BAB IV KEGIATAN 3
KESETIMBANGAN KIMIA
A. Tujuan Antara
Kompetensi yang diharapkan setelah kegiatan 3 ini adalah : 1. Menjelaskan reaksi reversibel dan irreversibel
2. Menjelaskan kesetimbangan dinamis 3. Menyimpulkan ciri-ciri kesetimbangan dinamis
4. Menjelaskan hukum kesetimbangan dan tetapan kesetimbangan. 5. Menjelaskan kesetimbangan homogen dan heterogen.
6. Menjelaskan tetapan kesetimbangan tekanan dan menjelaskan hubungan antara K
p
dengan K
c
. 7. Menentukan harga K
c
berdasarkan reaksi-reaksi yang berkaitan. 8. Menjelaskan makna tetapan kesetimbangan
9. Menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan-bahan kimia di industri yang didasarkan pada reaksi kesetimbangan
B. Uraian Materi
Dalam suatu reaksi kimia, seberapa jauh reaksi dapat berlangsung ? Dalam arti, seberapa banyak pereaksi akan bereaksi membentuk produk reaksi ? Apakah reaksi
akan berlangsung tuntas atau tidak ? Dalam industri, amonia dibuat dari gas nitrogen dan gas hidrogen menurut
persamaan: N
2
g + 3H
2
g 2NH
3
g H = 92 kJ.
Stoikiometri reaksi menunjukkan bahwa 1 mol nitrogen bereaksi dengan 3 mol hidrogen membentuk 2 mol amonia, tetapi dari percobaan diketahui bahwa hal seperti
itu tidak pernah tercapai. Ternyata reaksi berlangsung tidak tuntas. Reaksi seolah-olah berhenti setelah sebagian nitrogen dan hidrogen bereaksi. Reaksi berakhir dengan suatu
campuran yang mengandung NH
3
, N
2
, dan H
2
. Hal seperti itulah yang disebut dengan
kesetimbangan kimia
. PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
kanan
kiri
Waktu La
ju reak s
i
kanan
=
kiri
Reaksi Reversibel dan Irreversibel
Pada proses pembakaran kayu, abu hasil pembakaran tidak akan dapat diubah menjadi kayu lagi. Reaksi seperti ini digolongkan sebagai reaksi yang tidak dapat
dibalik hanya berlangsung satu arah atau disebut reaksi Irreversibel. Kebalikan dari reaksi tersebut adalah reaksi Reversibel yaitu reaksi yang arahnya dapat dibalik atau
berlangsung dua arah. Dalam kehidupan sehari-hari jarang ditemui reaksi reversibel, karena reaksi umumnya berlangsung searah. Namun di labora-torium maupun dalam
industri, ada reaksi yang berlangsung dua arah dapat balik.
Kesetimbangan Dinamis
Suatu reaksi dikatakan telah mencapai kesetimbangan dinamis, bila laju reaksi ke arah produk berkurang sedangkan laju reaksi ke arah pereaksi bertambah, dan laju
bertambahnya produk sama besar dengan laju berkurangnya produk. Istilah dinamis digunakan karena reaksi terus berlangsung secara mikroskopis pada tingkat molekul.
Gambar 3.1. Laju reaksi terhadap waktu pada kesetimbangan dinamis
Hukum kesetimbangan dan Tetapan kesetimbangan
Guldberg dan Waage menemukan hubungan sederhana antara konsentrasi zat- zat pereaksi dan produk reaksi sewaktu reaksi kimia mencapai kesetimbangan dinamis.
