Pemecahan Masalah Kesetimbangan

Definisi :

            Suatu reaksi yang mana zat-zat ruas kanan (hasil reaksi) tidak dapat bereaksi kembali untuk membentuk zat-zat di ruas kiri (pereaksi) disebut reaksi berkesudahan, atau  irreversibel (tidak dapat balik).

            Suatu reaksi yang mana zat-zat di ruas kanan (hasil reaksi) dapat bereaksi atau terurai kembali membentuk zat-zat diruas kiri (pereaksi) disebut Reaksi kesetimbangan atau reaksi reversibel (dapat balik).

Pergeseran Kesetimbangan :

Pergeseran kesetimbangan adalah perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya aksi atau pengaruh luar.

Asas Le Chatelier berbunyi :

“Bila pada suatu sistem kesetimbangan diadakan aksi, maka sistem akan mengadakan perubahan-perubahan sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu menjadi sekecil-kecilnya.”

Suatu reaksi kesetimbangan dapat kita geser ke arah yang kita kehendaki dengan cara melakukan aksi-aksi (tindakan-tindakan) tertentu. Faktor-faktor yang dapat menyebabkan arah pergeseran kesetimbangan, antara lain:

1.      Perubahan Konsentrasi Suatu Zat

Contoh reaksi:

A + B ó C

-          Bila zat A ditambahkan ke dalam campuran yang berarti memperbesar konsentrasi zat A, maka terjadi pergeseran ke arah kanan sehingga zat C lebih banyak terbentuk.

-          Bila zat B sebagian diambil (dipisahkan) dari campuran yang berarti memperkecil konsentrasi zat B, maka reaksi akan bergeser ke kiri sehingga zat C yang terbentuk akan berkurang.

2.      Perubahan Suhu

Bila pada sistem kesetimbangan suhu dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak membutuhkan panas (endoterm).

Sebaliknya bila suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak yang mengeluarkan panas (eksoterm).

Contoh :

            2SO₂  +  O₂  ó 2SO₃  +  45 kkal

Reaksi pembentukan SO3 (reaksi ke arah kanan) merupakan reaksi eksoterm karena memilih kalor reaksi positif. Sedangkan reaksi ke arah kiri merupakan reaksi endoterm.

Bila suhu dinaikkan, maka reaksi akan bergeser ke arah kiri, yaitu ke arah reaksi yang endoterm. Bila suhu diturunkan, maka reaksi akan bergeser ke arah kanan, yaitu ke arah reaksi yang eksoterm.

3.      Perubahan Tekanan atau Volume

Perubahan tekanan hanya beerpengaruh pada gas-gas, sedangkan pada fase padat dan fase cair, pengaruh perubahan tekanan dapat diabaikan.

Robert Boyle : pada suhu tetap tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas.

Jadi memperbesar tekanan gas berarti memperkecil volume gas tersebut.

Pengaruh perubahan tekanan gas terhadap suatu kesetimbangan, dapat dirumuskan sbb:

-          Bila tekanan diperbesar (volume diperkecil), maka reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol gas yang terkecil.

-          Bila tekanan dipekecil (volume diperbesar), maka reaksi akan begeser ke arah jumlah mol gas yang terbesar.

-          Bila jumlah mol sebelah kiri = jumlah mol sebelah kanan, maka perubahan volume tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan (tetap).

  Reaksi Kesetimbangan Homogen Dan Heterogen :

Reaksi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu reaksi kesetimbangan homogen dan reaksi kesetimbangan heterogen.

· Reaksi Kesetimbangan Homogen merupakan reaksi kesetimbangan dimana semua fasa senyawa yang bereaksi sama.

Contoh :

1. N₂(g) + 3H₂(g)  D 2NH₃(g)

2. H₂O(aq) D H⁺(aq) + OH^-(aq)

3. CH₃COOH(aq) D CH₃COO^-(aq) + H⁺(aq)

· Reaksi Kesetimbangan Heterogen adalah  reaksi kesetimbangan dimana reaktan dan produk yang berbeda fasa.

