KESETIMBANGAN KIMIA

Kesetimbangan Dinamik dalam Sistem Kimia

Kesetimbangan : Suatu keadaan dimana konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah lagi oleh karena laju ke kanan sama dengan ke kiri

“Setimbang”, karena konsentrasi tidak berubah lagi“Dinamik”, karena reaksi bergerak saling berlawanan tidak berhenti

Dikenal reaksi fase gas, fase cair, atau fase padat bergantung pada fase Dikenal reaksi fase gas, fase cair, atau fase padat bergantung pada fase

yang terlibat dalam kesetimbangan. Contoh di atas merupakan yang terlibat dalam kesetimbangan. Contoh di atas merupakan reaksi reaksi

fase gasfase gas..

2 Hg2 Hg((ll)) + Cl + Cl2(2(gg)) Hg Hg22ClCl2(2(ss))

(a) (a) Kesetimbangan homogenKesetimbangan homogen: hanya melibatkan 1 fase: hanya melibatkan 1 fase

Contoh:Contoh: C2H4(g) + H2(g) C2H6(g)

(b) (b) Kesetimbangan heterogenKesetimbangan heterogen: melibatkan >1 fase zat: melibatkan >1 fase zat

Contoh:Contoh:

Fase cair (Fase cair (ll, , liquidliquid) dianggap satu fase dengan larutan berair () dianggap satu fase dengan larutan berair (aqaq, ,

aqueousaqueous).).

JENIS KESETIMBANGAN KIMIA

TETAPAN KESETIMBANGAN

Hukum Empiris Aksi Massa (Guldberg & Waage)

aA + bB cC + dD

KC =[C]c [D]d

[A]a [B]bTetapan kesetimbangan empiris (KC)

Subskrip C: Reaksi dalam larutanSubskrip C: Reaksi dalam larutan

Reaksi dalam fasa gas KP =[PC]c [PD]d

[PA]a [PB]b

P = Tekanan parsialP = Tekanan parsial

Hukum Kesetimbangan untuk sebuah reaksi

Reaksi kesetimbangan :N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

22

3

H3

N

NH2

p322

23

c .PP

P K atau

HN

NHK

Hubungan Kp dan Kc

Δngcp (RT)KK Δngcp (RT)KK

ng = mol gas produk - mol gas reaktan

Konsentrasi reaktan

Konsentrasi hasil

Konsentrasi Konstantercapai kesetim bangan Figure 14.1

As a reaction proceeds,

The concentrations of the Reactans and

productsApproach steady

(constant)value

Waktu (t)

Konsentrasi

(M)

1.00 mol H2

1.00 mol l20.00 mol Hl

0.222 mol H2

0.222 mol l21.56 mol Hl

0.0150 mol H2

0.00 mol l21.27 mol Hl

0.150 mol H2

0.135 mol l21.00 mol Hl

0.00 mol H2

0.10 mol l21.50 mol Hl

0.00 mol H2

0.00 mol l24.00 mol Hl

0.442 mol H2

0.442 mol l23.11 mol Hl

0.350 mol H2

0.450 mol l20.80 mol Hl

I II

III IVFigure 14.2Four experiments to study the equilibrium among H2, l2, and Hl at 4400C

10 L 10 L

10 L

InitialamountInitial

amountMeasured

CompositionAt equilibrium

MeasuredComposition

At equilibrium

MeasuredComposition

At equilibrium

MeasuredComposition

At equilibrium

InitialamountInitial

amount

Keberartian konstanta kesetimbangan

• K sangat besar :

• K = 1 :

• K sangat kecil :

Hasil reaksi ke arah sempurna

Konsentrasi reaktan hampir sama dengan konsentrasi produk pada kesetimbangan

Hasil reaksi sulit terbentuk

PENDUGAAN ARAH REAKSI

Rumus Rumus QQ = = KK, tetapi nilainya belum tentu sama:, tetapi nilainya belum tentu sama:

QQ = = KK reaksi dalam keadaan setimbang reaksi dalam keadaan setimbang

QQ < < KK produk < reaktan; reaksi bergeser ke produk < reaktan; reaksi bergeser ke

kanan (ke arah produk)kanan (ke arah produk)

