KESETIMBANGAN KIMIA

Oleh :Dian Sukma Pratiwi (05)

PENGANTARKesetimbangan dinamis adalah keadaan dimana dua

proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama, akibatnya tidak terjadi perubahan bersih dalam sistem pada kesetimbangan

Uap mengembun dengan laju yang sama dengan air menguap

Pelarutan padatan, sampai pada titik laju padatan yang terlarut sama dengan padatan yang mengendap saat konsentrasi larutan jenuh (tidak ada perubahan konsentrasi)

Apa yang terjadi bila reaksi terjadi dalam ruang terbuka?

Laju reaksi menurun bersamaan dengan bertambahnya hasil reaksi dan laju reaksi balik. Pada saat reaksi mencapai titik tertentu yang menunjukkan laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik, maka keseimbangan kimia terjadi.

v reaksi maju = v reaksi balikSeperti peristiwa pembakaran metana dan pembentukan besi dan bijihnya, maka reaksi kimia dapat digolongkan menjadi 2 menurut arahnya, yaitu :

1. Reaksi tidak dapat balik (irreversible) ialah reaksi yang hanya berjalan 1 arah yaitu dari pereaksi ke produk.

2. Reaksi dapat balik (reversible) ialah reaksi yang berjalan 2 arah yang menyatakan gabungan antara reaksi maju (reaksi ke kanan) dan reaksi balik (reaksi ke kiri)

Grafik Keseimbangan

SISTEM KESEIMBANGAN

Ada 2 macam sistem keseimbangan yaitu keseimbangan dalam sistem homogen dan keseimbangan dalam sistem heterogen.

Kesetimbangan homogen : Reaksi kesetimbangan, dimana zat—zat yang terlibat dalam reaksi hanya berada dalam satu fasa

Kesetimbangan heterogen : Reaksi kesetimbangan, dimana zat—zat yang terlibat dalam reaksi terdapat lebih dari satu fasa

Simak LebihLanjut

Kesetimbangan HomogenKeseimbangan dalam sistem homogen yaitu keseimbangan dimana pereaksi dan produk reaksi mempunyai fase yang sama.

a. Keseimbangan dalam sistem gas-gasb. Keseimbangan dalam sistem larutan

Ksetimbangan yang melibatkan cairan dan padatan murni (Reaksi Heterogen) Yaitu keseimbangan dimana pereaksi dan produk

reaksi mempunyai fase yang berbeda.a. Keseimbangan dalam sistem padat-gasb. Keseimbangan dalam sistem padat-larutanc. Keseimbangan dalam sistem larutan padat-gas Persamaan tetapan kesetimbangan hanya mengandung

suku-suku yang konsentrasi atau tekanan parsialnya berubah selama reaksi berlangsung

Atas dasar ini walaupun ikut bereaksi tapi karena tidak berubah, maka padatan murni dan cairan murni tidak diperhitungkan dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

A. Kesetimbangan Dalam Kehidupan Sehari-hariBanyak peristiwa dalam kehidupan

sehari-hari yang merupakan proses kesetimbangan.

Contohnya :Perubahan wujud cairReaksi kesetimbangan dalam tubuhReaksi kesetimbangan dalam mulut

B. Keadaan KesetimbanganReaksi Umum : mA + nB pC + qD Pembentukan zat diruas kanan (reaksi

maju) selalu disertai pembentukan kembali zat diruas kiri (reaksi balik).

Reaksi terus berlangsung dua arah.Arti kesetimbangan : kecepatan reaksi ke

kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiriPada keadaan setimbang konsentrasi zat baik

ruas kiri maupun kanan berada dalam keadaan tetap.

Lanjutan BHubungan konsentrasi zat pada keadaan setimbang : mA + nB pC + qD maka K = [C]p [D]q

[A]m [B]n

Keterangan : K = tetapan kesetimbangan[A] = konsentrasi A pada kesetimbangan = mol / volume (lt)[B] = konsentrasi B pada kesetimbangan = mol / volume (lt)[C] = konsentrasi C pada kesetimbangan = mol / volume (lt)[D] = konsentrasi Dpada kesetimbangan = mol / volume (lt)

Lanjutan BHarga K (kesetimbangan) menunjukkan

banyaknya hasil reaksi (zat ruas kanan) yang dapat terbentuk pada suatu reaksi kesetimbangan.