Contoh :

1. CaCO3(s) D CaO(s) + CO3(g)

2. Ag2CrO₄(s) D Ag²⁺(aq) + CrO₄^2-(aq)

3. 2 C(s) + O₂(g) D 2CO(g)

4. 2 NaHCO₃(s) D Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g)

Tekanan Parsial, Tetapaan Kesetimbangan Kp dan Kc

            Bila di dalam suatu ruangan terdapat campuran beberapa macam gas, misalnya gas A,B, C dan D maka akan menimbulkan tekanan tertentu yang disebut tekanan total. Tekanan yang ditimbulkan oleh masing-masing gas bila berada sendiri-sendiri di dalam ruangan disebut tekanan parsial.

            Bila tekanan total adalah P dan tekanan parsial masing-masing gas adalah P_A, P_B, P_C dan P_D, maka:

            P = P_A + P_B + P_C + P_D

Tekanan parsial suatu gas

 

Contoh reaksi :

            mA_(g) + nB_(g) ó pC_(g) + qD_(g)

maka :

Untuk mengitung Kp dari suatu reaksi, yang diperhatikan hanya zat-zat yang berbentuk gas saja karena hanya gas yang menimbulkan tekanan parsial.

Aturan tetapan kesetimbangan (Kc):

·      Jika nilai Kc > 1 maka komposisi dalam zat-zat di dalam reaksi kesetimbangan lebih didominasi oleh produk reaksi. Posisi kesetimbangan berada di kanan persamaan reaksi.

·      Jika nilai Kc < 1 maka komposisi dalam zat-zat di dalam reaksi kesetimbangan lebih didominasi oleh pereaksi. Posisi kesetimbangan berada di kiri persamaan reaksi.

Contoh :          nA + mB ó pC + qD

Hubungan Kp dan Kc :

Dalam Industri :

1.      Pembutan Amonia

Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosch, Nitrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar 78% volume. Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman.

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500oC sekalipun. Dilain pihak, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 500oC dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al₂O₃, MgO, CaO, dan K₂O.

2.      Asam Sulfat

Proses pembuatan Asam sulfat melalui kesetimbangan yaitu pembuatan asam sulfat yang dikenal dengan proses kontak. Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. Sama seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya berlangsung baik pada suhu tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi justru kesetimbangan bergeser ke kiri. Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500oC dengan katalisator V₂O₅.

3.      Asam Nitrat

Proses pembuatan asam nitrat di industri dipelopori oleh Oswald (1901) dengan mengkonversi ammonia menjadi asam nitrat dengan membakar amonia ditambah dengan katalis platina.

Pada proses ini dibutuhkan suhu tinggi, NH₃ dengan penambahan katalis diubah menjadi NO, yang kemudian didinginkan dan dioksidasi oleh udara menghasilkan NO₂. Nitrogen dioksida bereaksi dengan H₂O untuk memproduksi HNO₃ dan sedikit NO. NO diproduksi pada tahap 3 kemudian direcycle ke tahap 2.

4NH_{3 (g)} + 5O₂ → 4NO_(g) + 6H₂O_(g)

2NO_(g) + O_2(g) → 2NO_2(g)

NO_2(g) + H₂O(l) → 2 H+ + NO_3- + NO_(g)

Ciri-ciri Kesetimbangan kimia :

• Hanya terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap
• Reaksinya berlangsung terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan
• Laju reaksi maju (ke kanan) sama dengan laju reaksi balik (ke kiri)
• Semua komponen yang terlibat dalam reaksi tetap ada
• Tidak terjadi perubahan yang sifatnya dapat diukur maupun diamati.

Yang dibahas disini adalah kesetimbangan kimia bersifat dinamis dan laju reaksi kanan sama dengan laju reaksi kiri, seperti dibawah ini :

1. Kesetimbangan Kimia Bersifat Dinamis

Reaksi yang berlangsung setimbang bersifat dinamis, artinya reaksinya berlangsung terus-menerus dalam dua arah yang berlawanan dan dengan laju reaksi yang sama. Contoh kesetimbangan dinamis dalam kehidupan sehari-hari dapat digambarkan pada proses penguapan air. Bila air dipanaskan dalam wadah tertutup rapat, airnya lama kelamaan akan habis berubah menjadi uap air. Tetapi belum sempat habis, uap air yangnaik ke atas mengalami kejenuhan sehingga akan jatuh kembali menjadi embun. Apabila dibiarkan terus-menerus, kecepatan menguapnya air akan sama dengan kecepatan mengembunnya uap air menjadi air. Pada saat itu, tercapai keadaan setimbang dimana tidak nampak lagi adanya perubahan ketinggian air dalam wadah tertutup tersebut.