Jika reaksi kesetimbangan dinyatakan sebagai : mA + nB
⇌ pC + qD maka hubungan antara konsentrasi pereaksi dan produk reaksi dapat dirumuskan
sebagai berikut : Q
=
n m
q p
B A
D C
] [
] [
] [
] [
…………………………………………………………3.1 PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Rumus ini dikenal dengan rumus aksi massa dimana Q adalah kuotion reaksi. Pada keadaan setimbang, nilai Q adalah tetap dan inilah yang dikenal sebagai tetapan
kesetimbangan K
c
subscrib c menyatakan konsentrasi. Jadi tetapan kesetimbangan K
c
dirumuskan sebagai berikut:
…………………………………………………..3.2
Kesetimbangan Homogen dan Heterogen
Berdasarkan fase dari zat-zat pereaksi dan produk reaksi, kesetimbangan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.
Kesepakatan penulisan persamaan tetapan kesetimbangannya adalah sebagai berikut : “ Persamaan tetapan kesetimbangan hanya mengandung komponen yang
konsentrasi atau tekanannya berubah selama reaksi berlangsung. Pada zat padat murni atau zat cair murni, hal itu terjadi dengan sangat lambat sehingga dapat
diabaikan. Oleh karena itu, kedua zat tersebut tidak disertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan“.
a. Kesetimbangan Homogen
Yaitu kesetimbangan dimana semua pereaksi dan produk reaksi berada dalam fasa yang sama. Contoh :
2SO
2
g + O
2
g ⇌ 2SO
3
g K
c
=
] [
] [
] [
2 2
2 2
3
O SO
SO
COg + 3H
2
g ⇌ CH
4
g + H
2
Og K
c
=
3 2
2 4
] ][
[ ]
][ [
H CO
O H
CH
b. Kesetimbangan Heterogen
Yaitu kesetimbangan dimana terdapat lebih dari satu fasa dalam reaksi. BiCl
3
aq + H
2
Ol ⇌ BiOCls + 2HClaq K
c
=
] [
] [
3 2
BiCl HCl
BiOCls dan H
2
Ol tidak disertakan karena merupakan zat padat murni dan zat cair murni.
MgOH
2
s ⇌ MgOs + H
2
Og K
c
= [H
2
O]
K
c
=
n m
q p
B A
D C
] [
] [
] [
] [
PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Tetapan Kesetimbangan Tekanan
Tetapan kesetimbangan untuk sistem gas juga dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas. Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial disebut
tetapan kesetimbangan tekanan parsial dan dinyatakan dengan K
p
. Contoh : N
2
g + 3H
2
g ⇌ 2NH
3
g K
p
=
3 2
2 2
3
H N
NH
P P
P
Hubungan antara K
p
dengan K
c
Tekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi. Dari persamaan gas ideal, yaitu :
RT V
n P
dengan
V n
adalah konsentrasi gas. Untuk kesetimbangan aA + bB cC + dD, persamaan K
p
adalah dengan
P
A
= [A] RT P
C
= [C] RT P
B
= [B] RT P
D
= [D] RT
Sehingga persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut : K
p
=
n m
q p
RT [B]
RT [A]
RT [D]
RT [C]
=
n m
n m
q p
q p
RT B
A RT
D C
] [
] [
] [
] [
= K
c
RT
p +q –
m + n
Misal, n = p + q
– m + n maka : …………………………………………. 3.3
Menentukan Nilai Tetapan Kesetimbangan antara Reaksi-reaksi yang Berkaitan
Selain melalui percobaan, nilai K
c
dari suatu reaksi kesetimbangan dapat ditentukan dari nilai K
c
reaksi kesetimbangan lain yang berkaitan. a.