Harga K besar artinya bahwa zat ruas kanan banyak terbentuk.

Harga K kecil artinya zat diruas kiri sedikit terurai.

Tetapan Kesetimbangan Kc

Untuk reaksi umum,aA + bB + … gG + hH + …

Rumus tetapan kesetimbangan berbentuk

cba

hg

KBA

HG

...][][

...][][

Pembilang adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kanan persamaan ([G], [H] …) masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan reaksi yang setara (g, h …). Penyebut adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kiri persamaan ([A]. [B] ..) juga setiap konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien reaksinya (a, b, …). Nilai numerik tetapan kesetimbangan Kc sangat tergantung pada jenis reaksi dan suhu.

Hubungan Tambahan

Jika ada 3 reaksi berikut:2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Kc(a) = 2,8 x 102 1000 K

2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) Kc(b) = ?

SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) Kc(c) = ?

?]][[

][)(

?][

][][)(

K 1000pada10 x 2,8][][

][)(

2/122

3

23

22

2

2

22

2

23

OSO

SOcK

SO

OSObK

OSO

SOaK

c

c

c

IkhtisarPersamaan apapun yang digunakan untuk Kc harus

sesuai dengan reaksi kimianya yang setaraJika persamaannya dibalik, nilai Kc dibalik yaitu

persamaan yang baru kebalikan dari persamaan aslinya

Jika koefisien dalam persamaan setara dikalikan dengan faktor yang sama, tetapan kesetimbangan yang baru adalah akar berpangkat faktor tersebut didapat tetapan kesetimbangan yang lama

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

Jika diketahui:N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31

N2(g) + ½ O2(g) N2O(g) Kc = 2,4 x 10-18

Bagaimana Kc reaksi:

N2O(g) + ½ O2(g) 2NO(g) Kc = ?Kita dapat menggabungkan persamaan diatasN2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31

N2O(g) N2(g) + ½ O2(g) Kc = 1/(2,4 x 10-18) = 4,2 x 1017

N2O(g) + ½ O2(g) 2NO(g) Kc = ?

131731

2/122

2

2

2/122

22

2

107,1102,4101,4)2()1()(

)(]][[

][

][

]][[

]][[

][

xxxxKxKbersihK

netKOON

NO

ON

ONx

ON

NO

ccc

c

Tetapan kesetimbangan untuk reaksi bersih adalah hasil kali tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah yang digabungkan

TETAPAN KESEIMBANGAN

Hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi sisa sisa pereaksi

dimana masing-masing konsentrasi dipangkatkan sesuai koefisien reaksinya adalah tetap. Inilah yang dikenal sebagai hukum keseimbangan.

Tetapan Kesetimbangan yang Dinyatakan sebagai Kp

Tetapan kesetimbangan dalam sistem gas dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas, bukan konsentrasi molarnya

Tetapan kesetimbangan yang ditulis dengan cara ini dinamakan tetapan kesetimbangan tekanan parsial dilambangkan Kp.

Misalkan suatu reaksi2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Kc = 2,8 x 102 pd 1000 K

][][

][

22

2

23

OSO

SOKc

Sesuai dengan hukum gas ideal, PV = nRT

RT

P

V

nO

RT

P

V

nSO

RT

P

V

nSO OOSOSOSOSO 222233 ][][][ 223

Dengan mengganti suku-suku yang dilingkari dengan konsentrasi dalam Kc akan diperoleh rumus;

RTxPP

P

RTPRTP

RTPK

OSO

SO

OSO

SO

c )()(

)(

)/()/(

)/(

22

3

22

3

2

2

2

2

Terlihat ada hubungan antara Kc dan Kp yaitu:

1)( RTKRT

KKdanRTxKK c

cppc

Jika penurunan yang sama dilakukan terhadap reaksi umum:aA(g) + bB(g) + … gG(g) + hH(g) + …Hasilnya menjadi Kp = Kc (RT)n

Dimana n adalah selisih koefisien stoikiometri dari gas hasil reaksi dan gas pereaksi yaitu n = (g+h+…) – (a+b+…) dalam persamaan diatas kita lihat bahwa n = -1

