kesetimbangan reaksi

LKS Kimia SMK Kebangsaan Indonesia Maros

Disusun Oleh Khaeril Anwar, S.Si. 1

BAB 2 KESETIMBANGAN KIMIA

Kompetensi Menerapkan konsep kesetimbangan reaksi

Sub Kompetensi 1. Menjelaskan pengertian reaksi kesetimbangan

2. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi keaetimbangan

3. Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dengan hasil reaksi dari suatu reaksi

kesetimbangan.

Indikator

1. Menjelaskan pengertian reaksi kesetimbangan dinamis 2. Menjelaskan pengertian kesetimbangan homogen dan heterogen. 3. Menyimpulkan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan berdasarkan

data hasil percobaan.

4. Meramalkan arah pergeseran kesetimbangan reaksi dengan menggunakan asa Le Chatelier.

5. Menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan-bahan kimia di industri berdasarkan reaksi kesetimbangan.

6. Menuliskan persamaan tetapan kesetimbangan berdasarkan persamaan reaksi kesetimbangan.

7. Menghitung harga tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi kesetimbangan dan sebaliknya.

8. Menghitung harga tetapan kesetimbangan gas berdasarkan tekanan parsial gas pereaksi dan hasil reaksi.

Prasyarat : Agar dapat mempelajari materi ini dengan baik, diperlukan pengetahuan mengenai

Laju Reaksi dan Thermodinamika Kimia



RINGKASAN MATERI

Jika dua buah zat direaksikan maka kemungkinan yang terjadi adalah :

Tidak terjadi reaksi kimia

Terjadi reaksi kimia Bila terjadi reaksi kimia, kemungkinan yang terjadi adalah :

Reaksi berkesudahan ; maksudnya, setelah terbentuk produk maka reaksi berhenti

Reaksi tak berkesudahan atau reaksi dapat balik ; maksudnya, setelah zat pereaksi berubah menjadi produk, maka produk terurai kembali zat pereaksi.

Reaksi berkesudahan disebut juga reaksi yang tidak dapat balik atau irreversible

Reaksi tak berkesudahan disebut juga reaksi dapat balik atau reversible.

Pada reaksi dapat balik, reaksi kimia berlangsung dalam dua arah yaitu ke arah produk dan

reaktan. Perhatikan reaksi berikut :

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) (contoh Reaksi tidak dapat balik)

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) (contoh reaksi bolak balik )

A. KESETIMBANGAN DINAMIS

1. Pengertian Kesetimbangan

Pada reaksi yang berlangsung bolak balik, ada saat dimana laju terbentuknya produk sama dengan laju terurainya kembali produk menjadi reaktan. Pada keadaan ini, biasanya tidak

terlihat lagi ada perubahan. Keadaan reaksi dengan laju reaksi maju (ke kanan) sama

dengan laju reaksi baliknya (ke kiri) dinamakan keadaan setimbang. Reaksi yang

berada dalam keadaan setimbang disebut Sistem Kesetimbangan. Perhatikan reaksi

berikut.

CuSO4. 5H2O CuSO4 + 5H2O Laju reaksi ke kanan = laju reaksi ke kiri Reaktan produk

2. Kesetimbangan Kimia Bersifat Dinamis

Reaksi yang berlangsung setimbang bersifat dinamis, artinya reaksinya berlangsung terus -menerus dalam dua arah yang berlawanan dan dengan laju reaksi yang sama.

Contoh kesetimbangan dinamis dalam kehidupan sehari-hari dapat digambarkan pada proses penguapan air. Bila air dipanaskan dalam wadah tertutup rapat, airnya lama

kelamaan akan habis berubah menjadi uap air. Tetapi belum sempat habis, uap air yang

naik ke atas mengalami kejenuhan sehingga akan jatuh kembali menjadi embun. Apabila

dibiarkan terus-menerus, kecepatan menguapnya air akan sama dengan kecepatan

mengembunnya uap air menjadi air. Pada saat itu, tercapai keadaan setimbang dimana

tidak nampak lagi adanya perubahan ketinggian air dalam wadah tertutup tersebut.

