Daftar isi
Kesetimbangan Kimia
Bab I. Pendahuluan
A. Latar Belakang
Pada dasarnya, istilah kesetimbangan berhubungan dengan apa yang kita sebut ”keseimbangan kimia” akan tetapi, keseimbangan ini merupakan keseimbangan Mekanik. Dalam keseimbangan mekanik, jika resultan gaya ( net force) pada suatu benda sama dengan nol, sehingga sebuah benda dikatakan kesetimbangan mekanik jika benda tersebut tidak sedang mengalami perubahan dalam gerakannya (percepatannya sama dengan nol).
Ketika suatu reaksi kimia berlangsung dalam sebuah bejana yang mencegah masuk atau keluarnya zat-zat yang terlibat dalam reaksi tersebut. Maka besaran-besaran (kuantitas-kuantitas) dari komponen-komponen reaksi tersebut berubah ketika beberapa komponen tersebut digunakan dan komponen lainnya terbentuk.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan kesetimbangan kimia ?
2. Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia?
3. Bagaimana Keadaan, pergeseran dan ketetapan kesetimbangan kimia ?
C. Tujuan
1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan Kesetimbangan Kimia.
2. Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kesetmbangan kimia
3. Untuk mengetahui keadaan, pergeseran dan ketetapan Kesetimbangan
Bab II. Pembahasan
A. Definisi Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang teramati selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada perubahan yang teramati dalam sistem. Meskipun demikian, aktivitas molekul tetap berjalan, molekul-molekul reaktan berubah mnjadi produk secara terus-menerus sambil molekul-molekul produk berubah menjadi reaktan kembali dengan kecepatan yang sama.
Sedikit sekali reaksi kimia yang berjalan ke satu arah saja, kebanyakan adalah reaksi dapat balik. Pada awal reaksi dapat balik, reaksi berjalan ke arah pembentukan produk. Sesaat setelah produk tersebut, pembentukan reaktan produk juga mulai berjalan. Jika kecepatan reaksi maju dan reaksi balik adalah sama, dan dikatakan bahwa kesetimbangan kimia telah dicapai. Harus diingat bahwa kesetimbangan kimia melibatkan beberapa zat yang berbeda sebagai reaktan dan produk. Kesetimbangan antara dua fase zat-zat yang sama disebut kesetimbangan fisika, perubahan yang terjadi adalah proses fisika. Dalam peristiwa ini, molekul air yang meninggalkan fase cair adalah sama dengan jumlah molekul yang kembali ke fase cair.
B. Reaksi Searah dan Reaksi dapat Balik
Menurut Konsep Stoikiometri, suatu zat yang direaksikan akan habis bereaksi jika perbandingan mol zat itu sama dengan perbandingan koefisiennya. Contohnya adalah reaksi berikut:
Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)
Pada reaksi tersebut, jika perbandingan mol Mg dan HCl yang direaksikan adalah 1:2 maka Mg dan HCl habis bereaksi. Reaksi yang seperti ini disebut reaksi satu arah atau irreversible. Adakalanya pada reaksi kimia, reaktan tidak habis bereaksi, walaupun zat yang direaksikan sama dengan perbandingan koefisiennya. Contohnya adalah pada campuran gas nitrogen dan hidrogen jika dipanaskan menghasilkan gas amonia sesuai dengan persamaan reaksi.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Pada reaksi tersebut, setelah campuran dibiarkan beberapa lama terdapat campuran gas N2, gas H2, dan gas NH3. Ternyata gas NH3 yang terbentuk terurai kembali menjadi gas N2 dan gas H2 berdasarkan reaksi berikut.
2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
Dalam hal ini reaksi tidak hanya berlangsung dari kiri ke kanan tetapi juga dari kanan ke kiri. Reaksi yang berlangsung dari kiri ke kanan maupun dari kanan ke kiri disebut reaksi dapat balik atau reversible. Jika laju reaksi ke kiri sama dengan laju reaksi ke kanan maka terjadi kesetimbangan.
1. Reaksi Satu Arah (Irreversible)
Pada peristiwa reaksi satu arah, zat-zat hasil reaksi tidak dapat bereaksi kembali membentuk zat pereksi. Ciri-ciri reaksi satu arah adalah sebagai berikut.
a. Reaksi ditulis dengan satu anak panah.
b. Reaksi berlangsung satu arah dari kiri ke kanan
c. Zat hasil reaksi tidak dapat dikembalikan seperti zat mula-mula
d. Reaksi baru berhenti apabila salah satu atau semua reaktan habis.
