KESETIMBANGAN KIMIA

Created by : @thutayss

A. KEADAAN SETIMBANGKeadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana dua proses yang berlawanan arah berlangsung secara simultan dan terus menerus tetapi tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur.

1. REAKSI REVERSIBLE DAN IRREVERSIBLE Irreversible yaitu reaksi yang berlangsung searah atau reaksi yang yidak dapat dibalik.

H2o(s) h2o(l)

Reversible yaitu reaksi yang dapat dibalik. Salah satu diantaranya adalah nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia

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

2. KEADAAN SETIMBANG

Bayangkanlah suatu ruangan tertutup dimana 1 mol gas nitrogen dipanaskan bersama 3 mol gas hidrogen. Pada awalnya, hanya terjai satu reaksi, yaitu pembentukan amonia.

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

Segera setelah kembali terbentuk, sebagian amonia akan terurai kembali membentuk gas nitrogen dan gas hidrogen,

2NH3(g) N2G + 3H2(g)

Selanjutnya, kedua reaksi tersebut akan berlangsung secara simultan (bersama-sama) menurut reaksi dapat balik berikut.

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

Kesetimbangan tercapai pada saat laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik. Kesetimbangan kimia disebut juga kesetimbangan dinamis.

3. KESETIMBANGAN HOMOGEN DAN HETEROGEN Kesetimbangan homogen yaitu kesetimbangan yang semua komponennya satu fase. Kesetimbangan heterogen yaitu kesetimbangan yang terdiri dari dua fase atau lebih. Kesetimbangan homogen dapat berupa sistem gas atau larutan . kesetimbangan heterogen umumnya melibatkan komponen pada-gas atau cair-gas.

Contoh kesetimbangan homogen : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

H2O(l) H⁺(aq) + OH¯(aq) CH3OOH(aq) CH3COO¯(aq) + H⁺(aq)

Contoh kesetimbangan heterogen :CaCO2(S) CaO(S) + CO2(g)

Ag2CrO4(S) 2Ag⁺(aq) + CrO4²¯(aq)

B. TETAPAN KESETIMBANGAN 1. HUKUM KESETIMBANGAN

Hubungan kesetimbangan ditemukan oleh Cato maximillian gulberg dan Peter wage pada tahun 1864. Yaitu suatu hubungan yang tetap antara konsentrasi kesetimbangan, yaitu nisbah hasil kali konsentrasi setimbang zat-zat produk terhadap hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi, masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Nilai dari hukum kesetimbangan disebut tetapan kesetimbangan dan dinyatakan dengan lambang Kc. Ungkapan hukum kesetimbangan untuk reaksi kesetimbangan diatas ditulis sebagai berikut.

Secara umum, untuk reaksi:mA + nB pC + qD

Beberapa hal yang perlu diperhatikan tentang nilai tetapan kesetimbangan:

• Konsentrasi zat yang dimasukkan ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan adalah konsentrasi setimbang.

• Nilai ketetapan kesetimbangan bergantung pada suhu. • Nilai ketetapan kesetimbangan mencerminkan ketuntasan

reaksi. Semakin tuntas reaksi, semakin besar konsentrasi produk dan semakin kecil konsentrasi pereaksi.

UJI KEPAHAMAN

1. Tulislah persamaan tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi kesetimbangan berikut. a. 2H2S(g) + 3O2(g) 2H2O(g) + 2SO2(g)

b. 4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g)

c. CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

d. 2NO(g) + Cl2(g) 2NOCl(g)

2. Dalam suatu ruangan pada suhu 1.200 K terdapat dalam keadaan setimbang 0,15 M CO. 0,15 M H2, 0,05 M CH4 dan 0,05 M uap air, menurut persamaan:

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)

Tentukan nilai tetapan kesetimbangan reaksi tersebut pada 1.200 K.

3. Dalam suatu ruangan 10 liter pada suhu T , terdapat dalam keadaan setimbang 1 mol N2, 4 mol H2, dan 2 mol NH3. tentukan nilai kesetimbangan reaksi berikut pada suhu T tersebut.

