KESETIMBANGAN KIMIA (BAGIAN 2)

Pada bagian kedua ini, akan kita pelajari tentang pergeseran kesetimbangan dan pemanfaatan konsep kesetimbangan kimia dalam industry. Namun, ada baiknya kita ulangi sedikit ingatan kita mengenai konsep kesetimbangan tersebut.

Berdasarkan apa yang telah kita pelajari, kita mengetahui bahwa kesetimbangan kimia terjadi pada reaksi dapat balik, pada ruang tertutup dimana suhu dan tekanannya tetap. Kesetimbangan kimia ini bersifat dinamis, artinya meskipun secara makroskopis tidak terjadi perubahan, namun secara mikroskopis reaksinya terus berlangsung dalam dua arah yang berlawanan dengan laju reaksi yang sama. Selain itu, yang perlu dicatat juga bahwa semua komponen yang terlibat dalam reaksi (pereaki dan produk) tetap ada.

Keadaan kesetimbangan ini sangat peka terhadap gangguan dari luar. Artinya, jika ada factor-faktor tertentu yang berubah, maka system kesetimbangan juga akan berubah, namun pada suatu saat akan tercapai keadaan kesetimbangan yang baru. Untuk mudahnya memahami system kesetimbangan dan factor-faktor yang mempengaruhinya, maka system kesetimbangan ini dapat dianalogikan dengan sebuah tabung berbentuk huruf yang diisi oleh air. Tingginya permukaan air di kedua sisi (kiri dan kanan) dari tabung U diumpamakan sebagai kondisi kesetimbangan. 

Gambar: Tabung U berisi air. Permukaan air pada kedua sisi menggambarkan posisi kesetimbangan

Apa yang akan terjadinya seandainya pada salah satu mulut tabung U tadi airnya ditambah? Dan apa yang akan terjadi seandainya airnya dikurangi?

Jika ke dalam salah satu mulut tabung U tersebut ditambahkan air, maka air dalam bagian tabung tersebut akan bergeser ke bagian lainnya, sehingga permukaan air di bagian yang lainnya akan meningkat dan terbentuk keadaan kesetimbangan yang baru. Sebaliknya, jika air diambil dari salah satu mulut tabung, maka air akan mengalir dari bagian yang lainnya, sampai terbentuk kesetimbangan yang baru.

Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya pengaruh/ gangguan disebut pergeseran kesetimbangan. 

Henry Louis Le Chatelier (1884), seorang ahli kimia dari Perancis mengemukakan konsep pergeseran kesetimbangan sebagai berikut: Jika kedalam system kesetimbangan diberikan aksi/gangguan, maka system kesetimbangan akan mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tadi menjadi sekecil-kecilnya. Prinsip ini dikenal sebagai Azas Le Chatelier.

Reaksi yang diberikan system kesetimbangan adalah berupa bergesernya system kesetimbangan ke arah reaksi maju atau ke arah reaksi balik dan jika memungkinkan mengembalikan system ke keadaan kesetimbangan yang baru.

Adapun factor-faktor yang dapat mempengaruhi system kesetimbangan tersebut dapat berupa perubahan konsentrasi salah satu zat yang bereaksi, perubahan suhu dan perubahan volume atau tekanan.

1.       Pengaruh Perubahan Konsentrasi Pereaksi

Perubahan konsentrasi dapat berupa penambahan atau pengurangan konsentrasi salah satu zat yang terlibat dalam reaksi kesetimbangan. Menurut Azas Le Chatelier, apabila konsentrasi salah satu zat dinaikkan (ditambah/ diperbesar) maka system akan bergeser dari arah zat yang konsentrasinya dinaikkan, sebaliknya apabila konsentrasi salah satu zat diturunkan (dikurangi/diperkecil), maka system kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang konsentrasinya diturunkan.Adapun factor-faktor yang dapat mempengaruhi system kesetimbangan tersebut dapat berupa perubahan konsentrasi salah satu zat yang bereaksi, perubahan suhu dan perubahan volume atau tekanan.