Contoh :
Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g)
Pada reaksi tersebut Zn habis bereaksi dengan HCl menghasilkan ZnCl2 dan gas H2. ZnCl2 dan gas H2 tidak dapat bereaksi kembali membentuk Zn dan HCl.
2. Reaksi Dapat Balik (Reversible)
Pada reaksi dua arah, zat-zat hasil reaksi tidak dapat bereaksi kembali membentuk zat pereaksi. Reaksi kesetimbangan kimia dapat terjadi bila reaksi yang terjadi merupakan reaksi dapat balik (reversible) . Ciri-ciri reaksi dapat balik adalah sebagai berikut:
· Reaksi ditulis dengan dua anak panah yang berlawanan
· Reaksi berlangsung dari dua arah, yaitu dari kiri kekanan dan dari kanan ke kiri.
· Zat hasil reaksi dapat dikembalikan seperti zat mula-mula
· Reaksi tidak pernah berhenti karena komponen zat tidak pernah habis.
Contoh :
PbSO4(aq) + 2NaI(aq) PbI2(s) + Na2SO4(l)
Endapan PbI2 yang terbentuk dapat direaksikan dengan cara
menambahkan larutan Na2SO4 berlebih.
PbI2(s) + Na2SO4(l) PbSO4(aq) + 2NaI(aq)
Dalam penulisan reaksi dapat balik, kedua reaksi dapat
digabung sebagai berikut.
PbSO4(aq) + 2NaI(aq) PbI2(s) + Na2SO4(l)
Apabila pada reaksi dapat balik laju reaksi ke kiri sama dengan laju reaksi ke kanan akan terjadi kesetimbangan kimia.
C. Keadaan Kesetimbangan
Berbagai reaksi dapat balik tidak semuanya dapat mencapai kesetimbangan. Untuk mencapai kesetimbangan perlu beberapa syarat khusus, yaitu reaksinya dapat balik, sistemnya tertutup, dan bersifat dinamis. Sistem tertutup merupakan sistem reaksi di mana baik zat-zat yang bereaksi maupun zat-zat hasil reaksi tetap dalam sistem. Sistem tertutup tidak selamanya harus terjadi dalam wadah tertutup, kecuali pada reaksi gas. Keadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana dua proses yang berlawanan arah berlangsung secara simultan dan terus menerus, tetapi tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur. Cepat lambatnya suatu reaksi mencapai kesetimbangan bergantung pada laju reaksi, semakin besar laju reaksi maka semakin cepat. Kesetimbangan kimia hanya dapat berlangsung dalam sistem tertutup. Sementara itu, pada umumnya proses alami berlangsung dalam sistem terbuka. Berbagai proses alami seperti perkaratan logam, pembusukan dan lain sebagainya.
1. Jenis Kesetimbangan Berdasarkan wujudnya
Berdasarkan wujud zat yang ada dalam keadaan setimbang. Kesetimbangan yang semua komponennya satu fase disebut kesetimbangan homogen, sedangkan yang terdiri dari dua fase atau lebih disebut kesetimbangan heterogen.
a. Kesetimbangan Homogen
Kesetimbangan homogen adalah reaksi kesetimbangan yang mengandung zat-zat yang homogen (berada dalam satu fase).
· Kesetimbangan antara Gas dengan Gas
Contoh:
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)
2NO2(g) ⇌ N2O4(g)
H2(g) + Br2(g) ⇌ 2HBr(g)
· Kesetimbangan antara Larutan dengan Larutan
Contoh:
C2H5OH(aq)+CH3COOH(aq) ⇌ CH3COOC2H5(aq)+ H2O(aq)
b. Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan heterogen adalah reaksi kesetimbangan yang mengandung zat-zat yang heterogen (berada dalam beberapa fase).
· Kesetimbangan antara Zat Padat dengan Gas
Contoh:
CaCO3(g) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
· Kesetimbangan antara Gas dengan Zat Cair
Contoh :
H2O(g) ⇌ H2O(l)
· Kesetimbangan antara Zat Padat dengan Larutan
Contoh :
CuSO4. 5H2O(s) ⇌ CuSO4(s) + H2O(l)
· Kesetimbangan antara gas, Zat Cair, dan Zat Padat
Contoh :
H2CO3(aq) ⇌ H2O(s) + CO2(g)
D. Pergeseran Kesetimbangan
Seorang ahli kimia prancis, Henry Louis Le Chatelier (1850-1936) berpendapat sebagai berikut: “Jika pada kesetimbangan reaksi dilakukan aksi-aksi tertentu, sistem akan mengadakan reaksi dengan menggeser kesetimbangan untuk menghilangkan pengaruh aksi tersebut.” Pendapat tersebut dikenal dengan azas Le Chatelier. Aksi-aksi yang dimaksud Chatelier adalah melakukan tindakan dengan mengubah konsentrasi, suhu, tekanan, dan volume sistem. Selanjutnya, keempat faktor itu disebutfaktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi yang akan diuraikan sebagai berikut.
