Kesetimbangan Kimia dan Pengaplikasiannya di Kehidupan Sehari-hari

 Oleh : Aziz Affandi (@V04-Aziz)

PENDAHULUAN

        Di alam sekitar kita banyak terjadi reaksi-reaksi kimia, seperti fotosintesis. Fotosintesis adalah proses kimia yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat dan oksigen, di mana reaksi ini berkataliskan klorofil dan menggunakan sinar matahari sebagai energi untuk reaksi.

        Reaksi pembakaran bahan bakar bensin menghasilkan energi untuk menjalankan kendaraan. Reaksi perkaratan logam (misal besi) terjadi karena reaksi antara logam dengan oksigen di udara. Amoniak merupakan hasil industri kimia yang sangat penting. Reaksi kesetimbangan nitrogen dan hidrogen pada kondisi standar (STP) menghasilkan amoniak dengan kualitas yang kurang baik. Produk amoniak dikembangkan dengan menggunakan suhu dan tekanan tinggi.

        Dari reaksi-reaksi tersebut, apakah zat hasil reaksi dapat kembali lagi menjadi zat semula? Apakah glukosa dapat kembali menjadi klorofil? Apakah energi yang dihasilkan untuk menggerakkan kendaraan dapat kembali lagi menjadi bensin? Apakah besi berkarat dapat kembali menjadi besi yang bersih seperti semula?

        Reaksi-reaksi tersebut merupakan reaksi kimia satu arah (ireversibel), yaitu reaksi kimia di mana zat-zat hasil reaksi tidak dapat kembali lagi menjadi zat-zat semula.

PEMBAHASAN

A. Pengertian Kesetimbangan Kimia

        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.

        Sedikit sekali reaksi kimia yang berjalan ke satu arah saja, kebanyakan adalah reaksi dapat balik. Pada awal reaksi dapat balik, reaksi berjalan ke arah pembentukan produk. Sesaat setelah produk tersebut, pembentukan reaktan produk juga mulai berjalan. Jika kecepatan reaksi maju dan reaksi balik adalah sama, dan dikatakan bahwa kesetimbangan kimia telah dicapai. Harus diingat bahwa kesetimbangan kimia melibatkan beberapa zat yang berbeda sebagai reaktan dan produk. Kesetimbangan antara dua fase zat-zat yang sama disebut kesetimbangan fisika, perubahan yang terjadi adalah proses fisika. Dalam peristiwa ini, molekul air yang meninggalkan fase cair adalah sama dengan jumlah molekul yang kembali ke fase cair.

Perhatian para kimiawi tercurah kepada proses kesetimbangan kimia, misalnya reaksi dapat dibalik yang melibatkan nitrogen isebut oksida (NO2) dan nitrogen tetraosida (N2O 4 ) yang dinyatakan sebagai berikut.

Kemajuan reaksi ini mudah dimonitor karena N2O4 adalah suatu gas tak berwarna, sedangkan NO2 adalah gas berwarna coklat tua. Andaikan sejumah tertentu gas N2O4 diinjeksikan ke dalam labu tertutup, maka segera tampak warna coklat yang menunjukkan terbentuknya molekul NO2. Intensitas warn terus meningkat dengan berlangsungnya peruraian N2O4 terus-menerus sampai kesetimbangan tercapai. Pada keadaan ini, tidak ada lagi perubahan warna yang diamati.

Reaksi pada kesetimbangan kimia dibagi dalam dua jenis, yaitu :

a) Reaksi satu arah ( irreversibel )

Reaksi yang berlangsung searah, atau reaksi yang tidak dapat balik, artinya : zat – zat hasil reaksi yang tidak dapat membentuk zat pereaksi, contohnya kertas yang dibakar tidak akan dapat kembali lagi. Ciri – ciri reaksi satu arah sebagai berikut :

1. Reaksi ditulis dengan satu anak panah

2. Reaksi berlangsung satu arah dari kiri ke kanan

3. Zat hasil reaksi tidak dapat dikembalikan seperti zat mula – mula

4. Reaksi baru berhenti apabila salah satun atau semua reaktan habis

b) Reaksi bolak – balik ( reversibel )

Reaksi yang berlangsung dua arah, dan zat – zat hasil reaksi dapat kembali membentuk zat pereaksi. Kesetimbangan dinamis yang terjadi merupakan hasil reaksi bolak – balik., contohnya es mencair, memasak air dalam wadah yang tertutup, dll.