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

2. TETAPAN KESETIMBANGAN TEKANAN (KP)Tetapan kesetimbangan untuk sistem kesetimbangan gas dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas, disamping tetapan kesetimbangan yang berdasarkan konsentrasi. Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial disebut tetapan kesetimbangan tekanan dan dinyatakan dengan Kp

UJI KEPAHAMAN

1. Tulislah persamaan tetapan kesetimbangan tekanan (Kp) untuk sistem kesetimbangan berikut: a. 2H2S(g) + 3O2(g) 2H2O(g) + 2SO2(g) b. 2Hl(g) H2(g) + I2(g)

2. Dalam suatu ruangan pada suhu T terdapat dalam kesetimbangan N2, H2 dan NH3. Bila diketahui tekanan kesetimbangan N2 = 3 atm, H2 = 6 atm, dan NH3 = 6 atm, tentukanlah nilai tetapan kesetimbangan tekanan (Kp) untuk reaksi:

NH2(g) N2(g) + 3h2(g)

3. TETAPAN KESETIMBANGAN UNTUK KESETIMBANGAN HETEROGEN Persamaan tetapan kesetimbangan hanya mengandung komponen yang berkonsentrasi atau tekananya berubah selama reaksi berlangsung. Hal seperti itu tidak terjadi pada zat murni atau zat cair murni. Oleh karena itu, zat padat murni maupun zat cair murni tidak disertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

UJI KEPAHAMAN

1. Tulislah persamaan tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi berikut.a. 3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g)

b. Na2CO3(s) + SO2(g) + O2(g) Na2SO4(s) + CO2(g) c. Ag⁺(aq) + Fe²(aq) Ag(s) + Fe³⁺(aq)

d. Ag2CrO4(s) 2Ag⁺(aq) + CR4²¯(aq)

2. Tulislah tetapan kesetimbangan tekanan (Kp) untuk reaksi berikut.a. 3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g) b. Na2CO3(s) + SO2(g) + O2(g) Na2SO4(s) + CO2(g)

4. HUBUNGAN Kp DENGAN Kc

Kita ketahui bahwa tekanan gas bergantung pada konsentrasinya. Dari persamaan gas ideal yaitu

PV = nRT maka tekanan gas

dengan mengganti P pada persamaan Kp dengan maka dapat diturunkan hubungan Kp dengan Kc sebagai berikut :

dengan = selisih jumlah pangkat pembilang dengan jumlah pangkat penyebut.

UJI KEPAHAMAN

1. Tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi 2SO2(g) + o2(g) 2SO3(g) pada 900 K adalah 1,2 x 10³. tentukan nilai Kp.

2. Konsentrasi kesetimbangan untuk reaksi berikut. N2O4(g) 2NO2(g)

Pada 298 k adalah : [N2O4] = 0,13 mol L¯¹ dan [NO2] = 0,001 mol L¯¹tentukan nilai Kc dan Kp reaksi tersebut pada 298 K.

5. MATRIKS KESETIMBANGAN

Perhitungan kimia yang berkaitan dengan komposisi kesetimbangan dapat diselesaikan dengan terlebih dahulu membuat rincian berupa matriks. Matriks kesetimbangan terdiri dari tiga baris, yaitu rincian tentang komposisi awal, jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi dan komposisi akhir.

UJI KEPAHAMAN

1. Perhatikan matriks kesetimbangan berikutSO3(g) SO2(g) + ½)O2(g)

Mula-mula : 5 M - 1 MSetimbang : 3 M

a. Tentukan konsentrasi kesetimbangan SO2-

b. Tentukan nilai tetapan kesetimbangan (Kp) reaksi

2. Dalam suatu bejana yang bervolume 1 liter, sebanyak 4 mol NO2 dipanaskan pada suhu T sehingga sebagian terurai menurut reaksi kesetimbangan sebagai berikut

2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) Jika jumlah mol kesetimbangan O2 adalah 1 mol, tentukanlah nilai tetapan kesetimbangan (Kc) pada suhu tersebut.

3. Sebanyak 0,1 mol HI dimasukkan ke dalam labu 1 liter pada suhu T lalu dibiarkan terurai menurut reaksi

2HI(g) H2(g) + I2(g) Kesetimbangan tercapai setelah 40% HI terurai. Tentukanlah nilai tetapan kesetimbangan reaksi pada suhu tersebut.

4. Hidrogen ioda (HI0 terurai pada pemanasan menurut persamaan reaksi kesetimbangan sebagai berikut.

2HI(g) H2(g) + I2(g) Nilai tetapan kesetimbangan reaksi reaksi tersebut pada suhu T adalah 49. jika 1 mol HI dipanaskan dalam suatu ruangan 10 liter pada suhu T tentukanlah komposisi campuran setelah mencapai kesetimbangan pada suhu T.

C. PERGESERAN KESETIMBANGAN 1. Asas Le Chatelier

pada tahun 1884, Henri Louis Le Chatelier berhasil menyimpulkan pengaruh faktor luar terhadap kesetimbangan. Kesimpulan Le Chatelier tersebut dikenal dengan Asas Le Chatelier sebagai berikut

Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi) maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi tersebut. Secara singkat asal Le chatelier dapat di simpulkan sebagai :

Reaksi = - Aksi

Cara sistem bereaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.

