A. PENDAHULUAN - KESETIMBANGAN KIMIA

  materi78.co.nr KIM 2

  Kesetimbangan Kimia A .

  PENDAHULUAN

  setimbang

  irreversible ) atau reaksi tidak

  Reaksi satu arah ( dapat balik adalah reaksi yang terjadi pada satu

  si k

  arah, dan produknya tidak dapat kembali menjadi

  V ¹ reaktan. _{1 2} V = V ju rea la reversible ) atau reaksi dapat

  Reaksi bolak-balik ( balik adalah reaksi yang terjadi pada dua arah ₂ V yang berlawanan dalam waktu bersamaan.

  Dalam reaksi bolak-balik, produk dapat

  waktu

  berubah menjadi reaktan, dan reaktan dapat Pada kesetimbangan kimia, ikatan akan berubah menjadi produk (menjadi reaksi yang terputus atau terbentuk seiring dengan maju- berlawanan). mundurnya atom di antara molekul reaktan dan

  Pada kesetimbangan kimia, hanya ada produk. penyebutan zat di sebelah kiri dan di sebelah

  Kesetimbangan kimia bersifat dinamis karena kanan. walaupun keadaan sudah setimbang, reaksi tetap

  Reaksi bolak-balik dinyatakan dengan dua berlangsung pada tingkat mikroskopis panah yang berlawanan arah, menyatakan reaksi (molekul). maju (ke kanan) dan reaksi balik (ke kiri). ₁ Reaksi mikroskopis tidak tampak karena v

  Contoh: Diketahui perubahan air menjadi uap air ₂ sama dengan v , sehingga seakan-akan reaksi dapat balik, sehingga reaksi dapat ditulis _{2 2} sudah berhenti.

  H O(l) O(g) → H

  H ^{2 O(l) qe H 2 O(g)}

  Kesetimbangan kimia dibagi menjadi dua: H ^{2 O(g) 2 O(l)}

  → H 1) Kesetimbangan homogen (satu wujud/fase)

  Reaksi bolak-balik sempurna terjadi dalam Contoh: sistem tertutup, karena tidak terjadi penambahan _{2(g) 2(g) 3(g)}

  Gas N + 3H qe 2NH atau pengeluaran zat, keluarnya panas/kalor dari _{2(g) 2(g) 3(g)}

  2SO + O qe 2SO sistem, hilangnya gas yang terbentuk, dan _{2 (l) (aq) (aq) + -} qe H Larutan H O + OH sebagainya. _{4 (aq) 4 (aq) (aq) + -}

  NH OH qe NH + OH Reaksi dikatakan setimbang atau mencapai

• _{+ -}

  kesetimbangan apabila:

  CH ^{3 COOH (aq) 3 COO (aq) + H (aq)} qe CH 1)

  Reaksi bolak-balik yang mengandung zat 2) Kesetimbangan heterogen (lebih dari satu berwujud gas terjadi dalam sistem tertutup. fase)

  2) Ketika konsentrasi seluruh zat nilainya tetap. Contoh:

  3) ^{1 ) sama dengan laju} Ketika laju reaksi maju (v ^{3(s) (s) 2(g)}

  Dua fase CaCO qe CaO + CO _2- ⁺ reaksi balik (v ^{2 ).} _{2 4(s) qe 2Ag (aq) 4 (aq)}

  Ag CrO +CrO _{2+ 2-} Contoh: _{4(s) qe Ba (aq) 4 (aq)}

  BaSO + SO Pada reaksi kesetimbangan berikut, qe

  Tiga fase Ca(HCO ^{3 ) 2(aq)}

  N ^{2 (g) + 3H 2 (g) qe 2NH 3 (g)}

  CaCO 3(s) + H ^{2 O (l) + CO 2(g)} keadaan setimbang terjadi ketika:

  B . REAKSI KESETIMBANGAN disosiasi adalah reaksi

  Kesetimbangan setimbang kesetimbangan yang menguraikan suatu zat

  si

  menjadi zat lain, dan reaksi baliknya adalah

  tra kesetimbangan asosiasi/pembentukan. H ² en

  Derajat disosiasi adalah perbandingan jumlah

  ns o NH ³ k

  mol terdisosiasi (bereaksi) dengan jumlah mol zat ₂ sebelum terdisosiasi (mula-mula).