2.       Pengaruh Perubahan Suhu

Perubahan suhu terhadap system kesetimbangan akan menyebabkan perubahan posisi kesetimbangan karena nilai tetapan kesetimbangan akan berubah (mengenai nilai tetapan kesetimbangan akan diuraikan pada bagian 3). Seperti diketahui, reaksi kimia ada yang melibatkan pelepasan panas ke lingkungan (eksoterm) dan ada yang melibatkan penyerapan panas dari lingkungan (endoterm).

Menurut Azas Le Chatelier, apabila pada system kesetimbangan suhunya dinaikkan, maka system akan mengadakan aksi dengan menggeser kesetimbangan ke arah reaksi yang memerlukan suhu/ panas (reaksi endotermis), sebaliknya bila suhu system diturunkan, maka system akan bergeser ke arah reaksi yang melepaskan panas (reaksi eksotermis).

3.    Pengaruh Perubahan Tekanan atau Volume

Tekanan biasanya berbanding terbalik dengan volume. Artinya, apabila tekanan diperbesar maka volume akan mengecil, dan sebaliknya memperkecil tekanan akan memperbesar volume.

    Pada reaksi kesetimbangan homogen gas – gas, perubahan tekanan dan volume juga dapat mempengaruhi tekanan parsial gas. Pengaruh perubahan tekanan ini sangat bergantung pada stoikiometri reaksinya. Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi semua komponen. Berdasarkan Azas Le Chatelier, maka sistem akan bereaksi dengan mengurangi tekanan. Sebagaimana diketahui, tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas. Oleh karena itu, untuk mengurangi pengaruh tekanan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah molekulnya sedikit (koefisiennya lebih kecil). Sebaliknya, bila tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka sistem akan bereaksi dengan menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih besar.

    Untuk system kesetimbangan dengan jumlah koefisien gas-gas kiri dan kanan sama, perubahan volume atau tekanan campuran gas tidak akan berpengaruh pada pergeseran kesetimbangan. Contohnya, pada system kesetimbangan berikut

4.       Pengaruh Katalisator Terhadap Reaksi Kesetimbangan

Seperti diketahui, Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat laju suatu reaksi. Dengan katalis, suatu reaksi yang tadinya berlangsung dalam beberapa hari atau beberapa jam, dapat dipersingkat menjadi beberapa jam atau beberapa menit bahkan detik saja.

Dalam system kesetimbangan, katalis dimanfaatkan untuk mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan. Sebagai contoh, missal untuk reaksi kesetimbangan:

Penambahan katalis akan mempercepat laju reaksi pembentukan gas NH₃, sekaligus juga mempercepat laju reaksi penguraiannya menjadi gas N₂ dan H­₂. Pengaruh ini sama kuatnya, sehingga dalam reaksi kesetimbangan katalis tidak menggeser posisi kesetimbangan, melainkan hanya mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan

KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI

     Banyak proses dalam industry merupakan reaksi kesetimbangan. Masalah yang sering timbul sehubungan dengan system kesetimbangan dalam industry adalah bagaimana caranya menghasilkan produk dalam jumlah besar dengan proses yang efektif dan efisien. Sehubungan dengan hal ini, maka pemahaman konsep pergeseran kesetimbangan (Azas Le Chatelier) dapat digunakan sebagai solusi untuk memecahkan masalah tadi. Dengan Azas Le Chatelier, maka kita dapat mengontrol dan mengendalikan system kesetimbangan hingga dapat menghasilkan produk yang maksimal secara efektif.

1. Pembuatan Ammonia

       Salah satu industry yang menerapkan system kesetimbangan adalah industry pembuatan ammonia, NH3. Gas ammonia (NH3) merupakan senyawa penting dalam industry kimia, karena sangat luas pengunaannya. Gas amonia merupakan bahan dasar dalam pembuatan pupuk nitrogen, pembuatan asam nitrat dan senyawa nitrat lainnya, pembuatan bahan peledak, plastic, ataupun sebagai pelarut yang baik untuk berbagai senyawa ionic dan senyawa polar. 