1. Pengaruh Konsentrasi
Secara umum reaksi kesetimbangan adalah sebagai
berikut:
A + B ⇌ C
Jika ada usaha untuk menambah konsentrasi dari salah satu zat pada reaksi setimbang, akan terdapat reaksi yang mengkonsumsi zat tambahan terrsebut. Sebaliknya, jika ada usaha untuk mengurangi konsentrasi salah satu zat pada reaksi setimbang, akan terdapat reaksi untuk menambah zat yang dikurangi tersebut.
· Jika salah satu perekasi/reaktan/senyawa di ruas kiri diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke ruas kanan/produk/hasil reaksi. Sebaliknya jika salah satu produk/hasil reaksi/ruas kanan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke ruas kiri/pereaksi/reaktan.
· Jika salah satu pereaksi/reaktan/senyawa di ruas kiri diperkecil maka kesetimbangan kan bergeser ke ruas kiri/pereaksi/reaktan. Sebaliknya jika salah satu produk/hasil ekasi/senyawa ruas kanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke ruas anan/produk/hasil reaksi.
2. Pengaruh Volume
Secara umum reaksi kesetimbangan adalah sebagai berikut:
A + B ⇌ C
Sesuai dengan azas Le Chatelier, yaitu jika ada usaha untuk mengubah volume sistem, maka akan ada reaksi ke arah jumlah mol zat yang lebih besar atau jumlah mol yang lebih kecil. Usaha untuk menaikkan volume sistem sama dengan
memperkecil konsentrasi zat secara menyeluruh. Hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser ke jumlah mol terbesar. Sebaliknya jika ada usaha untuk menurunkan volume sistem, hal itu sama dengan memperbesar konsentrasi zat secara menyeluruh yang mengakibatkan kesetimbangan bergeser ke jumlah mol terkecil.
· Jika volume diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terbanyak atau ke ruas yang jumlah angka koefisiennya terbanyak.
· Jika volume diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terkecil atau ke ruas yang jumlah angka koefisiennya terkecil.
· Jika jumlah angka koefisien ruas kanan dan ruas kiri sama maka penambahan atau pengurangan volume tidak akan menggeser kesetimbangan.
Contoh :
BiCl3(aq) + H2O(l) . BiOCl(s) + 2HCl(aq)
Ke arah mana kesetimbangan bergeser jika suhu tetap:
· Ditambah BiCl3
· Ditambah air
· Ditambah BiOCl
Penyelesaian:
· Penambahan BiCl3 akan menggeser kesetimbangan ke kanan.
· Memperbesar volume (penambahan air) akan menggeser kestimbangan ke kanan kareena koefisien ruas kanan lebih besar daripada koefisien ruas kiri. Koefisien ruas kiri = 1, yaitu koefisien BiCl3 sedangkan koefisien H2O tidak dihitung karena zat cair murni (l)\. Jumlah koefisien di ruas kanan = 2 yaitu koefisien dari HCl, sedangkan BiOCl tidak diperhitungkan karena bentuknya padat (s).
· Penambahan BiOCl merupakan omponen padat tidak dapat menggeser kesetimbangan
3. Pengaruh Tekanan
Secara umum reaksi kesetimbangan adalah sebagai berikut:
A + B C
Sesuai dengan azas Le Chatelier, yaitu jika ada usaha untuk mengubah tekanan sistem, maka ada reaksi ke arah jumlah mol gas yang lebih besar atau jumlah gas yang lebih kecil. Jika usaha yang dilakukan adalah menaikkan tekanan sistem, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol terkecil. Sebaliknya, jika usaha yang dilakukan adalah menurunkkan tekanan sistem, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol terbesar. engaruh tekanan berlawanan dengan pengaruh volume:
· Jika tekanan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terkecil atau ke ruas yang jumlah angka koefisiennya terkecil.
· Jika tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terbesar atau ke ruas yang jumlah angka koefisiennya terbesar.
· Jika jumlah angka koefisien ruas kiri dan ruas kanan sama maka penambahan atau pengurangan tekanan tidak akan menggeser kesetimbangan.
4.