Berdasarkan reaksinya, kesetimbangan kimia dibedakan menjadi 2 yaitu :

Kesetimbangan homogen o Yaitu kesetimbangan yang fase zat-zat yang bereaksi sama

o Contoh : 2SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g) (semua berfase gas)

Kesetimbangan heterogen o Yaitu kesetimbangan yang fase zat-zat yang bereaksi berbeda.

Laju reaksi ke kanan

Laju reaksi ke kiri



o Contoh : CaO(s) + CO2(g) CaCO3(s) (berfase padat-gas) Kesimpulan :

Ciri-Ciri Kesetimbangan kimia

Hanya terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap

Reaksinya berlangsung terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan

Laju reaksi maju (ke kanan) sama dengan laju reaksi balik (ke kiri)

Semua komponen yang terlibat dalam reaksi tetap ada

Tidak terjadi perubahan yang sifatnya dapat diukur maupun diamati.

B. PERGESERAN KESETIMBANGAN

Karena kesetimbangan bersifat dinamis, maka suatu reaksi yang berada dalam keadaan setimbang dapat mengalami gangguan oleh faktor-faktor tertentu yang mengakibatkan

terjadi pergeseran kesetimbangan, misalnya semua produk berubah kembali menjadi zat

semula (reaktan). Dalam memproduksi sesuatu, hal ini tentu tak diinginkan. Justru yang

dikehendaki adalah bagaimana memproduksi sesuatu sebanyak-banyaknya. Oleh karena

itu, sistem kesetimbangan kimia harus dapat dikendalikan sehingga produk yang

terbentuk di ruas kanan jumlahnya maksimal, sedangkan zat-zat yang bereaksi harus

bersisa seminimal mungkin.

Ada 3 cara perlakuan agar sistem kesetimbangan dapat digeser ke arah yang dikehendaki, yaitu ;

o Mengubah konsentrasi zat o Mengubah suhu o Mengubah tekanan atau volume gas

Azas Le Chatelier : Apabila kedalam sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa , sehingga pengaruh aksi tadi menjadi sekecil-

kecilnya. (Prinsip ini disebut prinsip pergeseran kesetimbangan atau azas Le Chatelier)

Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kesetimbangan

Perhatikan reaksi pembentukan gas amonia berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ

Jika konsentrasi salah satu zat ditambah, maka sistem akan bergeser dari arah zat tersebut. Jika konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka sistem akan bergeser ke arah zat tersebut.

AKSI YANG DIBERIKAN ARAH PERGESERAN

N2 ditambah

N2 dikurangi

Ke kanan (produk bertambah)

Ke kiri (produk berubah menjadi reaktan)

H2 ditambah

H2 dikurangi



NH3 ditambah

NH3 dikurangi





Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kesetimbangan

Perhatikan reaksi pembentukan gas amonia berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ

Sistem kesetimbangan ini bersifat eksothermis ke arah kanan dan endothermis ke arah kiri

Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan bergeser ke kiri yaitu reaksi yang bersifat

endothermis. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ

Sebaliknya bila suhu reaksi diturunkan maka reaksi akan bergeser ke kanan yaitu reaksi

yang bersifat eksothermis. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ

Untuk sekedar diingat kembali :

o H reaksi negatif berarti pembetukan produk tidak memerlukan energi , justru menghasilkan energi,

o jika H positif berarti reaktan membutuhkan energi untuk menghasilkan produk.

o Pada reaksi di atas, reaksi ke kanan tidak butuh energi sedang reaksi ke kiri membutuhkan energi

o Reaksi eksothermis adalah reaksi bersifat spontan , tidak memerlukan energi melainkan justru menghasilkan energi

o Reaksi endothermis adalah reaksi yang membutuhkan energi/ kalor untuk bisa bereaksi

Pengaruh Perubahan Tekanan atau Volume Terhadap Kesetimbangan

Perubahan tekanan dan volume hanya berpengaruh pada sistem kesetimbangan antara fasa gas dengan gas. Sedang sistem kesetimbangan yang melibatkan fasa cair atau padat,

perubahan tekanan dan volum dianggap tidak ada.

