7.1. kesetimbangan.pdf
TRANSCRIPT
KESETIMBANGAN KIMIA
YUHERNITA
BIOKIMIA FKUY 2014/2015
Yang telah menciptakan kamu lalu menyempurnakan kejadianmu dan menjadikan (susunan tubuh)mu seimbang (QS. Al- Infitar : 7)
Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Tuhan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihatlah berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak
seimbang ? (QS. Al-Mulk : 3)
H2O(l) H2O(g)
KESEIMBANGAN KIMIA
• Keadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana laju reaksi ke arah kanan (maju) sama dengan laju reaksi ke arah kiri (balik).
• Merupakan suatu kesetimbangan yang dinamis, bukan statis
N2O4(g) 2 NO2(g)
Contoh :
Karena sistem menuju kesetimbangan, maka akan berlangsung reaksi dua arah, baik reaksi pembentukan N2O4 maupun pembentukan NO2.
Pada saat kesetimbangan, kecepatan reaksi ke kiri akan sama dengan kecepatan rekasi ke kanan.
N2O4(g) 2 NO2(g)
Sekali kesetimbangan tercapai, maka jumlah masing-masing reaktan maupun produk akan tetap, meskipun reaksi terus berlangsung.
KESETIMBANGAN DINAMIS
Tidaklah menjadi masalah, apakah kita memulai reaksi dengan N2 dan H2 atau kita mulai dengan menggunakan NH3. Pada saat kesetimbangan tercapai, kita akan memperoleh komposisi jumlah masing-masing gas yang sama
Kesetimbangan dapat dicapai dari arah manapun Contoh : 2 N2 + 3 H2 <> 2 NH3
2 N2 + 3 H2 <> 2 NH3 2 NH3 <> 2 N2 + 3 H2
1. KESETIMBANGAN DALAM SISTEM HOMOGEN
• Kesetimbangan dalam sistem gas-gas
Contoh :
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)
• Kesetimbangan dalam sistem larutan-larutan
Contoh :
CH3COOH (aq) CH3COO-(aq) + H+
(aq)
MACAM – MACAM SISTEM KESETIMBANGAN :
2. KESETIMBANGAN DALAM SISTEM HETEROGEN
• Kesetimbangan dalam sistem padat – gas
Contoh :
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
• Kesetimbangan dalam sistem padat – larutan
Contoh :
BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO4
2-(aq)
• Kesetimbangan dalam sistem larutan - padat – gas
Contoh :
Ca(HCO3)2(aq) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
Konstanta Kesetimbangan
Bila kita tinjau kedua reaksi satu persatu :
• Reaksi ke kanan: N2O4 (g) 2 NO2 (g)
Kec. Reaksi ke kanan : Vf = kf [N2O4]
• Reaksi ke kiri : 2 NO2 (g) N2O4 (g)
Kec. Reaksi ke kiri : Vr = kr [NO2]2
N2O4 (g) 2 NO2 (g)
Karena itu pada saat kesetimbangan :
Kec. ke kanan Vf = Kec. ke kiri Vr
kf [N2O4] = kr [NO2]2
Atau dapat ditulis sbb : kf kr
[NO2]2
[N2O4] =
Perbandingan konstanta kec reaksi adalah konstan pada temperatur tertentu, dan dapat dinyatakan sbb :
Keq = kf kr
[NO2]2
[N2O4] =
SECARA UMUM :
Dari persamaan kesetimbangan berikut : a A(aq) + b B(aq) c C(aq) + d D(aq)
Maka konstanta kesetimbangannya dapat dinyatakan sbb:
KC = Konstanta kesetimbangan
Kc = [C]c [D]d [A]a [B]b
SAAT KESETIMBANGAN TERCAPAI :
PERBANDINGAN HASIL KALI KONSENTRASI PRODUK DENGAN REAKTAN SELALU TETAP
(KONSTAN)
KONSTANTA KESETIMBANGAN
Hukum Kesetimbangan Kimia
• Pada temperatur tertentu, suatu reaksi kimia dapat mencapai keadaan kesetimbangan dimana saat itu perbandingan antara hasil kali konsentrasi reaktan dengan hasil kali konsentrasi produknya tetap.