2. Pengaruh KonsentrasiSesuai dengan asas Le chatelier jika konsentrasi salah satu komponen diperbesar maka reaksi sistem adalah mengurangi konsentrasi komponen tersebut. Sebaliknya jika konsentrasi salah satu komponen diperkecil maka reaksi menambah konsentrasi komponen itu.

UJI KEPAHAMAN

1. Nitrogen bereaksi dengan hidrogen membentuk amonia menurut reaksi kesetimbangan :

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

Berdasarkan pemahaman trehadap asas La chatelier, ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika:a. ditambah nitrogenb. amonia dikurangi

2. Belerang dioksida dapat teroksidasi lebih lanjut mebentuk belerang trioksida jika dipanaskan dengan oksigen menurut reaksi kesetimbangan berikut.

2SO2(g) + O2 2SO3(g) Ke arah manakah reaksi akan bergeser jika pada suhu tetap konsentrasi SO2 diperbesar?a. konsentrasi kesetimbangan oksigen ?b. konsentrasi kesetimbangan belerang trioksida ?

3. Diketahui reaksi kesetimbangan BiCl3(aq) + H2O(l) BiOCl(s) + 2HCl(aq)Ke arah mana kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah BiOCl ?

3. Pengaruh tekananPenambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi semua komponen.Sesuai dengan azaz Le Chatelier,maka reaksi sistem adalah mengurangi tekanan sebagaimana anda ketahui tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tiak bergantuk pada jenis gas oleh karena itu untuk mengurangi tekanan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser kearah yang jumlah koefisennya lebih kecil.

UJI KEPAHAMAN

1. Ke arah mana masing-masing kesetimbangan berikut akan bergeser jika tekanan di perbesar (dengan memperkecil volume) ?

a. N2O4(g) 2NO2(g)b. 2NO(g) N2(g) + O2(g) c. 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)

2. Gas hidrogen dapat dibuat dengan mengalirkan uap air panas melalui serbuk besi yang berpijar.

3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g)Ke arah mana kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap volume sistem

diperbesar ? Jelaskan.

4. Pengaruh suhuSesuai dengan azaz Le Chatelier jika suhu sistem kesetimbangan akan dinaikan maka reaksi sistem adalah menurunkan suhu sehingga setimbang akan bergeser kepihak reaksi yang menyerap kalor. Sebaliknya jika suhu sistem diturunkan maka setimbang akan bergeser kepihak reaksi eksoterm.

UJI KEPAHAMAN

1. Ke arah mana kesetimbangan berikut akan bergeser jika suhunya dinaikkan ?a. 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) ∆ H = -197,8 kJb. 2HI(g) H2(g) + I2(g) ∆ H = +53 kJ c. N2O4(g) N2(g) + 2O2(g) ∆ H = -9,2 kJ

2. Nitrogen oksida (NO) yang terdapat dalam asap kendaraan bermotor berasal dari reaksi berikut.

N2(g) + O2(g) 2NO(g) Reaksi tersebut semakin sempurna pada suhu tinggi. Apakah reaksi itu

endortem atau eksoterm ? Jelaskan jawabmu.

5. Pengaruh katalis Suatu reaksi yang memerlukan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu untuk mencapai kesetimbangan dapat dicapai dalam beberapa menit dengan hadirnya suatu katalis .suatu katalis juga penting bagi reaksi yang memerlukan suhu tinggi karena dengan suatu katalis reaksi seperti itu dapt berlangsung pada suhu yang lebih rendah. Hal itu menjadi sangat penting apabila reaksi pada suhu tingggi mengurangi rendemen hasil reaksi.

D. KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI 1. Pembuatan Amonia Menurut Proses Haber-Bosch

Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆ H = -92,4 kJ

Berdasarkan berdasarkan prinsip keteseimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Proses Haber-Bosch yang mula-mula dilangsungkan pada suhu sekitar 500⁰C dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalis yaitu serbuk besi dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O.

UJI KEPAHAMAN

1. Proses haber Bosch dilangsungkan pada suhu yang relatif tinggi (sekitar 500⁰C) dan tekanan yang besar. Apakah penggunaan suhu dan tekanan tinggi telah sesuai dengan prinsip kesetimbangan ? Jika tidak mengapa dilakukan ?

2. Apa gunanya menggunakan katalis pada prose Haber Bosch ?3. Cara apa saja yang dilkakukan untuk menggeser kesetimbangan ke arah

pembentukan NH3 ?

sekian