QQ > > KK produk > reaktan; reaksi bergeser ke produk > reaktan; reaksi bergeser ke

kiri (ke arah reaktan)kiri (ke arah reaktan)

KesetimbanganΔG = 0

Reaktan murni

Produkmurni

Q < KΔG < 0

Q > KΔG > 0

GKuosien Reaksi (Q)

∆G = ∆G° + RT ln Q

∆G = -RT ln K + RT ln Q

∆G = RT ln (Q/K)

H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 50,2

1

2

3

Perhitungan kesetimbangan

Menghitung Kc dari konsentrasi kesetimbangan

Contoh : campuran H2 dan l2 dibuat dengan menempatkan 0,100 mol H2 dan 0,100 mol l2 ke dalam labu 1L sesudah setimbang

H2(g) + l2

(g)

2Hl(g)

Warna ungu uap l2 digunakan untuk memantau reaksi dan dari penurunan intensitas warna ungu ditentukan bahwa pada kesetimbangan konsentrasi l2 menjadi 0,020 mol/L. Berapa Kc ?

22

2

c lH

HlK Penyelesaian

H2(g) + l2 (g) 2Hl(g)

Konsentrasi awal (M)PerubahanKonsentrasi setimbangan

0,100-0,0800,020

0,100-0,0800,020

0,000+2(0,80)0,160

Perhatikan :• Konsentrasi dinyatakan dalam mol/L perhatikan volume• konsentrasi setimbang = konsentrasi awal + perubahan

64(0.020) (0.020)

(0.160)K

2

c Sehingga :

• menghitung konsentrasi kesetimbangan menggunakan Kc

Perhitungan kesetimbangan

FAKTOR YANG MEMPENGARUHIKESETIMBANGAN KIMIA

PRINSIP LE CHATELIER :

1. Perubahan Konsentrasi

2. Perubahan Volume dan Tekanan

3. Perubahan Suhu

mengubah nilai K sehingga Q ≠ K

Jika suatu kesetimbangan diganggu, maka sistem secara langsung akan menetralkan gangguan tersebut hingga kesetimbangan tercapai kembali

4. Pengaruh katalis

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kesetimbangan :

• Penambahan atau pengurangan pereaksi atau hasil reaksi

Penambahan : mengeser kesetimbangan ke arah yang tidak ditambahkan

Pengurangan : menggeser kesetimbangan ke arah yang dikurangi

Misalnya : 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)

PERUBAHAN KONSENTRASI

Besi(III)Besi(III) tiosianat [Fe(SCN)tiosianat [Fe(SCN)33] larut dalam air membentuk larutan berwarna merah] larut dalam air membentuk larutan berwarna merah::

FeSCNFeSCN2+2+ Fe Fe3+3+ + + SCN SCN

merahmerah kuningkuning taktak mudamuda berwarnaberwarna

+ NaSCN atau Fe(NO+ NaSCN atau Fe(NO33))33 warna merah larutan semakin pekat warna merah larutan semakin pekat

+ H+ H22CC22OO44 (yang mengikat kuat Fe (yang mengikat kuat Fe3+3+) ) warna merah larutan memudar warna merah larutan memudar

[Produk] [Produk] , [Reaktan] , [Reaktan] QQ > > KK Kesetimbangan bergeser ke kiri Kesetimbangan bergeser ke kiri

[Produk] [Produk] , [Reaktan] , [Reaktan] QQ < < KK Kesetimbangan bergeser ke kanan Kesetimbangan bergeser ke kanan

Contoh:Contoh:

PERUBAHAN KONSENTRASI

(a) Larutan Fe(SCN)(a) Larutan Fe(SCN)33: campuran warna merah FeSCN: campuran warna merah FeSCN2+2+ dan warna kuning Fe dan warna kuning Fe3+3+

(b) Setelah penambahan NaSCN: kesetimbangan bergeser ke kiri(b) Setelah penambahan NaSCN: kesetimbangan bergeser ke kiri