Untuk persamaan reaksi reversibel yang berada dalam kesetimbangan pada tempratur tertentu berikut :

Berdasaran wujud zat yang ada dalam keadaan setimbang, reaksi kesetimangan terdiri atas dua jenis , yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.

a. Kesetimbangan homogen

Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan yang didalamnya terdapat zat-zat dengan wujud yang sama, terdiri dari :

•Kesetimbangan antara larutan dan larutan

• Kesetimbangan antar gas dan gas 

b. Kesetimbangan heterogen

Kesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan yang di dalamnya terdapat zat – zat dengan wujud yang berbeda, terdiri dari:

• Kesetimbangan antara zat padat dan gas

• Kesetimbangan antara gas dengan zat cair

• Kesetimbangan antara zat padatdengan larutan

• Kesetimbangan antara gas, zat cair dan zat padat.

B. Faktor faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia

a. Pengaruh konsentrasi

Jika konsentrasinya diperbesar pada salah satu zat maka reaksi bergeser dari arah zat tersebut, sedangkan bila konsentrasinya diperkecil maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.

b. Pengaruh tekanan

Perubahan tekanan hanya berpengaruh pada sistem gas, berdasarkan hukum boyle bila tekanan gas diperbesar maka volumenya diperkecil, sedangkan bila tekanan gas diperkecil maka volume gas diperbesar, berdasarkan persamaan gas ideal PV = nRT bahwa tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol gas. jika mol gas bertambah maka tekanan akan membesar, sebaliknya bila jumlah mol gas berkurang maka tekanan akan menjadi kecil. Dengan demikian jika tekanan diperbesar maka reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol gas yang lebih kecil dan juga sebaliknya.

c. Pengaruh Suhu

Jika suhu dinaikkan maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm, sedangkan jika suhu diturunkan maka reaksi akan bergeser ke arah eksoterm.

Contoh : N2(g) + 3H2(g)<--> 2NH3(g) H= - 92 kJ, bila suhu diubah dari 500° menjadi 1200° maka kesetimbangan ke arah endoterm atau ke kiri. Katalis-katalis hanya berfungsi untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan kimia.

C.Tetapan Kesetimbangan Kimia

        Dalam kesetimbangan kimia terdapat hubungan antara kesetimbangan dengan persamaan reaksi yang disebut hukum kesetimbangan. Konstanta/tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc) adalah perbandingan konsentrasi produk dan konsentrasi pereaksi dipangkatkan dengan koefisien masing-masing pada suatu reaksi kesetimbangan.

Penting : Pada reaksi kesetimbangan, perhitungan konstanta kesetimbangan konsentrasi hanya melibatkan zat yang memiliki fase gas (g) dan larutan (aq) saja. Sedangkan zat fase padat (s) dan cair (l) diabaikan dianggap = 1.

Pada kesetimbangan :

m A(g) + n B(g) ↔ p C(g) + q D(g)

Secara umum konstanta kesetimbangan dirumuskan dengan :

Kc               = konstanta kesetimbangan konsentrasi 

A,B,C,D      = konsentrasi pereaksi dan produk (M) 

m, n, p, q     = koefisien

Hubungan Kc dan Kp

Apabila harga salah satu tetapan kesetimbangan sudah diketahui, maka untuk menghitung tetapan kesetimbangan yang lain dapat ditentukan dengan rumus :

Kp     = Kc x (RT)Δn atau Kc = Kp x (RT) –Δn

R       = tetapan gas umum = 0,082

T       = suhu dalam Kelvin ( = 0C + 273)

Δn     = jumlah koefisien kanan – jumlah koefisien kiri

D. Pengaplikasian di Kehidupan Sehari-hari

Reaksi kesetimbangan tidak hanya terjadi di dunia industri. Dalam kehidupan sehari-hari, peranan reaksi kesetimbangan juga tidak dapat diabaikan. Keberadaan reaksi kesetimbangan ini dapat menjaga kelangsungan kehidupan kita. Beberapa contoh reaksi kesetimbangan dalam kehidupan sehari-hari antara lain sebagai berikut.