  N jumlah zat terdisosiasi = α jumlah zat awal waktu

  1

  KIM 2 2 materi78.co.nr Derajat disosiasi nilainya berkisar 0 ≤ α ≤ 1.

  (P SO

  Jika reaksi mengandung zat berwujud selain gas, maka pangkat tekanan zatnya nol, karena zat selain gas tidak memiliki tekanan. Contoh: Pada reaksi berikut, konstanta tekanannya:

  2SO 2(g) + O 2(g) qe 2SO 3(g) Tekanan parsial gas dapat dihitung: Satuan konstanta dapat disesuaikan dengan pangkat konsentrasi maupun pangkat tekanan. Konstanta konsentrasi dengan konstanta

  2 (P O

  1) Jika nilai

  2 )

  2 (P SO

  3 )

  ] Kp =

  Konstanta konsentrasi (Kc) dipengaruhi oleh konsentrasi zat yang berwujud larutan dan gas. Jika reaksi mengandung zat berwujud padat dan cair, maka pangkat konsentrasi zatnya nol, karena zat padat dan cair tidak memiliki konsentrasi. Contoh: Pada reaksi berikut, konstanta konsentrasinya:

  Kc =

  [Ba 2+

  ] [SO

  4 2- ] [BaSO

  4 ]

  = [Ba

  2+

  BaSO 4(s) qe Ba ^{2+ (aq) + SO 4 2- (aq)} Konstanta tekanan (Kp) dipengaruhi oleh tekanan zat-zat yang berwujud gas.

  2 )

  4 2-

  2. Berapakah derajat disosiasi N ² O ⁴ ? Jawab:

  α = 0 , maka tidak ada penguraian.

  2) Jika nilai

  α = 1 , maka zat terurai seluruhnya.

  3) Jika nilai 0 <

  α < 1

  , maka zat terurai sebagian (setimbang). Contoh: Dalam reaksi kesetimbangan disosiasi N ² O ⁴ menjadi NO ^{2 , perbandingan mol N 2 O 4 dengan}

  NO ^{2 dalam keadaan setimbang berturut-turut 3 :}

  N ² O ⁴ (g) qe 2NO ² (g) Mula-mula a - Reaksi a – St St - Setimbang St St Gunakan perbandingan koefisien reaksi,

  P x = mol gas X mol gas total x P tot Kp = Kc (R.T) Δn

  N ^{2 O 4 (g) qe 2NO 2 (g)} Mula-mula 3x + x = 4x - Reaksi x 2x - Setimbang 3x 2x Jadi, derajat disosiasi dapat dihitung:

  α =

  jumlah zat terurai jumlah zat awal

  =

  x 4x

  =

  1

  ] [SO

4 C .

KONSTANTA KESETIMBANGAN

  z [A] w [B] x wA + xB qe yC + zD

  [D]

  Kc = [C] y

  Hasil kali konsentrasi zat-zat di sebelah kanan yang dipangkatkan dengan koefisiennya, dan dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat di sebelah kiri yang dipangkatkan dengan koefisiennya memiliki harga tertentu pada suhu tetap.

  2NO ^(g) + O ^2(g) qe 2NO ^2(g) Mempunyai harga konstanta konsentrasi sebesar 0,25 pada suhu 17°C. Berapa harga konstanta tekanan reaksi tersebut pada suhu yang sama? Jawab: Δn = 2 – 3 = –1 Kp = 0,25.[0,082.(17+273)] ^-1 Kp = 0,25 : 23,78 = 0,010513 = 1,05 x 10 ^-2

  tekanan dapat dihubungkan melalui persamaan

  1) Pada reaksi endoterm , nilai konstantanya berbanding lurus dengan suhu. 2) Pada reaksi eksoterm , nilai konstantanya berbanding terbalik dengan suhu.

  1) Konstanta konsentrasi , konstanta kesetimbangan yang dipengaruhi konsentrasi. 2) Konstanta tekanan , konstanta kesetimbangan yang dipengaruhi tekanan. Konstanta kesetimbangan akan berubah bila suhu diubah, dan tetap bila suhu tidak berubah.

  R = tetapan gas ideal (0,082 atm/mol K) T = suhu (K) Δn = selisih jumlah koefisien zat di kanan dengan

  Menurut Guldberg dan Wange yang menjelaskan hukum kesetimbangan: Persamaan konstanta kesetimbangan yang dapat dibentuk menurut hukum diatas: Konstanta kesetimbangan terdiri dari:

  gas ideal pada suhu sama, dapat dirumuskan: Contoh: Pada reaksi kesetimbangan berikut:

  materi78.co.nr KIM 2

  D .

