Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan Kimia

Oleh :@Kel-P08, Hana Muyesca (@P10-HANA), Gayatri Wahyu Andini (@P13-GAYATRI)

Abstrak :

Kesetimbangan kimia adalah suatu proses yang terjadi dalam larutan yang meliputi perubahan fisika seperti peleburan, penguapan, dan perubahan kimia yang termasuk elektrokimia. Perubahan tekanan dan volume kemungkinan memberikan pengaruh yang sama terhadap system gas dalam kesetimbangan. Hanya perubahan suhu yang dapat mengubah nilai konstanta kesetimbangan.

Kata Kunci :

Kesetimbangan, polar, non polar, jenis kesetimbangan, pergeseran arah, kesetimbangan dalam industri, tetapan kesetimbangan

I.                   Pendahuluan

Katalis dapat mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan dengan cara mempercepat proses laju reaksi maju dan laju reaksi balik. Tetapi katalis tidak dapat mengubah posisi kesetimbangan atau konstanta kesetimbangan. Reaksi terjadinya kesetimbangan yaitu sampai tidak terlihat perubahan susunan kimia system itu ke arah mana suatu reaksi akan berjalan. Banyak reaksi tidak berlangsung hingga selesai, tetapi mendekati suatu kesetimbangan, dimana produk dan reaktan tidak terpakai kedua-duanya.

II.                Permasalahan

1.      Hukum apa saja yang menjelaskan tentang reaksi kesetimbangan?

2.      Apa saja faktor yang mempengaruhi proses terjadinya kesetimbangan?

3.      Apa manfaat tetapan kesetimbangan?

III.             Pembahasan

3.1  Jenis Kesetimbangan

3.1.1        Kesetimbangan Homogen

Kesetimbangan homogen adalah jenis kesetimbngan dimana suatu zat-zat yang terlibat dalam reaksi kesetimbangan tersebut memiliki fase yang sama atau berada dalam satu fase.

Gas : N_{2 (g)}  + 3H_{2 (g)} ↔ 2NH_{3 (g)}

Larutan : Fe³⁺ _(aq) + SCN ^– _(aq) ↔ Fe(SCN)²⁺ _(aq)

3.1.2     Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan heterogen adalah jenis kestimbangan dimana suatu zat-zat yang terlibat dalam reaksi kesetimbangan tersebut memiliki fase yang berbeda atau berada lebih dari satu fase.

Dua fase : CaCO_{3 (s)} ↔ CaO _(s) + CO_{2 (g)}

Tiga fase : Ca(HCO₃)_{2 (aq)} ↔ CaCO_{3 (s)} + H₂O _(l) + CO_{2 (g)}

3.2  Hukum Reaksi Kesetimbangan Kimia

Ketika suatu reaksi kimia berlangsung secara spontan, konsentrasi pereaksi dan produk berubah dan energy bebas menurun secara teratur. Ketika energi bebas mencapai minimum maka reaksi sistem akan menjadi kesetimbangan. Contohnya apabila pereaksi A dan B dibiarkan bereaksi, maka akan terbentuk produk C atau D, selanjutnya pereaksi dan hasil reaksi secara bertahap mendekati nilai tetap. Reaksi demikian disebut dengan reaksi reversible dan mencapai kesetimbangan.

A + B ↔ C + D

Semua sistem kimia cenderung menuju ke arah setimbang. Reaksi kimia secara umum dapat dituliskan sebagai berikut :

aA + bB ↔ cC + dD

Perbandingan perkalian konsentrasi rektan dan hasil reaksi dapat dituliskan sebagai berikut :

Q = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b

Ketika kecepatan pembentukan produk (reaksi ke kanan) sama dengan kecepatan penguraian produk (reaksi ke kiri) tercapai suatu kesetimbangan. Pada saat kesetimbangan Q sama dengan K , maka :

K = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b

3.3  Faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia

3.3.1        Pengaruh perubahan konsentrasi terhadap kesetimbangan (M)

Contoh pada reaksi pembentukan gas ammonia :

N₂(g) +3H₂(g) ↔ 2NH₃ (g) H = -92KJ

Aksi Yang Diberikan	Arah Pergeseran
N2 ditambah N2 dikurangi	Ke kanan (Produk bertambah) Ke kiri (Produk berubah menjadi reaktan)
H2 ditambah H2 dikurangi	Ke kanan (Produk bertambah) Ke kiri (Produk berubah menjadi reaktan)
NH3 ditambah NH3 dikurangi	Ke kanan (Produk bertambah) Ke kiri (Produk berubah menjadi reaktan)

Jika Konsentrasi salah satu zat ditambah, maka sistem akan bergeser dari arah zat tersebut. Jika konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka sistem akan bergeser ke arah zat tersebut.

3.3.2        Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kesetimbangan (T)

Secara kualitatif, pengaruh suhu dalam kesetimbangan kimia terkait langsung dengan jenis reaksi eksoterm atau endoterm. Jika suhu dinaikan, maka reaksi akan bergeser ke kiri yaitu reaksi yang bersifat endothermis. Sebaliknya, bila suhu reaksi diturunkan, maka reaksi akan bergeser ke kanan yaitu reaksi yang bersifat eksothermis. Menaikan suhu artinya meningkatkan kalor ke dalam sistem.

3.3.3        Pengaruh Perubahan Tekanan (P)

Jika tekanan dalam sistem kesetimbangan diperbesar, reaksi akan bereaksi akan bergeser ke jumlah mol yang lebih kecil. Jika tekanan diperkecil, reaksi akan bergeser ke jumlah mol yang lebih besar. Jadi tekanan berbebanding terbalik dengan jumlah mol pada sistem.

3.3.4        Volume Terhadap Kesetimbangan (V)

Pada proses Haber, reaksi terjadi di dalam ruangan tertutup dan semua spasi adalah gas, sehingga perubahan tekanan dan volume hanya berpengaruh pada sistem kesetimbangan antara fase gas dengan gas. Sedangkan sistem kesetimbangan yang melibatkan fase cair atau padat, perubahan tekanan volume dianggap tidak ada. Volume berbanding terbalik dengan tekanan (P) jika volume diperbesar, reaksi bergeser ke jumlah mol yang lebih besar, begitu sebaliknya.

3.4  Manfaat Tetapan Keseimbangan

3.4.1        Interpretasi Tetapan Kesetimbangan Secara Kualitatif

Dengan mengetahui harga konstanta, kesetimbangan dapat memberikan informasi secara kualitatif yang sangat bergunna

3.4.2        Menghitung Konsentrasi Kesetimbangan

Jika telah ditetapkan kesetimbangan, konsentrasi zat dalam campuan dalam kesetimbangan dapat dihitung. Contoh soal:

Pada reaksi N₂ (g) + 3H₂ (g) ↔ 2NH₃ (g) pada suhu 25^oC, Kc = 4,0 x 10⁸

Hitung Konsentrasi amoniak jika pada keadaan setimbang gas nitrogen dan hidrogen masing-masing 0,1M

Jawab :
Kc = [NH₃] / [N₂][H₂]³

4,0 . 10⁸ = [NH₃] / 0,01. 0,01

[NH₃]² = 1x 10⁸ x 4,0 x 10⁸

[NH₃]²  = 1.10^-8  x  4,0 x 10⁸

3.5  Kesetimbangan dalam Industri

3.5.1        Pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃            ∆H = -92 kJ

Agar dihasilkan amonia maksimum, kondisi optimumnya adalah pada suhu 400-600 ˚C serta tekanan 140-340 atm. Katalis yang digunakan adalah Fe dengan Al₂)₃ dan K₂O.

3.5.2        pembuatan asam sulfat menurut proses kontak

tahapan pembuatan asam sulfat adalah sebagai berikut.

a.       S + O₂ → SO₂

b.      2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃                 ∆H = - 198 kJ

c.       SO₃ + H₂O ↔ H₂S₂O₇

d.      H₂S₂O₇ + H₂O ↔ 2H₂SO₄

Agar dihasilkan SO₃ maksimum sehingga H₂SO₄ juga maksimum, kondisi optimumnya adalah pada suhu 400-450 ˚C dan tekanan 1 atm. Katalis yang digunakan adalah V₂0₅.