CONTOH :
Reaksi kesetimbangan berikut :
2 A (g) + B (g) <> C (g)
dibiarkan mencapai kesetimbangan. Jumlah awal dari pereaksi yang ada dalam wadah 200 mL ialah 0,6 mol A dan 0,4 mol B. Pada saat kesetimbangan kesetimbangan jumlah mol A adalah 0,4 mol, berapa nilai Kc reaksi ini?
Jawab:
2 A (g) + B (g) <> C (g)
mula2 : 0,6 0,4 - terurai : ------------------------------------------------------------------------------- stbg : 0,4 [A] = 0,4/0,2 = 2 M; [B] = 0,3/0,2 = 1,5 M; [C] = 0,1/0,2 = 0,5 M
[C] (0,5) Kc = ---------------- = -------------- = 0,08 [A]2 [B] (2)2 (1,5)
0.2 0,1 0,1
0,3 0,1
Karena tekanan berbanding lurus dengan konsentrasi pada sistem tertutup, maka konstanta kesetimbangan dapat dinyatakan dalam dua cara :
• BERDASARKAN KONSENTRASI (KC)
• BERDASARKAN TEKANAN PARSIAL (Kp)
Dalam hal ini zat dianggap ideal, dimana berlaku :
PV = nRT
P = RT n
V
P = CRT
dimana : P = tekanan n = jumlah mol V = volume R = konstanta gas T = temperatur C = konsentrasi
UNTUK KESETIMBANGAN YANG MELIBATKAN FASA GAS
Untuk kesetimbangan :
a A (g) + b B (g) c C (g) + d D (g)
maka :
KP = (PC)
c (PD)d
(PA)a (PB)
b
bila disubstitusikan bahwa P = CRT, maka :
KP = ([C]RT)c ([D]RT)d
([A]RT)a ([B]RT)b
KP = (RT){(c+d)-(a+b)} [C]c [D]d
[A]a [B]b
KP = Kc (RT)n Jadi :
dimana : n = perbedaan jumlah koefisien reaktan dengan produk
UNTUK KESETIMBANGAN YANG MELIBATKAN FASA PADAT/CAIR
VOLUME DAPAT DIANGGAP TETAP
TIDAK MEMPENGARUHI NILAI
KONSTANTA KESETIMBANGAN = KC
CONTOH SOAL :
CO2 (g) + C (s) <> 2 CO (g)
KP = (PCO)2
(PCO2)
Selama CaCO3 or CaO tetap berada di dalam sistem, jumlah CO2 di atas zat padat akan tetap sama.
CaCO3 (s) CO2 (g) + CaO(s)
Contoh lain :
Makna Konstanta Kesetimbangan
• Jika K >> 1, reaksi cenderung ke arah produk, saat kesetimbangan produk akan lebih dominan
• Jika K << 1, reaksi cenderung ke arah reaktan, saat kesetimbangan reaktan akan lebih dominan.
MANFAAT KONSTANTA KESETIMBANGAN :
1. SBG INFORMASI SEJAUH MANA REAKSI BERLANGSUNG
Contoh :
(1) 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) KC = 2,4 x 1047
(2) 2 H2O(g) 2 H2(g) + O2(g) KC = 4,1 x 10-48
Reaksi (1) : mudah berlangsung (Kc >>)
Reaksi (2) : sulit berlangsung (Kc <<)
JADI : Kc >> : reaksi sempurna ke arah pembentuk produk
2. MERAMALKAN ARAH REAKSI YG SEDANG BERLANGSUNG
BERDASARKAN QUATION REAKSI (QC)
• Merupakan pernyataan kesetimbangan pada sembarang konsentrasi.
• Cara menghitungnya Q sama saja dengan K, hanya saja Q dihitung bukan pada tercapainya kesetimbangan.
