BELAJAR KESETIMBANGAN KIMIA

A. Pengertian Kesetimbangan

Coba kalian perhatikan gambar dibawah ini! Pastilah kalian mengenal dan sering menjumpainya dalam kehidupan sehari–hari.

Ketika sebuah timbangan dalam kondisi setimbang, maka jarum penunjuk timbangan dalam posisi lurus dan diam, artinya bagian kiri dan bagian kanan menunjukkan massa yang sama. Hal ini bisa menganalogikan kondisi setimbang dalam ilmu kimia. Istilah kesetimbangan kimia menunjukkan bahwa laju reaksi ke arah kanan dan kiri bernilai sama besar. Hanya saja kesetimbangan kimia bersifat dinamis bukan statis atau diam layaknya timbangan massa. Nah pada materi kali ini kita akan mengenal reaksi kesetimbangan dalam reaksi kimia.

1. Arah Reaksi Kimia

a. Reaksi searah / tidak dapat balik / irreversible yaitu reaksi yang beriangsung dari arah reaktan ke produk atau ke kanan. Pada reaksi ini, produk tidak dapat bereaksi kembali menjadi zat-zat asalnya.

Ciri-ciri reaksi searah adalah:

1) persamaan reaksi ditulis dengan satu anak panah ke arah produk/kanan (→);

2) reaksi akan bedwenti setelah salah satu atau semua reaktan habis;

3) produk tidak dapat terurai menjadi zat-zat reaktan; dan

4) reaksi berlangsung tuntas/berkesudahan.

Contoh reaksi searah: NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)

b. Reaksi dua arah/dapat balik/reversibIe yaitu reaksi yang dapat berlangsung dari reaktan ke produk atau ke kanan dan juga sebaliknya dari produk ke reaktan atau ke kiri.

Ciri-ciri reaksi dua arah adalah:

1) persamaan reaksi ditulis dengan dua anak panah dengan arah berlawanan (⇄)

2) reaksi ke arah produk disebut reaksi maju, reaksi ke arah reaktan disebut

reaksi balik.

Contoh reaksi dua arah:

1) N₂(g)+3H₂(g) ⇄ 2 NH₃(g)

2) H₂O(l) ⇄ H₂O(g)

Apabila reaksi dua arah berlangsung dalam ruang tertutup dan laju reaksi ke kanan sama besar dengan laju reaksi ke kiri, reaksi dikatakan dalam keadaan setimbang.Reaksinya disebut reaksi kesetimbangan.

Dalam keadaan setimbang, jumlah reaktan dan produk tidak harus sama, asalkan laju reaksi ke kiri dan ke kanan sama besar.

2. Jenis Kesetimbangan Kimia

a. Kesetimbangan homogen yaitu kesetimbangan kimia yang di dalamnya terdapat satu wujud zat, misalnya gas atau larutan.

Contoh :

N₂(g) + 3H₂ (g) ⇄ 2NH₃ (g)

2SO₃(g) ⇄ 2SO₂ (g) + O₂ (g)

2HCl (g) + 1 2 O₂(g) ⇄ H₂O(g) + Cl₂ (g)

b. Kesetimbangan heterogen yaitu kesetimbangan kimia yang di dalamnya terdapat berbagai macam wujud zat, misalnya gas, padat, cair dan larutan.

Contoh :

C (s) + H₂O (g) ⇄ CO (g) + H₂ (g)

2NaHCO₃ (s) ⇄ Na₂CO₃ (s) + H₂O (l) + CO₂(g)

HCO^-(aq) + H₂O (l) ⇄ CO₃ ^2- (aq) + H₃O⁺ (aq)

Ag+ (aq) + Fe²⁺(aq) ⇄ Ag (s) + Fe³⁺(aq)

B. Kesetimbangan Dinamis

Kesetimbangan dalam reaksi kimia dapat dibagi menjadi dua, yaitu kesetimbangan statis dan kesetimbangan dinamis.

1. Kesetimbangan statis terjadi ketika semua gaya yang bekerja pada objek bersifat seimbang, yaitu tidak ada gaya yang dihasilkan. artinya setelah tercapai keadaan setimbang reaksi tersebut berhenti, hal ini dapat kita gambarkan saat kita mengisi air pada bejana berhubungan, seperti ganbar berikut

pada bejana berhubungan tersebut setelah kran tengah di buka maka tingggi air sebelah kanan dengan sebelah kiri menjadi sama, setelah tinggi air sama tidak ada lagi air yang bergerak dari kiri ke kanan atau sebaliknya (air menjadi statis)

2. Kesetimbangan dinamis diperoleh ketika semua gaya yang bekerja pada objek bersifat seimbang, tapi objeknya sendiri bergerak.