  Contoh:

  KONSTANTA REAKSI KESETIMBANGAN A N T A R - R EA K SI T ER K A I T _{2(g) 2(g) (g)}

  Pada reaksi X + Y qe 2XY ₂₃ Kc = 1,0 x 10 Reaksi kesetimbangan yang berkaitan nilai konstanta kesetimbangannya dapat berubah dapat dikatakan reaksi menghasilkan banyak XY menurut ketentuan-ketentuan berikut: (X ^{2 dan Y 2 jumlahnya sedikit), sehingga}

  1) berlangsung tuntas, karena nilai Kc nya besar.

  Jika reaksi kesetimbangan dibalik, maka harga Kc juga dibalik.

  Nilai Kc dan Kp yang kecil menunjukkan reaksi ke kanan berlangsung tidak berlangsung tuntas Contoh: _{2+ 2- 4(s) (aq) 4 (aq) 1} (jumlah zat di kiri besar dan di kanan kecil). BaSO qe Ba + SO Kc = K _{2+ 2- (aq) 4 (aq) 4(s) 2} Contoh:

  Ba + SO qe BaSO Kc = K _{(g) (g) qe AB (g)} Pada reaksi A + B

  2+ 2- [Ba ] [SO ] [BaSO ]

  4

  4

• ^-17
_{1 2} Kc = 8,0 x 10

  K = , K =

  2+ 2- [BaSO ] [Ba ] [SO ]

  4

  4

  dapat dikatakan reaksi hanya menghasilkan sedikit AB (A dan B jumlahnya banyak) sehingga

1 K 2 = reaksi tidak tuntas, karena nilai Kc nya kecil. K

  1 kesetimbangan juga dapat

  Tetapan 2) meramalkan arah reaksi.

  Jika koefisien reaksi kesetimbangan dikali faktor n, maka harga Kc dipangkat n.

  Bila seluruh zat di kiri dan kanan Contoh:

  dicampurkan, maka reaksi harus berlangsung ke

  kanan atau ke kiri untuk mencapai keadaan

  2SO 2(g) + O 2(g) qe 2SO 3(g) Kc = K ¹ setimbang, dan dapat dilakukan dengan

  4SO 2(g) + 2O 2(g) qe 4SO 3(g) Kc = K ² mengecek kuosien reaksi (Qc).

  2

  4 [SO ] [SO ]

  3

3 K

  ^{1 = , K 2 = Kuosien reaksi (Qc) adalah nilai yang bentuk}

  2

  4

  2 [SO ] [O ] [SO ] [O ]

  2

  2

  2

  2

  persamaannya sama dengan konstanta

  2

  2 [SO ]

  3 kesetimbangan (Kc).

  K ^{2 =}

  ( 2 ) [SO ] [O ]

  2

  2 y z [C] [D] qe _{n Qc =} wA + xB yC + zD _{2 1} w x K = (K ) [A] [B]

  3) Jika reaksi-reaksi yang berkaitan dijumlah,

  Makna nilai kuosien reaksi: maka harga Kc total adalah hasil kali Kc dari 1) Jika Qc = Kc, berarti reaksi setimbang. reaksi-reaksi yang dijumlah.

  2) Jika Qc < Kc, berarti reaksi spontan

  Contoh: berlangsung ke kanan sampai setimbang. Nilai Kc reaksi A + B qe E + F yang melalui

  3) Jika Qc > Kc, berarti reaksi spontan tahap berikut adalah, berlangsung ke kiri sampai setimbang.

  A + B qe C + D Kc = 3,5 Contoh: _{2(g) 2(g) (g)} Diketahui reaksi X + Y qe 2XY memiliki Kc _-2

  D qe F Kc = 1,5 + sebesar 1 x 10 . Pada suatu percobaan, dicampurkan 2 mol X ^{2 , 2 mol Y 2 , dan 3 mol XY}

  A + B qe E + F Kc = 3,5. 2. 1,5 = 10,5

  dalam ruang bervolume 10 L. Apakah campuran E.

MAKNA KONSTANTA KESETIMBANGAN

  itu setimbang? Bila tidak, ke arah mana reaksi Tetapan kesetimbangan dapat menunjukkan berlangsung spontan? Berapakah konsentrasi X ² seberapa jauh suatu reaksi tuntas. dan XY setelah mencapai kesetimbangan?

