KESETIMBANGAN KIMIA/smk/sma kls 2

BAB 4

KESETIMBANGAN KIMIA

1.  Keadaan kesetimbangan

Dalam ilmu kimia dapat dibedakan menjadi 2 jenis reaksi yaitu:

-    Reaksi irreversibel adalah reaksi dimana zat-zat hasil reaksi tidak dapat bereaksi kembali untuk membentuk zat-zat pereaksi, disebut juga reaksi berkesudahan.

-    Reaksi reversibel adalah suatu reaksi dimana zat-zat hasil reaksi dapat bereaksi atau terurai kembali membentuk zat-zat pereaksi disebut juga reaksi bolak-balik atau reaksi dua arah.

Keadaan kesetimbangan adalah keadaan di mana dalam suatu reaksi laju reaksi ke kanan sama dengan laju reaksi ke kiri atau laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik.

Ciri-ciri kesetimbangan dinamis adalah:

1. Reaksi berlangsung terus-menerus dengan arah yang berlawanan.

2. Terjadi pada ruang tertutup, suhu, dan tekanan tetap.

3. Kecepatan reaksi ke arah produk (hasil reaksi) sama dengan kecepatan reaksi ke arah reaktan (zat-zat pereaksi).

4. Tidak terjadi perubahan makroskopis, yaitu perubahan yang dapat dilihat, tetapi terjadi perubahan mikroskopis, yaitu perubahan tingkat partikel (tidak dapat dilihat).

5. Setiap komponen tetap ada.

Berdasarkan fase zat kesetimbangan dibedakan menjadi dua, yaitu:

-    Kesetimbangan homogen adalah kesetimbangan yang fase zatnya sama.

1.  Kesetimbangan dalam sistem gas–gas

2.  Kesetimbangan dalam sistem larutan–larutan

-    Kesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan yang fase zatnya berbeda.

1.  Kesetimbangan dalam sistem padat–gas

2.  Kesetimbangan dalam sistem padat–larutan

3.  Kesetimbangan dalam sistem larutan–padat–gas

2.  Pergeseran Kesetimbangan

Asas Le Chatelier “Apabila pada suatu sistem kesetimbangan dilakukan suatu aksi maka sistem akan melakukan reaksi sehingga pengaruh aksi tersebut menjadi sekecil mungkin”. Jadi kesetimbangan kimia akan bergeser apabila mendapat gangguan. Faktor-faktor yang dapat menggeser kesetimbangan adalah konsentrasi, tekanan, volume, dan suhu.

a.  Perubahan konsentrasi

Apabila dalam suatu kesetimbangan salah satu konsentrasi zat diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dan sebaliknya apabila salah satu zat konsentrasinya dikurangi reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.

Jika di tambah maka bergeser dari zat ditambah, jika dikurangi bergeser ke arah zat yang dikurangi

b.  Perubahan tekanan dan volume

Perubahan tekanan dan volume hanya dapat menggeser kesetimbangan pada reaksi yang berfase gas dan mempunyai perbedaan koefisien reaksi antara ruas kiri (pereaksi) dengan ruas kanan (hasil reaksi).

Jika volume naik maka tekanan turun reaksi bergeser kearah jumlah koefisien yang besar dan jika volume turub maka tekanan naik reaksi bergesr ke arah jumlah koefisien yang kecil.

c.  Perubahan suhu

Apabila suhu dinaikkan kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang menyerap kalor (endoterm atau ΔH = + ) dan apabila suhu diturunkan kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang melepaskan kalor (eksoterm atau ΔH = - )

Contoh :

Apa yang terjadi pada reaksi :  2A  +  B  Û C  +  D   DH = - x, jika:

a. suhu dinaikkan

b. konsentrasi D dikurangi

c. volume ditambah

d. tekanan dinaikkan

Jawaban :

a. Kiri, karena reaksi akan bergerak ke arah endoterm DH = +

        (ingat reaksi diatas adalah reaksi eksoterm, kebalikannya endoterm)

b. kanan, karena reaksi akan bergerak kearah zat yang berkurang.

