Struktur Molekul Asam Sitrat (C6H8O7) dan Persamaan Reaksinya dengan NaHCO3

Soal: Setarakan jumlah atom-atom dalam persamaan reaksi asam sitrat dengan natrium bikarbonat yang menghasilkan natrium sitrat, molekul air dan karbon dioksida. Berapa perbandingan jumlah natrium bikarbonat dan asam sitrat agar diperoleh CO₂ paling banyak?

Penyelesaian dan analisis
Hasil konversi nama zat-zat yang terlibat dalam persamaan reaksi dapat dituliskan sebagai berikut.

C₆H₈O₇ + NaHCO₃ → Na₃C₆H₅O₇ +  H₂O +  CO₂

Penyetaraan jumlah atom di ruas kanan dan ruas kiri persamaan reaksi dengan menggunakan metode aljabar.
a C₆H₈O₇ + b NaHCO₃ + kalor → c Na₃C₆H₅O₇ +  d H₂O +  e CO₂

Membuat persamaan setiap atom dalam persamaan reaksi
C → 6a + b = 6c + e
H → 8a + b = 5c + 2d
O → 7a + 3b = 7c + d + 2e
Na → b = 3c

Dimisalkan c = 1;
dari persamaan atom Na → b = 3c → b = 3.1 → b = 3;

Persamaan baru dari C bila b = 3 dan c = 1;
→ 6a + b = 6c + e
→ 6a + 3 = 6.1 + e
→ 6a + 3 = 6 + e
→ e = 6a – 3 ..... persamaan-1

Persamaan baru dari H bila b = 3 dan c = 1;
→ 8a + b = 5c + 2d
→ 8a + 3 = 5.1 + 2d
→ 8a + 3 = 5 + 2d
→ 8a = 2 + 2d
→ 4a = 1 + d
→ d = 4a – 1 ......persamaan-2

Persamaan baru dari O bila b = 3; c = 1; e = 6a – 3; d = 4a – 1
→ 7a + 3b = 7c + d + 2e
→ 7a + 3.3 = 7.1 + (4a – 1) + 2(6a – 3)
→ 7a + 9 = 7 + 4a – 1 + 12a – 6
→ 7a + 9 = 16a
→ 9 = 9a
→ a = 1

Dari persamaan-1 (e = 6a – 3) bila a = 1
→ e = 6a – 3
→ e = 6.1 – 3
→ e = 6 – 3
→ e = 3

Dari persamaan-2 (d = 4a – 1) bila a = 1
→ d = 4a – 1
→ d = 4.1 – 1
→ d = 4 – 1
→ d = 3

Jadi a = 1; b = 3;  c = 1;  d = 3; e = 3
a C₆H₈O₇ + b NaHCO₃ → c Na₃C₆H₅O₇ +  d H₂O +  e CO₂
1 C₆H₈O₇ + 3 NaHCO₃ → 1 Na₃C₆H₅O₇ +  3 H₂O +  3 CO₂
C₆H₈O₇ + 3 NaHCO₃ → Na₃C₆H₅O₇ +  3 H₂O +  3 CO₂

---

Analisis per-zat sesuai teori asam-basa.

Penguraian asam sitrat
Asam sitrat (C₆H₈O₇) atau C₃H₅O(COOH)₃ merupakan asam dengan triprotik (tiga proton), suatu asam yang memungkinkan untuk melepaskan 3 ion H⁺, seperti H₃PO₄.
C₃H₅O(COOH)₃ → C₃H₅O(COO^–)₃ + 3H⁺

Atau bila ditulis berdasarkan rumus molekulnya:
C₆H₈O₇ → 3H⁺ + C₆H₅O₇^3–

Disosiasi NaHCO₃
Disosiasi NaHCO₃ ini mirip dengan disosiasi larutan H₂CO₃ menjadi H₂O + CO₂.
H₂O dapat juga diurai menjadi H⁺ + OH^–.

H₂CO₃ → H⁺ + OH^– + CO₂
NaHCO₃ → Na⁺ + OH^– + CO₂

Detail reaksi substitusi yang terjadi:
C₆H₈O₇ + NaHCO₃ → 3H⁺ + C₆H₅O₇^3– + Na⁺ + OH^– + CO₂
C₆H₈O₇ + NaHCO₃ → Na⁺ + C₆H₅O₇^3– + 3 H⁺ + OH^– + CO₂

Karena terbentuk H₂O maka jumlah OH^– harus sama dengan jumlah H⁺, dan OH^– berasal dari NaHCO₃ maka koefisien menjadi seperti berikut.
C₆H₈O₇ + 3 NaHCO₃ → 3 Na⁺ + C₆H₅O₇^3– + 3 H⁺ + 3OH^– + 3CO₂

Hasil persamaan reaksi substitusi (pertukaran pasangan) ion:
C₆H₈O₇ + 3 NaHCO₃ → Na₃C₆H₅O₇ + 3 H₂O + 3 CO₂


Penyetaraan dengan menggunakan metode aljabar sederhana
Prioritaskan atom yang muncul sekali di ruas kiri dan ruas kanan (dalam hal ini Na), atom Na yang jumlahnya lebih banyak diprioritaskan untuk diberi koefisien, misal a.
C₆H₈O₇ + NaHCO₃ → a Na₃C₆H₅O₇ + H₂O + CO₂

Selanjutnya setarakan jumlah Na di ruas kiri sejumlah Na di ruas kanan.
C₆H₈O₇ + 3a NaHCO₃ → a Na₃C₆H₅O₇ + H₂O + CO₂

Natrium sitrat (Na₃C₆H₅O₇) berasal dari asam sitrat (C₆H₈O₇) maka koefisien C₆H₈O₇  pasti sama dengan koefisien Na₃C₆H₅O₇
a C₆H₈O₇ + 3a NaHCO₃ → a Na₃C₆H₅O₇ + H₂O + CO₂

CO₂ berasal dari penguraian NaHCO₃ maka koefisien CO₂ sama dengan koefisien NaHCO₃
a C₆H₈O₇ + 3a NaHCO₃ → a Na₃C₆H₅O₇ + H₂O + 3a CO₂

Koefisien H₂O diberi koefisien b, ini tanpa ada pertimbangan lain karena satu-satunya zat yang belum mempunyai koefisien sehingga dapat dibuat persamaan guna menentukan perbandingan a dan b.
a C₆H₈O₇ + 3a NaHCO₃ → a Na₃C₆H₅O₇ + b H₂O + 3a CO₂

Memilih atom yang tidak diperhatikan sejak awal untuk memperoleh persamaan penentu nilai a dan b, dalam hal ini atom O.

Jumlah atom O di ruas kiri = Jumlah atom O di ruas kanan
a.7 + 3a.3 = a.7 + b.1 + 3a.2
7a + 9a = 7a + 1b + 6a
7a + 9a – 7a – 6a = 1b
3a = 1b

Diperoleh perbandingan a = 1 dan b = 3

1 C₆H₈O₇ + 3.1 NaHCO₃ → 1 Na₃C₆H₅O₇ + 3 H₂O + 3.1 CO₂
C₆H₈O₇ + 3 NaHCO₃ → Na₃C₆H₅O₇ + 3 H₂O + 3 CO₂

Rasio molar
Rasio molar NaHCO₃ : C₆H₈O₇ agar diperoleh CO₂ maksimal secara stoikiometri adalah 3 : 1.

CMIIW.