Produksi amoniak di Indonesia dilakukan di pabrik petrokimia di Gresik dan Kujang. Proses pembuatan amoniak dilakukan melalui reaksi:

      Proses ini diperkenalkan pertama kali oleh Fritz Haber, ahli kimia Jerman pada tahun 1913, dimana pada Perang Dunia I Jerman terkena Blokade Tentara Sekutu sehingga pasokan senyawa nitrat (Sendawa Chili , KNO3) dari Amerika yang merupakan bahan pembuat amunisi tidak dapat masuk ke Jerman. Sementara Karl Bosch, menyempurnakan prosesnya, hingga sekarang dikenal dengan Proses Haber – Bosch.

    Perhatikan reaksi kesetimbangan pada pembuatan ammonia di atas. Dapat dilihat bahwa, kesetimbangan terjadi dan reaksi ke arah NH3 berlangsung secara eksotermis. Pada keadaan biasa, reaksi ini berlangsung tidak sempurna. Dengan pertolongan loncatan api listrik, hanya kurang dari 1% saja gas N2 diubah menjadi gas NH3. Untuk mengatasi masalah ini, maka Haber–Bosch menerapkan Azas Le Chatelier, dengan penjelasan sebagai berikut:

    Pada suhu rendah, tumbukan yang terjadi antara molekul gas N2 dan H2 berlangsung tidak efektif, sedangkan suhu yang tinggi menyebabkan reaksi ini membentuk reaksi kesetimbangan yang lebih cepat. Mengingat reaksi ke arah kanan berlangsung eksotermis, maka perubahan kalor akan menyebabkan reaksi bergeser ke kiri. Amonia yang dihasilkan menjadi sangat sedikit. Menurut Azas Le Chatelier, pergeseran reaksi ke kanan akan terjadi pada tekanan tinggi atau volume ruang yang diperkecil.

      Haber – Bosch menemukan bahwa pada suhu 550 oC dan tekanan 250 atm meningkatkan hasil ammonia sebesar 10% bila katalis Pt digunakan. Pada suhu 500 oC dan tekanan 350 atm dapat diperoleh hasil + 30%. Dengan perkembangan teknologi yang tinggi, reaksi tersebut dapat dijalankan pada suhu 600 oC dan tekanan 1000 atm. Pada kondisi ini 55% sampai 60% dari gas N2 dapat diubah menjadi menjadi gas NH3 dengan menggunakan katalis yang lebih baik, yaitu katalis besi oksida yang mengandung sedikit kalium dan aluminium oksida. Keadaan reaksi yang dapat menghasilkan gas ammonia sebanyak-banyaknya itu disebut keadaan optimum.

2. Pembuatan Asam Sulfat

    Contoh lain industry yang menerapkan Azas Le Chatelier dalam reaksi  kesetimbangan adalah pada industry pembuatan asam sulfat. Seperti halnya ammonia, asam sulfat merupakan salah satu bahan kimia penting dalam industry dan kehidupan sehari-hari. Bahkan asam sulfat dikenal sebagai king of chemical atau rajanya bahan kimia. 

        Beberapa kegunaan asam sulfat yang penting dalam industry dan kehidupan sehari-hari diantaranya adalah:

• Asam sulfat merupakan bahan dasar dalam pembuatan pupuk ammonium sulfat (ZA), pupuk super posfat, pembuatan deterjen, bahan pembuat lem (perekat), bahan pewarna, sebagai elektrolit pada pembuatan batere untuk industry otomotif, sebagai reaktan pada proses pembuatan bahan peledak nitrogliserin.
• Dalam industry minyak bumi, asam sulfat digunakan dalam proses penghilangan zat-zat pengotor dari minyak bumi.
• Pada proses pembuatan rayon, asam sulfat ditambahkan pada campuran serat selulosa dengan tetramine copper(II).
• Pada proses pengolahan logam – besi dan baja – asam sulfat berperan pada proses cleaning (pickling) sebelum logam melalui proses plating dengan seng atau timah.
• Pada proses water treatment, asam sulfat dimanfaatkan sebagai bahan kimia untuk pengaturan keasamaan atau pH adjustment. Penggunaan asam sulfat lebih disukai dibandingkan dengan asam klorida. Karena asam klorida dapat mengakibatkan korosi pada perpipaan atau peralatan yang terbuat dari stainless steel.
• Di laboratorium analisa, asam sulfat biasa digunakan sebagai salah satu chemical reagent, dan banyak lagi kegunaan lainnya.

