Materi Kimia Kelas XI - Kesetimbangan Kimia
KESETIMBANGAN KIMIA
3.8 Menjelaskan
reaksi kesetimbangan di dalam hubungan antara pereaksi dan hasil reaksi
3.9 Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan dan penerapannya dalam industri
Ciri Kesetimbangan Kimia
atau 
Dalam perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi heterogen
(reaksi di mana terdapat lebih dari 1 fasa) yang melibatkan substansi dalam
wujud cairan murni atau padatan murni, konsentrasi substansi cair dan padat
tersebut diabaikan dan tidak ikut diperhitungkan. Contohnya:
CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
3.9 Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan dan penerapannya dalam industri
Prinsip dari kesetimbangan kimia telah banyak diterapkan
dalam berbagai bidang seperti industri yang melibatkan proses reaksi kimia.
Kesetimbangan kimia sangat berpengaruh terhadap kondisi termodinamika suatu
sistem yang juga akan mempengaruhi efisiensi suatu reaksi kimia.
Dalam dunia industri, kesetimbangan kimia dapat dioptimalkan untuk menghasilkan produk dengan jumlah besar dalam waktu dan bahan yang minimalis.
Dalam dunia industri, kesetimbangan kimia dapat dioptimalkan untuk menghasilkan produk dengan jumlah besar dalam waktu dan bahan yang minimalis.
Selain itu, banyak aplikasi kesetimbangan kimia dalam
kehidupan sehari-hari baik yang kita sadari maupun tidak kita sadari.
Kesetimbangan kimia terjadi pada reaksi kimia yang
reversibel. Reaksi reversibel adalah reaksi yang di mana produk reaksi dapat
bereaksi balik membentuk reaktan. Kesetimbangan kimia tercapai ketika laju
reaksi maju sama dengan laju reaksi balik dan konsentrasi dari reaktan-reaktan
dan produk-produk tidak berubah lagi.
Ciri Kesetimbangan Kimia
Tidak semua reaksi akan langsung mencapai titik
kesetimbangannya, berikut ini merupakan karakteristik suatu reaksi kimia dapat
dikatakan telah mencapai kesetimbangan, antara lain;
- Reaksi dalam sistem setimbang terjadi dalam dua arah berlawanan dan berlangsung tanpa henti (dinamis)
- Laju reaksi ke kanan (reaksi maju) harus sama dengan laju reaksi ke arah kiri (reaksi balik)
- Kesetimbangan kimia hanya dapat terjadi dalam sistem tertutup
- Tidak terdapat perubahan yang dapat dilihat secara makroskopis dalam sistem reaksi tersebut
- Katalis tidak mempengaruhi kesetimbangan, melainkan hanya berperan dalam mempercepat laju reaksi
Terjadinya kesetimbangan kimia dalam suatu reaksi
dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut;
Perubahan Konsentrasi
Berdasarkan prinsip Le Chatelier penambahan reaktan dalam
sistem yang telah setimbang akan menggeser reaksi untuk bergerak ke arah kanan
(ke arah produk) dan sebaliknya untuk pengurangan konsentrasi reaktan akan
menggeser reaksi ke arah kiri (ke arah reaktan).
Hal yang sama juga berlaku pada produk, penambahan konsentrasi
produk akan menyebabkan reaksi bergeser ke arah reaktan dan pengurangan produk
akan menggeser reaksi ke arah produk. Dalam sektor industri, faktor ini dapat
dimanfaatkan untuk mencapai tingkat konversi produk yang tinggi dan efisien
dengan mengarahkan reaksi ke arah produk atau kanan.
Perubahan Tekanan
Perubahan tekanan atau volume dalam sistem juga akan
mengganggu sistem kesetimbangan yang sudah terbentuk. Ketika tekanan sistem
meningkat atau volume berkurang, maka kesetimbangan akan bergeser ke sisi yang
jumlah molnya lebih sedikit dan ketika tekanan berkurang atau volume meningkat,
maka kesetimbangan akan bergeser ke sisi yang jumlah molnya lebih banyak. Dalam
hal ini koefisien reaksi sangat berpengaruh karena koefisien akan menentukan
jumlah mol dari suatu zat.