  Nilai Kc dan Kp ditentukan dengan Jawab: konsentrasi/tekanan zat-zat disebelah kanan

  2

  3

  sebagai pembilang, dan konsentrasi/tekanan zat- ( )

  9

  10 Qc = = zat disebelah kiri sebagai penyebut.

  2

  2

  4 ( )( )

  10

  10 Nilai Kc dan Kp yang besar menunjukkan reaksi

  Ternyata Qc > Kc (tidak setimbang), maka agar ke kanan berlangsung hampir berlangsung setimbang, zat di kiri harus bertambah atau zat di tuntas/sempurna (jumlah zat di kanan besar dan kanan harus berkurang, sehingga reaksi spontan di kiri kecil). berlangsung ke kiri sampai setimbang.

  3

  materi78.co.nr KIM 2

  

F .

  Keadaan reaksi: _{2 2} PERGESERAN KESETIMBANGAN X (g) + Y (g) qe 2XY(g)

  Azas Le Chatelier menjelaskan bagaimana terjadinya pergeseran kesetimbangan. Mula-mula 0,2 M 0,2 M 0,3 M Reaksi a a 2a +

  Bila suatu kesetimbangan diberikan suatu Setimbang 0,2 + a 0,2 + a 0,3 – 2a aksi/tindakan, maka sistem tersebut akan Agar reaksi setimbang, berarti kita harus mengadakan reaksi yang cenderung membuat kuosien reaksi nilainya menjadi sama mengurangi aksi tersebut. _-2 dengan Kc, yaitu 1 x 10 . _-2

  Pergeseran kesetimbangan tidak mengubah Kc ^{2 = 1 x 10} nilai Kc dan Kp, kecuali suhu pada sistem

  2

  (0,3-2a) -2 kesetimbangan berubah.

  = 1 x 10 (0,2+a)(0,2+a)

  Konsep pergeseran kesetimbangan: 0,3-2a _-1

  = 1 x 10 1) bergeser ke kiri

  Kesetimbangan dikatakan 0,2+a apabila zat di kiri bertambah atau zat di

  0,02 + 0,1a = 0,3 - 2a kanan berkurang.

  2,1a = 0,28 2) bergeser ke

  Kesetimbangan dikatakan a = 0,133 M

  kanan ₂

  apabila zat di kanan bertambah atau Jadi, konsentrasi X dan XY adalah: ₂ zat di kiri berkurang. [X ] = 0,2 + a = 0,2 + 0,133 = 0,333 M [XY] = 0,3

• – 2a = 0,3 – 2(0,133) = 0,034 M Faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan:

  Faktor Faktor Diperbesar Faktor Diperkecil

  Konsentrasi salah satu pereaksi ke arah lawan (kanan) ke diri sendiri (kiri) Konsentrasi larutan dan ke arah ruas dengan jumlah koefisien ke arah ruas dengan jumlah koefisien konsentrasi/tekanan gas total terkecil terbesar ke arah ruas dengan jumlah koefisien ke arah ruas dengan jumlah koefisien

  Volume gas dan larutan terbesar terkecil Suhu ke arah reaksi endoterm ke arah reaksi eksoterm

  Konsentrasi larutan dan volume larutan saling  Jika konsentrasi salah satu pereaksi/ berbanding terbalik, konsentrasi dapat diperkecil

  larutan ditambah, reaksi sistem adalah

  dengan menambah volume pelarut, dan mengurangi komponen tersebut dan konsentrasi dapat diperbesar dengan kesetimbangan bergeser ke arah lawan. mengurangi volume pelarut.

   Jika konsentrasi salah satu pereaksi/ Konsentrasi pereaksi dapat diubah dengan:

  larutan dikurang, reaksi sistem adalah

  1) Mengubah jumlah zat salah satu pereaksi menambah komponen tersebut

  (parsial) atau seluruhnya. kesetimbangan bergeser ke diri sendiri.

  2) Menambahkan zat yang dapat mengikat

   Jika konsentrasi larutan total ditambah pereaksi, sehingga pereaksi berkurang.

  (volume diperkecil), kesetimbangan

  3) air sebagai pelarut/ Menambahkan bergeser ke ruas yang jumlah koefisiennya penambah volume. lebih kecil.