Mengubah arah reaksi kesetimbangan Jika persamaan reaksi kesetimbangan dibalik, maka harga K
c
juga dibalik. Contoh : 2N
2
g + O
2
g ⇌ 2N
2
O g K
c1
=
] [
] [
] [
2 2
2 2
2
O N
O N
2N
2
O g ⇌ 2N
2
g + O
2
g K
c2
=
2 2
2 2
2
] [
] [
] [
O N
O N
=
1
1
c
K
b. Mengalikan koefisien reaksi dengan suatu faktor
K
p
=
n B
m A
q D
p C
P P
P P
K
p
= K
c
RT
n
PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Jika koefisien suatu reaksi dikalikan suatu faktor n maka harga K
c
yang baru adalah harga K
c
lama dipangkatkan n. Contoh :
2N
2
g + O
2
g ⇌ 2N
2
O g K
c1
=
] [
] [
] [
2 2
2 2
2
O N
O N
4N
2
g + 2O
2
g ⇌ 4N
2
O g K
c2
=
2 2
4 2
4 2
] [
] [
] [
O N
O N
= K
c1 2
c. Menjumlahkan reaksi-reaksi kesetimbangan
Jika reaksi-reaksi kesetimbangan dijumlahkan, maka tetapan kesetimbangan untuk reaksi gabungannya sama dengan hasil kali tetapan-tetapan kesetimbangan dari
reaksi-reaksi yang dijumlahkan. 2N
2
g + O
2
g ⇌ 2N
2
O g K
c1
=
] [
] [
] [
2 2
2 2
2
O N
O N
2N
2
O g + 3O
2
g ⇌ 4NO
2
g K
c2
=
3 2
2 2
2 2
] [
] [
] [
O O
N NO
2N
2
g + 4O
2
g ⇌ 4NO
2
g K
c3
=
4 2
2 2
4 2
] [
] [
] [
O N
NO
= K
c1
x K
c2
Makna Tetapan Kesetimbangan
Memberikan informasi tentang posisi kesetimbangan .
Semakin kecil K
c
maka semakin sedikit pereaksi yang membentuk produk reaksi. Posisi kesetimbangan berada di kiri. Sebaliknya semakin besar K
c
semakin banyak produk reaksi yang terbentuk. Posisi kesetimbangan berada di kanan. Kisaran K
c
berikut dapat digunakan untuk memperkirakan seberapa jauh reaksi telah berlangsung.
Nilai K
c
Arti
K
c
sangat kecil 10
-3
Reaksi hanya membentuk sedikit produk reaksi. K
c
sangat besar 10
-3
Reaksi berlangsung hampir tuntas. K
c
1 Reaksi berimbang.
Meramalkan apakah reaksi telah setimbang atau belum. +
PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Untuk suatu set nilai konsentrasi zat-zat pereaksi dan produk reaksi, dapat diramalkan apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan atau belum. Hal ini
dilakukan dengan membandingkan kuotion reaksi Q dan tetapan kesetimbangan K
c
.
Nilai K
c
Arti
Q K
c
Reaksi berlangsung ke kanan
Q = K
c
Reaksi setimbang
Q K
c
Reaksi berlangsung ke kiri.
Pergeseran Kesetimbangan dan Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan
Menurut Asas Le Chatelier : Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan aksi maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi
pengaruh aksi tersebut sampai diperoleh kesetimbangan baru. Secara singkat dapat
disimpulkan bahwa : Reaksi = – Aksi
Hukum di atas juga disebut hukum aksi reaksi. Cara sistem bereaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.
Penerapan asas Le Chatelier terhadap pergeseran kesetimbangan adalah sebagai berikut :
Pengaruh Konsentrasi
Sesuai dengan asas Le Chatelier, apabila pada suhu tetap, konsentrasi pereaksi atau produk reaksi berubah maka kesetimbangan akan bergeser untuk mengurangi
pengaruh tersebut sampai diperoleh kesetimbangan yang baru. Ada tiga cara mengubah konsentrasi zat, yaitu :
a. Menaikkan konsentrasi pereaksi atau produk reaksi
Jika konsentrasi pereaksi dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
Jika konsentrasi produk reaksi dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.
b. Menurunkan konsentrasi pereaksi atau produk reaksi
Jika konsentrasi pereaksi diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri. PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Jika konsentrasi produk reaksi diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
c. Menurunkan konsentrasi total pengenceran
Jika konsentrasi total diturunkan dengan pengenceran, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah mol yang besar.