Perubahan Suhu
Pengaruh suhu dalam suatu sistem setimbang berkaitan dengan
panas reaksi dimana pada reaksi endoterm, maka panas akan diserap oleh reaksi
sehingga akan menghasilkan nilai entalpi reaksi positif. Ketika suhu sistem
dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergerser ke sisi yang merupakan reaksi
endoterm atau menyerap panas. Sedangkan saat suhu diturunkan, maka reaksi akan
bergeser ke sisi yang merupakan reaksi endoterm atau melepaskan panas.
Jenis Kesetimbangan Kimia
Berdasarkan jenis zat yang terlibat dalam suatu reaksi,
kesetimbangan kimia dapat dibedakan menjadi 2 yaitu:
Kesetimbangan Homogen
Kesetimbangan homogen merupakan kesetimbangan dimana baik
reaktan maupun produk berada dalam satu fasa atau bentuk misalnya larutan
sehingga akan menghasilkan campuran yang homogen. Reaksi antar zat terlarut
dalam suatu sistem larutan merupakan salah satu contoh kesetimbangan homogen.
Dalam reaksi ini, spesi kimia yang terlibat dapat berbentuk ion, molekul,
maupun campuran.
Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan heterogen adalah suatu sistem dimana reaktan
dan produk berbeda fasa. Dalam hal ini fasa yang dimaksuda dapat berupa fasa
padat, cair, gas, dan larutan. Namun dalam sistem kesetimbangan ini, fasa padat
dan cairan murni (liquid) dapat diabaikan.
Contoh Aplikasi Kesetimbangan Kimia
Dengan keistimewaan dan sifat dari kesetimbangan kimia
tersebut dapat dimanfaatkan dalam beberapa bidang kehidupan.
Pembuatan Amonia (Industri)
Amonia (NH3) dibuat dengan mereaksikan gas nitrogen
(N2) dengan gas hidrogen (H2) dengan perbandingan
tertentu dimana akan dihasilkan reaksi kesetimbangan yang menghasilkan amonia
dengan reaksi eksoterm.
N2 (g) +
3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
Dalam industri, untuk meningkatkan efisiensi produksi maka
kesetimbangan kimia dapat dimanipulasi dengan menambah konsentrasi reaktan,
memperbesar tekanan, dan menurunkan suhu yang dimaksudkan untuk menggeser
resaksi ke arah produk sehingga dihasilkan produk yang lebih tinggi dengan
waktu yang minim. Selain dengan kesetimbangan, katalis juga dapat ditambahkan
untuk mempercepat laju reaksi.
Siklus Oksigen pada Tubuh Manusia
Ketika bernapas, secara tidak sadar kita juga telah
menerapkan sistem kesetimbangan kimia. Oksigen bebes akan dihirup oleh manusia
untuk masuk ke paru-paru dan akan diikat oleh hemoglobin. Dalam pengikatan ini
terjadi reaksi antar hemoglobin dengan oksigen yang akan membentuk
oksihemoglobin dengan melalui sistem kesetimbangan.
Hb (aq) + O2 (aq) ⇌ HbO2 (aq)
Pada paru-paru dimana terjadi pengikatan oksigen, maka
konsentrasi oksigen akan tinggi sehingga kesetimbangan pada paru-paru akan
bergeser ke arah produk atau kanan. Sedangkan pada sel atau jaringan dimana
oksigen akan disalurkan oleh hemoglobin, maka konsentrasi oksigen dalam darah
akan berkurang sehingga kesetimbangan akan berbalik ke arah kiri.
Mengatur pH dalam Darah Manusia
Selain dalam pernapasan, prinsip kesetimbangan juga
diterapkan dalam pengaturan pH darah manusia. Dalam tubuh manusia tepatnya
darah, terdapat larutan penyanga atau bufer untuk mempertahankan pH darah dalam
kondisi normal (pH 7.4). Larutan tersebut yaitu H2CO3 dan
ion HCO3– dimana keberadaan larutan tersebut juga
dipengaruhi oleh pembentukan CO2 hasil respirasi sel.
CO2 (g) + H2O (l) ⇌
H2CO3 (aq)
H2CO3 (aq) ⇌ HCO3–
(aq) + H+ (aq)
Ketika darah dalam suasana basa, maka jumlah ion H+ sedikit
sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan. Jika darah berada dalam
suasana asam, maka ion H+ akan semakin banyak sehingga menyebabkan reaksi
kesetimbangan bergeser ke arah kiri. Dalam mengatur pH darah, H2CO3
akan menurunkan pH darah sedangkan HCO3– akan menaikkan
pH darah.
