60 Kecepatan reaksi pembentukan C dan D tergantung pada konsentrasi A dan B. Saat reaksi
antara antara A dan B berlangsung, konsentrasi A dan B berkurang dan menyebabkan kecepatan reaksi menurun, seperti ditunjukkan oleh garis yang terletak lebih di atas
Gambar 1. Dua hal penting yang dapat diamati dari Gambar 1 ini, pertama, kecepatan reaksi
tidak menurun sampai nol dan kedua setelah waktu tertentu, reaksi berjalan dengan kecepatan yang tetap. Reaksi sebaliknya dari kanan ke kiri juga berlangsung. Mula-mula
tidak ada C dan D dan berarti pada saat ini tidak ada reaksi yang berlangsung sebaliknya. Saat C adan D terbentuk, konsentrasinya naik sehingga kecepatan reaksi dari kanan ke kiri
akan naik. Akhirnya kecepatan reaksi sebaliknya ini akan sama dengan kesepatan reaksi pembentukannya. Saat inilah tercapai reaksi kesetimbangan, yang cirinya tidak ada
perubahan konsentrasi dari spesies yang ada dalam kesetimbangan. Waktu yang diperlukan
untuk tercapainya kesetimbangan, dalam grafik Gambar 1, dinyatakan dengan t
stb
t
eq
= t equilibrium. Oleh karena kecepatan tergantung pada konsentrasi zat pereaksi, maka
tercapainya kesetimbangan dapat digambarkan pula dengan grafik konsentrasi pereaksi dan
produk terhadap waktu Gambar 2. Grafik pada Gambar 1 dan 2 menunjukkan bahwa
suatu sistem kimia tertentu, konsentrasi dan kecepatan reaksinya mencapai harga yang tetap secara terus menerus. Sebagai mana biasanya, reaksi dapat balik reversible yang
mencapai kesetimbangan dinyatakan dengan menggunakan tanda panah bolak-balik ⇄.
1. Tetapan Kesetimbangan Equilibrium constan.
Sebagai konsenkuensi adanya kesetimbangan, maka aktivitas pereaksi selalu Gambar 1. Grafik kecepatan
reaksi terhadap waktu untuk reaksi dapat balik
t
sb
K ec
ep at
an r ea
ks i
Reaksi dari kiri ke kanan
Reaksi pembentukan Reaksi dari kiri ke
kanan
Waktu
Gambar 2. Grafik konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi terhadap
waktu t
sb
K ons
ent ra
si
Waktu C; D
A; B
61 dihubungkan dengan aktivitas produk. Untuk reaksi : mA + nB ⇄ C + qD, proses
kesetimbangannya dinyatakan dengan ungkapan,
K
stb
=
n B
m A
q p
a a
D a
C a
K
stb
= tetapan kesetimbangan yang sangat tergantung pada parameter ubahan suhu dan pelarut
solvent
. Biasanya harga K
stb
ditentukan untuk zat terlarut dalam air pada suhu 25
o
C. Ungkapan tetapan kesetimbangan K
stb
dapat disederhanakan dengan kenyataan bahwa aktivitas zat padat murni dan cairan murni adalah tetap dan dinyatakan berharga
satu 1. Sebagai akibatnya zat padat dan cairan murni ini tidak mempengaruhi harga tetapan kesetimbangan K
stb
dan dihilangkan dari ungkapan itu. Berpegang pada hal ini, maka tetapan kesetimbangan untuk reaksi, 2Sn
2+
+ H
2
SO
3
+ 4H
+
⇄ 2Sn
4+
+ Ss + 3H
2
O, dapat ditulis sebagai berikut ini.
