Pereaksi Pembatas dan Hasil Reaksi (Limiting Reagents and Reaction Yield)

Pereaksi Pembatas (Limiting Reagents)

Ketika seorang kimiawan melakukan reaksi kimia, pada umumnya reaktan tidak dalam jumlah stoikiometri (stoichiometric amount) yang tepat.  Seringkali suatu reaktan dimasukkan dalam jumlah berlebih untuk menjamin bahwa produk dapat terbentuk. Konsekuensinya, beberapa reaktan akan tersisa pada akhir reaksi. Reaktan yang pertama kali habis digunakan pada reaksi kimia disebut pereaksi pembatas (limiting reagent). Sementara reaktan yang jumlahnya melebihi dari yang dibutuhkan disebut pereaksi berlebih (excess reagent).

Untuk lebih memahami pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih akan saya analogikan seperti ini. Ada perlombaan dansa antar kelas di SMA PJ2. Kelas X IPA terdiri dari 10 siswa laki-laki dan 16 siswa perempuan. Karena lombanya harus berpasangan siswa laki-laki dengan perempuan, maka kelas X IPA hanya bisa mengirimkan 10 pasang. Jadi jumlah siswa laki-laki membatasi jumlah siswa perempuan yang dapat mengikuti lomba dansa. Dari analogi di atas dapat diambil kesimpulan siswa laki-laki sebagai pereaksi pembatas dan siswa perempuan sebagai pereaksi berlebih.

Perhatikan pembentukan gas nitrogen dioksida (NO₂) dari gas nitrogen monoksida (NO) dan gas oksigen (O₂)

Preaksi -->  produk

NO(g) + O₂(g) --> NO₂(g)   (belum setara)

2NO(g) + O₂(g) -->  2NO₂(g)   (sudah setara)

Jika dalam reaksi tersebut digunakan 6 mol NO dan 5 mol O2. Untuk mengetahui mana yang akan menjadi pereaksi pembatas dan mana yang akan menjadi pereaksi berlebih yaitu dengan membadingkan jumlah  pereaksi yang digunakan, tetapi sebelum dibandingkan masing-masing mol pereaksi di bagi dengan koefisienya masing-masing.

Mol NO     :    mol O₂ 

Koef NO         Koef O₂

   6 mol     :    5 mol     

      2                   1

3 mol        :     5 mol

Dari perbandingan di atas kita tahu bahwa mol NO yang ada direaksi lebih sedikit dibandingkan mol O₂, maka NO akan menjadi pereksi pembatas dan O₂ akan menjadi peeaksi berlebih.

Contoh soal

Urea [(NH₂)₂CO] dapat dibuat dengan mereaksikan gas amonia (NH₃) dan gas karbondioksida (CO₂) dengan menghasilkan air juga pada reaksi tersebut. Pada sutau proses, 136 g NH₃ bereaksi dengan 138 g CO₂ (Ar N = 14, C = 12, O =16, dan H =1)

a. Reaktan manakah yang merupakan pereaksi pembatas

b. Hitunglah massa urea yang dihasilkan

c. Berapa bayak pereaksi berlebih (dalam gram) yang tersisa pada akhir reaksi.

Pembahasan

Tuliskan persamaan reaksinya

NH₃(g) + CO₂(g) -->  (NH₂)₂CO(aq) + H₂O (l)

Setarakan reaksinya 

2NH₃(g) + CO₂(g) --> (NH₂)₂CO(aq) + H₂O (l)

a. Menentukan pereaksi pembatas

Mengkonversi semua pereaksi ke dalam satuan mol (lupa materinya klik DISINI)

136 g NH₃ = ...... mol ?

138 g CO₂ = .......mol?

Mol NH₃ = massa NH₃/massa molar NH₃

                = 136g / 17g/mol

                = 8 mol 

Mol CO₂  = massa CO₂/massa molar CO₂

                = 138g / 46g/mol

                 = 3 mol

Membandingkan mol pereaksi

mol NH₃     :    mol CO₂ 

koef NH₃         koef CO₂

   8 mol       :    3 mol     

      2                   1

4 mol          :     3 mol

Mol CO₂ lebih sedikit dibandingkan mol NH₃ maka yang akan menjadi pereaksi pembatas adalah CO₂ dan NH₃ sebagai pereaksi berlebih.

b. Menghitung massa urea yang terbentuk

Menghitung mol urea yang dihasilkan

Dari bagan di atas di dapatkan mol (NH₂)₂CO pada sisa sebanyak 3 mol, makan mol (NH₂)₂CO yang terbentuk adalah 3 mol.

Konversi mol ke massa 

3 mol urea = ....... gram ?

Massa urea = mol (NH₂)₂CO x massa molar (NH₂)₂CO

                    = 3 mol x 60 g/mol

                      = 180 g 

Sehingga massa urea yang terbentuk adalah 180 gram

c. Berapa bayak pereaksi berlebih (dalam gram) yang tersisa pada akhir reaksi.

