan seperti disebutkan sebelumnya, maka :

1.      Tuliskan nama dari reaktan dan produk (Reaksi merupakan Reaksi Pembakaran Sempurna)

    Propana + Oksigen → Karbon dioksida + Air

2.      Ubah menjadi rumus kimia

    C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O

3.      Setimbangkan persamaan reaksi kimia

    Setimbangkan C          : C₃H₈ + O₂ → 3CO₂ + H₂O

    Setimbangkan H         : C₃H₈ + O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

    Setimbangkan O         : C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

    Persamaan reaksi         : C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

 

2)      Setimbangkan persamaan reaksi berikut :  Mg₃N₂ + H₂O → Mg(OH)₂ + NH₃

               Setimbangkan Mg       : Mg₃N₂ + H₂O → 3Mg(OH)₂ + NH₃

               Setimbangkan N         : Mg₃N₂ + H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

               Setimbangkan H         : Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

               Setimbangkan O         : Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

           Persamaan reaksi         : Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

 

D.   Menentukan Reagen Pembatas

     Dalam reaksi kimia, tidak selalu seluruh reaktan habis bereaksi dan masih ada yang bersisa. Reaksi kimia dimana semua reaktan habis terpakai disebut reaktan berada pada proporsi stoikiometri. Reaktan yang habis terpakai secara sempurna ini sangat menentukan produk yang dihasilkan, dan disebut reagen pembatas. Cara untuk menetapkan reagen pembatas adalah dengan membagi mol yang diketahui dengan koefisien reaksinya. Sebagai contohnya pada reaksi pembentukan air, masing masing memiliki 1 mol mula mula.

                 2H₂ + O₂ → 2H₂O

     Reagen pembatas H2=1/2=0,5

     Reagen pembatas O2=2/2=1

Angka hasil pembagian terkecil adalah 0,5 sehingga H₂ adalah reagen pembatas, karena akan habis bereaksi terlebih dahulu.

 

Contoh Soal :

     Reaksi pembuatan rayon dari bubur kayu adalah sebagai berikut :

                 3Cu_(s) + 8HNO_{3 (aq)} → 3Cu(NO₃)_{2 (aq)} + 4H₂O + 2NO_(g)

     Apabila reaksi dimulai dengan 0,5 mol Cu dan 48g HNO₃ (Mr HNO₃ = 63 g/mol)

a.       Tentukan senyawa mana yang menjadi reagen pembatas

b.      Berapa mol 3Cu(NO₃)₂ yang dihasilkan

c.       Berapa g NO yang dihasilkan (Mr NO = 30 g/mol)

            Pertama-tama cek apakah persamaan reaksi sudah setimbang, (reaksi sudah setimbang)

       

a.       Penentuan Reaktan Pembatas

HNO₃ adalah reaktan pembatas karena menghasilkan angka terkecil

 

b.      Menentukan mol 3Cu(NO₃)₂ 

Jadi mol 3Cu(NO₃)₂ yang terbentuk sebanyak 0,285 mol

 

c.       Mencari massa NO

Dari persamaan reaksi sebelumnya didapatkan mol NO sebesar 0,19 mol, sehingga

E.   Reaksi Bersamaan dan Berurutan

     Pada beberapa kasus, reaksi dapat terjadi pada saat yang bersamaan (simultan), dan pada beberapa kasus lainnya reaksi dapat terjadi secara berurutan. Secara bersamaan artinya ada lebih dari satu reaktan yang bereaksi pada saat yang sama. Sedangkan secara berurutan artinya ada produk dari reaksi pertama yang digunakan untuk reaksi berikutnya.

Contoh reaksi bersamaan misalnya pada campuran logam Al dan Mg bereaksi dengan HCl :

     2Al_(s) + 6HCl_(aq) → 2AlCl_{3 (aq)} + 3H_{2 (g)}

       Mg_(s) + 2HCl_(aq) → MgCl_{2 (aq)} + H_{2 (g)}

Contoh reaksi berurutan misalnya pada pemurnian Titanium

     2TiO₂  +3C_(s) + 4Cl_{2 (g)} → 2TiCl_{4 (ag)} + CO_{2 (g)} + 2CO_(g)

     TiCl_{4 (ag)} + O_{2 (g)} → TiO_{2 (s)} + 2Cl_{2 (g)}

 

Contoh Soal :

     Berapa mol Cl₂ harus digunakan untuk menghasilkan 76,2 mol CCl₂F₂ ?

                 CH₄ + 4Cl₂ → CCl₄ + 4HCl

                 CCl₄ + 2HF → CCl₂F₂ + 2HCl

·         Pertama-tama pastikan persamaan reaksi setara (Persamaan reaksi setara)

·         Gunakan Perhitungan Persamaan Reaksi secara terbalik

 

               CCl₄           +      2HF      →       CCl₂F₂         +    2HCl

Awal      76,2 mol          154,2 mol

Reaksi    (1/1)x76,2        (2/1)x76,2            76,2 mol               -

Sisa                                                            76,2 mol                -

Dari persamaan reaksi diatas didapatkan mol CCl₄ awal sebesar 76,2 mol.

 

                                    CH₄         +         4Cl₂       →         CCl₄      +       4HCl

                 Awal        76,2 mol           304,8 mol

                 Reaksi    (1/1)x76,2          (4/1)x76,2                 76,2                  -

                 Sisa                                                                    76,2 mol           -

Dengan menggunakan perhitungan persamaan reaksi secara terbalik didapatkan mol mula-mula Cl₂ yang digunakan sebesar 304,8 mol.