K
sb
=
+ +
+
H a
SO H
a Sn
a Sn
a
3 2
2 2
2 4
Aktivitas tidak disertakan pada ungkapan kesetimbangan karena berharga satu. Dmikian pula untuk kesetimbangan, AgCls ⇄ Ag
+
aq + Cl
-
aq, ungkapan kesetimbangannya dinyatakan sebagai, K
stb
= aAg
+
aCl
-
. Aktivitas AgCl tidak disertakan karena beharga satu. Unkapan K
stb
untuk zat sukar larut seperti AgCl disebut Tetapan Hasil kali kelarutan
constanta solubility product
dengan simbul K
sp
. Penggunaan aktivitas dalam ungkapan K
stb
menyebabkan perhitungan menjadi lebih kompleks karena untuk dapat menentukan harga aktivitas larutan, harus ditentukan
terlebih dahulu harga kekuatan ion larutan µ
dan koefisen aktivitas γ
nya. Ingat bahwa µ
= γ ×
; dengan [x] adalah konsentrasi kesetimbangan yaitu konsentrasi zat-zat setelah mencapai kesetimbangan. Penulisan konsentrasi kesetimbangan ini dengan
lambang kurung persegi, misalnya [CH
3
COOH]. Sedangkan konsentrasi zat yang belum mencapai kesetimbangan atau konsentrasi awal zat itu dikenal sebagai
konsentrasi analitik dan dinyatakan secara umum dengan simbul C. Misalnya C
asam
62
asetat
= 0,1 M, artinya konsentrasi asam asetat yang baru dibuat dan belum terdisosiasi untuk mencapai kesetimbangan.
Biasanya larutan yang digunakan dalam reaksi kimia mempunyai konsentrasi zat terlarut kurang dari 1 M, yang berarti bahwa larutan tersebut sebagian besar terdiri dari
pelarut atau larutan itu sangat encer. Perbedaan antara aktivitas dan konsentrasi kesetimbangan cukup kecil jika konsentrasi ion total dalam larutan sangat rendah sehingga
perbedaan itu dapat diabaikan. Jadi K
stb
dapat dinyatakan dalam konsentrasi kesetimbangan walaupun hal ini tidak begitu tepat tetapi jawaban yang diberikan cukup
akurat. Jadi ungkapan K
stb
untuk reaksi, mA + nB ⇄ pC + qD, yang dinyatakan dalam konsentrasi kesetimbangan adalah :
1
stb
K
=
n m
q p
B A
D C
] [
] [
] [
] [
Harga tetapan kesetimbangan menunjukkan ukuran seberapa besar reaksi telah berlangsung. Untuk reaksi yang berlangsung hampir sempurna, maka konsentrasi produk
akan relatif lebih tinggi daripada konsentrasi pereaksi yang masih sisa dan dengan demikian tetapan kesetimbangannya akan besar. Sebaliknya, harga K
stb
akan kecil untuk reaksi yang berlangsungnya sangat tidak sempurna.
Kesetimbangan kimia dapat dicapai melalui reaksi dari kiri ke kanan atau dari kanan ke kiri. Ungkapan kesetimbangan, K
stb
1
=
n m
q p
B A
D C
] [
] [
] [
] [
, yang menyatakan bahwa kondisi kesetimbangan dicapai dari reaksi A dengan B menurut reaksi, mA + nB ⇄ pC +
qD. Kesetimbangan yang sama yang dibentuk dari reaksi sebaliknya, pC + qD ⇄ mA + nB, dapat dinyatakan dengan ungkapan, K
stb
2
=
[ ] [ ] [ ] [ ]
q p
n m
D C
B A
.
Hubungan tetapan kesetimbangan untuk reaksi yang berlangsung ke kanan dan ke kiri untuk kesetimbangan,
mA + nB ⇄ pC + qD, adalah K
stb
1
=
2
1
stb
K
Penggunaan K
stb
yang terbanyak adalah untuk menentukan konsentrasi kesetimbangan suatu zat dari konsentrasi analitiknya.
Misalnya sejumlah tertentu zat AB terdisosiasi menjadi A dan B bila dilarutkan ke dalam air, dengan reaksi,