Pada pembahasan a, di dapatkan NH₃ sebagai pereaksi berlebih. Dari bagan di atas di dapatkan mol NH₃ pada sisa sebanyak 2 mol

2 mol NH₃  = ....... gram ?

Massa NH₃  = mol NH₃ x massa molar NH₃

                      = 2 mol x 17 g/mol

                      = 34 g

Sehingga massa NH₃ sebagai pereaksi berlebih yang sisa adalah adalah 34 gram.

Hasil Reaksi (Reaction Yield)

Hasil reaksi dapat didefinisikan sebagai hasil dari suatu reaksi. Hasil reaksi ini ada dua yaitu hasil teroritis (theoritical yield) dan hasil sebenarnya (actual yield). Hasil terorits adalah hasil maksimum yang dapat terbentuk, seperti yang diprediksikan dari persamaan rekasi setara atau perhitungan. Sementara hasil sebenarnya adalah jumlah produk yang sebenarnya terbentuk. Pada umumnya hasil sebenarnya dan hasil teoritis tidaklah sama, dimana hasil sebenarnya lebih kecil dari hasil teoritis. Kenapa hal tersebut dapat terjadi? Ada beberapa faktor yaitu 1) jika reaksi tersebut bersifat reversibel (dapat balik) kemungkinan produk yang sudah terbentuk kembali lagi menjadi reaktan, 2) beberapa reaksi kimia bersifat komples, artinya kemungkinan produk yang terbentuk dapat bereaksi dengan produk lainya, atau produk tersebut dapat bereaksi dengan reaktan yang tersisa menghasilkan produk baru yang lain.untuk menentukan efesiensi dari suatu reaksi, 3) perubahan suhu dan tekanan, dll. 

kimiawan seringkali menggunakan persen hasil (percen yield) yang dapat dijabarkan sebagai perbandingan antara hasil sebenarnya dengan hasil teoritis sebagai berikut.

Contoh soal

Titanium adalah logam yang kuat dan tahan terhadap korosi. Logam ini sering digunakan dalam pembuatan roket, pesawat, mesin jet, dan rangka sepeda. Logam ini diperoleh dari reaksi antara larutan titanium(IV) klorida dengan magnesium cair dengan hasil sampingan larutan magnesium klorida. Dalam suatu operasi industri 570 g TiCl₄ direaksikan dengan 96 g Mg. (Mr TiCl₄ = 190, MgCl₂ = 95, dan Ar Mg = 24, Ti = 49)

a. Hitunglah hasil teoritis dari Ti dalam gram

b. Hitunglah persen hasil jika ternyata didapatkan 79 g Ti.

Pembahasan

a. Hitunglah hasil teoritis dari Ti dalam gram

Tuliskan persamaan reaksinya

TiCl₄(aq) + Mg(l) --> Ti(s) + MgCl₂(aq)

Setarakan reaksinya 

TiCl₄(aq) + 2Mg(l) --> Ti(s) + 2MgCl₂(aq)

Menentukan pereaksi pembatas

Mengkonversi semua pereaksi ke dalam satuan mol.

570 g TiCl₄ = ...... mol ?

96 g Mg = .......mol?

Mol TiCl₄ = massa TiCl₄/massa molar TiCl₄

                  = 570 g / 190 g/mo

                = 3 mol 

Mol Mg    = massa Mg/massa molar Mg

                  = 96 g / 24 g/mol

                = 4 mol

Membadingkan mol pereaksi

mol TiCl₄    :    mol Mg

koef TiCl₄        koef Mg

   3 mol       :    4 mol     

      1                   2

3 mol          :     2 mol

Mol Mg lebih sedikit dibandingkan mol TiCl₄ maka yang akan menjadi pereaksi pembatas adalah TiCl_4. 

	TiCl4	+	2 Mg	-->	Ti	+	2 MgCl2
Mula-mula	3 mol		4 mol		0 mol		0 mol
Reaksi	2 mol		4 mol		2 mol		2 mol
Sisa	1 mol		-		2 mol		2 mol

Dari bagan di atas di dapatkan mol Ti pada sisa sebanyak 2 mol, makan mol Ti yang terbentuk adalah 2 mol.

Konversi mol ke massa (lupa materinya klik DISINI)

2 mol Ti = ....... gram ?

Massa Ti  = mol Ti x massa molar Ti

                 = 2 mol x 49 g/mol

                 = 98 g 

Sehingga massa titanium yang terbentuk adalah 98 gram

b. Hitunglah persen hasil jika ternyata didapatkan 79 g Ti.

Massa teoritis Ti = 98 gram dan massa sebenarnya Ti = 79 gram

% hasil = (massa sebenarnya / massa teoritis) x 100%

             = (79 gram / 98 gram) x 100%

             = 0,8061 x 100%

             = 80,61%

Persen hasil yang diperoleh 80,61%