(c) Setelah penambahan Fe(NO(c) Setelah penambahan Fe(NO33))33: kesetimbangan juga bergeser ke kiri: kesetimbangan juga bergeser ke kiri

(d) Setelah penambahan H(d) Setelah penambahan H22CC22OO44: kesetimbangan bergeser ke kanan; warna : kesetimbangan bergeser ke kanan; warna

kuning berasal dari ion Fe(Ckuning berasal dari ion Fe(C22OO44))3333

PERUBAHAN KONSENTRASI

Hanya berpengaruh terhadap fase gas; tidak memengaruhi fase cair dan padat.Hanya berpengaruh terhadap fase gas; tidak memengaruhi fase cair dan padat.

VV , , PP QQ < < KK Kesetimbangan bergeser ke Kesetimbangan bergeser ke koef gas terbesar koef gas terbesar

V V , , PP QQ > > KK Kesetimbangan bergeser ke Kesetimbangan bergeser ke koef gas terkecil koef gas terkecil

NN22OO4(4(gg)) 2 NO 2 NO2(2(gg))

Volume wadah diperbesar Volume wadah diperbesar [N [N22OO44] maupun [NO] maupun [NO22] mengalami pengenceran.] mengalami pengenceran.

((ttekanan diperkecil)ekanan diperkecil)

]O[N][NO

42

22Q penurunan pembilang > penyebut karena [NOpenurunan pembilang > penyebut karena [NO22] dipangkatkan 2 ] dipangkatkan 2 QQ

< < KK kesetimbangan bergeser ke kanan kesetimbangan bergeser ke kanan

Contoh:Contoh:

PERUBAHAN VOLUME & TEKANAN

)(2)()(3 322 gNHgNgH

Tidak seperti perubahan konsentrasi, volume, atau tekanan, perubahan suhu tidaTidak seperti perubahan konsentrasi, volume, atau tekanan, perubahan suhu tidakk hanya hanya

menggeser kesetimbangan, tetapi juga menggeser kesetimbangan, tetapi juga mengubah nilai mengubah nilai KK..

TT Kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm Kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm

T T Kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm Kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm

ContohContoh 1 1:: NN22OO4(4(gg)) 2 NO 2 NO2(2(gg)) HHoo = 58,0 kJ = 58,0 kJ

2 NO2 NO2(2(gg)) N N22OO4(4(gg) ) HHoo = – = – 58,0 kJ58,0 kJ

Reaksi pembentukan NOReaksi pembentukan NO22 dari N dari N22OO44 endoterm; reaksi endoterm; reaksi

sebaliknya eksoterm. Pemanasan akan memperbesar sebaliknya eksoterm. Pemanasan akan memperbesar

[NO[NO22] (warna makin cokelat), pendinginan akan ] (warna makin cokelat), pendinginan akan

memperbesar [Nmemperbesar [N22OO44] (warna cokelat memudar).] (warna cokelat memudar).

Setiap bola berisi Setiap bola berisi campuran gas NOcampuran gas NO22 dan Ndan N22OO44

Dalam air esDalam air es Dalam air Dalam air panaspanas

PERUBAHAN TEMPERATUR

ContohContoh 2 2:: CoClCoCl4422 + 6 H + 6 H22O O Co(H Co(H22O)O)662+2+ + 4 Cl + 4 Cl

birubiru merah mudamerah muda

Reaksi pembentukan CoClReaksi pembentukan CoCl4422 endoterm: endoterm:

larutan berwarna biru jika dipanaskan larutan berwarna biru jika dipanaskan

dan merah muda jika didinginkan.dan merah muda jika didinginkan.

PERUBAHAN TEMPERATUR

Pengaruh Katalis pada Kesetimbangan

Katalis dalam reaksi kesetimbangan dapat mempercepat reaksi baik kekanan atau kekiri. Keadaan kesetimbangan tercapai lebih cepat tetapi tidak mengubah jumlah kesetimbangan dari spesies-spesies yang bereaksi.

Peranan katalis adalah mengubah mekanisme reaksi agar tercapai energi aktivasi yang lebih rendah.