Asam sulfat dibuat dalam industry melalui proses kontak dan proses bilik timbal. Proses bilik timbal sudah lama ditinggalkan karena kurang menguntungkan, sementara melalui proses kontak dapat dihasilkan asam sulfat yang kadarnya bisa mencapai 99%.

Terdapat beberapa tahap reaksi dalam pembuatan asam sulfat melalui proses kontak. Tahapan reaksi tersebut adalah sebagai berikut:

• Belerang dibakar dengan oksigen menghasilkan belerang dioksida          
• Belerang dioksida (SO₂) direaksikan dengan gas oksigen membentuk            gas belerang trioksida
• Gas SO3 direaksikan dengan asam sulfat pekat menghasilkan asam disulfat atau asam pirosulfat (oleum). 
• Asam pirosulfat (H₂S₂O₇) dilarutkan dalam air menghasilkan H₂SO₄

.................................................... (1)

...................(2)

 

....................................(3)

........................................(4)

     Dari beberapa tahap reaksi di atas, tahap kedua merupakan tahap yang paling menentukan. Tahap kedua merupakan reaksi kesetimbangan. Sehingga agar SO₃ yang dihasilkan jumlahnya maksimal, menurut Azas Le Chatelier, reaksi harus digeser kearah kanan (SO₃). Untuk itu maka tekanan system dapat naikkan. Akan tetapi, tanpa tekanan yang besar pun dengan bantuan katalisator vanadium pentoksida (V₂O₅) reaksi ini sudah berlangsung baik. Oleh karena itu, proses kontak menggunakan tekanan normal, sekitar 1 atm. Sebaliknya, kenaikkan suhu akan merugikan karena kesetimbangan akan bergeser ke kiri (endotermis). Namun reaksi ini akan berlangsung lebih cepat pada suhu tinggi. Suhu optimum proses kontak adalah pada 400 – 450⁰C. Dengan kondisi ini H₂SO₄ yang dihasilkan dapat mencapai kadar 97 – 99%.

KESETIMBANGAN DALAM KEHIDUPAN SEHARI - HARI

Reaksi kesetimbangan selain terjadi dalam industry, juga terjadi dalam kehidupan sehari-hari, bahkan terjadi dalam tubuh manusia sendiri. Itulah sebabnya mengapa kita perlu mengetahui dan memahami tentang system kesetimbangan ini. Pada bagian di bawah ini, akan diuraikan mengenai beberapa contoh reaksi kesetimbangan yang terjadi dalam tubuh kita dan dalam kehidupan sehari – hari. Selamat menyimak!

1.       Proses Fotosintesis

Fotosintesis merupakan proses pembuatan makanan oleh tumbuhan hijau melalui proses biokimia pada klorofil dengan bantuan sinar matahari. (Foto = sinar/ cahaya; sintesis = pembentukan). Tumbuhan memerlukan sinar matahari untuk melakukan fotosintesis sehingga kebutuhan nutrisinya terpenuhi. Klorofil merupakan pigmen pada tumbuhan hijau yang berfungsi menangkap sinar matahari lalu merubahnya menjadi energi kimia yang terikat dalam molekul karbohidrat.

Dalam fotosintesis, energi cahaya matahari bereaksi dengan enam molekul karbon dioksida (CO₂) dan enam molekul air (H₂O) untuk menghasilkan satu molekul glukosa (C₆H₁₂O₆) dan enam molekul oksigen (O₂). Persamaan reaksinya adalah:

    Dari reaksi tersebut CO₂ dan H₂O diubah menjadi glukosa padat (C₆H₁₂O₆) untuk dikonsumsi tumbuhan bersama dengan air. Sedangkan oksigen (O₂) dilepaskan ke udara.