Jika tekanan diperbesar, maka volume mengecil dan jika tekanan dikurangi maka volume akan bertambah.

Menurut hukum gas ideal, bahwa tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol gas. Jika tekanan diperbesar maka jumlah mol juga bertambah.

Dengan demikian, jika tekanan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molnya lebih kecil. Perhatikan reaksi berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ

Jika tekanan diperbesar (volume mengecil) maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, sebab jumlah molnya lebih kecil yaitu 2 mol.

Jika tekanan dikurangi (volume bertambah) , maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri, karena jumlah molnya lebih besar yaitu 4 mol



Pengaruh Katalisator

Dalam sistem kesetimbangan, katalisator tidak mempengaruhi letak kesetimbangan.

Penambahan Katalis pada sistem hanya dimaksudkan untuk mempercepat terjadinya keadaan setimbang.

C. KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI

Banyak proses dalam industri kimia merupakan reaksi setimbang.

Pada setiap industri, proses produksi senantiasa diupayakan berjalan seefisien mungkin. Artinya, produk dihasilkan sebanyak mungkin dengan biaya yang dikeluarkan sedikit.

Dengan menggunakan azas Le Chatelier, dapat diperoleh suatu kondisi yang optimal agar tujuan tersebut dapat tercapai.

Berikut adalah proses pembuatan amonia dalam industri yang dikenal dengan proses Haber-

Bosch.

Pada proses ini amonia dibuat dengan mereaksikan gas nitrogen dan gas hidrogen

menurut reaksi : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ Dari persamaan reaksi diketahui bahwa reaksi ke kanan bersifat eksothermis.

Agar proses berlangsung seefisien mungkin, maka diupayakan agar kesetimbangan selalu bergeser ke kanan sehingga dihasilkan gas amonia sebanyak-banyaknya dalam waktu

sesingkat-singkatnya. Untuk itu prosesnya sbb:

Untuk mempercepat reaksi, digunakan katalis berupa campuran serbuk besi dengan

Al2O3, MgO, CaO dan K2O. Menurut azas Le Chatelier, sistem kesetimbangan akan

bergeser ke arah NH3 jika suhu reaksi rendah. Namun pada suhu rendah, tumbukan antar

partikel N2 dan H2 tidak efektif sehingga reaksi berjalan lambat dan katalis besi kurang

aktif pada suhu rendah. Haber-Bosch menggunakan suhu tinggi. Tapi akibatnya

kesetimbangan akan bergeser ke kiri. Untuk mengimbangi pergeseran reaksi ke kiri

akibat kenaikan suhu, maka tekanannya dinaikkan. Dengan menaikkan tekanan, maka

posisi molekul semakin rapat sehingga tumbukan antar molekul semakin sering terjadi,

akibatnya reaksi pembentukan NH3 semakin cepat berlangsung dan sistem kesetimbangan

akhirnya bergeser ke arah NH3. Selain itu agar reaksi terus bergerak ke kanan, maka NH3

yang sudah terbentuk segera dipisahkan dengan cara mengubahnya menjadi amonia cair.

Pada kondisi cair, amonia tidak akan bereaksi balik menjadi N2 dan H2

Secara singkat, proses pembuatan amonia adalah sbb:

o Menggunakan katalis untuk mempercepat reaksi o Suhu reaksi tinggi agar agar tumbukan antar molekul efektif

dan katalis berfungsi dengan baik

o Sistem diberi tekanan tinggi untuk memaksa reaksi yang bergerak ke kiri akibat suhu tinggi berubah menjadi ke kanan.

o Amonia yang sudah terbentuk segera dipisahkan dari reaksi agar tidak kembali menjadi N2 dan H2

D. TETAPAN KESETIMBANGAN (Kc)

Untuk setiap sistem kesetimbangan yang berlangsung pada suhu tetap maka berlaku hukum kesetimbangan sbb:



Perbandingan konsentrasi zat produk dengan zat reaktan masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya adalah tetap.

