Stoikiometri: Dari Pereaksi Pembatas ke Rendemen

Langkah 1: Menentukan Pereaksi Pembatas

Reaktan yang nilainya paling kecil setelah dibagi dengan koefisien reaksinya akan habis lebih dulu dan menjadi patokan penentu jumlah produk.

Dalam alur produksi mekanis di sebuah pabrik perakitan, kita tidak merata-rata jumlah persediaan bahan baku untuk memperkirakan hasil akhir. Sebaliknya, pabrik harus mencari bahan baku mana yang menjadi 'leher botol' (bottleneck) atau habis paling pertama. Pada reaksi kimia yang sudah disetarakan:

$$\text{S}_8(l) + 4\text{Cl}_2(g) \rightarrow 4\text{S}_2\text{Cl}_2(l)$$

Tersedia stok awal sebesar $0{,}15\text{ mol } \text{S}_8$ dan $0{,}8\text{ mol } \text{Cl}_2$. Untuk menentukan zat mana yang menjadi pereaksi pembatas, kita membagi jumlah mol awal masing-masing dengan koefisien reaksinya:

• Untuk $\text{S}_8$: $\frac{0{,}15\text{ mol}}{1} = 0{,}15$

• Untuk $\text{Cl}_2$: $\frac{0{,}8\text{ mol}}{4} = 0{,}20$

Karena nilai perbandingan $\text{S}_8$ ($0{,}15$) lebih kecil daripada $\text{Cl}_2$ ($0{,}20$), maka belerang ($\text{S}_8$) adalah pereaksi pembatas yang habis bereaksi tanpa sisa.

Tabel Mula-mula, Reaksi, dan Sisa di atas memperlihatkan bahwa seluruh $0{,}15\text{ mol } \text{S}_8$ habis terpakai. Sementara itu, klorin hanya terpakai $0{,}6\text{ mol}$ dan masih menyisakan $0{,}2\text{ mol}$. Oleh karena itu, jumlah produk yang dapat dibuat sepenuhnya dikendalikan oleh $\text{S}_8$.

Langkah 2: Menghitung Massa Teoretis

Massa produk maksimal dihitung menggunakan perbandingan koefisien berdasarkan jumlah mol dari pereaksi pembatas yang telah ditentukan.

Melanjutkan alur produksi di pabrik, target maksimal barang yang dapat dihasilkan di atas kertas dihitung murni dari komponen pembatasnya. Reaktan lain yang bersisa diabaikan dalam penentuan kuantitas produk maksimal atau massa teoretis. Berdasarkan reaksi setara:

$$\text{S}_8 + 4\text{Cl}_2 \rightarrow 4\text{S}_2\text{Cl}_2$$

Karena koefisien $\text{S}_2\text{Cl}_2$ adalah $4$ dan koefisien pereaksi pembatas $\text{S}_8$ adalah $1$, jumlah mol produk yang terbentuk dihitung lewat perbandingan koefisien:

$$\text{mol } \text{S}_2\text{Cl}_2 = \frac{4}{1} \times 0{,}15\text{ mol} = 0{,}6\text{ mol}$$

Dengan massa molar ($\text{Mr}$) $\text{S}_2\text{Cl}_2$ sebesar $135\text{ g/mol}$, target massa maksimal di atas kertas adalah:

$$\text{Massa Teoretis} = 0{,}6\text{ mol} \times 135\text{ g/mol} = 81\text{ gram}$$

Langkah 3: Menghitung Rendemen

Rendemen dihitung dengan membagi massa produk yang benar-benar didapatkan secara nyata dengan massa produk teoretis maksimal, lalu dikalikan 100%.

Dalam alur produksi industri, tidak semua proses manufaktur menghasilkan barang jadi tepat $100\%$ sesuai rencana di atas kertas. Evaluasi efisiensi ini diukur lewat rendemen (percent yield), yaitu perbandingan antara hasil nyata yang diperoleh di laboratorium atau pabrik terhadap target maksimal teoritisnya:

$$\%\text{ Rendemen} = \frac{\text{Massa Aktual}}{\text{Massa Teoretis}} \times 100\%$$

Pada soal kita:

• Massa Aktual (hasil nyata di laboratorium) $= 64{,}8\text{ gram}$

• Massa Teoretis (target perhitungan maksimal) $= 81\text{ gram}$

Maka persentase rendemen reaksinya adalah:

$$\%\text{ Rendemen} = \frac{64{,}8\text{ gram}}{81\text{ gram}} \times 100\% = 80\%$$

Perhitungan ini membuktikan bahwa Opsi D ($80\%$) adalah jawaban yang tepat.