c. Kiri, reaksi akan bergerak ke arah koefisien lebih besar

        ( kiri = 2 + 1 =3, kanan = 1 + 1 = 2, jadi kiri > kanan)

d. kanan, reaksi akan bergerak ke arak koefisien lebih kecil

LATIHAN

1. Sebutkan apa yang terjadi jika pada kesetimbangan dipengaruhi oleh :

a. suhu naik atau suhu turun

b. konsentrasi pereaksi ditambah atau dikurangi

c. volume tempat reaksi diperbesar atau diperkecil

d. tekanan ditambah atau dikurangi

2. Pembuatan NH₃ menurut proses Haber dengan persamaan reaksi :

N₂ (g) + 3H₂ (g) Û 2NH₃ (g) ΔH = –188,19 Kj

Ke arah mana reaksi bergerak dan jelaskan, jika :

a. konsentrasi H₂ ditambah

b. konsentrasi NH₃ dikurangi

c. konsntrasi N₂ dikurangi

d. suhu reaksi diturunkan

e. volume raksi diperbesar

f. tekanan reaksi ditambah

3. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak memakai persamaan reaksi :

2SO₂ (g) + O₂ (g) Û 2SO₃   (g) ΔH = + 200  Kj

Ke arah mana reaksi bergerak dan jelaskan, jika :

a. konsentrasi SO₂ ditambah

b. konsentrasi SO₃ dikurangi

c. konsntrasi O₂ dikurangi

d. suhu reaksi diturunkan

e. volume raksi diperkecil

f. tekanan reaksi ditambah

3. Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc)

Menurut Cato Guldberg dan Waage, pada suhu tetap, harga tetapan kesetimbangan akan tetap. Hukum Cato Guldberg dan Waage berbunyi: “Dalam keadaan kesetimbangan pada suhu tetap, maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi pereaksi yang sisa di mana masing-masing konsentrasi itu dipangkatkan dengan koefisien reaksinya adalah tetap.” Bahasan mengenai tetapan kesetimbangan yang disebut tersebut sebagai hukum kesetimbangan.

a. Kesetimbangan Homogen

Untuk reaksi kesetimbangan:

a A (g) + b B (g) → c C (g) + d D (g)

maka tetapan kesetimbangan:    

Kc adalah konstanta atau tetapan kesetimbangan konsentrasi yang harganya tetap selama suhu tetap.

 [A], [B], [C], dan [D] adalah konsentrasi zat A, B, C, dan D (satuan M (molaritas) atau mol/liter).

b.  Kesetimbangan Heterogen

Pada reaksi heterogen yang diperhitungkan adalah:

1)  Untuk campuran gas dengan padat yang diperhitungkan adalah gas.

a A (s) + b B (g) → c C (s) + d D (g)

2)  Untuk campuran larutan dengan padat yang diperhitungkan adalah larutan.

a A (aq) + b B (s) → c C (s) + d D (aq)

Contoh :

Tentukan persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut ?

1. N₂(g) + 3H₂(g) Û 2NH₃(g)

2. 2SO₃(g) Û 2SO₂(g) + O₂(g)

3. BiCl₃(aq) + H₂O(l) Û BiOCl(s) + 2HCl(aq)

Jawab :

1. N₂(g) + 3H₂(g) Û 2NH₃(g)                Homogen yaitu fase gas

                   Kc =

2. 2SO₃(g) Û 2SO₂(g) + O₂(g)               Homogen yaitu fase gas

Kc =

3. BiCl₃(aq) + H₂O(l) Û BiOCl(s) + 2HCl(aq) 

Heterogen ambil yang mempunyai fase gas atau aq

Kc =

LATIHAN

Tentukan rumus tetapan kesetimbangan berikut :

1.  2H₂ (g)  +  O₂ (g) Û 2H₂O (g)

2.  2CO₂ (g) Û 2CO (g) + O₂ (g)

3.  C (s) + O₂ (g) Û CO₂ (g)

4.  H₂CO₃ (l) Û H₂O (l) + CO₂ (g)

5.  NH₄OH (l) Û NH₃ (g) + H₂O (l)

6.  2BaO₂(s) Û O₂(g) + 2 BaO (s)

Menentukan Pereaksi atau Hasil reaksi dalam reaksi kesetimbangan konsentrasi dan harga Kc (Tetapan kesetimbangan konsentrasi)

Contoh :

1 mol gas NH₃ dimasukan pada wadah 2 liter, mengalami kesetimbangan seperti reaksi berikut :

2NH₃(g) Û N₂(g) + 3H₂(g)

Jika pada saat kesetimbangan didapat 0,2 mol gas N₂, tentukan :

a. mol NH₃ pada saat setimbang

b. mol H₂ pada saat setimbang

c. tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc)

Jawab :

	2 NH3		N2	3 H2
M	1		-	-
R	2/1 x 0,3 = 0,6		0,3	0,9
S	1-0,6 = 0,4		0,3	3/1x 0,3 = 0,9

a. mol NH₃ pada saat setimbang = 0,4

b. mol H₂ pada saat setimbang = 0,9

c. tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc)

Konsentrasai zat pada saat setimbang:

           [NH₃] =  =

           [N₂] =  =

[H₂] =  =

Rumus tetapan dari reaksi :

Kc =  == 0,76

LATIHAN

1. Pembuatan NH₃ menurut proses Haber dengan persamaan reaksi :

N₂ (g) + 3H₂ (g) Û 2NH₃ (g)

Jika pada awal dimasukkan 2 mol N₂ dan 5 mol H₂ pada suatu wadah 1 liter, dan pada saat kesetimbangan didapat 2 mol NH₃, tentukan :

a. mol N₂ pada saat setimbang

b. mol H₂ pada saat setimbang

c. tetapan kesetimbangan konsentrasi

2.  Pada suatu wadah 3 liter dimasukkan 5 mol gas SO₃ sampai mencapai kesetimbangan,  pada saat setimbang di dapat 2 mol O₂. Persamaan reaksinya :

2SO₃ (g) Û   2SO₂ (g) + O₂ (g)

Tentukan :

a. mol SO₂ pada saat setimbang

b. mol SO₃ pada saat setimbang

c. tetapan kesetimbangan konsentrasi

 4.    Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial (Kp)

Pada reaksi kesetimbangan yang berfasa gas harga tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas. Secara umum berlaku:

Reaksi:

m A(g) + n B(g) → s C(g)  +  t D(g)

Kp =

Kp  = tetapan kesetimbangan tekanan gas

PA  = tekanan parsial gas A (atm)                                          

PC  = tekanan parsial gas C (atm)

PB  = tekanan parsial gas B (atm)                                           

PD  = tekanan parsial gas D (atm)

   P A = Parsial gas A = x P total

     P C = Parsial gas C =  x P total

5.  Hubungan antara Kp dan Kc

K_p  =  K_c(RT)^n

Keterangan:

                   R  = tetapan gas (0,082)        T = suhu mutlak (K)

                   n  =  jumlah koefisien ruas kanan – jumlah koefisien ruas kiri

                        = c – (a + b)

Contoh :

Pada suatu wadak terdapat kesetimbangan antara H₂, O₂ dan H₂O yang mempunyai tekanan total 5 atm dengan reaksi kesetimbangan :

         2H₂  (g)  +  O₂  (g)  Û 2H₂O   (g)

Suhu wadah tersebut adalah 27⁰ C.