C. Pergeseran Kesetimbangan

1. Perubahan Konsentrasi2. Perubahan suhu3. Perubahan tekanan4. Peranan Katalisator

Prinsip Le ChatelierUsaha untuk mengubah suhu, tekanan atau

konsentrasi pereaksi dalam suatu sistem dalam keadaan setimbang merangsang terjadinya reaksi yang mengembalikan kesetimbangan pada sistem tersebut

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESEIMBANGAN KIMIA

Dengan menggunakan Azas Le Chatelier untuk membahas pengaruh beberapa faktor yang dapat menggeser letak keseimbangan yaitu :

1. Perubahan Konsentrasi Salah Satu Zat2. Perubahan Suhu3. Perubahan Tekanan atau Volum4. Pengaruh Katalis terhadap Keseimbangan

1. Perubahan KonsentrasiReaksi : A + B CBila A ditambah artinya konsentrasinya

diperbesar, sehingga “jika diberi, dia akan memberi” maka terjadi pergeseran ke kanan sehingga C banyak.

Bila B diambil (dipisah) artinya memperkecil konsentrasi B sehingga “jika diambil , dia akan mengambil” maka reaksi bergeser ke kiri sehingga C berkurang.

Lanjutan 1. Jika salah satu zat konsentrasinya

diperbesar (ditambah), maka reaksi bergeser dari arah zat tersebut.

Jika salah satu zat konsentrasinya diperkecil (dikurangi), maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.

2. Perubahan SuhuJika suhu dinaikkan (menambah atau memberikan

kalor) maka reaksi akan bergeser ke arah kiri yaitu arah reaksi yang endoterm (membutuhkan).

Jika suhu diturunkan(kalor dikurangi), maka reaksi akan bergeser ke arah kanan yaitu arah reaksi yang eksoterm(mengeluarkan).

Misal : 2 NH3 N2 + 3 H2 ΔH = +92 Kj

Jika suhu dinaikkan reaksi bergeser ke kanan (NH3 banyak terurai), jika suhu diturunkan akan bergeser ke kiri.

Pengaruh SuhuPenambahan kalor akan menguntungkan reaksi

serap-panas (endoterm)Pengurangan kalor akan menguntungkan reaksi

lepas-panas (eksoterm)Peningkatan suhu suatu campuran

kesetimbangan menyebabkan pergeseran kearah reaksi endoterm. Penurunan suhu menyebabkan pergeseran kearah reaksi eksoterm

3. Perubahan tekananPerubahan tekanan hanya berpengaruh untuk gas.Fase padat dan cair pengaruh tekanan diabaikan.Sesuai hukum Boyle maka :

Jika tekanan diperbesar (volume diperkecil) maka reaksi bergeser ke arah jumlah mol gas yang terkecil.

Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar) maka reaksi bergeser ke arah jumlah mol gas yang terbesar.

Karena koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol ,maka cukup memperhatikan jumlah koefisien gas pada masing-masing ruas.

Pengaruh Perubahan TekananJika tekanan pada campuran kesetimbangan yang melibatkan gas ditingkatkan reaksi bersih akan berlangsung kearah yang mempunyai jumlah mol gas lebih kecil begitupun sebaliknya

4. Peranan KatalisatorKatalisator adalah zat yang dapat

mempercepat reaksi tapi tidak ikut bereaksi.Sesuai dengan fungsinya mempercepat reaksi

maka akan mempercepar tercapainya proses kesetimbangan, dengan cara mempercepat reaksi maju dan reaksi balik sama besar.

Fungsi katalisator pada awal reaksi (sebelum kesetimbangan tercapai).

Jika kecepatan reaksi maju = kecepatan reaksi balik maka katalis berhenti berfungsi.

Pengaruh Katalis pada Kesetimbangan

Katalis dalam reaksi dapat balik 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.

D. Hukum KesetimbanganKetentukan yang harus diperhatikan :

Jangan menggunakan hukum aksi massa sebelum menghitung konsentrasi masing-masing zat pada kesetimbangan.

Konsentrasi zat selalu dalam satuan molar (mol / lt) sehingga jangan lupa perhatikan volume.