3.6  Menentukan Kc dan Kp

3.6.1        Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc)

Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi adalah hasil kali konsentrasi setimbang zat produk dibagi dengan hasil kali konsentrasi setimbang zat reaktan, dimana masing-masing zat dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Pada penentuan nilai Kc, nilai konsentrasi zat yang berpengaruh adalah zat yang memiliki fase larutan (aq) dan gas (g).

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

Kc = [NH₃]² / [N₂] [H₂]³

3.6.2        Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial gas (Kp)

Pada zat-zat gas, berlaku juga nilai tetapan kesetimbangan dalam bentuk tekanan parsial gas. Zat-zat yang memengaruhi nilai Kp adalah berfase gas.

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

Kp = [P NH₃]² / [P N₂] [P H₂]³

3.6.3        Hubungan Kc dan Kp

Kp = Kc (R . T)^∆n

Dengan :

R = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K,

T = suhu (˚C + 273 K),

∆n = (jumlah koefisien kanan) – (jumlah koefisien kiri) yang berwujud gas.

Contoh Soal :

1.      Suatu sistem kesetimbangan gas memiliki persamaan reksi berikut.

2P₂ + 3Q₂ ↔ 2P₂Q₃       ∆H = +x kJ

Jika suhu pada sistem tersebut diturunkan, sistem akan bergeser ke arah..

Jawab = jika suhu dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endotern ; begitu sebaliknya. Jadi arah kesetimbangan bergeser ke arah kiri sebab bergeser ke arah reaksi eksotern.

2.      CO + H₂O → CO₂ + H₂

Bila 1 mol CO dan 1 mol H₂O direaksikan sampai terjadi kesetimbangan, dan pada saat tersebut masih tersisa 0,2 mol CO, maka harga tetapan kesetimbangan Kc adalah..

Jawab =

                          CO + H₂O → CO₂ + H₂

Mula-mula :      1 mol   1 mol    -          -

Reaksi :                         0,8       0,8    0,8     0,8

Setimbang :       0,2         0,2    0,8       0,8

Kc = [CO₂] [H₂] /  [CO] [H₂O]

Kc = 0,8 mol . 0,8 mol / 0,2 mol . 0,2 mol

Kc = 16

3.      Pada suhu tertentu terjadi kesetimbangan sebagai berikut.

H₂ + I₂ ↔ 2HI

Terdapat tekanan parsial H₂ sebesar R atm, dan tekanan parsial HI sebesar T atm. Nilai Kp sebesar 42, tentukan tekanan parsial yang dialami oleh I₂ adalah...

Jawab =

Kp = [P HI] / [P H₂] [P I₂]

42 = T² / R . [P I₂]

[P I₂] = T² / 42 . R

IV.             Kesimpulan

Reaksi kesetimbangan dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari misal dalam kegiatan industri seperti pembuatan amonia dan asam sulfat. Jenis kesetimbangan terdapat 2 yaitu homogen dan heterogen. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kesetimbangan seperti volume, tekanan, suhu dan konsentrasi.

V.                Daftar Pustaka

Sihombing, Meilda. 2016. Kesetimbagan Homogen dan Kesetimbangan Heterogen. Dalam https://www.academia.edu/36633482/KESETIMBANGAN_HETEROGEN_DAN_KESETIMBANGAN_HOMOGEN.docx

AS, Fakhry. 2019. Hukum-hukum dalam Reaksi Kesetimbangan Kimia. Dalam https://www.academia.edu/32585061/KESETIMBANGAN_KIMIA

Cahya, Nilam. 2019. Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia. Dalam https://www.academia.edu/7975984/KESETIMBANGAN

Yerimadesi, dkk. 2016. Manfaat Tetapan Kesetimbanagn Kimia. Dalam https://media.neliti.com/media/publications/130822-ID-pengembangan-modul-kesetimbangan-kimia-b.pdf

Ulfa, F.M. 2016. Kesetimbangan dalam Industri. Dalam https://www.academia.edu/23912574/Contoh_aplikasi_kesetimbangan_kimia_dalam_industri