Tentukan :

a. tekanan parsial gas H₂

b. tekanan parsial gas O₂

c. tekanan parsial gas H₂O

d. tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp)

e. tetapan kesetimbangan konsentrasi

Jawab  :

a. tekanan parsial gas H₂

   P H₂ =  x P total =

b. tekanan parsial gas O₂

   P O₂ =  x P total =

c. tekanan parsial gas H₂O

         P H₂O =  x P total =

d. tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp)

Rumus Kp :

Kp =                  =

e. tetapan kesetimbangan konsentrasi

         T = 27⁰ C = 27 + 273 =300 K

         R = 0,082                   D n = 2 – (2 + 1) = 1

         Rumus hubungan Kp dan Kc:

K_p  =  K_c(RT)^n

1   =  Kc ( 0,082 x 300)¹

1   = Kc x 24,6

Kc  = = 0,04

LATIHAN 

1.  Pada tabung gas yang tekanan totalnya 6 atm terdapat kesetimbangan :

3 H₂ (g) + N₂ (g) Û 2NH₃ (g)

Jika suhu wadah itu 25⁰C, tentukan :

a. tekanan parsial gas H₂

b. tekanan parsial gas N₂

c. tekanan parsial gas NH₃

d. tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp)

e. tetapan kesetimbangan konsentrasi

2.  Pada wadah yang berisi gas dalam kesetimbangan :

                  2SO₂    + O₂   Û  2 SO₃

Tekanan parsial  SO₃ yaitu 0,8 atm. Hitunglah :

    a. Tekanan parsial O₂

b. Tekanan parsial SO₂

    b. Tetapan kesetimbangan tekanan parsial

    c.  Tetapan kesetimbangan konsentrasi jika R = 0,082 dan suku 27⁰C.

     Derajat Disosiasi

Derajat disosiasi adalah perbandingan mol zat terurai dengan mol zat mula-mula.

Catatan: 0 1

  = 0 (tidak terdisosiasi)

  = 1 terdisosiasi sempurna

6. Kesetimbangan dalam industri

a.  Pembuatan asam sulfat (H₂SO₄)

Salah satu cara pembuatan asam sulfat melalui proses industri dengan produk yang cukup besar  adalah dengan proses kontak. Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan melalui proses berikut.

1)  Belerang dibakar di udara, sehingga bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan gas belerang dioksida.

2)  Belerang dioksida direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida.

     SO₂(g) + O₂(g) Û SO₃(g)

3)  SO₃ yang dihasilkan, kemudian dipisahkan, dan direaksikan dengan air untuk menghasilkan asam sulfat.

     SO₃(g) + H₂O(l)Û H₂SO₄(aq)

4)  Reaksi tersebut berlangsung hebat sekali dan menghasilkan asam sulfat yang sangat      korosif. Untuk mengatasi hal ini, gas SO₃ dialirkan melalui menara yang di dalamnya terdapat aliran H2SO4 pekat, sehingga terbentuk asam pirosulfat (H₂S₂O₇) atau disebut “oleum”. Asam pirosulfat direaksikan dengan air sampai menghasilkan asam sulfat.

     SO₃(g) + H₂SO₄(g)Û H₂S₂O₇(aq)

     H₂S₂O₇(aq) + H₂O(l) Û 2 H₂SO₄(l)

b.  Pembuatan amoniak (NH3)

Dalam industri pembuatan amoniak dilakukan dengan proses Haber-Bosch menurut reaksi

N₂(g) + 3H₂(g) Û 2NH₃(g)  = –92 KJ

Untuk setiap 1 mol gas nitrogen dan 3 mol gas hidrogen dihasilkan 2 mol gas amonia. Reaksi ke kanan bersifat eksoterm. Reaksi eksoterm lebih baik terjadi jika suhu diturunkan, sehingga reaksi bergeser ke kanan menghasilkan amonia makin besar. Jadi kondisi optimum untuk produksi NH₃ adalah tekanan tinggi dan suhu rendah.  Salah satu cara untuk meningkatkan reaksi adalah dengan menggunakan katalis