KESETIMBANGAN KIMIA

B. KESETIMBANGAN KIMIA

1. Ciri Sistem Kesetimbangan Suatu sistem kesetimbangan mempunyai ciri berikut: suatu sistem tertutup, mempunyai sifat makroskopik yang konstan, semua zat pereaksi dan hasil reaksi mempunyai konsentrasi yang konstan sedangkan faktor yang dapat mempengaruhi sistem 1. Ciri Sistem Kesetimbangan Suatu sistem kesetimbangan mempunyai ciri berikut: suatu sistem tertutup, mempunyai sifat makroskopik yang konstan, semua zat pereaksi dan hasil reaksi mempunyai konsentrasi yang konstan sedangkan faktor yang dapat mempengaruhi sistem

2. Tetapan Kesetimbangan Untuk reaksi yang umum aA+b

B +…………………

c C + d D +…………

Persamaan ini disebut : Hukum Kesetimbangan Suatu reaksi yang pereaksinya lebih dari satu fasa, disebut kesetimbangan heterogen, misalnya: 2 C (s) +O 2(g)

2 CO 2 (g)

Pada umumnya pada suhu tertentu, konsentrais padatan murni atau cairan murni konstan. Oleh karena itu, tetapan kesetimbangan untuk reaksi di atas

Harga tetapan kesetimbangan merupakan ukuran sampai berapa jauh suatu reaksi dapat berlangsung. Harga tetapan kesetimbangan K, selalu tetap pada suhu tertentu.

3. Tetapan kesetimbangan dan stoikiometri reaksi

Semua koefisien pada persamaan reaksi 2 setengah dari koefisien pada persamaan reaksi 1. Hubungan antara kedua tetapan kesetimbangan

b) 2 NO + O 2 2 NO 2

2NO 2 2 NO + O 2

Cara penulisan reaksi 2, berlawanan dengan cara penulisan reaksi 1. Hubungan antara K 1 dan K 2 Cara penulisan reaksi 2, berlawanan dengan cara penulisan reaksi 1. Hubungan antara K 1 dan K 2

Reaksi ketiga merupakan jumlah reaksi pertama dan kedua. Hubungan antara ketiga tetapan kesetimbangan

K3= K1 K2

4. Berbagai ungkapan K, Kc, Kp, Kx Satuan konsentrasi yang biasanya digunakan untuk ungkapan tetapan kesetimbangan: Untuk larutan : kemolaran atau fraksi mol Untuk gas : tekanan parsial, mol per liter, fraksi mol Tetapan kesetimbangan untuk reaksi

aA (g) +bB (g) +………………… cC (g) +dD (g) +…………

dapat dinyatakan dengan,

a) Konsentrasi, (C)

b) Tekanan parsial, p

c) Fraksi mol, x

Hubungan antara Kp dan Xc, Kp dan Kx. Untuk reaksi aA (g) +bB (g) +………………… cC (g) +dD (g) +…………

Jika =0

Kp = Kc

P= tekanan total Jika =0

Kp = Kx

5. Tetapan kesetimbangan dan derajat disosiasi

a) N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g)

jumlah Awal

Kesetimbangan

n(1+ α) Fraksi mol

n(1- α)

2n α

Tekanan parsial

jumlah Awal

0 0 n Kesetimbangan

n(1- α) n α

nα

n(1+ α)

Fraksi mol

Tekanan parsial P

6. Potensial kimia Potensial kimia yaitu energi bebas per mol

Potensial kimia adalah besaran intensif berarti tidak tergantung pada jumlah zat. Potensial kimia suatu sistem dinyatakan dengan Potensial kimia adalah besaran intensif berarti tidak tergantung pada jumlah zat. Potensial kimia suatu sistem dinyatakan dengan

Keaktifan mempunyai harga satu pada keadaan standard

7. Tetapan kesetimbangan dan termodinamika Ada dua cara penentuan tetapan kesetimbangan:

a) Melalui penentuan konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang

b) Perhitungan dari data termodinamika melalui hubungan antara dan K

K=

K=

8. Tetapan kesetimbangan dan temperatur

Andaikan dan konstan, tidak bergantung pada temperatur, ln K merupakan

fungsi linier dari

Jika kita ketahui harga dan tetapan kesetimbangan pada suatu temperature tertentu, maka tetapan kesetimbangan pada temperature lain dapat dihitung. Sebaliknya, jika harga K untuk dua macam temperature diketahui,

dapat dihitung.

9. Arah pergeseran kesetimbangan Pengaruh perubahan suasana terhadapa kesetimbangan dapat dijelaskan dengan azas le chatelier, yang berbunyi Apabila pada suatu sistem kesetimbangan diberikan suatu aksi yang mempengaruhi kedudukan kesetimbangan maka kesetimbangan akan bergeser kea rah sedemikian rupa, sehingga pengaruh aksi tadi sekecil mungkin. Aksi yang diberikan dapat berupa perubahan konsentrasi, perubahan tekanan (volume), dan perubahan suhu.

a) Pengaruh perubahan konsentrasi Andaikan jumlah salah satu pereaksi atau hasil reaksi kesetimbangan ditambah, menurut azas Le Chatelier, kesetimbangan akan bergeser sehingga konsentrasi zat tadi berkurang, sebaliknya apabila jumlah salah satu pereaksi atau hasil reaksi dikurangi, kesetimbangan akan bergeser sehingga konsentrasi zat tadi bertambah. Sebagai contoh, perhatikan reaksi.

