Cara Menghitung Reaktan Pembatas dari Reaksi Kimia

Dalam reaksi kimia, reaktan pembatas (RL) adalah reaktan yang memiliki proporsi stoikiometri terkecil . Artinya, ini sesuai dengan reaktan yang habis lebih dulu saat reaksi berlangsung. Ketika ini terjadi, reaksi tidak dapat dilanjutkan, sehingga jumlah reaktan lain yang dapat dikonsumsi terbatas, begitu pula jumlah produk yang dapat dibentuk, maka namanya.

Mengapa penting untuk menentukan reaktan pembatas?

Mengingat fakta bahwa pereaksi pembatas adalah yang menentukan, setelah selesai, jumlah semua zat lain yang dapat berpartisipasi secara efektif dalam reaksi, maka ini adalah yang paling penting dari sudut pandang perhitungan stoikiometri. Faktanya, semua perhitungan stoikiometri harus dilakukan hanya berdasarkan reaktan pembatas, atau kuantitas lain yang telah dihitung berdasarkan itu, karena melakukannya dengan reaktan lain (yang disebut reaktan berlebih), akan menghasilkan kesalahan perhitungan berlebih.

Sebagai contoh, mari pertimbangkan resep kue yang membutuhkan:

• 1 cangkir susu
• 2 cangkir tepung
• 1 cangkir gula, dan
• 4 telur.

Sekarang misalkan di lemari es kita punya

• 5 cangkir susu
• 8 cangkir tepung
• 2 cangkir gula, dan
• 20 telur.

Berapa banyak kue yang bisa kita buat dengan bahan-bahan ini?

Jenis soal ini sangat mirip dengan reaksi kimia yang resepnya sudah kita miliki (diberikan oleh persamaan kimia seimbang atau seimbang), kita dapat memiliki jumlah bahan yang bervariasi (yang menjadi reaktan), dan satu atau lebih produk.

Jika kami menganalisis secara terpisah berapa banyak kue yang dapat kami siapkan dengan masing-masing bahan yang kami miliki, kami akan mendapatkan kemungkinan jumlah kue yang berbeda:

• Karena setiap kue hanya membutuhkan 1 cangkir susu, dengan 5 cangkir susu kita bisa membuat 5 kue.
• 8 cangkir tepung cukup untuk menyiapkan 4 kue.
• Setiap kue memiliki 2 cangkir gula, jadi dengan 2 cangkir kita hanya dapat membuat 2 kue.
• Dengan 20 telur kita bisa membuat 5 kue, karena setiap kue membutuhkan 4 telur.

Terbukti bahwa jumlah maksimal kue yang bisa kita siapkan dalam hal ini adalah 2 buah, karena kita tidak memiliki cukup gula untuk membuat 4 buah apalagi 5 buah kue. Artinya, setelah kita selesai menyiapkan kue kedua, kita akan kehabisan gula, sehingga kita tidak dapat melanjutkan membuat kue lagi, meskipun bahan lainnya sudah banyak.

Dalam hal ini, gula mewakili “bahan pembatas” di pabrik kue kami. Konsep pereaksi pembatas, serta cara mengidentifikasinya, persis sama. Dengan itu, mari kita lihat bagaimana reaktan pembatas dihitung atau ditentukan dalam reaksi kimia.

Kapan kita harus menentukan reaktan pembatas dan kapan tidak?

Sebelum mempelajari cara menentukan reaktan pembatas, kita harus tahu dalam situasi apa hal itu perlu dilakukan. Pada prinsipnya, semua perhitungan stoikiometri harus dilakukan mulai dari pereaksi pembatas. Namun, dalam beberapa situasi tidak perlu menentukannya karena sudah diketahui sebelumnya apa itu, atau karena, dengan informasi yang tersedia, tidak ada solusi lain selain mengasumsikan apa reaktan pembatas itu.