Pengaruh Suhu
Perubahan konsentrasi, tekanan atau volume dapat mengubah posisi kesetimbangan, tetapi tidak mengubah nilai konstanta kesetimbangan. Hanya perubahan suhu yang dapat mengubah konstanta kesetimbangan. Pada reaksi kesetimbangan, terdapat reaksi endotermik (menyerap kalor) dan reaksi eksotermik (melepas kalor). Jadi peningkatan suhu menghasilkan reaksi endotermik dan penurunan suhu menghasilkan reaksi eksotermik. Perubahan konsentrasi, tekanan atau volume akan menyebabkan pergeseran reaksi tetapi tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan. Hanya perubahan temperatur yang dapat menyebabkan perubahan tetapan kesetimbangan.
· Jika suhu sistem kesetimbangan dinaikkan maka reaksi sistem menurunkan suhu dengan cara kesetimbangan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor (endoterm).
· Jika suhu sistem kesetimbangan diturunkan maka reaksi sistem menaikkan suhu dengan cara kesetimbangan bergeser ke pihak reaksi yang melepas kalor (eksoterm).
5. Pengaruh Katalis
Katalis meningkatkan laju terjadinya reaksi. Katalis mempengaruhi laju reaksi maju sama besar dengan reaksi balik. Jadi, keberadaan katalis tidak mengubah konstanta kesetimbangan, dan tidak mengeser posisi sistem kesetimbangan. Penambahan katalis pada campuran reaksi yang tidak berada pada kesetimbangan akan mempercepat laju reaksi maju dan reaksi balik sehingga campuran kesetimbangan tercapai lebih cepat. Campuran kesetimbangan yang sama dapat diperoleh tanpa katalis, tetapi kita mungkin harus menunggu lama agar kesetimbangan terjadi.
Katalis mempengaruhi laju reaksi ke kanan maupun kekiri dan pengaruhnya sama. Keadaan setimbang tidak berubah (tidak dipengaruhi katalis), tetapi hanya mempercepat tercapainya kesetimbangan.
E. Ketetapan Kesetimbangan
1. Tetapan Kesetimbangan (Kc)
Secara umum persamaan reaksi kesetimbangan atau reaksi dapat balik dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi
aA + bB → cC + dD
dimana a, b, c, dan d adalah koefisien stokiometri dari A, B, C, dan D. Pada saat terjadi kesetimbangan maka harga tetapan kesetimbangan (K) dapat ditentukan. Nilainya ditentukan dengan menggunakan perbandingan konsentrasi zat-zatnya saat tercapai kesetimbangan.
Tetapan kesetimbangan (K) untuk reaksi tersebut pada suhu tertentu dapat dinyatakan dengan persamaan.
K =(〖[C]〗^(c ) 〖[D]〗^d)/(〖[A]〗^a 〖[B]〗^b )
a) Untuk Reaksi Kesetimbangan Homogen
Berdasarkan hukum kesetimbangan, perbandingan konsentrasi zat produk dengan konsentrasi zat pereaksi, masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya adalah tetap. Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa persamaan tetapan kesetimbangan dapat ditentukan dari ersamaan reaksi kesetimbangannya. Perhatikan contoh berikut:
Reaksi kesetimbangan: N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)
Kc =〖[NH3]〗^(2 )/(〖[N2]〗^ 〖[H2]〗^3 )
b) Untuk reaksi Kesetimbangan Heterogen
Reaksi kesetimbangan heterogen adalah reaksi kesetimbangan yang terdiri dari zat-zat yang berbeda wujudnya. Reaksi kesetimbangan heterogen ada yang terdiri dari wujud padat, gas, dan cair. Beberapa contoh kesetimbangan heterogen dan harga Kc nya yaitu:
Reaksi kesetimbangan: CaCO3(g) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
Kc =([CO2])/([CaCO3])
Contoh Soal:
Diketahui reaksi kesetimbangan: 2HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g). Jika 1 mol gas HI dimasukkan ke dalam wadah sebesar satu Liter dan dipanaskan pada suhu tertentu terbentuk 0,2 mol gas I2, maka harga tetapan kesetimbangan Kc adalah ….