Jika diperhatikan lebih lanjut, reaksi fotosintesis merupakan reaksi kesetimbangan. Saat reaksi kesetimbangan bergeser ke kanan, maka jumlah oksigen akan meningkat. Gas oksigen ini digunakan untuk melakukan proses respirasi. Pada saat terjadi respirasi reaksi kesetimbangan bergeser ke kiri, dan akan dihasilkan gas CO₂, yang selanjutnya dapat digunakan kembali untuk proses fotosintesis. Demikian seterusnya hingga membentuk siklus, sehingga di alam terjadi kesetimbangan antara gas Oksigen (O₂) dengan Karbondioksida (CO₂).

Reaksi kesetimbangan pada proses fotosintesis sangat dipengaruhi olehberbagai factor, diantaranya suhu, dan konsentrasi zat – zat yang terlibat dalam reaksi. Reaksi ini bekerja optimal pada suhu 23 – 30⁰C, dengan tekanan normal 1 atm. Apabila suhu yang tersedia –5⁰C  atau bahkan melebihi 50⁰C, maka proses fotosintesis yang terjadi tidak akan maksimal.

Faktor lain yang juga penting dalam proses fotosintesis adalah keberadaan cahaya matahari dan enzim yang bertindak sebagai katalisator. Tanpa kedua factor ini, maka proses fotosintesis tidak akan berlangsung

2.    Terbentuknya Stalagtit dan Stalagmit

Stalagtit adalah batuan runcing yang ada di bagian atas ataupun langit-langit gua dan menghadap kebawah. Stalagtit berasal dari bahasa Yunani, Stalasso yang artinya menetes. Stalagtit umumnya ditemukan pada gua kapur ataupun pada daerah-daerah karst. Hal ini terjadi karena batuan kapur merupakan salah satu batuan yang mudah larut dalam air dan asam karbonat. Batuan tersebut akan di larutkan sehingga membentuk kalsium karbonat yang terlarut dalam air dan menetes kebawah sehingga membentuk stalagtit.

Stalagmit adalah batuan runcing di gua yang terbentuk dari bawah (lantai gua) ke atas secara vertikal. Seperti halnya stalagtit, stalagmite juga  hanya dapat ditemukan di daerah gua kapur ataupun daerah karst. Stalagmit juga berasal dari bahasa Yunani, stalagmias atau stalagmites yang artinya menetes dan jatuh. Stalagmit merupakan kumpulan zat kapur di bagian lantai gua yang merupakan hasil dari tetesan air atap gua.

Pembentukan stalagtit dan stalagmite berlangsung dalam kurun waktu yang lama dan dapat mencapai ribuan tahun. Pembentukannya diawali dengan larutnya gas karbon dioksida (CO₂) di udara dalam air hujan (H₂O) hingga membentuk asam karbonat (H₂CO₃). Asam ini kemudian bereaksi dengan batu kapur (CaCO₃) yang merupakan komponen utama dalam gua, membentuk kalsium bikarbonat (Ca(HCO₃)₂).

    Reaksi pembentukan stalagtit dan stalagmite, diatas merupakan reaksi kesetimbangan. Pada reaksi maju (ke kanan) air yang bersifat asam (H₂CO₃) akan melarutkan kalsium karbonat (CaCO₃) menjadi kalsium (Ca²⁺) dan bikarbonat (HCO₃^–). Reaksi balik dari kanan ke kiri akan kembali menghasilkan kalsium karbonat. Pembentukan pilar stalagmit dan stalagtit terjadi saat air yang mengandung kalsium karbonat menguap secara terus-menerus. Menurut prinsip Le Chatelier, apabila konsentrasi suatu zat berkurang, maka reaksi akan bergeser kearah zat yang berkurang. Sehingga, reaksi akan bergeser ke kiri (pembentukan CaCO₃). Hal ini dapat diamati saat jatuhnya larutan Ca²⁺ dan HCO₃^– yang berada di langit-langit gua. Timbunan padat stalagmite, terbentuk ketika air yang menetes tersebut menguap. Penguapan dalam gua terjadi dalam waktu yang sangat lama. Hal tersebut dikarenakan beberapa faktor seperti tidak ada radiasi matahari untuk menarik molekul air, kecilnya pergerakan udara atau bahkan hampir tidak ada, serta hampir semua udara yang jenuh dengan uap air.

3.    Minuman Berkarbonasi

Kalian tentu pernah merasakan sensasi ketika membuka botol minuman bersoda (berkarbonasi). Pada saat minuman tersebut dibuka, hampir selalu muncul buih dan suara desis yang khas. Kadang dengan sedikit goncangan, akan terbentuk buih dan desis yang lebih banyak hingga meluber. Tahukah, dari mana asalnya?

Minuman berkarbonasi (Sparkling Beverages), adalah minuman yang mengandung karbonasi atau dikenal juga sebagai minuman bersoda. Air soda sebenarnya nama lain untuk asam karbonat (H₂CO₃). Air soda dapat dibuat dengan melarutkan gas karbondioksida (CO₂) dalam air.

Bila diinjeksi kedalam air dengan tekanan tinggi, gas karbondioksida akan larut dalam air dan membentuk asam karbonat (H₂CO₃). Itulah sebabnya minuman ini disebut minuman berkarbonasi (carbonated beverages). Pada dasarnya reaksi karbonasi mengikuti reaksi kesetimbangan berikut:

2 NaHCO₃ (aq)   Na₂CO₃ (aq) + CO₂ (g) + H₂O (l)

Tekanan tinggi dalam proses pembuatan menyebabkan gas CO₂ terjebak dalam cairan. Saat kemasan dibuka, tekanan berkurang dan reaksi bergeser kearah jumlah molekul gas yang lebih banyak (kanan), akibatnya gas CO₂ akan terlepas, lalu membentuk buih disertai suara desis. Jika kemasan dibiarkan terus terbuka, lama kelamaan CO₂ akan habis.

 

4.    Sistem Kesetimbangan Dalam Tubuh

Reaksi-reaksi kesetimbangan juga terjadi dalam tubuh kita. Reaksi kesetimbangan dalam tubuh ada yang berlangsung sangat kompleks hingga membentuk siklus, ada juga yang sederhana. Sistem kesetimbangan dalam tubuh ini berperan dalam menjaga fungsi fisiologis tubuh untuk beradaptasi dengan lingkungannya. Gangguan terhadap system kesetimbangan fisiologis tubuh ini, umumnya akan menyebabkan timbulnya gangguan terhadap Kesehatan. Namun, kita patut bersyukur, karena Allah SWT, telah menciptakan semua “perangkat” dalam tubuh kita berjalan seperti halnya Azas Le Chatelier, yaitu manakala ada gangguan terhadap system kesetimbangan tadi, maka organ-organ dan berbagai zat dalam tubuh kita akan berusaha mengurangi gangguan tadi hingga sekecil-kecilnya.

Sistem kesetimbangan apa saja yang ada dalam tubuh kita? Bagaimana mekanisme kerjanya?.

 

a.        Kesetimbangan dalam mulut

 

Gigi manusia kuat karena dilapisi oleh email, yaitu lapisan tipis keras yang mengandung kalsium yang menutupi dan melindungi mahkota gigi. Email gigi senyawa kalisum hidroksiapatit, Ca₅(PO₄)₃OH atau kalsium Posfat.   Jika email gigi terkikis atau terkelupas maka gigi akan menjadi rapuh dan berlubang. Kerusakan gigi ini pada dasarnya disebabkan oleh reaksi kesetimbangan yang terjadi dalam mulut. Di dalam mulut, kalsium hidroksiapatit akan mengalami reaksi kesetimbangan berikut.

    Reaksi kesetimbangan yang terjadi akan mengalami pergeseran jika kita mengonsumsi makanan yang mengandung asam, seperti jeruk, sari buah, cuka, dan lain-lain. Makanan asam mengandung ion H⁺ sehingga ion tersebut akan mengikat ion PO₄^3- dan OH^-. Akibatnya, reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kanan dan menyebabkan konsentrasi Ca₅(PO₄)₃OH berkurang. Pergeseran reaksi tersebut menyebabkan lapisan email menjadi keropos sehingga gigi akan rusak.