Keadaan kesetimbangan tidak bergantung pada mekanisme reaksi

Sehingga tetapan kesetimbangan yang diturunkan secara kinetik tidak dipengaruhi oleh mekanisme yang dipilih.

Contoh Soal

5. Perhatikan kesetimbangan berikut:

5CO(g) + I2O5(s) I2(g) + 5CO2(g) Ho = 138,5 kJ

Prediksikan arah pergeseran kesetimbangan jika

(a) Campuran dipanaskan pada volume konstan

(b) Gas CO diambil dari campuran pada suhu konstan

(c) Tekanan diturunkan pada suhu konstan

(d) Gas lembam seperti He ditambahkan ke dalam campuran

pada volume dan suhu konstan

Derajat Disosiasi

Derajat disosiasi () adalah perbandingan antara jumlah mol zat yang

terurai terhadap jumlah mol zat mula – mula. Secara matematis dapat

dituliskan :mulamulazatJumlah

teruraizatmolJumlah

Derajat disosiasi merupakan ukuran tentang banyaknya zat yang terbentuk

dalam suatu reaksi. Semakin besar nilai berarti semakin banyak zat yang

terbentuk.

Harga berkisar antara 0 sampai dengan 1. dengan demikian, kesetimbangan disosiasi akan terjadi jika harga sebesar 0<

<1.

Kesetimbangan Pengionan

Derajat pengionan () =total.zatmoljumlahmengionyangzatmoljumlah

(a) Elektrolit kuat(a) Elektrolit kuat : : = 1 (mengion seluruhnya) = 1 (mengion seluruhnya)

MgClMgCl22 Mg Mg2+2+ + 2 Cl + 2 Cl

(b) Elektrolit lemah(b) Elektrolit lemah : 0 < : 0 < < 1 < 1

CHCH33COOH COOH CH CH33COOCOO + H + H++

(c) Nonelektrolit(c) Nonelektrolit : : = 0 (sama sekali tidak mengion) = 0 (sama sekali tidak mengion)

CC1212HH2222OO1111 (sukrosa) (sukrosa)

Kesetimbangan Ion Kompleks

• Kesetimbangan baru :Kesetimbangan baru :Ag+

(aq) + 2NH3(aq) Ag (NH3)2+

(aq)

• Total Kesetimbangan :Total Kesetimbangan :

• Kesetimbangan awal :Kesetimbangan awal :

AgBr(s) Ag+(aq)+Br-

(aq)

AgBr (s) + 2NH3(aq) Ag (NH3)2

+ (aq)+Br-

(aq)

23

23)(

NHAg

NHAgK form

23

23)(

NHAg

NHAgK form

.

Sistem Kesetimbangan Dalam Industri

• Proses Haber – Bosch :

1.Merupakan proses yang sangat penting dalam industri kimia karena amoniak merupakan bahan utama dalam pembuatan berbagai barang misal : pupuk urea, asam nitrat, dan senyawa nitrogen.

2.Bisa dipakai sebagai pelarut karena kepolaran amoniak cair hampir menyamai kepolaran air.

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92,4 kj Kp =6,2 x 105

Haber – Bosch Process

Proses Kontak :Adalah proses pembuatan asam sulfat secara

besar-besaran. Digunakan untuk pembuatan pupuk amonium sulfat, pada proses pemurnian minyak tanah, pada industri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum bajanya dilapisi timah atau seng, pada pembuatan zat warna, obat-obatan, pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisa, pada industri tekstil dll.

Contact Process

• Pada proses kontak bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar di udara :

S + O2 SO2

• SO2 yang terbentuk dioksidasi di udara dengan memakai katalisator :

2 SO2 + O2 2SO3 H= - 196 kJ/mol

• Katalis yang dipakai adalah vanadium penta-oksida (V2O5).

• Makin rendah suhunya maka makin banyak SO3 yang dihasilkan, tapi reaksi yang berjalan lambat.

Contact Process

Contact Process

• Dengan memperhitungkan faktor waktu dan hasil dipilih suhu 400oC dengan hasil kurang lebih 98%.