c) Hubungan Kc dari persamaan Reaksi yang sama
Persamaan reaksi setara yang dimaksud adalah beberapa persamaan reaksi yang berasal dari satu persamaan reaksi kesetimbangan. Beberapa persamaan reaksi kesetimbangan
tersebut diperoleh dengan membalikkan persamaan reaksi kesetimbangan tertentu atau mengalikan persamaan reaksi kesetimbangan tertentu dengan suatu bilangan. Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh berikut ini:
· Secara umum reaksi kesetimbangan: A + B ⇌ C + D
Kc = K1
· Reaksi kesetimbangan di atas dibalik sehingga diperoleh reaksi kesetimbangan: C + D ⇌ A + B
Kc = K2
· Persamaan reaksi kesetimbangan pada (a) dikali dua sehingga diperoleh reaksi kesetimbangan 2A + 2B ⇌ 2C + 2D
Kc = K3
2. Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial
Untuk suatu sistem kesetimbangan yang melibatkan gas, pengukuran dilakukan terhadap tekanan, bukan terhadap konsentrasi. Tetapan kesetimbangan Kc diberi harga dalam konsentrasi yang dinyatakan dalam mol per liter atau molar, sedangkan tetapan kesetimbangan gas Kp diberi harga dalam tekanan parsial gas. Untuk menentukan persamaan tetapan kesetimbangan gas Kp, sama seperti menentukan persamaan tetapan kesetimbangan Kc, hanya saja satuan konsentrasi pada Kc diganti dengan tekanan parsial gas pada Kp.
mA + nB ⇌ pC + qD
Kc = Pc PD PA PB
Kc = (〖[Pc ]〗^(P ) 〖[PD]〗^q)/(〖[PA ]〗^m 〖[PB ]〗^n )
P= tekanan parsial senyawa gas
Perbandingan tekanan parsial = perbandingan mol saat setimbang
Jika diketahui tekanan total suatu reaksi gas maka tekanan parsial tiap-tiap zatnya dapat ditentukan :
Tekanan Parsial Zat =(Mol zat setimbang)/(mol total saat setimbang ) x tekanan total
Dalam ruang 1 liter sebanyak 0,6 mol gas PCl5 dipanaskan menurut reaksi
PCl5 (g) → PCl3 (g) + Cl2 (g) Dalam kesetimbangan dihasilkan 0,2 mol gas Cl2, jika temperatur pada ruangan 300 K dan harga R= 0,082 atm L atm
mol-1K-1 harga Kp….
Penyelesaian:
c. Hubungan Kc dan Kp
d. Kesetimbangan Disosiasi
Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain. Dalam disosiasi juga terdapat kesetimbangan (baik homogen maupun heterogen). Untuk menyatakan perbandingan antara banyaknya zat-zat yang terurai dengan banyaknya zat mula-mula, dipakai istilah derajat disosiasi yang diberi lambang ( )
Harga
Contoh :
Reaksi penguraian
2 SO3(g) ⇌ 2 SO2(g) + O2(g)
Memiliki tetapan kesetimbangan K = 0,025 mol/L pada suhu tertentu. Untuk dapat membatasi penguraian 2 mol/L SO3 sampai 20 % saja, pada suhu tersebut berapa konstentrasi gas O2 yang ditambahkan?
Penyelesaiian :
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang teramati selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada perubahan yang teramati dalam sistem.
Untuk mencapai kesetimbangan perlu beberapa syarat khusus, yaitu reaksinya dapat balik, sistemnya tertutup, dan bersifat dinamis. Sistem tertutup merupakan sistem reaksi di mana baik zat-zat yang bereaksi maupun zat-zat hasil reaksi tetap dalam sistem. Sistem tertutup tidak selamanya harus terjadi dalam wadah tertutup, kecuali pada reaksi gas. Keadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana dua proses yang berlawanan arah berlangsung secara simultan dan terus menerus, tetapi tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur.
B. Saran
Dengan adanya makalah ini, pemakalah mengharapkan kritikan dan saran demi kesempurnaan makalah ini. Menyadari bahwa penulis masih jauh dari kata sempurna, kedepannya penulis akan lebih fokus dan detail dalam menjelaskan tentang makalah di atas dengan sumber – sumber yang lebih banyak yang tentunya dapat dipertanggung jawabkan.
Untuk saran bisa berisi kritik atau saran terhadap penulisan juga bisa untuk menanggapi terhadap kesimpulan dari bahasan makalah yang telah di jelaskan. Sekian materi dari pemakalah, apabila terdapat kesalahan pemakalah memohon maaf dengan sebesar-besarnya.
DAFTAR PUSTAKA
Keenan, dkk. 1984. Kimia untuk Universitas. Jakarta : Erlangga.
Mulyani, Sri. 2005. Kimia Fisika 2. Surabaya : Universitas Negeri Malang.
Sulami, Emi. 2006. Kimia. Jakarta : Gelora Aksara Pratama.
Suminar. 2001. Prinsip-prinsip Kimia Modern. Jakarta : Erlangga.
Rahayu, Nurhayati. 2011. Kimia. Jakarta: Gagas Media.
Rusman. 2009. Kimia Fisik. Banda Aceh : Unsyiah press