• Pengaturan pH Darah

pH darah dipertahankan sekitar 7,4 oleh larutan penyangga, misalnya H2CO3. Plasma darah mengandung gas CO2. Gas CO2 membentuk pasangan asam-basa konjugasi antara asam karbonat (H2CO3) dengan ion hidrogen (H+) untuk mempertahankan pH.

Apabila darah bersifat basa, jumlah ion H+ akan berkurang karena diikat ion OH- basa sehingga kesetimbangan bergeser ke kanan. Apabila darah bersifat asam, kesetimbangan bergeser ke kiri karena ion H+ dari asam menambah konsentrasi ion H+ pada H2CO3.

• Siklus Oksigen Pada Tubuh

Oksigen dalam tubuh manusia diangkut dan diikat oleh hemoglobin dalam darah. Proses ini berlangsung dalam reaksi kesetimbangan berikut.

Oksigen diangkut oleh darah ke paru-paru. Semakin lama, jumlah oksigen dalam darah semakin bertambah banyak. Di dalam paru-paru kesetimbangan bergeser ke kanan. Kesetimbangan akan bergeser ke kiri apabila oksigen berada dalam jaringan. Kesetimbangan ke kiri menghasilkan oksigen yang digunakan untuk proses pembakaran.

• Proses Fotosintesis

Proses fotosintesis pada tumbuhan hijau atau proses pernapasan (respirasi) pada hewan dan manusia merupakan reaksi kesetimbangan.

Reaksi kesetimbangan ke kanan merupakan reaksi fotosintesis. Saat kesetimbangan bergeser ke kanan, jumlah oksigen akan meningkat. Oksigen ini akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk proses respirasi. Saat kesetimbangan bergeser ke kiri, proses respirasi akan berlangsung cepat, menghasilkan gas CO2. Gas CO2 selanjutnya digunakan kembali oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis. Proses ini berlangsung terus-menerus membentuk siklus sehingga di alam terjadi kesetimbangan antara gas O2 dan gas CO2.

 KESIMPULAN

Kesetimbangan kimia terjadi pada reaksi kimia yang reversibel. Reaksi reversibel adalah reaksi yang di mana produk reaksi dapat bereaksi balik membentuk reaktan. Berdasarkan wujud zat-zat dalam keadaan setimbang, kesetimbangan kimia dapat dibedakan menjadi dua, yaitu

a. Kesetimbangan homogen

b. Kesetimbangan heterogen

Faktor- faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan antar lain:

a. Pengaruh konsentrasi

b. Pengaruh suhu

c. Pengaruh tekanan

d. Pengaruh volume

e. Pengaruh katalis

Hubungan kuantitaf antara pereaksi dan hasil reaksi terdiri atas

a. Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (kc)

b. Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (kp)

Contoh pengaplikasian dikehidupan sehari-hari :

a. Pengaturan pH darah

b. Siklus Oksigen pada tubuh

c. Proses Fotosintesis

SUMBER REFERENSI

• Seliwati, S. (2017). Kesulitan Memahami Konseptual Dan Prosedural Kesetimbangan Kimia Pada Siswa SMA Di Kota Palangka Raya. Jurnal Ilmiah Kanderang Tingang, 8(2), 130-139.

• https://yanuarkimangela.wordpress.com/2016/10/19/aplikasi-kesetimbangan-kimia-dalam-industri-dan-kehidupan-sehari-hari/ (diakses tanggal 22/03/2022)

• https://www.youtube.com/watch?v=9XuUic3EklY (diakses tanggal 22/03/2022)