Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia

Reaksi yang dapat berlangsung dalam dua arah disebut reaksi dapat balik. Apabila dalam suatu reaksi kimia, kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri maka, reaksi dikatakan dalam keadaan setimbang. Secara umum reaksi kesetimbangan dapat dinyatakan sebagai:

A  +  B  ®   C  +  D

ADA DUA MACAM SISTEM KESETIMBANGAN, YAITU :

1.	Kesetimbangan dalam sistem homogen a. Kesetimbangan dalam sistem gas-gas Contoh: 2SO2(g) + O2(g)  «   2SO3(g) b. Kesetimbangan dalam sistem larutan-larutan Contoh: NH4OH(aq)  «   NH4+(aq) + OH- (aq)
2.	Kesetimbangan dalam sistem heterogen a. Kesetimbangan dalam sistem padat gas Contoh: CaCO3(s)  «   CaO(s) + CO2(g) b. Kesetimbangan sistem padat larutan Contoh: BaSO4(s)  «   Ba2+(aq) + SO42- (aq) c. Kesetimbangan dalam sistem larutan padat gas Contoh: Ca(HCO3)2(aq)   «   CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)

Hukum Guldberg dan Wange:

Dalam keadaan kesetimbangan pada suhu tetap, maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi pereaksi yang sisa dimana masing-masing konsentrasi itu dipangkatkan dengan koefisien reaksinya adalah tetap.

Pernyataan tersebut juga dikenal sebagai hukum kesetimbangan.
Untuk reaksi kesetimbangan: a A + b B  «   c C + d D maka:

Kc = (C)c x (D)d / (A)a x (B)b

K_c adalah konstanta kesetimbangan yang harganya tetap selama suhu tetap.

BEBERAPA HAL YANG HARUS DIPERHATIKAN

-	Jika zat-zat terdapat dalam kesetimbangan berbentuk padat dan gas yang dimasukkan dalam, persamaan kesetimbangan hanya zat-zat yang berbentuk gas saja sebab konsentrasi zat padat adalah tetap den nilainya telah terhitung dalam harga Kc itu. Contoh: C(s) + CO2(g)  «   2CO(g) Kc = (CO)2 / (CO2)
-	Jika kesetimbangan antara zat padat dan larutan yang dimasukkan dalam perhitungan Kc hanya konsentrasi zat-zat yang larut saja. Contoh: Zn(s) + Cu2+(aq)  «   Zn2+(aq) + Cu(s) Kc = (Zn2+) / (CO2+)
-	Untuk kesetimbangan antara zat-zat dalam larutan jika pelarutnya tergolong salah satu reaktan atau hasil reaksinya maka konsentrasi dari pelarut itu tidak dimasukkan dalam perhitungan Kc. Contoh: CH3COO-(aq) + H2O(l)  «   CH3COOH(aq) + OH-(aq) Kc = (CH3COOH) x (OH-) / (CH3COO-)

Contoh soal:

1. Satu mol AB direaksikan dengan satu mol CD menurut persamaan reaksi:

AB(g) + CD(g)  «   AD(g) + BC(g)

Setelah kesetimbangan tercapai ternyata 3/4 mol senyawa CD berubah menjadi AD dan BC. Kalau volume ruangan 1 liter, tentukan tetapan kesetimbangan untuk reaksi ini !

Jawab:

Perhatikan reaksi kesetimbangan di atas jika ternyata CD berubah (bereaksi) sebanyak 3/4 mol maka AB yang bereaksi juga 3/4 mol (karena koefsiennya sama).
Dalam keadaan kesetimbangan:

(AD) = (BC) = 3/4 mol/l
(AB) sisa = (CD) sisa = 1 - 3/4 = 1/4 n mol/l

K_c = [(AD) x (BC)]/[(AB) x (CD)] = [(3/4) x (3/4)]/[(1/4) x (1/4)] = 9

2. Jika tetapan kesetimbangan untuk reaksi:

A(g) + 2B(g)  «   4C(g)

sama dengan 0.25, maka berapakah besarnya tetapan kesetimbangan bagi reaksi:
2C(g)  «   1/2A(g) + B(g)

Jawab:

- Untuk reaksi pertama: K₁ = (C)⁴/[(A) x (B)²] = 0.25
- Untuk reaksi kedua : K₂ = [(A)^1/2 x (B)]/(C)²
- Hubungan antara K1 dan K2 dapat dinyatakan sebagai:
   K₁ = 1 / (K₂)² ®   K₂ = 2

Azas Le Chatelier menyatakan: Bila pada sistem kesetimbangan diadakan aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu menjadi sekecil-kecilnya.

Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran kesetimbangan.

Bagi reaksi: 

A  +  B   «    C  +  D

KEMUNGKINAN TERJADINYA PERGESERAN

1.	Dari kiri ke kanan, berarti A bereaksi dengan B memhentuk C dan D, sehingga jumlah mol A dan Bherkurang, sedangkan C dan D bertambah.
2.	Dari kanan ke kiri, berarti C dan D bereaksi membentuk A dan B. sehingga jumlah mol C dan Dherkurang, sedangkan A dan B bertambah.