Aturan apakah kita harus menentukan reaktan pembatas atau tidak sebelum memulai perhitungan stoikiometri adalah:

• Jika hanya ada satu reaktan, tidak ada konsep reaktan pembatas, jadi tidak perlu ditentukan.
• Jika kita mereaksikan suatu reaktan dengan adanya kelebihan reaktan lainnya (karena pernyataan suatu masalah secara eksplisit menunjukkan demikian, misalnya), maka yang pertama akan menjadi reaktan pembatas dan tidak perlu menentukannya.
• Dalam kasus di mana kita ingin menghitung berapa banyak produk yang dapat diperoleh dari sejumlah reaktan tunggal, terlepas dari apakah reaktan lain terlibat dalam reaksi, kita melakukan perhitungan dengan asumsi bahwa yang pertama adalah reaktan pembatas dan kita memiliki cukup semua reagen lain yang terlibat.
• Di sisi lain, jika reaksi kimia melibatkan dua atau lebih reaktan dan kita telah menetapkan atau membatasi jumlah dua reaktan atau lebih, kita harus selalu menentukan reaktan pembatas sebelum melakukan perhitungan lainnya .

Metode untuk menentukan pereaksi pembatas dari suatu reaksi kimia

Pereaksi pembatas adalah konsep yang membuat takut banyak siswa kimia dasar, tetapi tidak harus begitu. Masalah yang melibatkan pereaksi pembatas mudah dikenali dan semuanya dapat diselesaikan dengan cara yang sama. Ini hanya tentang menemukan cara cepat dan mudah untuk menentukan reaktan pembatas, dan kemudian menggunakannya dalam semua perhitungan stoikiometri yang perlu kita lakukan.

Di bawah ini adalah tiga cara berbeda untuk menentukan reaktan pembatas. Beberapa lebih intuitif dan mirip dengan contoh kue. Lainnya kurang intuitif, tetapi lebih praktis dan lebih mudah digunakan, terutama dalam reaksi kompleks yang melibatkan banyak reaktan. Idenya adalah, pada akhir artikel ini, Anda akan mempelajari cara menentukan reaktan pembatas dalam situasi apa pun, dan bahwa Anda telah memilih salah satu dari tiga metode untuk penggunaan sehari-hari dalam semua perhitungan stoikiometri yang perlu Anda lakukan di masa depan.

Penjelasan ketiga metode tersebut didasarkan pada masalah yang sama yang dikemukakan di bawah ini dan melibatkan tiga reagen yang jumlahnya tertentu atau terbatas.

Membatasi Masalah Perhitungan Reaktan

Diberikan reaksi untuk pembentukan kalium fosfat:

Tentukan jumlah senyawa ini yang dapat terbentuk jika 19,55 g kalium, 3,10 g fosfor, dan 32,0 g gas oksigen direaksikan. Data: massa atom relatif unsur-unsur yang terlibat adalah: K:39,1; P:31.0 dan 0:16.0.

Metode 1: Metode berapa yang saya miliki? – berapa banyak yang saya butuhkan?

Karena kita memiliki jumlah terbatas dari ketiga reaktan, kita harus menentukan reaktan pembatas sebelum melakukan perhitungan stoikiometri untuk mendapatkan jumlah kalium fosfat. Metode pertama yang akan kita lihat adalah menentukan berapa banyak reaktan yang dibutuhkan untuk mengkonsumsi reaktan lain secara penuh, dan kemudian membandingkan hasil ini dengan berapa banyak reaktan yang sebenarnya kita miliki.

Jika pada saat melakukan perhitungan ternyata kita memiliki lebih dari yang kita butuhkan, maka itu akan menjadi kelebihan reagen. Di sisi lain, jika kita memiliki kurang dari yang kita butuhkan untuk bereaksi dengan reaktan lain, maka itu akan menjadi reaktan pembatas karena tidak cukup.

CATATAN: Perlu dicatat bahwa metode ini hanya memungkinkan Anda membandingkan dua reagen sekaligus untuk menentukan faktor pembatas di antara reagen tersebut. Dalam kasus seperti contoh ini, yang melibatkan lebih dari dua reagen, perbandingan harus dilakukan secara berurutan hingga ditentukan reagen pembatas global yang mana. Perlu juga dicatat bahwa perhitungan dapat dilakukan dalam bentuk massa atau mol. Dalam hal ini, itu akan dilakukan secara massal, dan dalam dua metode berikutnya perhitungan akan dilakukan dalam mol.