 

b.    Metabolisme karbon dioksida dalam tubuh

Karbon dioksida (CO₂) merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. Dalam tubuh kita, karbondioksida ditemukan sebagai limbah hasil metabolisme sel di dalam tubuh. Ketika oksigen di angkut dari paru-paru ke jaringan tubuh, pada saat yang sama karbon dioksida yang di hasilkan oleh respirasi sel di angkut dari jaringan tubuh ke paru-paru kemudian dibuang melalui hembusan napas.

Meskipun merupakan gas limbah, keberadaan karbon dioksida tetap penting bagi tubuh. Gas ini berperan untuk mengatur tingkat keasaman (pH) darah dan mendukung proses pernapasan. Bila tubuh kekurangan atau kelebihan jumlah karbon dioksida, dapat terjadi gangguan keseimbangan asam basa dan keracunan karbon dioksida. Kadar karbon dioksida normal dalam tubuh adalah 23-29 mmol per liter darah. Hasil tes di luar rentang ini menunjukkan adanya gangguan keseimbangan asam basa darah, baik asidosis maupun alkalosis (akan dibahas lebih lanjut pada bagian larutan penyangga dalam tubuh).

Dalam jaringan tubuh, karbon dioksida yang konsentrasinya relatif tinggi melarut dalam darah bereaksi dengan air membentuk asam karbonat.

CO2 (g) <=> CO₂ (aq) + H₂O (l) <=> H₂CO₃ (aq)

Reaksi di atas merupakan reaksi kesetimbangan. Meningkatnya kadar CO₂ dalam jaringan (misal ketika seseorang mengalami hipoventilasi, yaitu bernapas terlalu lambat atau terlalu dangkal; menyebabkan kadar oksigen dalam darah berkurang sedangkan kadar CO₂ meningkat), akan menggeser reaksi kearah kanan menyebabkan tingginya kadar asam karbonat (H₂CO₃). Sebaliknya, jika dalam paru-paru konsentrasi karbon dioksida lebih rendah sehingga karbon dioksida di keluarkan dari darah ke udara. Maka reaksi akan bergeser ke kiri.

 

c.    Pengikatan oksigen oleh darah

Salah satu fungsi darah dalam tubuh adalah mengedarkan oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh. Bagaimanakah prosesnya?

Mula-mula, hemoglobin (Hb) mengikat oksigen membentuk oksihemoglobin (HbO₂), kemudian dibawa ke seluruh tubuh melalui system peredarah darah. Mekanisme pengikatan oksigen oleh hemoglobin merupakan reaksi kesetimbangan:

      

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 di gunakan untuk proses pembakaran. Dengan demikian, reaksi di dalam jaringan berjalan ke arah kiri.

Reaksi kesetimbangan dalam peredaran darah ini dapat menjelaskan alasan mengapa mengisap gas karbon monoksida (CO) yang beracun dapat mengganggu kesehatan. Ketika gas CO terisap dan larut dalam peredaran darah, gas CO berikatan dengan Hb. CO dan O₂ akan bersaing ketat agar dapat berikatan dengan Hb. Manakah yang akan menjadi pemenangnya?

Tetapan kesetimbangan kimia Hb-CO lebih besar dari pada tetapan kesetimbangan Hb-O₂ sehingga Hb lebih mudah mengikat CO.

HbO₂ + CO  HbCO + O₂

Jika melihat reaksi tersebut, dapat dipahami mengapa gas CO dapat mengganggu kesehatan. 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.

 

d.    Hipoksemia atau Hipoksia

Pernahkah Kalian merasa sesak napas ketika berada pada ketinggian tertentu, misal ketika mendaki gunung? Atau bahkan mungkin ketika mengalami suatu kesedihan yang mendalam? Sesak napas ketika kita berada di suatu tempat yang lebih tinggi merupakan salah satu gejala hipoksemia atau hipoksia. Tahukah kalian apa itu hipoksemia atau hipoksia?

Hipoksemia adalah rendahnya kadar oksigen dalam darah, khususnya di arteri. Hipoksemia merupakan tanda adanya masalah dalam sistem sirkulasi atau pernapasan yang dapat menyebabkan sesak napas. Sedangkan, hipoksia adalah rendahnya kadar oksigen dalam jaringan tubuh sebagai akibat dari rendahnya kadar oksigen di udara.