FAKTOR-FAKTOR YANG DAPAT MENGGESER LETAK KESETIMBANGAN ADALAH :

a. Perubahan konsentrasi salah satu zat
b. Perubahan volume atau tekanan
c. Perubahan suhu

A. PERUBAHAN KONSENTRASI SALAH SATU ZAT

Apabila dalam sistem kesetimbangan homogen, konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dari zat tersebut. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak zat tersebut.

Contoh: 2SO₂(g) + O₂(g)  «   2SO₃(g)

- Bila pada sistem kesetimbangan ini ditambahkan gas SO₂, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
- Bila pada sistem kesetimbangan ini dikurangi gas O₂, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

B. PERUBAHAN VOLUME ATAU TEKANAN

Jika dalam suatu sistem kesetimbangan dilakukan aksi yang menyebabkan perubahan volume (bersamaan dengan perubahan tekanan), maka dalam sistem akan mengadakan berupa pergeseran kesetimbangan.

Jika tekanan diperbesar = volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah Koefisien Reaksi Kecil. Jika tekanan diperkecil = volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah Koefisien reaksi besar. Pada sistem kesetimbangan dimana jumlah koefisien reaksi sebelah kiri = jumlah koefisien sebelah kanan, maka perubahan tekanan/volume tidak menggeser letak kesetimbangan.

Contoh: 

N₂(g) + 3H₂(g)  «   2NH₃(g)

Koefisien reaksi di kanan = 2
Koefisien reaksi di kiri = 4

-	Bila pada sistem kesetimbangan tekanan diperbesar (= volume diperkecil), maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
-	Bila pada sistem kesetimbangan tekanan diperkecil (= volume diperbesar), maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

C. PERUBAHAN SUHU

Menurut Van't Hoff:

-	Bila pada sistem kesetimbangan subu dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).
-	Bila pada sistem kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm). Contoh: 2NO(g) + O2(g) «  2NO2(g) ; DH = -216 kJ
-	Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.
-	Jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

PENGARUH KATALISATOR TERHADAP KESETIMBANGAN
Fungsi katalisator dalam reaksi kesetimbangan adalah mempercepat tercapainya kesetimbangan dan tidak merubah letak kesetimbangan (harga tetapan kesetimbangan K_c tetap), hal ini disebabkan katalisator mempercepat reaksi ke kanan dan ke kiri sama besar.

HUBUNGAN ANTARA HARGA K_c DENGAN K_p

Untuk reaksi umum:

a A(g) + b B(g)  «   c C(g) + d D(g)

Harga tetapan kesetimbangan:
K_c = [(C)^c . (D)^d] / [(A)^a . (B)^b]
K_p = (P_C^c x P_D^d) / (P_A^a x P_B^b)
dimana: P_A, P_B, P_C dan P_D merupakan tekanan parsial masing-masing gas A, B. C dan D.

Secara matematis, hubungan antara K_c dan K_p dapat diturunkan sebagai:
K_p = K_c (RT) ^Dn
dimana Dn adalah selisih (jumlah koefisien gas kanan) dan (jumlah koefisien gas kiri).
Contoh:
Jika diketahui reaksi kesetimbangan:
CO₂(g) + C(s)  «   2CO(g)

Pada suhu 300^o C, harga K_p= 16. Hitunglah tekanan parsial CO₂, jika tekanan total dalaun ruang 5 atm!
Jawab:
Misalkan tekanan parsial gas CO = x atm, maka tekanan parsial gas CO₂ = (5 - x) atm.
K_p = (PCO)² / PCO₂ = x² / (5 - x) = 16  ®   x = 4
Jadi tekanan parsial gas CO2 = (5 - 4) = 1 atm

Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana.

Derajat disosiasi adalah perbandingan antara jumlah mol yang terurai dengan jumlah mol mula-mula.

Contoh:

2NH₃(g)  «   N₂(g) + 3H₂(g)

besarnya nilai derajat disosiasi (a):

a = mol NH3 yang terurai / mol NH3 mula-mula

Harga derajat disosiasi terletak antara 0 dan 1, jika:

a = 0 berarti tidak terjadi penguraian
a = 1 berarti terjadi penguraian sempurna
0 < a < 1 berarti disosiasi pada reaksi setimbang (disosiasi sebagian).

Contoh:

Dalam reaksi disosiasi N₂O₄ berdasarkan persamaan

      N₂O₄(g) «   2NO₂(g)

banyaknya mol N₂O4 dan NO₂ pada keadaan setimbang adalah sama.

Pada keadaan ini berapakah harga derajat disosiasinya ?

Jawab:

Misalkan mol N₂O₄ mula-mula = a mol
mol N₂O₄ yang terurai = a a mol ®  mol N₂O₄ sisa = a (1 - a) mol
mol NO₂ yang terbentuk = 2 x mol N₂O₄ yang terurai = 2 a a mol

Pada keadaan setimbang:

mol N₂O₄ sisa = mol NO₂ yang terbentuk

a(1 - a) = 2a a ®  1 - a = 2 a ®  a = 1/3