  Berdasarkan ketampakan zat pada reaksi,  Jika konsentrasi larutan total dikurang kesetimbangan:

  (volume diperbesar), kesetimbangan

  1) bergeser ke ruas yang jumlah koefisiennya

  Bergeser ke kiri apabila warna zat di sebelah kiri lebih dominan (jumlahnya banyak). lebih besar. 2)

  Bergeser ke kanan apabila warna zat di Catatan: Koefisien yang dijumlah adalah koefisien sebelah kanan lebih dominan (jumlahnya zat larutan saja (untuk sistem larutan). banyak).

  Tekanan dan volume gas saling berbanding terbalik, tekanan dapat diperkecil dengan menambah volume gas, dan tekanan dapat diperbesar dengan mengurangi volume gas.

  4

  KIM 2 5 materi78.co.nr

  2SO ² (g) + O ² (g) qe 2SO ³ (g) ΔH = -197 kJ

  diperbesar), kesetimbangan bergeser ke ruas yang jumlah koefisiennya lebih besar.

   Jika tekanan gas diperkecil (volume gas

  diperkecil), kesetimbangan bergeser ke ruas yang jumlah koefisiennya lebih kecil.

  3) Seharusnya tekanan diperbesar, namun perbesaran tekanan tidak seimbang dengan hasil yang memadai, sehingga tekanan normal (1 atm) yang digunakan.  Jika tekanan gas diperbesar (volume gas

  Selain itu, suhu tinggi dapat mengaktifkan kerja katalis V ² O ⁵ , sehingga mempercepat keadaan setimbang.

  Seharusnya suhu dibuat rendah agar menggeser ketimbangan ke kanan, namun menurut proses ini dibuat tinggi. Hal ini dilakukan karena reaksi berlangsung dengan baik pada suhu tinggi dibanding pada suhu rendah. 2)

  Alasan dari perlakuan diatas antara lain: 1)

  Tahapan yang utama adalah tahapan kedua yang mengandung reaksi kesetimbangan. Reaksi kesetimbangan pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak yang optimum setelah diteliti adalah dilakukan dalam suhu sekitar 500°C, tekanan normal (1 atm), dan dengan katalis V ² O ⁵ .

  H ² S ² O ⁷ (l) + H ² O(l) → H ² SO ⁴ (aq)

  → H ^{2 S 2 O 7 (l)} 4) Asam pirosulfat direaksikan dengan air menjadi asam sulfat pekat

  3) Pelarutan belerang trioksida dalam asam sulfat pekat menjadi asam pirosulfat SO ^{3 (s) + H 2 SO 4 (aq)}

  → SO ^{2 (g)} 2) Oksidasi belerang dioksida menjadi belerang trioksida

  Catatan: Koefisien yang dijumlah adalah koefisien zat gas saja (untuk sistem gas). Suhu menggeser kesetimbangan dengan: Katalis mempercepat laju reaksi karena menurunkan energi aktivasi reaksi. Oleh karena itu, katalis mempercepat laju reaksi maju dan laju reaksi balik, sehingga mempercepat keadaan

  1) Pembakaran belerang S(s) + O ^{2 (g)}

  Selain itu, untuk mengurangi reaksi balik, amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak dilakukan dengan tahapan:

  Agar kesetimbangan bergeser ke kanan (NH ³ bertambah), tekanan dibuat tinggi.

  Sebenarnya, kesetimbangan akan bergeser ke kanan bila suhu dibuat rendah. Akan tetapi, katalis hanya bekerja pada suhu tinggi, sehingga tidak dibuat rendah. 3) Tekanan dibuat tinggi.

  ΔH = -92,4 kJ 1) Katalis yang digunakan adalah serbuk Fe. 2) Suhu dibuat tinggi.

  N ^2(g) + 3H ^2(g) qe 2NH ^3(g)

  reaksi:

  Bosch yang optimum dilakukan dengan menurut

  Dalam industri, reaksi kesetimbangan dibuat sedemikian rupa sehingga menggeser kesetimbangan ke arah produk, dengan cara sesederhana mungkin dan seefisien mungkin. Pembuatan amonia menurut proses Haber-

  G . PENERAPAN KESETIMBANGAN KIMIA

  setimbang, namun tidak menggeser/ mengubah komposisi kesetimbangan.

   Jika suhu dinaikkan, sistem akan menurunkan suhu dan kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm.  Jika suhu diturunkan, sistem akan menaikkan suhu dan kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm.