PEMECAHAN MASALAH KESETIMBANGAN

Disusun Oleh : Muhammad Zaki Rahman dan Raniyah Vanka Dira

Reaksi-reaksi kimia yang membentuk kesetimbangan dapat dipelajari berdasarkan hukum aksi massa yang menghasilkan tetapan kesetimbangan.

Nilai tetapan kesetimbangan dapat digunakan untuk :

1.      
Menafsirkan komposisi molar zat secara kualitatif

Dari nilai tetapan kesetimbangan dapat diketahui komposisi molar zat zat dalam sistem kesetimbangan secara kualitatif. Hal ini penting artinya dalam industri kimia guna meningkatkan produksi.

2.       Meramalkan arah reaksi

Dengan menggunakan quotient reaksi dapat ditafsirkan apakah reaksi sudah mencapai keadaan setimbang atau sedang menuju kesetimbangan.

3.       Menghitung konsentrasi kesetimbangan

Dengan diketahuinya nilai tetapan kesetimbangan pada suhu tertentu dapat ditentukan komposisi masing masing zat yang terlibat dalam sistem kesetimbangan.

1.       Tetapan Kesetimbangan dan Komposisi Molar Zat

Jika nilai tetapan kesetimbangan besar maka dapat ditafsirkan bahwa komposisi zat zat dalam kesetimbangan lebih didominasi oleh produk reaksi.

Contoh dalam pembuatan amonia dari unsur unsurnya :

N_2(g) + 3H_{2(g)  <==>}  2NH_3(g)

Pada 250^oC tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut adalah, K_c = 4,0 x 10⁸. Ini artinya bahwa amonia lebih besar 4,0 x 10⁸ kali daripada unsur unsur pembentuknya. Dengan kata lain, posisi kesetimbangan berada jauh di sebelah kanan persamaan reaksi.

Untuk membuktikan hal tersebut dapat dilakukan melalui perhitungan komposisi zat zat dalam kesetimbangan. Misalnya komposisi campuran reaksi pada keadaan setimbang adalah [N₂] = 0,01 M dan [H₂] =0,01 M. Dengan memasukkan konsentrasi preaksi dan nilai tetapan kesetimbangan ke dalam hukum aksi massa, maka konsentrasi amonia dapat diketahui.

4,0 x 108 = [NH₃]²/ [N₂] [H₂]³

4,0 x 108 = [NH₃]² / (0,01) (0,01)³

[NH₃]        =  2,0 M

Jadi konsentrasi molar amonia jauh lebih banyak dibandingkan unsur-unsur pembentuknya, sehingga dapat dinyatakan bahwa posisi kesetimbangan berada jauh di sebelah kanan pada persamaan reaksi.

Jika nilai tetapan kesetimbangan kecil, maka dapat dipastukan bahwa posisi kesetimbangan berada jauh di sebelah kiri persamaan reaksi dan konsentrasi pereaksi lebih banyak dibandingkan produk reaksi. Misalnya, pada reaksi nitrogen dan oksigen menurut persamaan berikut :

N_2(g) + O_{2(g) <==>} 2NO_(g)

Tetapan kesetimbangan reaksi pada suhu kamar adalah, K_c = 4,6 x 10^-31 Jika diasumsikan konsentrasi N_2(g) danO_2(g) masing masing 1,00 M, maka konsentrasi NO_(g) dalam kesetimbangan sebesar 6,8 x 10^-16 M. Dengan kata lain, konsentrasi produk tidak teramati atau reaksi hampir tidak terjadi.

Jika tetapan kesetimbangan sekira satuan, baik pereaksi maupun produk memiliki komposisi yang setara. Misalnya pada reaksi metana, tetapan kesetimbangan pada pembentukan metana adalah K_c = 3,92 pada 1200◦C. Jika mula mula terdapat [CO] = 1,00 M; [H₂] = 3,00 M, setelah kesetimbangan tercapai komposisi molarnya adalah [CO] = 0,613 M; [H₂] = 1,839 M; [CH₄] = 0,837 M; dan [H₂O] = 0,387 M. Dalam hal ini, baik pereaksi maupun produk memiliki komposisi tidak berbeda jauh.

Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kecenderungan suatu reaksi ditunjukkan oleh nilai tetapan kesetimbangan. Jika nilai K > 1, artinya pada sistem reaksi kesetimbangan akan dihasilkan komposisi molar zat yang didominasi oleh produk reaksi, bahkan jika nilai tetapan sangat besar, secara esensial reaksi menuju sempurna. Sebaliknya, jika nilai tetapan kesetimbangan sangat kecil, komposisi molar dalam sistem reaksi kesetimbangan didominsi oleh pereaksi, apalagi jika nilai tetapan sangat kecil, reaksi cenderung tidak terjadi.

1 Menambah konsentrasi perekasi Mengurangi konsentrasi perekasi Bergeser ke kanan
2 Mengurangi konsentrasi perekasi Menambah konsentrasi perekasi Bergeser ke kiri
3 Memperbesar konsentrasi produk Mengurangi konsentrasi produk Bergeser ke kiri
4 Mengurangi konsentrasi produk Memperbesar konsentrasi produk Bergeser ke kanan
5 Mengurangi konsentrasi total Memperbesar konsentrasi total Bergeser ke arah yang   jumlah molekul terbesar

Pengaruh tekanan
Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volum akan memperbesar konsentrasi semua komponen. Maka sistem akan bereaksi dengan mengurangi tekanan. Untuk mengurangi tekanan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih kecil.