Pada persamaan reaksi kesetimbangan kimia setiap terjadi reaksi ke kanan, maka zat-zat produk akan bertambah, sementara zat-zat reaktan berkurang. Sebaliknya, reaksi juga dapat bergeser ke arah reaktan sehingga jumlah produk berkurang. Akibatnya terjadi lagi reaksi ke arah kanan. Demikian ini terjadi terus-menerus, sehingga secara mikroskopis terjadi reaksi bolak-balik (dua arah) pada reaksi kesetimbangan. Keadaan seperti ini dikatakan bahwa kesetimbangan bersifat dinamis.

Keadaan dinamis hanya terjadi dalam sistem tertutup.

misalnya pada reaksi kesetimbangan 퐶(푠) + 퐻₂푂 (푔) ⇄ 퐶푂(푔) + 퐻₂(푔) dapat digambarkan dengan grafik berikut :

Tercapai jika pada saat kesetimbangan V1 = V2.

Contoh kesetimbangan dinamis dalam kehidupan sehari-hari yaitu proses pemanasan air dalam wadah tertutup. Saat suhu mencapai 100°C air akan berubah menjadi uap dan tertahan oleh tutup. Apabila pemanasan dihentikan, uap air yang terbentuk akan berubah menjadi air kembali sehingga jumlah air di dalam wadah tidak akan habis. Reaksi yang terjadi adalah H2O(l) ⇄ H2O(g). Reaksi ke kanan adaIah reaksi penguapan sementara reaksi ke kiri adalah reaksi pengembunan

Jadi Kesetimbangan kimia mempunyai ciri-ciri sebagai berikut.

a. Reaksi berlangsung dua arah dan dalam ruang tertutup.

b. Laju reaksi ke kiri dan ke kanan sama besar.

c. Tidak terjadi perubahan makroskopis tetapi perubahan terjadi secara mikroskopis.

C. Tetapan kesetimbangan

Tetapan kesetimbangan merupakan angka yang menunjukkan perbandingan secara kuantitatif antara produk dengan reaktan.

Berdasarkan jenis reaksi kesetimbangannya, reaksi kesetimbangan terdiri dari reaksi kesetimbangan homogen (fase sama) dan reaksi kesetimbangan heterogen (fase berbeda), sehingga secara umum nilai tetapan kesetimbangan terdiri atas tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc) dan tetapan kesetimbangan tekanan (Kp)

I. Tetapan kesetimbangan Kc hanya berlaku untuk zat dengan fase gas (g) dan larutan (aq), dimana nilai Kc dapat dituliskan sebagai berikut :

pA (g) + qB (aq) ⇄ rC (g) + sD (aq)

Tetapan kesetimbangan (Kc)

Keterangan :

• K = tetapan kesetimbangan

• [A] = molaritas zat A .................................. (M)

• [B] = molaritas zat B .................................. (M)

• [C] = molaritas zat C ...................................(M)

• [D] = molaritas zat D .................................. (M)

a. Semua fase senyawa dalam wujud gas (Reaksi Homogen)

Perhatikan reaksi berikut.

푎퐴 (푔) + 푏퐵(푔) ⇄ 푐퐶(푔) + 푑퐷(푔)

Dari reaksi di atas lambang A dan B merupakan pereaksi, sedangkan lambang C dan D merupakan hasil reaksi. Lalu pada a, b, c dan d masing-masing merupakan koefisien reaksi pada A, B, C, dan D.

Harga 퐾푐 dapat dirumuskan seperti hukum kesetimbangan dengan ketentuan sebagai berikut.

1) Pada kesetimbangan, laju reaksi ke kanan (푟1) sama dengan laju reaksi ke kiri (푟2) atau 푟₁ = 푟₂.

2) Pada keadaan setimbang, reaksi dianggap stabil. Artinya orde reaksi sesuai koefisien reaksinya, yatu: 푟₁ = 푘₁[퐴]^푎[퐵]^푏 dan : 푟₂ = 푘₂[퐶]^푐[퐷]^푑.

3) Harga 퐾푐 =

Dari ketentuan tersebut, diperoleh persamaan:

푟1 = 푟2

푘₁[퐴]^푎[퐵]^푏 = 푘₂[퐶]^푐[퐷]^푑

b. Fase senyawa dalam reaksi bervariasi (Reaksi Heterogen)

푝푃(푔) + 푞푄(푠) ⇄ 푟푅(ℓ) + 푠푆(푎푞)

Reaksi di atas merupakan reaksi dengan fase bervariasi, dimana dalam reaksi terdapat fase gas, cairan, larutan, dan padatan. Untuk kasus tersebut, tetapan kesetimbangannya ditentukan hanya berdasarkan konsentrasi zat yang berfase gas dan larutan saja karena zat yang berfase padat dan cair konsentrasinya dianggap tetap.