• K adalah nilai spesial dari Q, atau
• Nilai Q saat tercapainya kesetimbangan = K
Sistem Berada Dalam Kesetimbangan
BILA QC = KC
BILA QC > KC
Terdapat banyak produk
Reaksi cenderung ke arah reaktan
BILA QC < KC
Terdapat banyak reaktan Reaksi cendrung ke arah produk
H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 50,2
1 2 3
• MENENTUKAN KOMPOSISI SAAT KESETIMBANGAN
Contoh :
Konstanta kesetimbangan reaksi H2 dengan I2 adalah
57,0 pada suhu 700 K.
H2(g) + I2(g) 2 HI(g)
Jika 1,0 mol H2 direaksikan dengan 1,0 mol I2,
berapa konsentrasi H2, I2, dan HI saat tercapai
kesetimbangan, bila reaksi berlangsung dalam sebuah
bejana 10,0 L ?
Jawab :
H2(g) + I2(g) 2 HI(g)
Konsentrasi awal H2 dan I2 adalah :
[H2] = [I2] = 1,00 mol/10,0 L
= 0,100 M
Misalkan saat kesetimbangan tercapai, H2 yang bereaksi = x M, maka :
H2(g) + I2(g) 2 HI(g)
Awal (M) 0,100 M 0,100 M 0 Perubahan (M) - x - x 2x ----------------------------------------------- Saat kesetimbangan (0,100 - x) (0,100 - x) 2x
57x100,0
x2
x100,0x100,0
x2
IH
HIK
22
22
2
C
55,7x100,0
x2
maka : X = 0,0791 M
Jadi saat kesetimbangan tercapai :
[HI] = 2x = 2 x 0,0791 = 0,158 M
[H2] = [I2] = 0,100 M – 0,0791 M = 0,021 M
Contoh soal :
Reaksi : CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g)
dengan Kc = 1,00 pada suhu 1100 K.
Sejumlah zat berikut dicampur pada suhu tersebut dan dibiarkan bereaksi
dalam sebuah wadah dengan volume 1 L : 1,00 mol CO, 1,00 mol H2O, 2,00
mol CO2 dan 2,00 mol H2. Kearah mana reaksi akan berjalan dan bagaimana
komposisi akhirnya?
Jawab:
CO (g) + H2O ↔ CO2 (g) + H2 (g) mol camp : 1,00 mol 1,00 mol 2,00 mol 2,00 mol Bila V = 1,00 L : 1,00 M 1,00 M 2,00 M 2,00 M [CO2] [H2] (2)(2) Qc = ---------------- = ----------- = 4 [CO] [H2O] (1)(1)
Karena Qc > Kc maka arah reaksi : ke kiri (balik)
Komposisi akhir :
Misalkan saat kesetimbangan tercapai, CO2 yang bereaksi = x M, maka :
CO (g) + H2O ↔ CO2 (g) + H2 (g) awal (M) 1,0 1,0 2,0 2,0 Perubahan (M) x x x x -------------------------------------------------------------- Saat setimbang (M) (1,0 – x ) (1,0 – x ) (2,0 + x ) (2,0 + x)
[CO2] [H2] (2,0+x)2 Kc = ---------------- = ------------- [CO] [H2O] (1,0-x)2
2,0 + x = 1,0 – x x = -0,5
(2,0+x)2 1 = ------------ (1,0-x)2
(2,0+x) 1 = ------------ (1,0-x)
Jadi saat kesetimbangan komposisi gas adalah : [CO] = (1,0 – (-0,5)) M =1,5 M [H2O] = (1,0 – (-0,5)) M =1,5 M [CO2] = (2,0 + (-0,5)) M =1,5 M [H2] = (2,0 + (-0,5)) M =1,5 M
SISTEM KESETIMBANGAN PADA LARUTAN ASAM BASA
HA + H2O H3O+ + A-
KONSTANTA KESETIMBANGAN : [A-] [H3O
+]
[H2O] [HA] KC =
[A-] [H3O+]
[HA] KC . [H2O] =
KONSTANTA PROTOLISA ASAM
[A-] [H3O+]
[HA] Ka =
KONSTANTA KESETIMBANGAN ASAM
PENENTU KEKUATAN ASAM