Persamaan Kesetimbangan Kimia
Untuk persamaan reaksi reversibel yang berada dalam
kesetimbangan pada temperatur tertentu berikut,
aA + bB ⇌ cC +dD
konstanta kesetimbangan, K,
dapat dinyatakan sebagai rasio dari perkalian konsentrasi reaktan-reaktan
dibagi perkalian konsentrasi produk-produk, di mana konsentrasi dari
masing-masing substansi dipangkatkan koefisien stoikiometri dalam persamaan
reaksi setara.
Dalam perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi homogen
(semua substansi dalam reaksi berfasa sama), konsentrasi substansi dalam sistem
larutan dapat dinyatakan dalam konsentrasi molar, sehingga K dapat juga ditulis
Kc. Untuk reaksi homogen dalam fasa gas, konsentrasi substansi dalam wujud gas
dapat dinyatakan sebagai tekanan parsial substansi, dan simbol konstanta
kesetimbangannya menjadi Kp. Sebagai contoh, hukum kesetimbangan kimia untuk
reaksi berikut dapat ditulis dalam 2 bentuk:
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) atau
atau
Hubungan antara Kp dan Kc adalah:
di mana, R = tetapan gas universal, T = temperatur, dan Δng
= jumlah mol produk gas – jumlah mol reaktan gas.
=>
P4(s) + 6Cl2(g) ⇌ 4PCl3(l)
=>
=>
Untuk mengetahui apakah reaksi telah mencapai
kesetimbangan dan memprediksikan arah reaksi, ditentukan nilai dari kuosien
reaksi, Qc, dengan mensubstitusikan nilai konsentrasi masing-masing substansi
(produk dan reaktan) pada keadaan setimbang pada konstanta kesetimbangan kimia,
Kc, dengan nilai konsentrasi awal masing-masing substansi pada keadaan reaksi
tersebut.
Qc = Kc , reaksi telah mencapai kesetimbangan. Jika Qc = Kc,
reaktan ⇌ produk
Qc < Kc , reaksi akan berlangsung dari arah kiri ke kanan
(pembentukan produk) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Qc = Kc). Jika Qc
< Kc, reaktan → produk
Qc > Kc , reaksi akan berlangsung dari arah kanan ke kiri
(pembentukan reaktan) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Qc = Kc). Jika Qc
> Kc, reaktan ← produk
Berikut beberapa hubungan Q dan hubungan K dari
reaksi-reaksi yang berkaitan.
Contoh soal Kesetimbangan Kimia
Pada temperatur 430°C, tetapan kesetimbangan Kc untuk reaksi
H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) adalah 54,3. Diketahui pada eksperimen dengan
temperatur yang sama, konsentrasi awal H2, I2, dan HI berturut-turut adalah
0,00623 M, 0,00414 M, dan 0,0224 M. Hitunglah konsentrasi masing-masing spesi
pada keadaan setimbang.
Jawab:
[H2]0 = 0,00623 M
[I2]0 = 0,00414 M
[HI]0 = 0,0224 M
Kc = 54,3
Pertama, kita tentukan nilai kuosien reaksi, Qc, untuk
mengetahui apakah sistem telah setimbang atau belum, dan ke arah mana reaksi
berlangsung jika belum setimbang.
Karena Qc (19,5) < Kc (54,3), reaksi akan berlangsung
dari arah kiri ke kanan hingga mencapai kesetimbangan. Jadi, konsentrasi H2 dan
I2 akan berkurang dan konsentrasi HI akan bertambah sampai reaksi setimbang.
Selanjutnya, asumsikan bahwa konsentrasi H2 berkurang
sebanyak x hingga reaksi setimbang, lalu kita buat persamaan stoikiometri
dengan MRS (Mula-mula, Reaksi, Setimbang).
Dengan menyelesaikan persamaan kuadrat dalam bentuk
dengan rumus 
diperoleh: x =
0,0114 M atau x = 0,00156 M.
diperoleh: x =
0,0114 M atau x = 0,00156 M.
Penyelesaian x = 0,0114 M tidak mungkin karena nilainya
lebih besar dari konsentrasi awal H2 dan I2. Jadi, penyelesaian yang benar
adalah x = 0,00156 M.
Jadi, pada kesetimbangan kimia tersebut, konsentrasi
masing-masing spesi yaitu:
Sumber:
Komentar
Posting Komentar