Penulisan notasi tetapan kesetimbangan (Kp) untuk reaksi tersebut sebagai berikut :

Maka

Oleh karena [푄] dan [푅] dianggap tetap, sehingga :

Contoh Soal

2) Tuliskan harga 퐾푐 untuk :

a. 2푆푂2 (푔) + 푂2 (푔) ⇄ 2푆푂3 (푔)

b. 퐶(푠) + 퐶푂2(푔) ⇄ 2퐶푂(푔)

Jawab :

3) Di dalam ruang tertutup yang volumenya 8 L pada suhu tertentu terdapat kesetimbangan antara 0,7 mol gas hidrogen; 0,6 mol gas klor; dan 0,5 mol gas HCl. Berapakah harga etapan kesetimbangan pada keadaan tersebut?

Jawab :

Reaksi yang terjadi: 퐻2 (푔) + 퐶푙2 (푔) ⇄ 2퐻퐶(푔)

Volume total = 8 L

II. Tetapan kesetimbangan Kp hanya berlaku untuk zat dengan fase gas (g) saja, dimana nilai Kc dapat dituliskan sebagai berikut :

aA (g) + bB (g) ⇄ cC (g) + dD (g)

Tetapan kesetimbangan (Kp)

Keterangan :

PA = Tekanan Parsial Zat A

PB = Tekanan Parsial Zat B

PC = Tekanan Parsial Zat C

PD = Tekanan Parsial Zat D

Nilai tekanan (P) tiap zat dapat dihitung menurut perhitungan berikut ini :

Misalnya, menghitung tekanan untuk zat A

PA = x P total

Demikian pula untuk reaksi yang melibatkan fase gas dan padatan, tetapan kesetimbangan tekanan ditentukan hanya berdasarkan tekanan zat yang berfase gas juga. Oleh karena itu, notasi tetapan kesetimbangannya ditulis sebagai berikut.

푤푊(푔) + 푥푋(푠) ⇄ 푦푌(푔) + 푧푍(푔)

Oleh karena (푋) dianggap tetap, sehingga:

III. Harga tetapan kesetimbangan (퐾) beberapa reaksi kimia dapat dibandingkan satu sama lain berdasarkan ketentuan sebagai berikut :

1) Reaksi yang berkebalikan, tetapan kesetimbangannya =

2) Reaksi yang merupakan 푥 kali dari reaksi tersebut, tetapan kesetimbangannya 퐾^푥.

3) Jika suatu reaksi merupakan pembagian sebesar 푥 dari reaksi maka tetapan kesetimbangannya

IV. Hubungan Kc dengan Kp

Hubungan Kc dengan Kp dapat ditentukan berdasarkan rumus PV = nRT atau

P = konsentrasi (V/n). RT.

Untuk reaksi: 푎퐴 (푔) + 푏(푔) ⇄ 푐퐶(푔) + 푑퐷(푔)

D. Pergeseran Kesetimbangan

Suatu sistem dalam keadaan setinbang cenderung mempertahankan kesetimbangannya, sehingga bila ada pengaruh dari luar maka sistem tersebut akan berubah sedemikian rupa agar segera diperoleh keadaan kesetimbangan lagi. Dalam hal ini dikenal dengan azas Le Chatelier (Hendy Louis Le Chatelier) yaitu,

Jika dalam suatu sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu sekecil mungkin.

Beberapa aksi (factor – factor) yang dapat menimbulkan perubahan pada sistem kesetimbangan antara lain,

1. Perubahan Konsentrasi

JIka dalam suatu sistem kesetimbangan konsentrasi salah satu komponen dalam sistem ditambah maka kesetimbangan akan bergeser dari arah penambahan itu, dan jika salah satu komponen dikurangi maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan itu.

2. Perubahan Volume/Tekanan

Antara volume dan tekanan berbanding terbalik,jika volume diperbesar maka tekanan diperkecil begitu juga sebaliknya.Jika dalam suatu sistem kesetimbangan volume diperbesar/tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah koefisien zat yang lebih besar dan jika volumenya diperkecil/tekanan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser kea rah koefisien yang lebih kecil.

3. Perubahan Suhu

Menurut Azas Le Chatelier , jika sistem dalam sistem kesetimbangan terjadi kenaikan suhu, maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah reaksi yang menyerap kalor (ΔH positif/endoterm) dan sebaliknya jika dalam sistem penurunan suhu maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan kea rah reaksi yang melepaskan kalor ( ∆H negative/eksoterm)