Pengaruh Suhu
Pengaruh suhu terkait dengan penyerapan dan pelepasan kalor. Pada reaksi kesetimbangan, apabila reaksi ke kanan bersifat endoterm, maka reaksi ke kiri akan
bersifat eksoterm. Pengaruh suhu adalah sebagai berikut :
Jika suhu dinaikkan kalor ditambahkan pada campuran reaksi, maka reaksi sistem adalah menurunkan suhu sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah
reaksi yang menyerap kalor endoterm.
Jika suhu diturunkan kalor dikurangi, maka reaksi sistem adalah menaikkan suhu sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang melepas kalor
eksoterm.
Pengaruh Tekanan dan Volume
Pengaruh tekanan terhadap kesetimbangan hanya berlaku untuk sistem reaksi yang melibatkan gas
. Tekanan gas bergantung pada jumlah molekul menurut persamaan hukum gas ideal :
P =
V n
RT ………………………………………………………….. 3.4
Pada suhu tetap : P
V n
konsentrasi ………………………………………………..3.5
Perubahan tekanan dengan cara mengubah volume akan mengubah konsentrasi semua komponen. Sesuai asas Le Chatelier, pengaruh tekanan dan volume adalah sebagai
berikut :
Jika pada suhu tetap, tekanan diperbesar volum diperkecil, maka reaksi sistem akan mengurangi tekanan tersebut sehingga kesetimbangan akan bergeser ke
arah mol koefisien reaksi yang lebih kecil. PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Jika pada suhu tetap, tekanan diperkecil volum diperbesar, maka reaksi sistem akan menambah tekanan tersebut sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah
mol koefisien reaksi yang lebih besar.
2. Pengaruh Katalis
Katalis akan memperbesar laju reaksi dengan menurunkan energi pengaktifan. Hal tersebut berlaku untuk kedua arah sehingga katalis akan mempercepat laju reaksi
baik reaksi maju maupun reaksi balik . Oleh karena itu, panggunaan katalis akan
mempercepat tercapainya kesetimbangan. Reaksi yang memerlukan waktu berhari-hari untuk mencapai kesetimbangan dapat dicapai dalam beberapa menit.
C. Latihan Soal
1. Pada suhu 500 K terdapat kesetimbangan : 2SO
2
g + O
2
g ⇌ 2SO
3
g dengan nilai K
c
= 25. Jika R = 0,082 L atm mol
-1
K
-1
, tentukan nilai K
p
2. Amonia NH
3
dibuat dari gas N
2
dan gas H
2
menurut Proses Haber-Bosch. Reaksinya adalah sebagai berikut :
N
2
g + 3H
2
g 2NH
3
g K
c
= 6,0 x 10
-2
L
2
mol
-2
500 C
Apabila dalam volume 1 L terdapat 0,01 mol N
2
; 0,05 mol H
2
; dan 0,002 mol NH
3
, perkirakan apakah reaksi telah setimbang ? 3. Pada reaksi kesetimbangan : 2SO
3
g ⇌ 2SO
2
g + O
2
g, konsentrasi SO
3
, SO
2
, dan O
2
pada kesetimbangan berturut-turut 0,4 M; 0,2 M; dan 0,1 M. hitunglah tetapan kesetimbangan reaksi tersebut
4. Ion besiIII bereaksi dengan ion tiosianat membentuk ion tiosiano besiIII menurut reaksi kesetimbangan :
Ke arah mana kesetimbangan akan bergeser jika : a.