• Karena SO3 sukar larut dalam air maka dilarutkan H2SO4 pekat.

• SO3 + H2SO4 H2S2O7 (asam pirosulfat)

• H2S2O7 + H2O 2 H2SO4

Proses Kontak

Kelarutan

Kelarutan (solubility) adalah jumlah maksimum suatu zat yang dapat larut dalam suatu pelarut.

Satuan kelarutan umumnya dinyatakan dalam gramLˉ¹ atau molL ˉ¹ (M)

Contoh:

• Kelarutan AgCl dalam air adalah 1,3 10ˉ²M.• Kelarutan AgCl dalam larutan NaCl 0,1 M adalah 1,7 10ˉ¹º M.• Kelarutan Ca(OH)2 = 20 mg/100 ml, maka dalam 100 ml larutan

maksimal terdapat 20 mg (Ca(OH)2

Besarnya kelarutan suatu zat Besarnya kelarutan suatu zat dipengaruhi oleh beberapa faktor dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :yaitu :

JENIS PELARUT• Senyawa polar (mempunyai kutub muatan) akan mudah larut dalam

senyawa polar.Misalnya gula, NaCl, alkohol, dan semua asam merupakan senyawa polar.

• Senyawa non polar akan mudah larut dalam senyawa non polar,misalnya lemak mudah larut dalam minyak.Senyawa non polar umumnya tidak larut dalam senyawa polar,misalnya NaCl tidak larut dalam minyak tanah.

SUHU• Kelarutan zat padat dalam air semakin tinggi bila suhunya dinaikkan.

Adanya panas (kalor) mengakibatkan semakin renggangnya jarak antara molekul zat padat tersebut. Merenggangnya jarak antara molekul zat padat menjadikan kekuatan gaya antar molekul tersebut menjadi lemah sehingga mudah terlepas oleh gaya tarik molekul-molekul air

Hasil Kali Kelarutan

Hasil kali kelarutan (Ksp) dinyatakan sebagai hasil kali ion-ion (satuan Molar) dalam larutan jenuhnya, dengan masing-masing konsentrasi berpangkatkan bilangan koefisiennya.Contoh

(1) AgI Ag+ + I- …… Ksp Agr = [Ag+ ] [I-] (2) PbCl2 Pb2+ + 2 Cl- …. Ksp PbCl2 = [Pb2+ ] [Cl-]2

Secara umum : A x By x A+y + y B-x

Ksp. AxBy = [ A+y ]x [ B-x ]y

Catatan :[ ] = Molar (M)

Jika kelarutan PbCl2 = s M, maka di dalam larutan terdapat s M Pb2+ dan 2s M Cl-, seperti proses berikut : PbCl2 Pb2+ + 2 Cl-

Kelarutan s M s M 2 s M Maka : Ksp. PbCl2 = [Pb2+] [Cl- ]2

= (s)(2 s)2 = 4 S3 Sehingga : s =

Contoh lain : AgBr Ag+ + Br- Kelarutan s s sKsp. AgBr = [Ag+ ]([Br-] = (s) (s) = s2

Maka : s =

3

4

Ksp

Ksp

Hasil Kali Kelarutan

Secara umum : A x By x A+y + y B-x

Kelarutan s M x.s y.sMaka : Ksp. AxBy = [A+y ]x [B-x ]y

= ( s) (y s)y = . yy s(x+y)

S =

x dan y adalah koefisien dari ion-ion.

yxyx yx

Ksp

)()(

  Walaupun AgCl merupakan zat yang sukar larut (mudah membentuk endapan), campuran Ag+ (dari AgNO3) dan Cl- (dari HCl) tidak selalu menghasilkan endapan putih AgCl

 

Hasil yang mungkin terjadi dari percampuran tersebut adalah :

belum mengendap ; bila [Ag+ ] [Cl- ] < Ksp.AgCl

tepat jenuh ; bila [Ag+ ] [Cl- ] = Ksp.AgCl

telah mengendap ; bila [Ag+ ] [Cl- ] > Ksp.AgCl.  SOAL

Periksalah apakah campuran 100 ml 4x10-3 M Pb(NO3)2 dan 400 ml 2,5 x 10-3M HCl telah membentuk endapan PbCl2 (Ksp = 2 x 10-

10)?

