Kesetimbangan KimiaTim Dosen Kimia Dasar FTP

Pengertian kesetimbangan kimia

Suatu sistem dikatakan setimbang jika dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama atau dengan kata lain tidak terjadi perubahan dalam sistem yang setimbang

Salah satu indikator saat terjadi kesetimbangan adalah tidak terjadi perubahan konsentrasi semua komponen yaitu reaktan dan produk.

Kesetimbangan KimiaPerbedaan jenis dari arah yang digunakan dalam persamaan kimia berkaitan dengan kesetimbangan

Panah tunggal

Reaksi dianggap sesuai dengan persamaan yang ditulis

Dua panah bolak balik

Digunakan untuk suatu sistem kesetimbangan

Dua panah bolak balik berbeda ukuran

Dapat digunkana untuk menunjukkan kecendrungan kesetimbangan ke satu arah tertentu

Kesetimbangan KimiaKesetimbangan homogen

Kesetimbangan yang melibatkan satu fasa

Contoh:

Semua komponen berada dalam fasa gas

Kesetimbangan kimiaTahap-tahap dasar

Untuk reaksi umum

Kita dapat tunjukkan reaksi sebagai terdiri dalam 3 tahap

• awal pencampuran

• daerah kinetik

• daerah kesetimbangan

Kesetimbangan KimiaAwal pencampuran

Jika A dan B pertama kali dicampurkan bersama, dan C belum ada

Reaksi yang terjadi

Bersamaan dengan dimulainya reaksi, maka sejumlah C mulai terbentuk

Daerah kinetik

Bersamaan dengan terbentuknya C, reaksi balik juga mulai terjadi

Secara keseluruhan, kita masih melihat pertambahan jumlah C

Dengan semakin dekatnya pada daerah kesetimbangan, laju ke arah produk semakin lambat

Kesetimbangan kimiaDaerah kesetimbangan

Suatu titik dimana kecepatan reaksi pada arah yang berlawanan sama

Secara netto tidak ada perubahan konsentrasi dari setiap komponen

Konstanta KesetimbanganUntuk reaksi umum :

Kesetimbangan dapat diungkapkan sebagai berikut :

Kc Tetapan kesetimbangan homogen

[ ]n konsetrasi molar berpangkat koefisiennya dalam persamaan reaksi yang setimbang

Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan yang melibatkan beberapa fasa

Penulisan kesetimbangan untuk sistem jenis ini, tidak termasuk konsentrasi dari padatan murni (atau cairan)

Chemical Equilibria Reaksi pembentukan NH3 dari gas N2 dan H2

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

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

Bila kedua gas pada volume 1 : 3 dicampur pada suhu kamar tidak terjadi sesuatu reaksi pada laju yang dapat dideteksi.

Tetapi pada 200 ˚C dan 30 atm campuran bereaksi cepat hingga 67,6% dan tidak ada perubahan lebih lanjut ketika suhu dan tekanan dipertahankan.

Begitu pula sebaliknya ketika NH3 dalam suhu kamar tidak terjadi sesuatu apapun.

Tetapi pada 200 ˚C dan 30 atm terurai dengan cepat hingga 32,4% dan tidak ada perubahan lebih lanjut ketika suhu dan tekanan dipertahankan.

Contoh

Tuliskan pernyataan kesetimbangan Kc untuk reaksi berikut :

2O3(g) 3O2(g)

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

Jawab:

(a) Kc = [O2]3 / [O3]2

(b) Kc = [NOCl]2 / [NO]2[Cl2]

Contoh hubungan Kc dan konsentrasi

35,7 g larutan PCl5 ditempatkan dalam labu 5 L dipanasi hingga 250 C dan dipertahankan hingga tercapai kesetimbangan. Setelah dianalisis terdapat 7,87 g Cl2. hitunglah Kc

PCl5(aq) PCl3(aq) + Cl2(g)

Mol/L PCl5 pada awal 35,7g/5L x 1mol/208g = 0,0343 M

Mol/L Cl2 pada kesetimbangan 7,87g/5L x 1mol/70,9g = 0,0222 M

Dari persamaan diperoleh hubungan kesetimbangan

[PCl5] = [PCl5]awal – [Cl2] = 0,0343 – 0,0222 = 0,0121 M

PCl5(aq) PCl3(aq) + Cl2(g)

Mol awal 0,0343

Mol kesetimbangan 0,0121 0,0222 0,0222

Kc = (0,0222)(0,0222)/0,0121 = 0,0407 = 4,07 x 10-2

Faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia

Tekanan

Untuk sistem yang melibatkan gas biasanya pengukuran dilakukan dalam tekanan bukan konsentrasi. Dalam hal ini tetapan dihitung berdasarkan tekanan parsial gas.