Ditambahkan larutan FeCl
3
ion Fe
3+
b. Ditambahkan larutan KSCN ion SCN
-
c. Ditambahkan larutan KOH ion OH
-
d. Larutan diencerkan
5. Diketahui reaksi kesetimbangan :
Fe
3+
aq + SCN
-
aq ⇌ FeSCN
2+
aq
Kuning-jingga tidak berwarna
merah darah
PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
N
2
g + 3H
2
g ⇌ 2NH
3
g H = - 92,38 kJ
2H
2
Og ⇌ 2H
2
g + O
2
g H = + 242 kJ
tunjukkan arah pergeseran kesetimbangan jika suhu dinaikkan 6. Terdapat reaksi kesetimbangan :
a. 2COg + O
2
g ⇌ CO
2
g b. H
2
g + O
2
g ⇌ 2HIg
c. N
2
O
4
g ⇌ 2NO
2
g Tentukan arah pergeseran kesetimbangan jika volume diperkecil
7. Dalam 1 L wadah, terdapat kesetimbangan 2SO
3
g ⇌ 2SO
2
g + O
2
g. Mula- mula terdapat 0,5 mol SO
3
. Setelah setimbang, perbandingan mol SO
3
dan O
2
adalah 4 : 3. Hitunglah tetapan kesetimbangan reaksi tersebut 8. Sebanyak 2 mol A
2
B
2
dimasukkan dalam bejana 1 L, lalu sebagian terurai menurut reaksi : A
2
B
2
⇌ 2A + 2B. Jika terbentuk 1mol A, hitunglah derajat disosiasi A
2
B
2
Jawaban Latihan Soal
Jawab soal latihan 1:
K
p
= K
c
RT
n
dengan n = 2
– 2 + 1 = -1
= 25 x 0,082 x 500
-1
= 0,610
Jawab soal latihan 2:
Q =
3 2
2 2
3
] [
] [
] [
H N
NH
=
3 1
1 2
1
05 ,
01 ,
002 ,
Lmol Lmol
Lmol
= 3,2 Karena Q K
c
maka reaksi belum setimbang. Reaksi akan berlangsung ke kiri.
Jawab soal latihan 3 :
K
c
=
2 3
2 2
2
] [
] [
] [
SO O
SO
=
2 2
4 ,
1 ,
2 ,
= 2,5 x 10
-2
Jawab soal latihan 4:
Asas Le Chatelier : Reaksi = - Aksi a. Penambahan ion Fe
3+
berarti menambah konsentrasi pereaksi sehingga kesetimbangan bergeser ke kanan.
b. Penambahan ion SCN
-
berarti menambah konsentrasi pereaksi sehingga kesetimbangan bergeser ke kanan.
c. Penambahan ion OH
-
akan bereaksi dengan ion Fe
3+
membentuk FeOH
3
: PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Fe
3+
aq + OH
-
aq ⇌ FeOH
3
s Hal ini berarti mengurangi konsentrasi pereaksi sehingga kesetimbangan bergeser ke
kiri. d. Larutan diencerkan berarti mengurangi konsentrasi total zat sehingga kesetimbangan
akan bergeser ke arah jumlah mol yang besar yaitu ke kiri.
Jawab soal latihan 5:
Pada kenaikan suhu, reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm. a. Reaksi bergeser ke kiri
b. Reaksi bergeser ke kanan
Jawab soal latihan 6:
Volume diperkecil berarti tekanan diperbesar sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah mol yang kecil.
a. Reaksi bergeser ke kanan. b. Reaksi tidak bergeser.
c. Reaksi bergeser ke kiri.
Jawab soal latihan 7 :
2SO
3
g ⇌ 2SO
2
g + O
2
g Mula-mula :
0,5
Terurai : 6 x
Setimbang :
4 x
6 x
3 x
0,5 – 6 x = 4 x sehingga x = 0,05
[SO
3
] = 4 x = 0,2 M [SO
2
] = 6 x = 0,3 M [O
2
] = 3 x = 0,15 M K
c
=
2 3
2 2
2
] [
] [
] [
SO O
SO
=
2 2
2 ,
15 ,
3 ,
= 0,3375
Jawab soal latihan 8 :
A
2
B
2
⇌ 2A +
2B Mula-mula :
2
PSG Rayon 1 24 Universitas Negeri Makassar
Terurai : 0,5
Setimbang : 1,5
1
awal zat
mol terurai
yang zat
mol
25 ,
2 5
, 0
D. Tes formatif
Kategori