Normalnya, kadar oksigen di dalam darah (saturasi oksigen) ada pada rentang 95–100% atau sekitar 75–100 mmHg. Ketika kadar oksigen di dalam darah berkurang hingga di bawah angka tersebut, tubuh akan mengalami kekurangan oksigen. Kurangnya kadar oksigen dalam tubuh (dalam darah maupun dalam jaringan tubuh) memiliki efek buruk pada tubuh, karena kurangnya kadar oksigen dapat mengganggu proses fisiologis penting dalam jaringan tubuh.

Di dalam tubuh manusia terdapat suatu sistem kesetimbangan yang berperan dalam menjaga fungsi fisiologis tubuh untuk beradaptasi dengan lingkungannya. Salah satu proses adaptasi yang dilakukan oleh tubuh manusia adalah beradaptasi terhadap perubahan ketinggian yang tiba-tiba. Jika seseorang yang bertempat tinggal di Jakarta dengan ketinggian 0 km dari permukaan laut (dpl) pergi dengan pesawat terbang ke Kota Meksiko yang memiliki ketinggian 2.300 m dpl, maka setelah tiba di Kota Meksiko akan merasa pusing, mual, atau rasa tidak nyaman lainnya.

Keadaan tersebut dapat dijelaskan berdasarkan sistem reaksi kesetimbangan pengikatan oksigen oleh hemoglobin berikut:

     Oksihaemoglobin (HbO₂) merupakan senyawa yang berperan dalam membawa oksigen ke seluruh jaringan tubuh termasuk otak. Tetapan kesetimbangan dari reaksi tersebut adalah:

Pada ketinggian 3 km, tekanan parsial gas oksigen sekitar 0,14 atm, sedangkan pada permukaan laut tekanan parsial gas oksigen sebesar 0,2 atm. Berdasarkan asas Le-Chatelier, dengan berkurangnya gas oksigen berarti kesetimbangan akan bergeser ke kiri, dan berakibat kadar HbO₂ di dalam darah menurun. Akibat yang ditimbulkan dari keadaan tersebut, suplai oksigen ke seluruh jaringan akan berkurang. Hal inilah yang mengakibatkan terjadinya rasa mual dan pusing, serta perasaan tidak nyaman pada tubuh.

Kondisi tersebut akan mengakibatkan tubuh berusaha beradaptasi dengan memproduksi hemoglobin sebanyak-banyaknya. Dengan meningkatnya konsentrasi hemoglobin akan menggeser kembali kesetimbangan ke kanan dan HbO₂ akan meningkat kembali seperti semula. Penyesuaian ini berlangsung kurang lebih 2-3 minggu.

Dari penelitian, diketahui bahwa kadar hemoglobin rata-rata penduduk yang bertempat tinggal di dataran tinggi akan memiliki hemoglobin lebih tinggi daripada penduduk yang bertempat tinggal di dataran rendah. Oleh karena itu, kasus Hipoksia ini tidak terjadi pada penduduk yang sudah terbiasa hidup di daerah dataran tinggi dan hal ini juga yang menjadi alasan mengapa bagi pendaki gunung diperlukan pos-pos pemberhentian agar tubuh selalu dapat beradaptasi secara baik terus-menerus.

Kalian Dapat Mendownload Naskah Ini di SINI 

 

Daftar Referensi/ Pustaka:

Haris Watoni, dkk, 2018, Kimia Untuk Siswa SMA/MA Kelas XI, Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu-ilmu Alam, Cetakan XI, Penerbit Yrama Widya, Bandung

Unggul Sudarmo, 2018 , Kimia Untuk SMA/MA Kelas XI, Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu-ilmu Alam, Penerbit Erlangga, Jakarta

Yuliadi, S.Pd, 2008, Memahami Kimia SMK, Untuk Kelas XI Semester 1 dan 2, Kelompok Teknologi, Kesehatan dan Pertanian, Edisi I, CV. Arfino Raya, Bandung

http://syakir-berbagiilmu.blogspot.com/2012/03/kesetimbangan-kimia-dalam-tubuh-manusia.html

https://id.wikipedia.org/wiki/