2SO 2 (s) +O 2 (g) SO 3 (g)

jika pada sistem ini ditambahkan lagi udara, maka untuk mengimbangi pertambahan ini, oksigen bereaksi dengan SO 2 membentuk SO 3 . Kesetimbangan bergeser ke kanan.

b) Pengaruh perubahan tekanan Pengaruh tekanan merupakan juga pengaruh konsentrasi, karena perubahan tekanan disertai perubahan volume, kecuali pada tekanan tinggi, perubahan volume yang disebabkan oleh tekanan hanya berlaku untuk gas. Oleh karena itu, pengaruh perubahan tekanan biasanya diamati untuk reaksi kesetimbangan yang menyangkut gas. Perhatikan kesetimbangan

2NO (g) +O 2 (g) 2 NO 2 (g)

Jika tekanan dinaikkan menjadi dua kali, konsentrasi semua gas sesaat juga menjadi dua kali. Perubahan ini akan diimbangi dengan lebih banyak juga NO dan O 2 bereaksi membentuk NO 2 . Berarti jumlah molekul sistem berkurang sehingga tekanan jadi kesetimbangan bergeser ke kanan. Jika jumlah mol di ruas kiri dan di ruas kanan persamaan reaksi sama banyak, seperti misalnya:

H 2 (g) +I 2 (g) 2HI (g)

Kenaikan tekanan tidak memberikan pengaruh pada kedudukan kesetimbangan karena kesetimbangan tidak mungkin bergeser untuk mengurangi konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi.

c) Pengaruh perubahan temperatur Agar dapat menentukan arah pergeseran kesetimbangan, perlu diketahui, kearah pergeseran manakah yang akan disertai dengan pengeluaran atau penyerapan energi thermal. Misalnya, perhatikan reaksi

N 2 (g) +3H 2 (g) 2 NH 3 (g)

Andaikan dalam sistem ini mencapai kesetimbagnan pada 500 0

C, kemudian suhudinaikkan menjadi 700 0

C, maka sesuai dengan azas Le Chatelier kesetimbangan akan bergeser ke kiri, karena penguraian NH 3 menjadi N 2 dan H 2 menyerap energi.

d) Pengaruh katalis Katalis tidak mempengaruhi kedudukan kesetimbangan. Dalam hal ini, katalis memberikan pengaruh yang sama pada laju reaksi ke kanan dan laju reaksi ke kiri. Katalis dapat mempercepat tercapainya kesetimbangan. Katalis tidak mempengaruhi harga tetapan kesetimbangan.

10. Contoh soal

a. Diketahui untuk reaksi

N 2 (g) +3H 2 (g) 2 NH 3 (g)

Kp = 1.64 x 10 -4 Hitung Kp untuk

a)

b) 2 NH 3 (g)

b. diketahui kesetimbangan

PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g)

0 Hitung Kc pada 250

C, jika diketahui Kp= 1.78

Jawab: Kp=Kc

Kc=

Laju reaksi atau kecepatan reaksi dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi zat pereaksi atau produk reaksi tiap satuan waktu. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi adalah luas permukaan, konsentrasiu, suhu, katalis dan cahaya. Persamaan kecepatan reaksi tidak diturunkan dari reaksi, tetapi diturunkan dari hasil eksperimen.

Suatu reaksi kimia dikatakan setimbang jika kecepatan reaksi kedua arah sama. Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya pergeseran kesetimbangan adalah konsentrsai, suhu, volume, dan tekanan.

Laju reaksi dan kesetimbangan kimia bermanfaat dalam dunia industry, sebab dengan memahami konsep laju reaksi dan kesetimbangan kimia dapat mempertinggi produksi suatu industri.

6. Latihan Kasus 1

Reaksi :

H 2 O 2 (aq) ---------  H 2 O+½O 2 (1)

2 MnO - 4 +5H 2 O 2 -------  2 Mn 2+ +8H 2 O + 5O 2 (2)

Bila tepat 300 detik setelah reaksi (1) dimulai, 5 ml campuran reaksi di ambil dan segera

dititrasi dengan 0,1 M MnO -

4 dalam larutan asam (2) diperlukan 37,1 mL MnO 4 . Berapa [H 2 O 2 ] pada saat tersebut.

Kasus 2

Formanida digunakan sebagai zat antara dan pelarut dalam industry farmasi, zat warna dan bahan kimia pertanian. Pada suhu tinggi, formamida terdekomposisi menjadi NH 3 (q) dan CO (g) HCONH 2 (g) ------------  NH 3 (g) + CO (g) K = 4,84 pada 400K Jika 0,1 mol HCONH 2 (g) dibiarkan berdisosiasi dalam tabung 1,5 Liter pada 400 K. Berapa tekanan total pada keadaan setimbangnya.