Konsep Kesetimbangan Dinamis
Reaksi kesetimbangan adalah reaksi dimana zat-zat hasil reaksi (
produk ) dapat bereaksi kembali membentuk zat-zat semula (
reaktan ). Jadi reaksi berlangsung dua arah (
reversibel ) :
Kapankah suatu reaksi bolak-balik mencapai keadaan setimbang ?
Pada saat
laju reaksi ke kanan =
laju reaksi ke kiri
Bagaimana kita dapat mengetahui bahwa suatu reaksi bolak-balik telah mencapai kesetimbangan ?
Saat tercapai kesetimbangan
jumlah zat-zatnya baik reaktan maupun produk tidak lagi berubah. Jumlah zat sebanding dengan mol dan konsentrasi sehingga saat setimbang mol dan konsentrasi zat-zatnya tetap.
Jelaskan, mengapa kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan dinamis !
Walaupun reaksi kimia sudah mencapai keadaan setimbang akan tetapi
reaksi tetap berlangsung pada tingkat molekul/mikroskopis. karena
kecepatan reaksi maju/ke kanan = reaksi balik/ke kiri maka seakan-akan
reaksinya sudah berhenti.
Ciri khas reaksi kesetimbangan :
"Zat-zat ruas kiri ( reaktannya ) tidak pernah habis"
Pada saat terjadi kesetimbangan, maka harga tetapan kesetimbangan ( Kc )
dapat ditentukan. Nilainya ditentukan dengan menggunakan perbandingan
konsentrasi zat-zatnya saat tercapai kesetimbangan.
dari bentuk persamaan di atas dapat disimpulkan :
Jika nikai K > 1 maka hasil/produk yang dihasilkan
banyak
Jika nikai K < 1 maka hasil/produk yang dihasilkan
sedikit
Hal
PENTING yang perlu kalian ketahui !
Untuk reaksi yang sama harga
Kc hanya dipengaruhi suhu. Selama
suhu tetap maka K tetap. Harga K berubah hanya apabila suhunya berubah. perubahan harga K tergantung jenis reaksinya :
- Reaksi Endoterm ( menyerap kalor / delta H nya positif ) : K berbanding lurus
dengan suhu. Artinya jika suhunya meningkat maka K nya juga meningkat
dan sebaliknya jika suhunya menurun maka K nya juga menurun.
- Reaksi Eksoterm ( melepas kalor / delta H nya negatif ) :
K berbanding terbalik dengan suhu. Artinya jika suhunya meningkat maka K
nya menurun dan sebaliknya jika suhunya menurun maka K nya meningkat.
Membandingkan harga K dengan beberapa reaksi :
- Jika reaksi dibalik maka K menjadi 1/K
- Jika reaksinya dikalikan n maka K menjadi Kn
- Jika reaksinya dibagi n maka K menjadi akar n nya K
- Jika dua reaksi atau lebih dijumlahkan maka harga K tiap-tiap reaksi dikalikan
Diketahui tetapan kesetimbangan 2 reaksi sebagai berikut :
Kc nya berturut-turut adalah 4 dan 8 maka tetapan kesetimbangan bagi reaksi :
adalah !
Untuk mengetahui perubahan nilai tetapan kesetimbangan ( K ) yang kita
perhatikan adalah senyawa yang spesifik yang ada untuk tiap-tiap reaksi.
untuk
reaksi pertama yang kita perhatikan perubahannya adalah
senyawa B karena
senyawa B tidak ada pada reaksi ke dua. Senyawa B yang mula-mula
di ruas kiri menjadi
di ruas kanan dan
dikalikan 2 (karena angka koefisiennya berubah dari 1 menjadi 2 berarti berubah menjadi dua kalinya).