AB
⇄
A + B
63 Konsentrasi A, B, dan AB dapat dihitung dari tetapan kesetimbangan disosiasi AB.
K
stb
=
[ ][ ] [ ]
AB B
A Bila A dan B hanya berasal dari disosiasi AB maka, [A] = [B] dan [AB] = C
AB
- [A] Dengan mensubstitusikan harga-harga konsentrasi kesetimbangan ini ke dalam K
stb
diperoleh, K
stb
=
[ ][ ] [ ]
A C
A A
AB
− =
[ ] [ ]
A C
A
AB
−
2
[A]
2
+ K
stb
[A] - K
stb
C
AB
= 0 Oleh karena tetapan kesetimbangan dan konsentrasi analitik AB diketahui, maka
persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan rumus kuadrat berikut ini. A
1,2
= a
ac b
b 2
4
2
− ±
− Penyelesaian persamaan [A]
2
+ K
stb
[A] - K
stb
C
AB
= 0, disederhanakan dengan membuat asumsi-asumsi tanpa mengubah hasil akhir secara signifikan. Asumsi yang dapat dilakukan
adalah sebagai berikut : biasanya [A] sangat kecil daripada C
AB
sehingga [A] dapat diabaikan terhadap C
AB
. Jadi C
AB
- [A] = C
AB
= [AB] dan bila disubstitusikan ke dalam harga K
sb
akan diperoleh persamaan dengan bentuk nonkuadrat. K
stb
=
[ ]
AB
C A
2
atau [A]=
AB stb
C x
K Apakah syarat asumsi, C
AB
- [A] = C
AB
= [AB] tersebut dapat diterima secara valid ?. Asumsi seperti itu dapat diterima bila perhitungan dengan asumsi dan dengn tanpa
asumsi kesalahan relatifnya tidak lebih dari 2. Asumsi C
AB
- [A] = C
AB
= [AB] dapat dilakukan atau tidak, sangat ditentukan oleh harga K
stb
. Bila K
stb
besar, maka [AB] C
AB
, karena zat AB yang terdisosiasi sangat besar. Bila K
stb
kecil, maka [AB] = C
AB
, karena zat AB yang terdisosiasi sangat kecil dan dapat diabaikan. Seberapa besar harga
K
stb
yang dikatakan besar atau kecil ?.
Sebagai patokan bila harga K
stb
1000 kali lebih kecil dari pada konsentrasi analitik atau
sb AB
K C
≥≥≥≥
10
3
, maka dapat dikatakan harga K
stb
kecil sehingga asumsi dapat dikatakan valid.
64
Contoh 1
Suatu larutan dibuat dengan melarutkan 0,200 mol NaHSO
4
dalam air dan diencerkan menjadi 1,00 L. Jika K
stb
disosiasi HSO
4 -
= 1,02 x 10
-2
, hitunglah konsentrasi ion hidrogen a. tanpa asumsi. b. dengan asumsi
Penyelesaian. a.
Garam NaHSO
4
akan terdisosiasi sempurna sebagai berikut : NaHSO
4
→ Na
+
+ HSO
4 -
dan disosiasi HSO
4 -
lebih lanjut adalah, HSO
4 -
⇄
H
+
+ SO
4 2-+
, dengan tetapan kesetimbangan, K
stb
=
[ ][ ] [
]
− −
+ 4
2 4
HSO SO
H
Dari persamaan disosiasi NaHSO
4
dan disosiasi HSO
4 -
dapat diketahui bahwa, [HSO
4 -
] = , dan [H
+
] = [SO
4 2-
]. Jadi, konsentrasi kesetimbangan HSO
4 -
adalah [HSO
4 -
] =
C
NaHSO
4
- [H
+
] Persamaan tetapan kesetimbangan menjadi, K
stb
=
[ ] [ ]
+ +
− H
NaHSO C
H
4 2
Pada soal diketahui bahwa,
C
=
0,200 mol1L = 0,200 M. Harga-harga yang diketahui, disustitusikan ke dalam persamaan K
stb.
1,2 x 10
-2
=
[ ] [ ]
+ +
− H
H 2
,
2
[H
+
]
2
+ 1,02 . 10
-2
[H
+
] - 2,04 . 10
-3
= 0 Dengan menggunakan rumus kuadrat diperoleh, [H
+
] = 4,04 x 10
-2
M b.
Bila diasumsikan bahwa konsentrasi kesetimbangan ion H
+
sangat kecil, maka - [H
+
] = , sehingga
K
sb
=
[ ]
4 2
NaHSO C
H
+
1,02 x 10
-2
=
[ ]
200 .
