KESETIMBANGAN KIMIA

Tujuan Pembelajaran Khusus

Melalui kegiatan mengamati, mempertanyakan, mengeksplorasi, mengasosiasikan, dan mengomunikasikan diharapkan peserta didik dapat:

1.  Menjelaskan kesetimbangan dinamis.

2.  Menjelaskan kesetimbangan homogen dan heterogen.

3.  Meramalkan arah pergeseran kesetimbangan kesetimbangan dengan asas Le Chatelier.

4.  Menjelaskan pengaruh perubahan suhu, konsentrasi, tekanan, dan volum pada pergeseran kesetimbangan

5. Menjelaskan tetapan kesetimbangan..

6. Menafsirkan data percobaan mengenai konsentrasi pereaksi dan hasil pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang untuk menentukan derajat disosiasi dan tetapan kesetimbangan.

7. Menghitung harga Kc berdasarkan konsentrasi zat dalam kesetimbangan.

8.  Menghitung harga Kp berdasarkan tekanan parsial gas pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan kesetimbangan.

9.  Menghitung harga Kc berdasarkan Kp atau sebaliknya

10.Menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan-bahan kimia di industri yang didasarkan pada reaksi kesetimbangan.

Pendahuluan

Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dapat berlansung dengan sendirinya maupun yang sengaja dibuat oleh manusia.

       Berdasarkan sifat berlangsungnya dapat dibedakan atas.

A.      Reaksi Searah / Reaksi Irreversibel ( à )

Reaksi searah ialah reaksi yang berlangsung dari kiri ke kanan atau disebut reaksi berkesudahan

Contoh : HCl + NaOH à NaCl  +  H₂O

B.      Reaksi dapat balik / Reaksi  reversibel (<===> )

Reaksi searah ialah reaksi yang berlangsung dari kiri ke kanan atau atau sebaliknya

N₂  + 3H₂  < == > 2NH₃

      Berdasarkan wujud zat dapat dibedakan atas

1.   Kesetimbangan Homogen

      adalah sistem kesetimbangan yang 

      komponennya mempunyai wujud yang sama.
         2 SO₂(g) + O₂(g) ↔2 SO₃(g)

2. Kesetimbangan Heterogen
      adalah sistem kesetimbangan yang komponennya
      terdiri atas zat-zat dengan wujud yang berbeda.

        Reaksi: CO₂(g) + H₂O(l)↔ H₂CO₃(aq)

Ciri-ciri keadaan setimbang dinamis adalah sebagai berikut.

1. Reaksi berlangsung terus-menerus dengan arah yang berlawanan.
2. Terjadi pada ruangan tertutup, suhu, dan tekanan tetap.
3. Laju reaksi ke arah hasil reaksi dan ke arah pereaksi sama.
4. Tidak terjadi perubahan makroskopis, yaitu perubahan yang dapat diukur atau
dilihat, tetapi perubahan mikroskopis (perubahan tingkat partikel) tetap
berlangsung.

Hubungan konsentrasi pereaksi dan hasil Reaksi

             A + B  < == >  C + D

Ada  3 kemungkinan

1.  [C] dan [D]  > [A] dan [B]

2.  [C] dan [D]  <   [A] dan [B]

3.  [C] dan [D]  =   [A] dan [B]

B.   FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERGESERAN KESETIMBANGAN

Jika pada suatu system kesetimbangan dikenakan suatu aksi, maka system kesetimbangan tersebut akan melakukan perubahan atau pergeseran kesetimbangan sebagai reaksi untuk mengurangi pengaruh aksi tersebut pada system kesetimbangan (Azas Le-Chatelier)

Berikut ini berbagai factor yang dapat mempengaruhi pergeseran kesetimbangan :

1.       Perubahan konsentrasi

Perubahan konsentrasi akan menggeser kesetimbangan ke arah yang jumlah zatnya lebih sedikit. Jadi jika konsentrasi suatu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dengan penambahan zat tersebut, sebaliknya jika konsentrasi suau zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan zat tersebut.