maka reaksinya ditulis :
karena dibalik maka K = 4 menjadi K = 1/4 kemudian dikalikan 2 maka K = 1/4 berubah lagi menjadi kuadratnya K = (1/4)
2 = 1/16
untuk
reaksi kedua tidak mengalami perubahan karena senyawa spesifiknya yaitu
senyawa D tetap ada di ruas kiri dan
angka koefisiennya pun tetap = 1 sehingga K nya juga tetap 8. Dari
reaksi pertama yang telah diubah dengan reaksi kedua digabung menjadi :
senyawa yang
sama di ruas kiri dan kanan
saling coret....
karena digabung maka nilai K = 1/16 dan K = 8 dikalikan sehingga menjadi :
K = 1/16 . 8 = 1/2
Pergeseran Kesetimbangan
Asas Le Chatelier
Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu
aksi (tindakan) maka reaksi akan
bergeser untuk menghilangkan pengaruh aksi itu.
Pengaruh Konsentrasi
- Jika salah satu pereaksi/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 akan bergeser ke ruas kiri/pereaksi/reaktan. Sebaliknya jika salah satu produk/hasil reaksi/ruas kanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke ruas kanan/produk/hasil reaksi.
Pengaruh Volume
- Jika volume diperbesar (pengenceran) maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terbanyak atau ke ruas yang jumlah angka koefiseinnya terbanyak.
- Jika volume diperkecil (pemekatan) maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terkecil atau ke ruas yang jumlah angka koefiseinnya terkecil.
- Jika jumlah angka koefisien ruas kanan dan ruas kiri sama maka penambahan atau pengurangan volume tidak akan menggeser kesetimbangan.
PENTING !! Angka koefisien reaksi dari zat padat murni ( s ) dan zat cair murni ( l )
TIDAK
mempengaruhi kesetimbangan yang mempengaruhi kesetimbangan adalah
senyawa dalam bentuk larutan ( aq ) dan gas ( g ). Perhatikan contoh
untuk pengaruh volume dan konsentrasi :
ke arah mana kesetimbangan bergeser jika suhu tetap :
a. ditambah BiCl
3
b. ditambah air
c. ditambah BiOCl
d. ditambah HCl
e. ditambah NaOH
Jawab :
a. Penambahan BiCl
3, salah satu pereaksi, akan menggeser kesetimbangan ke kanan
b. Penambahan air (memperbesar volume) akan menggeser kesetimbangan ke
kanan karena koefisien ruas kanan lebih besar dari ruas kiri.
Alasannya : koefisien ruas kiri = 1 yaitu koefisien BiCl
3, ingat koefisien H
2O
tidak usah dihitung karena zat cair murni ( l ) sedangkan jumlah
koefisien di ruas kanan = 2 yaitu koefisien dari HCl, ingat BiOCl tidak
diperhitungkan karena bentuknya padat ( s ).
c. Penambahan BiOCl yang merupakan komponen padat tidak menggeser kesetimbangan.
d. Penambahan HCl, salah satu produk, akan menggeser kesetimbangan ke kiri.
e. Penambahan NaOH akan bereaksi dengan HCl yang berarti mengurangi
salah satu produk, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
Pengaruh Tekanan
pengaruh 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 koefiseinnya terkecil.
- Jika tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekulnya terterbesar atau ke ruas yang jumlah angka koefiseinnya terbesar.
- Jika jumlah angka koefisien ruas kanan dan ruas kiri sama maka penambahan atau pengurangan tekanan tidak akan menggeser kesetimbangan.
INGAT !! sama dengan pengaruh volume pada pengaruh tekanan...
Angka koefisien reaksi dari zat padat murni ( s ) dan zat cair murni ( l )
TIDAK mempengaruhi kesetimbangan jadi tidak dihitung.
Pengaruh Suhu
- 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).
Contoh :
Ke arah mana kesetimbangan akan bergeser jika suhu dinaikkan !