2 +
H
[H
+
] = 4,51 x 10
-2
M Kesalahan relatif perhitungan [H
+
] dengan cara a dan b di atas adalah
100 10
x 4,51
10 x
4,04 -
4,51
2 -
-2
x
= 10,42
65 Oleh karena kesalahan reatif melebihi 2, maka [H
+
] yang diperoleh dari perhitungan dengan asumsi bahwa konsentrasi kesetimbangan ion H
+
sangat kecil,
4
NaHSO
C - [H
+
] =
4
NaHSO
C , tidak terlalu kecil dibandingkan dengan konsentrasi analitik NaHSO
4
, sehingga asumsi tersebut belum dapat diterima valid. Dan perhitungan [H
+
] yang valid adalah yang tanpa asumsi. Jadi [H
+
] = 4,04 x 10
-2
M. Walaupun tetapan kesetimbangan pada suhu dan tekanan tetap selalu tetap, namun
posisi kesetimbangan, yang ditunjukkan oleh konsentrasi pereaksi dan produk, dapat berubah-ubah. Hal ini dapat terjadi karena penambahan ion sejenis ke dalam sisitem
kesetimbangan atau karena pengurangan ion yang ada dalam kesetimbangan. Pengaruh ini disebut
pengaruh ion senama common-ion effect
. Pengaruh ini menyebabkan penyelesaian hitungan kesetimbangan akan terpengaruh pula. Misalnya suatu elektrolit
lemah AB dilarutkan dalam air yang telah mengandung ion B
-
. Perhitungan konsentrasi kesetimbangan A
-
, akan dipengaruhi oleh konsentrasi kesetimbangan B
-
yang telah ada dalam larutan. Perhitungannya dapat menggunakan ungkapan K
stb
dari disosiasi asam lemah AB.
Reaksi disosiasi AB dalam kesetimbangan adalah : AB
⇄
A
+
+ B
-
, dengan ungkapan tetapan kesetimbangan, K
stb
=
[ ][ ]
[ ]
AB B
A
− +
Untuk mencari [A
-
] dari ungkapan itu, maka harga K
stb,
[B
-
], dan [AB] harus diketahui. Pada masalah ini konsentrasi A
-
dan konsentrasi B
-
tidak sama besarnya karena ada 2 sumber B
-
yaitu dari zat yang memang sudah ada dalam larutan, yang konsentrasinya [B
-
], dan yang terbentuk dari disosiasi AB yang konsentrasinya tidak diketahui, tetapi sama
dengan konsentrasi A
-
. Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh berikut ini.
Contoh 2.
Larutran asam asetat 0,1 M dengan K
stb
= 1,76 x 10
-5
, juga mengandung 0,2 M natrium asetat. Hitung konsentrasi kesetimbangan ion hidrogen dalam larutan.
Penyelesaian. Larutan CH
3
COONa selalu akan terdisosiasi sempurna: CH
3
COONa →
Na
+
+ CH
3
COO
-
Dan asam asetat akan terdisosiasi menghasilkan ion hidrogen: CH
3
COOH
⇄
H
+
+ CH
3
COO
-
, dengan K
stb
=
66 Dari disosiasi itu dapat diketahui bahwa di dalam campuran larutan itu terdapat
CH
3
COOH, H
+
, CH
3
COO
-
, CH
3
COO
-
dari disosiasi CH
3
COONa, dan Na
+
. Namun Na
+
tidak menentukan keasaman atau tidak menentukan harga H
+
Mengapa?. Dari disosiasi di atas dapat diketahui pula bahwa, [H
+
] = [CH
3
COO
2 -
] dan oleh karena di dalam larutan ada ion senamasejenis CH
3
COO
-
yang berasal dari disosiasi CH
3
COONa, maka ion ini akan mempengaruhi kesetimbangan disosiasi CH
3
COOH. Ion CH
3
COO
-
dari CH
3
COONa, yang jumlahnya lebih banyak, akan mendesak kesetimbangan CH
3
COOH ke kiri dan akhirnya akan membentuk kesetimbangan dengan harga konsentrasi zat yang baru, yaitu.
