Seluk Beluk Kesetimbangan Kimia

 

Oleh Yosef Mariawan

Josephmariawan99@gmaill.com (@W03-YOSEF)

 

Abstrak

alam reaksi kimia, kesetimbangan kimia adalah keadaan saat kedua reaktan dan produk hadir dalam konsentrasi yang tidak memiliki kecenderungan lebih lanjut untuk berubah seiring berjalannya waktu. Biasanya, keadaan ini terjadi ketika reaksi ke depan berlangsung pada laju yang sama dengan reaksi balik. Laju pada reaksi maju dan mundur umumnya tidak nol, tapi sama. Dengan demikian, tidak ada perubahan bersih dalam konsentrasi reaktan dan produk. Keadaan seperti ini dikenal sebagai kesetimbangan dinamis.

Pembahasan

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.

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 K_c. Untuk reaksi homogen dalam fasa gas, konsentrasi substansi dalam wujud gas dapat dinyatakan sebagai tekanan parsial substansi, dan simbol konstanta kesetimbangannya menjadi K_p. Sebagai contoh, hukum kesetimbangan kimia untuk reaksi berikut dapat ditulis dalam 2 bentuk:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

 atau

atau

Hubungan antara K_p dan K_c adalah:

di mana, R = tetapan gas universal, T = temperatur, dan Δn_g = jumlah mol produk gas – jumlah mol reaktan gas.

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)
=>

P₄(s) + 6Cl₂(g) ⇌ 4PCl₃(l)
=>

Untuk mengetahui apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan dan memprediksikan arah reaksi, ditentukan nilai dari kuosien reaksi, Q_c, dengan mensubstitusikan nilai konsentrasi masing-masing substansi (produk dan reaktan) pada keadaan setimbang pada konstanta kesetimbangan kimia, K_c, dengan nilai konsentrasi awal masing-masing substansi pada keadaan reaksi tersebut.

Q_c = K_c , reaksi telah mencapai kesetimbangan. Jika Q_c = K_c, reaktan ⇌ produk

Q_c < K_c , reaksi akan berlangsung dari arah kiri ke kanan (pembentukan produk) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Q_c = K_c). Jika Q_c < K_c, reaktan → produk

Q_c > K_c , reaksi akan berlangsung dari arah kanan ke kiri (pembentukan reaktan) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Q_c = K_c). Jika Q_c > K_c, reaktan ← produk

Berikut beberapa hubungan Q dan hubungan K dari reaksi-reaksi yang berkaitan.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia

Asas Le Châtelier menyatakan bahwa bila pada sistem kimia yang berada dalam kesetimbangan diberi gangguan, maka sistem akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah reaksi yang dapat menghilangkan efek dari gangguan tersebut. Faktor-faktor (gangguan) yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia antara lain:

Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc)

Secara matematis, tetapan kesetimbangan konsentrasi atau Kc adalah perbandingan hasil kali konsentrasi dari produk yang dipangkatkan koefisiennya dengan hasil kali konsentrasi dari reaktannya yang dipangkatkan koefisiennya. Tetapan yang satu ini dibagi lagi menjadi 2 (dua), yaitu:

1. Kesetimbangan Homogen

Sesuai dengan namanya yang mengandung kata “homogen”, kesetimbangan ini merupakan jenis kesetimbangan yang terjadi pada saat produk dan juga reaktan nya berasal dari fase yang sama, yaitu seluruhnya gas (g) atau seluruhnya cairan (aq), seperti dibawah ini.

aA(g) + bB(g)  ⇄ cC(g) + dD(g)

  (Reaktan)         (Produk)

Maka, nilai kesetimbangan konsentrasinya disusun sebagai berikut:

Di mana, 

Kc = tetapan kesetimbangan 

A = Molaritas zat A (M)

B = Molaritas zat B (M)

C = Molaritas zat C (M)

D = Molaritas zat D (M)

2. Kesetimbangan Heterogen

Setelah memahami mengenai kesetimbangan homogen, kalian pasti udah bisa nebak dong mengenai kesetimbangan Heterogen? Yap, Kesetimbangan heterogen merupakan jenis kesetimbangan yang terjadi pada saat produk dan reaktan memiliki fase yang berbeda. Di mana yang hanya mempengaruhi tetapan kesetimbangan hanya unsur yang berwujud gas (g) dan cairan (aq). Misalnya sebagai berikut:

aA(aq) + bB(s)  ⇄ cC(s) + dD(g)

  (Reaktan)             (Produk)

Maka, nilai kesetimbangan disusun sebagai berikut:

Di mana, 

Kc = tetapan kesetimbangan 

A = Molaritas zat A (M)

D = Molaritas zat D (M)

Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial (Kp)

Berbeda dengan kesetimbangan konsentrasi atau Kc, pada tetapan kesetimbangan kimia tekanan parsial atau Kp hanya fase dalam wujud gas yang diperhitungkan mempengaruhi tetapan keseimbangannya.

Untuk menentukan tekanan parsial suatu zat dari tekanan parsial totalnya digunakan persamaan sebagai berikut:

Kenapa diperlukan nilai P suatu zat? Karena akan digunakan untuk mencari Kp-nya.

Sama halnya dengan tetapan kesetimbangan konsentrasi, tetapan kesetimbangan tekanan parsial juga dibagi menjadi 2 (dua) yaitu reaksi homogen dan heterogen. Dengan susunan persamaan sebagai berikut:

Reaksi Homogen

Reaksi Heterogen

Karena reaksi heterogen hanya memperhitungkan fase berwujud gas (g) yang mempengaruhi tetapan kesetimbangan, maka susunan Kp terhadap reaksi heterogen adalah sebagai berikut:

Hubungan Kc dan Kp

Lalu, apa hubungan antara Kc dan Kp? Secara matematis, hubungan keduanya tersusun sebagai berikut:

Di mana, 

R = konstanta 0,082 L atm/mol K

T = suhu Kelvin (K)

Kesimpulan

Dengan demikian, istilah kesetimbangan kimia menunjukkan bahwa laju reaksi ke arah kanan dan kiri bernilai sama besar. Hanya saja kesetimbangan kimia bersifat dinamis, bukan statis atau diam, layaknya timbangan massa. Contoh dari kesetimbangan adalah peristiwa ketika merebus air. Jika air berada pada wadah tertutup, uap air yang terbentuk tidak dapat keluar dari wadah dan sebagian akan mengembun kembali menjadi butir-butir air yang menempel pada permukaan wadah dan akan mengalir kembali dalam wadah. Proses tersebut berlangsung terus menerus, dan jumlah air dalam wadah tidak akan berkurang. Hal ini karena jumlah air yang menguap sama dengan jumlah air yang mengembun menjadi air. Dengan kata lain kecepatan penguapan air sama dengan kecepatan pengembunan air.

 Referensi:

https://tirto.id/rangkuman-materi-reaksi-dan-kesetimbangan-kimia-beserta-contohnya-gjkq

https://id.wikipedia.org/wiki/Kesetimbangan_kimia

https://www.zenius.net/blog/materi-kesetimbangan-kimia