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g) 

A_2(g)  + B_2(g) : pereaksi/ sebelum reaksi

2AB_(g)           : Hasil pereaksi/ produk 

·       Jika konsentrasi A₂ atau B₂ (pereaksi) diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (ke arah produk)

·       Jika konsentrasi A₂ atau B₂ (pereaksi) diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (ke arah pereaksi)

·       Jika konsentrasi AB (produk) diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi)

·       Jika konsentrasi AB (produk) diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk)

3.       Perubahan tekanan

Jika tekanan diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol kecil (jumlah koefisien kecil).

Jika tekanan diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol besar (jumlah koefisien besar).

Jika jumlah mol/koefisien antara ruas kiri (pereaksi) dan ruas kanan (produk) sama, maka perubahan tekanan baik diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan.

Penting : 

Yang diperhitungkan hanya zat yang fasenya gas (g) dan larutan (aq) saja, untuk fase yang lain padat (s) dan cair (l), diabaikan.

 Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan 2A_(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Jika tekanan diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) karena jumlah mol ruas kiri = 2 + 1 = 3 lebih besar daripada jumlah mol ruas kanan (produk) = 2

Jika tekanan diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) yang memiliki jumlah mol lebih besar.

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Perubahan tekanan (diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan karena jumlah mol pereaksi (ruas kiri) = 1 + 1 = 2 sama dengan jumlah mol produk (ruas kanan) = 2

2.       Perubahan volume

Jika volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol besar (jumlah koefisien besar).

Jika volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol kecil (jumlah koefisien kecil).

Jika jumlah mol/koefisien antara ruas kiri (pereaksi) dan ruas kanan (produk) sama, maka perubahan volume baik diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan.

Penting : 

Yang diperhitungkan hanya zat yang fasenya gas (g) dan larutan (aq) saja, untuk fase yang lain padat (s) dan cair (l), diabaikan.

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan 2A_(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Jika volume diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) karena jumlah mol ruas kiri = 2 + 1 = 3 lebih besar daripada jumlah mol ruas kanan (produk) = 2

Jika volume diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) yang memiliki jumlah mol lebih kecil.

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Perubahan volume (diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan karena jumlah mol pereaksi (ruas kiri) = 1 + 1 = 2 sama dengan jumlah mol produk (ruas kanan) = 2

4.       Perubahan suhu

Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser kearah endoterm (kearah ΔH =+).

Jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser kearah eksoterm (kearah ΔH= -)

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g) ΔH = -25KJ

 ( reaksi tersebut reaksi eksoterm (ΔH bernilai = - )

Jika suhu dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) karena reaksi tersebut eksoterm (ΔH bernilai -) untuk produk, sehingga yg bernilai + adalah pereaksi.

Jika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) karena reaksi tersebut ΔH produk bernilai –

Pada reaksi kesetimbangan 2AB_(g) ↔ A_2(g)  + B_2(g) ΔH = +25KJ

Jika suhu dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) karena reaksi tersebut endoterm (ΔH bernilai +) untuk produk, sehingga yg bernilai + adalah produk.

Jika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) karena reaksi tersebut ΔH produk bernilai +, maka ΔH pereaksi bernilai –

Pengaruh katalisator

          Pada reaksi kesetimbangan, penambahan katalisator tidak akan mempengaruhi pergeseran kesetimbangan, tetapi hanya akan mempercepat tercapainya keadaan setimbang.

C.    TETAPAN/HUKUM KESETIMBANGAN KIMIA

Dalam kesetimbangan kimia terdapat hubungan antara kesetimbangan dengan persamaan reaksi yang disebut hukum kesetimbangan.

1. Konstanta/hukum kesetimbangan konsentrasi (Kc) adalah perbandingan konsentrasi produk dan konsentrasi pereaksi dipangkatkan dengan koefisien masing – masing pada suatu reaksi kesetimbangan.

          Penting : Pada reaksi kesetimbangan, perhitungan konstanta kesetimbangan konsentrasi hanya melibatkan zat yang memiliki fase gas (g) dan larutan (aq) saja. Sedangkan zat fase padat (s) dan cair (l) diabaikan dianggap = 1.

Pada kesetimbangan :

          m A_(g) + n B_(g) ↔ p C_(g) + q D_(g)

Secara umum konstanta kesetimbangan dirumuskan dengan :

 

Kc = konstanta kesetimbangan konsentrasi

A,B,C,D = konsentrasi pereaksi dan produk (M) atau mol/Liter atau mmol/ml

m, n, p, q = koefisien

Untuk Kesetimbangan Homogen ( fasa/wujud zat sama)

Contoh:  pada reaksi kesetimbangan 2H_2(g) + O_2(g) ↔ 2H₂O_(g)

rumus 

Kc = [H₂O]²/[H₂] ².[O₂]

Untuk Kesetimbangan Heterogen( fasa/wujud zat tidak sama)

 Pada reaksi : 2 AB_(s) + C_(aq) ↔ 3AD_(s) 

   Kc = [AD]³/[AB] ².[C]

Sedangkan zat fase padat (s) dan cair (l) diabaikan dianggap = 1.

     Kc = 1³/1 ².[C]

     Kc = 1/[C]

             

Pada reaksi kesetimbangan yang memiliki harga tertentu, dapat dibandingkan antara satu dengan yang lainnya yaitu :

·       Jika reaksi dibalik, maka harga Kc menjadi 1/Kc

Contoh

perhitungan tetapan kesetimbangan konsentrasi :

Suatu percobaan dalam ruang 2 liter terdapat 0,4 mol gas N₂O₄yang terurai menjadi gas NO₂. Setelah setimbang,  ternyata terdapat 0,1 mol N₂O₄ . tentukan Kc dan derajat disosiasi kesetimbangan tersebut!

2. Tetapan Kesetimbangan pada Tekanan Parsial Gas

Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan gas dinyatakan dengan notasi K_p, yaitu hasil kali tekanan parsial gas-gas hasil reaksi dibagi dengan hasil kali tekanan parsial gas-gas pereaksi, masing-masing tekanan parsial gas dipangkatkan koefisiennya menurut persamaan reaksi.

3. Hubungan Kc dengan Kp
Apabila harga salah satu tetapan kesetimbangan sudah diketahui, maka untuk menghitung tetapan kesetimbangan yang lain dapat ditentukan dengan rumus :

Kp = Kc.(RT)^Δn atau Kc = Kp.(RT) ^–Δn

R = tetapan gas umum = 0,082

T =  suhu dalam Kelvin ( = t⁰C + 273)

Δn = jumlah koefisien kanan – jumlah koefisien kiri

4. Derajat disosiasi ( ᾳ )

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 (ᾳ):

ᾳ	=	mol zat yang terurai
		mol zat mula-mula

Harga derajat disosiasi terletak antara 0 dan 1, jika:

a = 0 berarti tidak terjadi penguraian
a = 1 berarti terjadi penguraian sempurna
0 < ᾳ <1 o:p="">

Ke dalam ruangan tertutup 5 liter dimasukkan 1 mol gas A dan 1 mol gas B. Kemudian gas-gas tersebut bereaksi menurut persamaan reaksi berikut :

2A + 3B ⇌ A₂B₃

Jika saat kesetimbangan tercapai masih terdapat 0,25 mol gas B, tekanan ruang  2 atm , maka tentukanlah

a.     harga Kc dari reaksi tersebut !

b.    harga Kc dari reaksi tersebut !

c.     harga derajat disosiasinya zat A dan zat B

Diketahui

mol A= 1 ( mula-mula)

mol B= 1 ( mula-mula)

mol B= 0,25 ( setimbang)

tekanan total= 2 atm

Reaksi        :      2A     +    3B   ⇌    A₂B₃

Mula-mula  :        1              1                -

Reaksi           :   0,5           0,75            0,25   

Setimbang    :    0,5           0,25             0,25

mol total = 0,5 + 0,25 + 0,25 = 1

[A]      =  mol/ liter = 0,5mol / 5 liter = 0,1 M

[B]      = mol/ liter  =0,25 mol / 5 liter = 0,05 M

[A₂B₃] = mol/ liter  =0,25 mol / 5 liter = 0,05 M

Jawab :

a.     harga Kc 

b.     harga Kp