[CH
3
COOH] =
COOH CH
C
3
- [H
+
]. [CH
3
COO
-
] =
CH COO
+
CH COO
atau [CH
3
COO
-
] =
COONa CH
C
3
-
+ [H
+
] Knsentrasi zat dalam kesetimbangan itu disubstitusikan ke ungkapan K
stb
. K
stb
=
[ ] [ ]
[ ]
+ +
+
− +
H C
H C
H
COOH CH
COONa CH
3
3
Harga K
stb
asam asetat
sangat kecil 10.000 lebih kecil dibandingkan dengan
COOH CH
C
3
,
sehingga dapat diasumsikan bahwa,
COOH CH
C
3
- [H
+
] =
COOH CH
C
3
= 0,100 M, dan
COONa CH
C
3
+ [H
+
] =
COONa CH
C
3
= 0,200 M. Tetapan kesetimbangan untuk asam asetat di atas menjadi,
K
stb
=
[ ]
H CO
CH Na
CO CH
C C
H
2
3 2
3 +
1,76 x 10
-5
=
[ ]
100 ,
200 ,
+
H
[H
+
] = 8,80 x 10
-6
M Bagaimanakah perhitungan contoh no. 2 itu bila
h
arga K
stb
TIDAK
sangat kecil
TIDAK
10.000 lebih kecil dibandingkan dengan
COOH CH
C
3
?
C. Kesetimbangan Asam-Basa
1. Konsep asam-basa Bronsted-Lowry
67 Pada tahun 1923, J.N. Bronsted di Denmark dan T M Lowry di Ingris
memperkenalkan bahwa sifat-sifat asam dan basa dapat dinyatakan dengan memakai ion hidrogen proton. Mereka mendefinisikan bahwa
asam adalah zat yang mampu menyumbangkan donating proton dalam reaksinya. Basa adalah zat yang mampu
menerima accepting proton dalam reaksinya
. Konsep Bronsten-Lowry tentang sifat asam-basa telah terbukti sangat cocok jika menggunakan pelarut air dan pelarut yang suka
air water-like = protophilic. Proton seperti elektron, tidak dapat berada dalam keadaan bebas di dalam larutan,
sehingga kemampuan menyumbangkan proton oleh asam atau kemampuan menerima proton oleh basa dapat diwujudkan bila ada zat yang punya kemampuan menerima atau
menyumbangkan proton. Pelarut dapat menjadi zat yang dapat menerima maupun menyumbangkan proton dan karenanya harus berpartisipasi dalam disosiasi atau disosiasi
asam dan basa. Sebagai contoh, bila HCl asam kuat, dilarutkan dalam air H
2
O, maka HCl akan memberikan protonnya kepada basa H
2
O. Kesetimbangan akan terletak jauh ke kanan karena H
2
O merupakan basa lebih kuat dari pada Cl
-
dan HCl merupakan asam lebih kuat daripada H
3
O
+
.
H
2
O + HCl
⇄
H
3
O
+
+ Cl
-
Basa lebih kuat asam yang lebih
daripada Cl
-
kuat dari H
3
O
+
Asam karbonat asam lemah dilarutkan dalam air, disosiasi terjadi karena pelarut bertindak sebagai basa penerima proton. Kesetimbangan terletak jauh ke kiri maksudnya
produk yang dihasilkan dari kesetimbangan itu sangat sedikit karena H
3
O
+
adalah asam yang lebih kuat dari pada H
2
CO
3
, dan HCO
3 -
adalah basa yang lebih kuat dari H
2
O H
2
CO
3
+ H
2
O
⇄
H
3
O
+
+ HCO
3 -
asam 1 basa 2 asam 2 basa 1
H
3
O
+
merupakan satu proton yang tersolvasi dan disebut ion hidronioum. Data yang ada menunjukkan bahwa beberapa molekul air dapat terikat pada tiap satu proton, tetapi
penulisannya biasanya disederhanakan dengan hanya H
3
O
+ ,
Bila amonia basa lemah dilarutkan ke dalam air, pelarut akan bertindak sebagai asam atau menyumbang proton proton donor.
NH
3
+ H
2
O
⇄
NH
4 +
+ OH
-
basa 1 asam 2 asam 1 basa 2 lebih kuat dari NH
3