Percampuran Dua Larutan

Perubahan Kelarutan Akibat Ion SenamaPerubahan Kelarutan Akibat Ion SenamaKelarutan garam dalam larutan yang telah

mengandung elektrolit lain dengan ion yang sama dengan salah satu ion garam tersebut, akan lebih kecil dari kelarutan garam dalam air murni.

Yang tidak berubah adalah Ksp garam tersebut.

Maka pengaruh adanya ion sejenis adalahMaka pengaruh adanya ion sejenis adalah : : memperkecil kelarutan zat yang sukar larut, dan makin besar konsentrasi ion sejenis, makin kecil

kelarutannya.

Pengaruh Ion Senama

Contoh:Tentukan kelarutan AgCl(s) dalam larutan NaCl 0,1 M. Jika hasil kali kelarutaran AgCl(s) 1,7 x 10-10 ? Dalam larutan ini, terjadi reaksi ionisasi NaCl dan AgCl. NaCl Na (aq) + Cl (aq) AgCl(s) Ag (aq) + Cl (aq)

Kesetimbangan kelarutan yang digambarkan dalam persamaan ionisasi yang terakhir, bergeser ke kiri akibat kehadiran ion Cl- yang dihasilkan dari ionisasi sempurna garam NaCl.Hal ini menyebabkan kelarutan AgCl lebih kecil dari kelarutannya dalam air murni.

Pengaruh Ion Senama

Mengurangi kadar logam berat dalam sungai (karena limbah industri) agar air sungai tersebut tidak mencemari lingkungan dengan jalan mengendapkan logam tersebut sebagai basa atau garamnya yang sukar larut.

Meramal terjadi tidaknya endapan suatu zat jika dua larutan yang mengandung ion-ion dari senyawa sukar larut dicampurkan. Untuk meramalkan terjadi tidaknya endapan AxBy. Jika larutan yang mengandung Ay+ dan Bx- dicampurkan digunakan konsep hasil kali ion (Qsp) berikut ini,

y]x[Bx]y[AyBxAQsp

Jika Qsp > Ksp maka akan terjadi endapan

Jika Qsp = Ksp maka mulai terjadi larutan jenuh

Jika Qsp < Ksp maka belum terjadi larutan jenuh maupun endapan

Pengunaan Konsep Kesetimbangan Larutan

Contoh Soal

1. Pada suhu tertentu, reaksi Nreaksi N22OO4(4(gg)) 2NO 2NO2(2(gg)) ke dalam wadah ke dalam wadah

bervolume 2 L dimasukkan 0,8 mol Nbervolume 2 L dimasukkan 0,8 mol N22OO44. Hitunglah konsentrasi zat-zat . Hitunglah konsentrasi zat-zat

dalam reaksi pada saat kesetimbangan jika diket nilai Kdalam reaksi pada saat kesetimbangan jika diket nilai Kcc = 1,8 x 10 = 1,8 x 10-2-2??

2.2. Ke dalam wadah bervolume 2 L, dimasukkan 1 mol gas NO2 sehingga Ke dalam wadah bervolume 2 L, dimasukkan 1 mol gas NO2 sehingga gas berdisosiasi dengan gas berdisosiasi dengan = 20 % Hitunglah komposisi gas saat = 20 % Hitunglah komposisi gas saat kesetimbangan dan harga Kc-nya?kesetimbangan dan harga Kc-nya?

3.3. Apakah terjadi endapan CaCOApakah terjadi endapan CaCO33. Jika ke dalam 2,5 liter 0.05 M Na. Jika ke dalam 2,5 liter 0.05 M Na22COCO33

ditambahkan 1,5 liter 0.02 M CaClditambahkan 1,5 liter 0.02 M CaCl22, dan diketahui harga Ksp untuk , dan diketahui harga Ksp untuk

CaCOCaCO33 10-6 ? 10-6 ?