KONSTANTA PROTOLISA ASAM
[A-] [H3O+]
[HA] Ka =
SANGAT BERGANTUNG PADA DERAJAT IONISASI
()
CONTOH :
ASAM KUAT HCl H+ + Cl-
100 %
ASAM LEMAH CH3COOH H+ + CH3COO-
< 20%
KONSTANTA KESETIMBANGAN :
KONSTANTA PROTOLISA BASA
Kb =
B + H2O BH+ + OH-
[OH-] [BH+]
[H2O] [B] KC =
KC . [H2O] =
[OH-] [BH+]
[B]
[OH-] [BH+]
[B]
KONSTANTA KESETIMBANGAN BASA
Kb = [OH-] [BH+]
[B]
PENENTU KEKUATAN BASA
KONSTANTA PROTOLISA BASA
SANGAT BERGANTUNG PADA DERAJAT
IONISASI ()
CONTOH :
BASA KUAT NaOH Na+ + OH-
100 %
BASA LEMAH NH4OH NH4+ + OH-
< 20%
Asam
A- + H2O HA + OH- HA + H2O A- + H3O+
[HA]
[H3O+] [A-]
Ka = [OH-] [HA]
[A-] Kb =
Ka . Kb = x = [H3O+][OH-]
[OH-] [HA]
[A-] [HA]
[H3O+] [A-]
HUBUNGAN Ka DAN Kb
Basa
Konstanta keseimbangan air (Kw)
Ka . Kb = [H3O+][OH-] = KW = 10-14
pKa + pKb = pH + pOH = pKW = 14
BUKTINYA :
NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4
+ + H2O NH3 + H3O
+
[NH4+]
[H3O+] [NH3]
Ka = = 5,6 x 10-10
[OH-] [NH4+]
[NH3] Kb = = 1,8 x 10-5
Ka . Kb = x = [H3O+][OH-]
= 5,6 x 10-10 x 1,8 x 10-5 = 10-14
[OH-] [NH4+]
[NH3] [NH4+]
[H3O+] [NH3]
GARAM
ASAM
BASA
NETRAL
ASAM KUAT + BASA LEMAH
ASAM LEMAH + BASA KUAT
ASAM KUAT + BASA KUAT
LARUTANNYA
SUATU SENYAWA IONIK YANG TERBENTUK BILA SUATU ASAM DINETRALISASI OLEH SUATU BASA
SIFAT ASAM-BASA DARI LARUTAN GARAM
GARAM DIBAGI ATAS :
1. BERASAL DARI ASAM KUAT + BASA KUAT
2. BERASAL DARI ASAM LEMAH + BASA KUAT
4. BERASAL DARI ASAM LEMAH + BASA LEMAH
3. BERASAL DARI ASAM KUAT + BASA LEMAH
TIDAK MENGALAMI HIDROLISIS DALAM AIR
pH LARUTAN TETAP NETRAL
CONTOH : KCl, NaNO3
GARAM DARI ASAM KUAT + BASA KUAT
K+ Cl
H+ OH-
KCl
BASA KUAT TIDAK MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR
ASAM LEMAH MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR
MEMPENGARUHI KESET. ASAM-BASA LARUTAN
GARAM DARI ASAM LEMAH + BASA KUAT
CONTOH :
KCN K+ + CN-
(KOH) (HCN)
K+ CN-
H+ OH-
HCN
KCN
[H+] berkurang Garam basa
ASAM KUAT TIDAK MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR
BASA LEMAH MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR
MEMPENGARUHI KESET. ASAM-BASA LARUTAN
CONTOH : NH4Cl NH4Cl NH4
+ + Cl-
(NH4OH) (HCl)
GARAM DARI ASAM KUAT + BASA LEMAH
NH4+ Cl-
H+ OH-
NH4OH
NH4Cl
[OH] berkurang Garam asam
GARAM DARI ASAM LEMAH + BASA LEMAH
BILA Ka = Kb
BILA Ka > Kb
BILA Ka < Kb
NETRAL
ASAM
BASA
ASAM & BASA MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR
MEMPENGARUHI KESET. ASAM-BASA LARUTAN
pH larutan tergantung pada Konstanta (Ka dan Kb)
Contoh : larutan NH4CN
Kb NH3 = 1,8 x 10-5 Ka HCN = 4,9 x 10-10
NH4+ CN-
H+
OH-
NH4OH
NH4CN
[H+] berkurang lbh banyak
Garam Basa
HCN
KESETIMBANGAN
AKSI
KESETIMBANGAN BARU
REAKSI
PERGESERAN KIMIA (ASAS LE CHATELIER)