Ketetapan ini disebut Kp

Kp = (PG)g (PH)h

(PA)a (PB)b

Tekanan total sama dengan jumlah tekanan parsial

Hubungan Kc dan Kp adalah

Kc = Kp (1/RT) Dn

Dengan Dn = S koef produk – S koef reaktan

Jika Dn = 0 maka Kp = Kc

Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial

Pada temperatur konstan, tekanan dari gas sebanding dengan molaritas

Ingat PV = nRT

Dan molaritas adalah M = mol/liter atau n/V

Maka p = RTM

dimana R tetapan gas

T temperatur, K

Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial

Untuk kesetimbangan yang melibatkan gas, tekanan parsial dapat digunakan untuk menggantikan konsentrasi

Kp digunakan dimana tekanan parsial diungkapkan dalam satuan atmosfir

Secara umum, Kp = Kc , sebagai gantinya

Dng adalah jumlah mol gas hasil reaksi dikurangi jumlah mol gas pereaksi

Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial

Untuk Kesetimbangan berikut, Kc = 1,10 x 107 pada 700 oC berapakah Kp

Tetapan Kesetimbangan Tekanan parsial

Perhitungan kesetimbangan kimiaKita dapat perkirakan arah reaksi dengan menghitung quotion reaksi

Quotion reaksi, Q

Q mempunyai banyak Kesamaan dengan Kc, tetapi dengan satu perbedaan penting, yaitu Q dapat digunakan untuk semua set konsentrasi, sedangkan K tidak

Quitient ReactionBeberapa set konsentrasi dapat memberikan suatu Q perhitungan, dengan membandingkan Q terhadap nilai Kc. Kita dapat memperkirakan arah untuk reaksi.

Reaksi akan berlangsung kearah kanan

Tidak ada perubahan, Reaksi pada kesetimbangan

Reaksi akan berlangsung ke arah kiri

Quitient Reaction Untuk contoh awal

Kita tentukan Kc = 54 pada 425,4oC

Jika kita mempunyai campuran sebagai berikut,perkirakan arah dari reaksi

Quitient Reaction

Karena Q < Kc, maka sistem tidak dalam berkesetimbangan dan akan reaksi berlangsung kearah kanan

Pada awal reaksi, ada 0,249 mol N2 ; 3,21x10-2 mol H2 dan 6,42x10-4 mol NH3 dalam sebuah labu reaksi berukuran 3,5 L pada 375 C. Jika Konstanta kesetimbangan (Kc) untuk reaksi:

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

Adalah 1,2 pada suhu tersebut, tentukan apakah sistem tersebut berada pada kesetimbangan. Jika tidak, prediksi arah reaksi nya

SOAL

Perhitungan konsentrasi kesetimbanganJika stoikhiometri dan Kc suatu reaksi diketahui, kita bisa menghitung konsentrasi kesetimbangan untuk semua komponen yang mungkin

• Biasanya, konsentrasi awal diketahui

•Satu dari konsentrasi diungkapkan sebagai variabel x

•Semua yang lainnya kemudian diungkapkan dalam bentuk x

Contoh Perhitungan kesetimbanganSuatu sampel COCl2 dibiarkan terdekomposisi

Nilai Kc untuk kesetimbangan

Jika konsentrasi awal COCl2 adalah 0,095 M, berapa konsentrasi setiap komponen pada keadaan kesetimbangan

Contoh Perhitungan kesetimbangan

Konsentrasi awal, (M)

Perubahan konsentrasi akibat reaksi

Kesetimbngan konsentrasi, M

Contoh Perhitungan kesetimbangan

Ini adalah bentuk persamaan kuadrat, kebetulan persamaan secara langsung untuk larutannya

Persamaan kuadrat

Suatu bentuk persamaan

Hanya akar yang positif yang digunakan dalam memecahkan masalah kesetimbangan

Contoh perhitungan Kesetimbangan

Contoh perhitungan Kesetimbangan

Sekarang kita sudah tahu nilai x, dan kita dapat selesaikan untuk konsentrasi semua komponen.