Zat ruas kiri berlaku hubungan : zat pada saat setimbang = zat mula-mula – zat yang terurai.

Lanjutan D Zat ruas kanan berlaku

hubungan : zat pada saat setimbangan = zat yang terbentuk dari zat ruas kiri yang terurai.

Koefisien reaksi kesetimbangan menyatakan perbandingan mol zat ruas kiri yang terurai serta mol zat ruas kanan yang terbentuk pada saat setimbang.

Cara penyelesaian praktis soal kesetimbangan mA + nB pC +

qD Mula mula : e f Terurai : g h Setimbang : i j k l Keterangan :

e = mol A mula-mula f= mol B mula-mula g = mol A yang terurai h= mol B yang terurai i= mol A pada kesetimbangan = e – g j= mol B pada kesetimbangan = f – h k = mol C pada kesetimbangan = (C yang terbentuk) l = mol D pada kesetimbangan = (D yang terbentuk)

Lanjutan cara penyelesaian soal:Karena C dan D yang dihasilkan

berasal dari A dan B yang terurai, maka harga g, h, k, l harus sesuai dengan perbandingan koefisien.

g : h : k : l = m : n : p : q ini dinamakan hubungan tanda panah bengkok yang disebut angka jalur koefisien.

Lanjutan cara penyelesaian soal:Urutan penyelesaian soal :

Masukkan mol yang tercantum di soal dalam tabel.

Lengkapi angka jalur keofisien, berdasarkan perbandingan koefisien.

Lengkapi mol pada kesetimbangan (baris paling bawah tabel)

Mol pada kesetimbangan masing-masing dibagi dengan volume untuk memperoleh konsentrasi masing-masing zat (mol/lt)

Gunakan rumus tetapan kesetimbangan (K).

E. Sistem Kesetimbangan Dalam IndustriProses 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.

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.

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 + 45 kkal Katalis yang dipakai adalah vanadium penta-

oksida (V2O5). Makin rendah suhunya maka makin banyak SO3

yang dihasilkan, tapi reaksi yang berjalan lambat.

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

Contoh soal :1. 0,1 mol HI dimasukkan dalam tabung 1 lt

dan terurai sesuai reaksi : 2HI H2 + I2. Jika I2 yang terbentuk adalah 0,02 mol, berapa harga K?

2. Tetapan kesetimbangan untuk reaksi : A + 2B AB2 adalah 0,25. Berapa jumlah mol A yang harus

dicampurkan pada 4 mol B dalam volume 5 lt agar menghasilkan 1 mol AB2.

Jawaban no 1.

Jawaban no.2Misal mol A mula-mula = x mol

A + 2B AB2

Mula-mula : x 4Terurai : 1 2Setimbang : x-1 4-2 = 2 1

[AB2] = mol / lt = 1 / 5 lt = 1/5[A] = mol / lt = x-1 / 5 lt = (x-1)/5[2B] = mol / lt = 2 / 5 lt = 2/5K = [AB2] ¼ = 1/5 x = 26

[A] [B]2 (x-1)/5 (2/5)2

Kesimpulan : Reaksi HCl + NaOH NaCl + H2O

berlangsung sempurna dari kiri ke kanan. NaCl dan H2O yang terbentuk tidak dapat bereaksi kembali untuk menghasilkan HCl dan NaOH. Ini dinamakan reaksi berkesudahan atau irreversible (tidak dapat balik lagi) yaitu suatu reaksi dinama zat di ruas kanan tidak dapat bereaksi kembali untuk membentuk zat diruas kiri.

Reaksi N2 + 3H2 2NH3 akan terurai kembali menjadi 2NH3 N2 + 3H2 ini dinamakan reaksi kesetimbangan atau reaksi reversible (dapat balik) yaitu reaksi dimana zat –zat diruas kanan dapat bereaksi atau terurai kembali membentuk zat di ruas kiri.

Reaksi ke arah kanan disebut reaksi maju dan ke ruas kiri disebut reaksi balik.

Kata KunciKESETIMBANGAN KIMIAKESETIMBANGAN DINAMISREVERSIBLEIRREVERSIBLEREAKSI MAJUREAKSI BALIKMIKROSKOPISMAKROSKOPIS