Pada kenaikan suhu kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm ( delta H nya + ) :
a. Pada reaksi pertama kesetimbangan akan
bergeser ke kiri karena reaksi pertama dari kiri ke kanan adalah reaksi eksoterm ( delta H nya - ) maka
reaksi endotermnya kebalikannnya yaitu dari
kanan ke kiri
b. Pada reaksi kedua kesetimbangan akan
bergeser ke kanan karena reaksi kedua dari kiri ke kanan adalah reaksi endoterm ( delta H nya + ) maka
reaksi endotermnya sudah sesuai yaitu dari
kiri ke kanan
Pengaruh Katalisator
Dalam suatu reaksi kesetimbangan, pengaruh katalisator adalah
mempercepat terjadinya reaksi sehingga reaksi maju dan reaksi baliknya sama-sama bertambah kuat. Oleh karena itu, katalisator
tidak mempengaruhi susunan kesetimbangan akan tetapi mempercepat tercapainya keadaan setimbang.
Menentukan Tetapan Kesetimbangan ( Kc )
Memperdalam tentang tetapan kesetimbangan yang telah disinggung sebelumnya.
Tetapan kesetimbangan adalah hasil kali konsentrasi setimbang zat di ruas kanan
dibagi hasil kali konsentrasisetimbang zat di ruas kiri, masing-masing konsentrasi zat dipangkatkan dengan koefisien reaksinya.
Persamaan tetapan kesetimbangannya adalah :
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi yang sama
"harganya tetap untuk suhu yang tetap"
zat padat murni ( s ) dan zat cair murni ( l )
TIDAK disertakan dalam penyusunan tetapan kesetimbangan
BiOCl (s) dan H
2O tidak disertakan dalam persamaan Kc karena bertutut-turut bentuknya zat padat (s) dan zat cair murni ( l ).
Contoh Soal 1 :
Metana (CH
4) dapat diperoleh dari dari reaksi gas CO
2 dan gas H
2 menurut persamaan :
Reaksi ini berlangsung pada suhu tinggi dengan suatu katalisator. Ke
dalam ruangan 500 ml mula-mula dimasukkan 1 mol gas CO dan 3 mol gas H
2 diperoleh 0,387 mol air. Tentukan besarnya tetapan kesetimbangannya pada suhu tersebut !
Jawab :
Mula-mula kalian buat bagan seperti di bawah ini :
lalu kalian isikan nilai mol senyawa di bawah senyawanya sesuai dengan keterangan soal ( angka yang berwarna
hitam ).
ingat mol H2O sebesar 0,378 mol diisikan di bagian setimbang. karena mula-mula H
2O
tidak ada kemudian
diperoleh / saat setimbang 0,378 mol. Karena mula-mula tidak ada kemudian saat setimbang menjadi 0,378 juga berarti
saat bereaksi menghasilkan H
2O sebesar 0,378 mol juga. Saat reaksi
perbandingan mol = perbandingan angka koefisien, isikanlah mol saat reaksi untuk semua senyawa berdasarkan mol H
2O saat reaksi sebesar 0,378 mol dikalikan angka koefisiennya masing-masing ( angka yang berwarna
merah ). Mol saat setimbang di
ruas kiri = mol mula-mula - mol setimbang dan di
ruas kanan mol saat setimbang = mol mula-mula + mol setimbang. Hasilnya diisikan di bagian setimbangnya ( angka berwarna
biru ).
angka yang dipakai untuk menyusun Kc adalah angka saat keadaan
setimbang... tetapi ingat, bukan dalam mol namun dalam konsentrasi ( M )
karena volemenya 500 ml = 0,5 liter maka setiap molnya dibagi 0,5 :
CO = 0,622 mol / 0,5 l = 1,244 M
H
2 = 1,866 mol/ 0,5 l = 3,732 M
CH
4 = H
2O = 0,378 mol / 0,5 l = 0,756 M
Harga Kc yang kecil menunjukkan reaksi ini hanya membentuk sedikit sekali metana (CH
4)
Contoh Soal 2 :
Harga Kc untuk reaksi di bawah ini dalam suhu tertentu adalah 49
Pada suatu percobaan, 2 mol H , 2 mol I dan 4 mol HI dicampur dalam
suatu ruangan 1 liter pada suhu yang sama. Tentukan mol HI saat mencapai
keadaan setimbang !