Dalam kasus ini, perubahan dari konsentrasi COCl2 bisa diabaikan

Memperkirakan pergeseran kesetimbangan

Prinsip le Chatelier’s

Jika suatu sistem diberi gangguan, sistem dalam kesetimbangan akan bereaksi untuk menghilangkan gangguan tersebut

Posisi kesetimbangan kimia akan bergeser ke arah berlawanan (yang menghilangkan) dari gangguan tersebut.

Contoh

Penambahan A atau B atau mengurangi C atau D akan mengeser kesetimbangan ke arah kanan

Perubahan konsentrasi•Perubahan konsentrasi tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan pada temperatur yang tetap

•Jika suatu zat ditambahkan ke dalam sistem yang setimbang, kesetimbangan akan bergeser ke arah sisi yang lain

•Jika zat dikurangi dari sistem yang setimbang, kesetimbangan akan bergeser ke arah sisi tempat zat itu diambil

Perubahan konsentrasiContoh : Jika sejumlah I2 ditambahkan ke dalam campuran.

Sistem akan mengatur konsetrasi dan menyusun ulang kesetimbangan baru dengan Kc yang sama

Perubahan konsentrasiContoh : Jika sejumlah H2 dihilangkan

Sistem akan menyusun ulang konsetrasi dalam kesetimbangan baru dengan Kc yang tetap

Perubahan TekananPerubahan tekanan tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan pada temperatur yang konstan

•Padatan dan cairan tidak begitu dipengaruhi oleh perubahan tekanan

•Perubahan tekanan dengan memasukkan gas inert tidak akan menggeser kesetimbangan

•Perubahan tekanan hanya berpengaruh terhadap porsi gas pada kesetimbangan

Perubahan tekananSecara umum, bertambahnya tekanan akan menurunkan volume sehingga akan menggeser kesetimbangan ke sisi yang jumlah mol gasnya lebih kecil

Perubahan TemperaturPerubahan temperatur biasanya merubah nila tetapan kesetimbangan

•Kc dapat juga meningkat atau menurun dengan bertambahnya temperatur

• Arah dan tingkat perubahannya tergatung pada spesifik reaksi

Pengaruh katalis

Dalam suatu kesetimbangan, katalis dapat mempercepat reaksi maju atau balik sama kuat. Katalis tidak mengubah kuantitas relatif yang ada dalam kesetimbangan sehingga tidak berpengaruh terhadap Kesetimbangan reaksi.

THANK YOU

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

Dalam menentukan nilai Kc maka setiap persaman reaksi kimia harus disetarakan.

Jika persamaannya dibalik, maka nilai Kc dari persamaan yang baru adalah kebalikan dari persamaan aslinya

Tetapan kesetimbangan untuk reaksi total Kc(net)

adalah Kc(1) x Kc(2), hasil kali tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah yang digabungkan

Contoh soal 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 = ?

Persamaan diatas dapat digabungkan

N2(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 = ?

 

Perhitungan dalam kesetimbangan kimia

Hitunglah Kp dan Kc untuk kesetimbangan reaksi berikut pada 10 atm dan 200 C

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

tekanan NH3 pada keadaan tersebut adalah 50,7%. R = 0,0821

Jawab:

Tekanan total = 10 atm = PNH3 + (PN2

+ PH2)

PNH3 = 50,7% tekanan total

= 0,507 x 10 atm = 5,07 atm

PN2 + PH2

= 10 – 5,07 = 4,93 atm

Karena perbandingan N2 dan H2 adalah 1 : 3 maka,

PN2 = ¼ x 4,93 atm = 1,23 atm

PH2 = ¾ x 4,93 atm = 3,70 atm

Kp = (PNH3)2 = (5,07)2

(PN2) (PH2

)3 (1,23)

(3,70)3

= 0,413

Kc = Kp (1/RT) Dn

= (0,413) (1/0,0821 x 473)-2 = 6,23.102