Metode berapa banyak yang saya miliki? – berapa banyak yang saya butuhkan? Ini terdiri dari langkah-langkah berikut:

Langkah 1: Tentukan massa molar semua reaktan yang terlibat

Dalam kasus ini, massa molar adalah:

                MMK ₌ 39,1 g/mol

                MM _P = 31,0 g/mol

                MM _O2 = 2×16,0 g/mol = 32,0 g/mol

Langkah 2: Tentukan massa semua reaktan, jika tidak tersedia.

Dalam hal ini, kita sudah mengetahui massa semua reaktan. Ini adalah:

                mK = _19,55g

                mP = _3,10g

                mO2 = _32,0g

Langkah 3: Pilih dua reagen yang terlibat

Dalam hal ini, kita akan mulai dengan kalium (K) dan fosfor (P), tetapi urutan pemilihan reaktan tidak penting.

Langkah 4: Hitung jumlah yang pertama yang akan bereaksi dengan jumlah yang diberikan dari yang kedua.

Pada titik ini kita akan melakukan perhitungan stoikiometri pertama. Ini adalah perhitungan jumlah hipotetis yang akan dibutuhkan dari masing-masing reagen untuk sepenuhnya mengkonsumsi yang lain. Artinya, pertama-tama kita akan menentukan berapa banyak kalium yang kita perlukan untuk mengonsumsi 3,10 g fosfor yang kita miliki sepenuhnya. Perhitungan ini dilakukan melalui hubungan stoikiometri sederhana:

Hasil ini berarti kita membutuhkan 11,73 g potasium untuk mengonsumsi 3,10 g fosfor yang kita miliki.

Langkah 5: Hitung jumlah yang kedua yang akan bereaksi dengan jumlah yang diberikan yang pertama.

Langkah ini merupakan kebalikan dari langkah sebelumnya. Artinya, kami akan menghitung jumlah fosfor yang kami perlukan untuk sepenuhnya mengonsumsi semua kalium yang kami miliki.

Hasil ini berarti kita membutuhkan 5,17 g fosfor untuk mengonsumsi 19,55 g potasium yang kita miliki.

Langkah 6: Isi tabel Have/Need dan pilih pereaksi pembatas dan kelebihan

Tabel ini berisi dua reaktan yang kita bandingkan, jumlah sebenarnya dari masing-masing yang kita miliki, dan jumlah yang dibutuhkan yang baru saja kita tentukan di langkah 4 dan 5. Selain itu, beberapa orang menambahkan kolom dengan perbedaan antara yang kita miliki dan yang kita perlu, karena tanda perbedaan ini dapat digunakan untuk menentukan dengan cepat apa RL itu, meskipun lebih disukai untuk menentukannya secara logis untuk menghindari kesalahan.

Seperti yang dapat kita lihat, dalam kasus kalium kita memiliki lebih dari yang kita butuhkan untuk mengkonsumsi fosfor sepenuhnya, itulah sebabnya kalium merupakan reaktan berlebih. Ini secara otomatis menyiratkan bahwa, di antara kedua reagen ini, fosfor adalah reagen pembatas. Ini juga dapat disimpulkan dengan menganalisis hasil untuk fosfor. Untuk mengkonsumsi semua potasium, kita membutuhkan 5,17 g fosfor, tetapi kita hanya memiliki 3,10 g. Ini berarti bahwa fosfor yang kita miliki tidak cukup untuk mengkonsumsi semua kalium, sehingga habis terlebih dahulu, yaitu reaktan pembatas antara keduanya.

Cara lain yang mudah untuk menentukan pereaksi pembatas hampir tanpa berpikir adalah dengan memilih pereaksi yang perbedaannya T – N negatif.

Pada titik ini kita menyebut fosfor sebagai reaktan pembatas parsial karena kita belum tahu apakah itu masih akan menjadi reaktan pembatas setelah kita membandingkannya dengan oksigen. Tentang itulah langkah selanjutnya.

Langkah 7: Ulangi langkah 4, 5 dan 6 dengan reagen pembatas sebelumnya dan reagen lainnya.

Karena kita menentukan bahwa fosfor adalah RL antara itu dan kalium, sekarang kita harus membandingkannya dengan semua reaktan lain yang terlibat dalam reaksi. Dalam hal ini, ini melibatkan membandingkannya dengan oksigen. Untuk melakukannya, kita ulangi langkah 4, 5 dan 6 tetapi menggunakan P dan O ₂ .