Jawab :
Misalkan H yang bereaksi x mol maka :
Pada saat setimbang :
karena volumenya 1 liter maka mol = konsentrasinya (
ingat : M = mol/volume )
kedua ruas diakar :
14 - 7x = 4 + 2x
10 = 9x
x = 10/9 = 1,11
maka saat setimbang mol HI = (4 + 2x) = 6,22 mol
Contoh Soal 3 :
Dalam bejana 1 dm
3 terdapat kesetimbangan antara 0,05 mol N
2; 0,20 mol H
2; dan 0,10 NH
3. Untuk meningkatkan jumlah NH
3 menjadi 0,20 mol dalam suhu dan volume tetap harus ditambahkan N
2 sebanyak....
Jawab :
karena dalam
suhu yang sama Kc tidak berubah maka berlaku Kc
1 = Kc
2
Ingat.... mol tiap-tiap senyawa tidak dibagi volume karena volumenya =
1 liter jika tidak satu liter maka mol tiap-tiap senyawa harus dibagi
dengan volumenya seperti contoh soal no 1.
N2 = 4.0,05 = 0,20 mol
maka N yang ditambahkan = mol N setelah - mol N mula-mula = 0,20 mol - 0,05 mol =
0,15 mol
Kesetimbangan Dissosiasi
Disosiasi adalah peruraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana
Derajad disosiasi adalah perbandingan antara j
umlah zat yang terdisosiasi / terurai / bereaksi dengan
jumlah zat mula-mula.
Contoh :
Jika 3 mol AB dalam satu liter air terurai sebanyak 40 % menurut reaksi :
maka tetapan kesetimbangan reaksi tersebut....
Jawab :
Derajad disosiasi = 40 % = 0,4
Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial ( Kp )
tetapan kesetimbangan untuk sistem kesetimbangan gas juga dapat dinyatakan dengan tekanan parsial gas
, 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 :
Jumlah mol total saat reaksi gas mencapai
kesetimbangan dapat dicari dengan rumus
gas ideal :
Hubungan Kc dan Kp :
Keterangan :
P = tekanan (atm)
V = volume (m)
n = mol
R = 0,082 L.atm/mol.K
T = Suhu ( K )
delta n = Jumlah koefisien gas kanan - Jumlah koefisien gas kiri
Contoh Soal :
Sebanyak 10 mol gas N
2 dicampurkan dengan 40 mol gas H
2 dalam suatu ruangan 10 liter kemudian dipanaskan pada suhu 427 C sehingga bereaksi membentuk NH
3 menurut reaksi kesetimbangan :
Apabila tekanan total campuran pada keadaan setimbang adalah 230 atm. tentukanlah harga Kp !
Jawab :
dengan menggunakan persamaan gas ideal jumlah mol gas dalam campuran saat setimbang dapat dihitung sebagai berikut :
Hati2... suhu harus dalam Kelvin ( K ) maka T = 427 C + 273 = 700 K
misal jumlah mol N
2 yang bereaksi = x mol maka susunan kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut :
karena jumlah mol totalnya = 40 mol maka x dapat dicari :
(10 - x) + (40 - 3x) + 2x = 40
-2x = -10
x = 5
susunan mol saat kesetimbangan sebagai berikut :
N
2 = 10 - x = 5 mol
H
2 = 40 - 3x = 25 mol
NH
3 = 2x = 10 mol
Tekanan Parsial gas saat setimbang :
tekanan parsial N
2 = 5/40 . 230 atm = 28,75 atm
tekanan parsial H
2 = 25/40 . 230 atm = 143,75 atm
tekanan parsial NH
3 = 10/40 . 230 atm = 57,50 atm