Pengaruh suhu
Bila pada sistem kesetimbangan subu dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).
Bila pada sistem kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm)

Contoh Soal

Tetapan kesetimbanga molar untuk reaksi :

2NO_(g) + O_2(g) <==> 2NO_2(g)

Adalah 4,0 x 10¹²  pada 25◦C. Manakah yang lebih dominan pada keadaan setimbang, produk atau pereaksi? Jika pada kesetimbangan [NO] = [O₂] = 0,5 M, berapa konsentrasi NO₂ pada kondisi tersebut?

Penyelesaian :

Oleh karena nilai tetapan kesetimbangan sangat besar, maka konsentrasi molar yang lebih domninan dalam sistem kesetimbangan adalah produk. Untuk membuktikannya dapat dilakukan perhitungan konsentrasi NO₂ pada kesetimbangan.

K_c = [NO₂]² / [NO]² [O₂]

4,0 x 10¹² = [NO₂]² / (0,5)² (0,5)

[NO₂] = 7,07 x 10¹⁶ M

Dengan demikian, konsentrasi molar produk jauh lebih banyak dibandingkan pereaksi.

2.       Prediksi Arah Reaksi Kesetimbangan

Jika Anda diminta memprediksi tentang reaksi dalam situs plant industri tersebut. Data yang diperoleh: pada 1.200^oC campuran gas CO dan H₂ dimasukkan ke dalam situs plant melewati katalis, setelah beberapa waktu komposisi gas diukur dan ditemukan: [CO] = 0,002 M; [H₂] = 0,020 M; [CH₄] =  0,001 M; dan [H₂O] = 0,001 M. Jika diasumsikan persamaan reaksi kesetimbangannya adalah

                                CO + 3H_{2 <==>} CH₄ + H₂O

dan nilai tetapan kesetimbangan tersebut adalah K_c = 3,92. Ke arah manakah reaksi  sedang berlangsung dan manakan konsentrasi molar zat yang paling banyak setelah kesetimbangan tercapai?

                Untuk enyelesaikan kasus ini dilakukan dengan memasukkan konsentrasi masing-masing zat ke dalam persamaan quotient reaksi, kemudian dibandingkan dengan harga tetapan kesetimbangan pada suhu reaksi ketika dioperasikan. Persamaan quotientreaksi metana yang dikatalisis adalah

                Q = [CH₄] [H₂O] / [CO] [H₂]³

Jika data konsentrasi masing-masing zat dimasukan ke dalam persamaan quotient reaksi akan diperoleh Q sebesar:

                Q = (0,001) (0,001) / (0,002) (0,020)³

                Q = 6,25

Pada kondisi saat pengukuran, nilai Q > K_c , sehingga dapat diprediksi bahwa campuran reaksi sedang menuju ke arah pengurangan konsentrasi CH₄ dan H₂O atau campuran reaksi sedang bergeser ke arah kiri menurut persamaan reaksi yang diasumsikan oleh nilai K_c relatif lebih besar dari satu, maka konsentrasi produk relatif lebih banyak dibandingkan pereaksi.

Contoh Soal:

Dalam tabung terdapat N₂ 0,02 M; H₂ 0,06 M; DAN NH₃ 0,01 M. Apakah amonia terbentuk atau terurai jika campuran menuju kesetimbangan pada 400^o C?

                N₂ + 3H_2<==>2NH₃

Dan tetapan kesetimbangannya, K_c = 0,50

Penyelesaian:

Persamaan quotient reaksi

Q = [NH₃]² / [N₂] [H₂]³

Q = (0,01)² / (0,02) (0,06)³

Q = 23,1

Maka diketahui bahwa: Q >K_c sehingga untuk mencapai kesetimbangan amonia akan terurai.

3.       Penentuan Komposisi Zat dalam Kesetimbangan

Tetapan kesetimbangan suatu reaksi pada suhu tertentu dapat digunakan untuk menentukan komposisi molar zat yang ada dala sistem kesetimbangan. Untuk lebih memahami makna kesetimbangan dapat dipelajari melalui masalah-masalah kesetimbangan dan penyelesainnya.

Contoh Soal:

Campuran gas terdiri dari CO 0,3 mol; H₂ 0,10 mol; H₂O 0,02 mol, dan CH₄ dimasukkan ke dalam wadah 1 liter. Campuran gas ini membentuk kesetimbangan pada 1.200 K, menurut persamaan berikut.

                                CO + 3H_2<==>CH₄ + H₂O

Berapakah konsentrasi CH₄ dalam kesetimbangan jika tetapan kesetimbangannya, K_c = 3,92?

Penyelesaian:

Persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi itu:

K_c = [CH₄] [H₂O] / [CO] [H₂]³

Dengan memasukkan nilai konsentrasi masing-masing ke dalam persamaan kesetimbangan:

3,92 = [CH₄] (0,02) / (0,30) (0,10)³

[CH₄] = 3,92 x 0,003 / 0,02

[CH₄] = 0,059 M

Maka konsentrasi CH₄ dapat ditentukan yaitu sebesar 0,059 M.

Daftar Pustaka :

Yayan, Sunarya. Kimia Dasar 1. Cetakan 1. Bandung: Yrama Widya, 2010