Karena tidak ada lagi reagen yang tersisa yang belum kita bandingkan, kita menyimpulkan bahwa reagen pembatas keseluruhan (atau, sederhananya, reagen pembatas) adalah fosfor .

Metode 2: Perhitungan suatu produk

Metode ini didasarkan pada prinsip yang sama dengan contoh pie yang kita lihat sebelumnya. Ini terdiri, secara sederhana, dalam menentukan jumlah produk yang sama yang dapat diperoleh dari jumlah tertentu dari setiap reaktan. Pada akhirnya, reaktan pembatas adalah yang menghasilkan paling sedikit produk itu. Perhitungan stoikiometri dapat dilakukan dalam massa atau mol. Satu-satunya hal yang berubah adalah penggunaan massa molar dalam rasio stoikiometri yang digunakan dalam perhitungan. Karena metode sebelumnya dilakukan dengan menggunakan massa, kami akan menerapkan metode ini menggunakan mol, tetapi harus diingat bahwa metode ini juga dapat diterapkan pada massa.

Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:

Langkah 1: Tentukan semua massa molar reaktan.

Ini adalah langkah pertama yang sama dengan metode sebelumnya sehingga kami tidak akan mengulanginya di sini.

Langkah 2: Tentukan mol semua reaktan, jika tidak tersedia.

Perhitungan ini terdiri dari membagi massa dengan masing-masing massa molar:

                nK ₌ 19,55g / 39,1g/mol = 0,500 mol

                nP ₌ 3,10g / 31,0g/mol = 0,100 mol

                nO2 = 32,0g / 32,0g/mol = 1,00 _mol

Langkah 3: Hitung mol dari produk yang sama yang dapat diproduksi dengan masing-masing reaktan.

Dengan menggunakan rasio stoikiometri dalam mol, yang diperoleh langsung dari persamaan kimia seimbang, kami menghitung mol hipotetis yang dapat kami peroleh dari setiap reaktan jika dikonsumsi seluruhnya:

Langkah 4: Reaktan pembatas akan menjadi reaktan yang menghasilkan jumlah produk paling sedikit.

Kami dapat meringkas perhitungan yang telah kami buat dalam tabel berikut:

Seperti yang diharapkan, pereaksi pembatas ternyata adalah fosfor lagi.

Metode 3: Metode proporsi stoikiometri

Metode ini terdiri dari penentuan proporsi stoikiometri dimana setiap reaktan ditemukan dalam hubungannya dengan persamaan kimia yang telah disesuaikan. Kemudian, menurut definisi, reaktan pembatas adalah yang memiliki proporsi terkecil. Rasio ini ditentukan dengan membagi jumlah mol masing-masing reaktan dengan koefisien stoikiometrinya.

Yang terpenting, ini adalah metode termudah untuk digunakan, karena dapat dilakukan dengan sangat cepat dan tanpa banyak berpikir. Dua langkah pertama sama dengan metode sebelumnya, dan yang tersisa hanyalah menambahkan perhitungan rasio stoikiometri:

Sekali lagi, pereaksi pembatas ternyata adalah fosfor.

Komentar terakhir

Langkah-langkah penentuan pereaksi pembatas yang disajikan di sini harus disesuaikan dalam kasus reaksi dalam larutan berair di mana konsentrasi dan volume larutan digunakan sebagai pengganti massa atau mol. Hal yang sama dapat dikatakan tentang kasus di mana seseorang bekerja dengan gas dan seseorang memiliki tekanan atau volume gas. Bagaimanapun, satu-satunya hal yang akan berubah adalah proses penghitungan mol atau massa, tetapi yang lainnya akan tetap sama.

Referensi

Bolivar, G. (2019, 8 Juni). Pembatas dan Kelebihan Reaktan: Cara Menghitungnya dan Contohnya . hidup. https://www.lifeder.com/reactivo-limitante-en-exceso/

Chang, R. (2021). Kimia ( ^edisi ke-11 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Contoh Reagen Pembatas . (td). Químicas.net. https://www.quimicas.net/2015/10/ejemplos-de-reactivo-limitante.html

Hasil reaksi. (2020, 30 Oktober). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1822