Perhatikan hasil percobaan reaksi kesetimbangan berikut (berlangsung pada suhu 700oC) :

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

Nomor

Percobaan

[H2]

mol/liter

[I2]

mol/liter

[HI]

mol/liter

22

2

IH

HI

1 1,83 x 10-3

3,13 x 10-3

17,67 x 10-3

54,4930

2 2,90 x 10-3

1,70 x 10-3

16,48 x 10-3

54,7495

3 4,56 x 10-3

0,74 x 10-3

13,54 x 10-3

54,4692

4 0,48 x 10-3

0,48 x 10-3

3,53 x 10-3

54,3774

5 1,14 x 10-3

1,14 x 10-3

8,41 x 10-3

54,3390

Dari data hasil percobaan di atas terlihat bahwa nilai perbandingan konsentrasi produk dengan

reaktan tetap. Dengan demikian, secara umum untuk sistem kesetimbangan yang sifatnya

homogen semisal ;

aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) berlaku rumus ba

dc

BA

DCKc

][][

][][

E. DERAJAT DISOSIASI ()

Derajat disosiasi () adalah perbandingan antara jumlah mol zat yang terurai terhadap jumlah mol zat mula-mula. Secara matematis ditulis;

mulamulazatmolJumlah

teruraizatmolJumlah

Derajat disosiasi merupakan ukuran tentang banyaknya zat yang terbentuk dalam suatu

reaksi. Semakin besar nilai berarti semakin banyak zat terbentuk.

F. TETAPAN KESETIMBANGAN GAS (Kp)

Untuk suatu sistem kesetimbangan yang melibatkan gas, pengukuran dilakukan terhadap tekanan, bukan terhadap konsentrasi.

Dalam reaksi gas, harga tetapan kesetimbangan dihitung berdasarkan tekanan parsial dari gas-gas yang dinyatakan dengan Kp. Secara umum persamaannya adalah ;

aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) berlaku rumus ba

dc

pBpA

pDpCKp

)()(

)()(

Tekanan totalnya adalah P = pA + pB + pC + pD

Tekanan Parsialnya dihitung dengan rumus :

totalTekanangasseluruhmolJumlah

tersebutgasmolJumlahgassuatuparsialTekanan

G. HUBUNGAN Kp DENGAN Kc

Dari persamaan gas ideal; PV = nRT, nilai tekanan parsial dapat ditentukan dengan rumus



RTV

nP dimana

V

n adalah konsentrasi zat dalam mol/liter

Untuk persamaan reaksi aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)

Nilai tekanan parsial untuk gas A adalah pA = RTV

n

A

A atau ditulis pA = [A] . RT

demikian pula untuk pB, pC, dan pD, sehingga diperoleh ;

ba

dc

RTBRTA

RTDRTCKp

)]..([)].([

)]..([)].([

baba

dcdc

RTBA

RTDCKp

)(].[][

)(].[][

)()()( badcRTKcKp

LEMBAR KERJA SISWA

A. Kesetimbangan Dinamis Jelaskan pengertian dari istilah-istilah berikut :

1. Reaksi reversibel 4. Kesetimbangan homogen

2. Reaksi irreversibel 5. Kesetimbangan heterogen

3. Keadaan setimbang 6. Azas Le Chatelier

B. Pergeseran Kesetimbangan Pada

C. Kesetimbangan dalam Industri

D. Tetapan Kesetimbangan

E. Derajat Disosiasi

F. Tetapan Kesetimbangan Gas

kesetimbangan reaksi

Documents