• BILA PADA SUATU SISTEM KESETIMBANGAN DIBERIKAN SUATU AKSI, MAKA SISTEM AKAN MENGADAKAN REAKSI SEDEMIKIAN RUPA SHG PENGARUH ITU MENJADI SEKECIL-KECILNYA
• KONSENTRASI
Contoh :
2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) H = -380 kJ/mol
Setelah kesetimbangan tercapai, maka :
• bila ke dalam sistem kita alirkan gas O2 maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan produk (kesetimbangan bergeser ke kanan)
• Bila konsentrasi gas O2 dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri (reaktan)
KONSENTRASI [C] > KE ARAH LAWANNYA
[C] < KE ARAH ZAT TSB
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN
TEKANAN & VOLUME P> (V<) KE JLH KOEF. RX KECIL
P< (V>) KE JLH KOEF. RX BESAR
• TEKANAN & VOLUME
• Bila tekanan diperbesar (volume diperkecil), maka kesetimbangan
akan berbeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang kecil.
• Bila tekanan diperkecil (volume diperbesar), maka kesetimbangan
akan berbeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang besar.
Contoh :
2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) H = -380 kJ/mol
Setelah kesetimbangan tercapai, maka :
SUHU T > KE ARAH RX ENDOTERM (Ho = +)
T < KE ARAH RX EKSOTERM (Ho = -)
• SUHU (Azas Van’t Hoff)
Pengaruh suhu pada kesetimbangan sangat bergantung pada
Ho reaksi
Contoh :
2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) Ho = -380 kJ/mol
Setelah kesetimbangan tercapai, maka :
• Bila suhu diperbesar, maka kesetimbangan bergeser ke
arah reaksi endoterm (Ho = (+)).
• Bila suhu diperkecil, maka kesetimbangan bergeser ke arah
reaksi eksoterm (Ho = (-)).
N2O4(g) 2 NO2(g)
PENGARUH SUHU
KATALIS
MEMPERCEPAT TERCAPAINYA KESETIMBANGAN
TIDAK MENGUBAH KC
KATALIS
• Adanya katalis pada reaksi kesetimbangan akan mempercepat reaksi menuju kesetimbangan. Namun katalis tidak akan mengubah konstanta kesetimbangan kimianya.
Contoh aplikasi reaksi kesetimbangan : sistem pernafasan
H+ + HCO3- H2CO3
H2CO3 H2O + CO2
H+ + HCO3- H2CO3 H2O + CO2
Atau dapat ditulis :
HHb + O2 HbO2 + H+
PCO2 >
PCO2 <
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN
ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
[H+] >
[HCO3-] >
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN
ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN
APA YANG DAPAT ANDA LAKUKAN AGAR PRODUKSI AMONIAK PADA PROSES HABER BOSCH BERIKUT INI DPT MENINGKAT ? N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Ho = -92,2 kJ
CONTOH SOAL
SOLUSI :
• MENAMBAH N2 DAN H2 (MEMPERBESAR [N2] ATAU [H2])
• MENARIK NH3 YG TERBENTUK (MEMPERKECIL [NH3])
• MEMPERBESAR TEKANAN
• MENURUNKAN SUHU REAKSI
• MENAMBAH KATALIS AGAR KESETIMBANGAN SEGERA TERCAPAI
• MEMPERKECIL VOLUME