BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Banyak sekali
mahasiswa yang mengambil mata kuliah kimia dasar II yang harus berhadapan
dengan keseimbangan kimia yang merupakan
subjudul dari mata kuliah itu sendiri, banyak aspek yang akan kita pelajari
dalam keseimbangan kimia ini, sehingga sangat dimungkinkannya untuk mendalami
ilmu kesimbangan kimia ini untuk melanjutkan dari mata kuliah yang sebelumnya,
hal yang perlu kita sadari adalah dengan mempelajari keseimbangan kimia berarti
kita turut andil dalam menjaga keseimbangan alam ini, karena kimia adalah ilmu
yang sangat erat hubungannya dengan pengetahuan dan alam, oleh itu sebabnya
ilmu kimia juga disebut sebagai sentral sains atau pusat dari segala ilmu
pengetahuan yang berhubungan dengan alam maupun tidak secara langsung.
Konsep yang
perlu di pahami dalam mempelajari kesetimbangan kimia ini adalah bahwa kesetimbangan kimia ini adalah reaksi
bolak balik yang mana memiliki laju yang sama, oleh sebabitu kesetimbangan
kimia ini adalah bagian dari keseimbangan kimia dinamis karena yang memiliki
laju hanyalah sesuatu yang bergerak bukan statis.
I.2 Maksud dan Tujuan
Mempelajari keseimbangan kimia ini
tidaklah sulit melainkan hanya harus memiliki ketelitian yang sangat tinggi,
oleh sebab itu makalah ini dibuat agar kita mengerti masalh konsp atau prinsip
dasar tentang kesetimbangan kimia itu sendiri. Selain itu tujuan dari makalah
ini di buat adalah untuk mahasiswa mengerti bagaimana menghitung kesetimbangan
kimia dan mengetahui prinsip dasar kesetimbangan kimia itu. Pembelajaran interaktif kimia
merupakan suatu pembelajaran yang memudahkan mahasiswa untuk mempelajari dan
memahami konsep-konsep kimia. Mahasiswa mampu memahami dan menerapkan konsep
kimia mengenai kesetimbangan kimia.
Bab II
ISI
II. 1 Defenisi Kesetimbangan Kimia
Keadaan
Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaaan dimana konsentrasi seluruh zat tidak
lagi mengalami perubahan, sebab zat-zat diruas kanan terbentuk dan terurai
kembali dengan kecepatan yang sama. Keadaan kesetimbangan ini bersifat dinamis,
artinya reaksi terus berlangsung dalam dua arah dengan kecepatan yang sama.
Pada keadaan kesetimbangan tidak mengalami perubahan secara mikrokopis
(perubahan yang dapat diamati atau diukur). Kesetimbangan kimia dibedakan atas
kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen. Pada kesetimbangan homogen
semua zat yang ada dalam sistem kesetimbangan memiliki fase yang sama ada dalam
bentuk gas, larutan. Sedangkan kesetimbangan heterogen semua zat-zat yang ada
dalam sistem kesetimbangan memiliki fase yang berbeda dalam bentuk padat-gas,
padat-larutan.
II. 2 Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Kesetimbangan
Kimia
- 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.
- 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.
- 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.
II. 3 Jenis- Jenis Kesetimbangan Kimia
1. Kesetimbangan Homogen
Semua
spesi kimia berada dalam fasa yang sama. Salah satu contoh kesetimbangan homogen fasa gas adalah
sistem kesetimbangan N2O4/NO2.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
N2O4(g) <——> 2 NO2(g)
Kc = [NO2]2 /
[N2O4]
Konsentrasi
reaktan dan produk dalam reaksi gas dapat dinyatakan dalam bentuk tekanan parsial masing-masing gas
(ingat persamaan gas ideal, PV=nRT). Dengan demikian, satuan konsentrasi yang
diganti dengan tekanan parsial gas akan mengubah persamaan Kc menjadi Kp sebagai berikut :
Kp = (PNO2)2 /
(PN2O4)
PNO2
dan PN2O4 adalah tekanan parsial masing-masing gas pada saat kesetimbangan tercapai. Nilai Kp menunjukkan konstanta kesetimbangan yang dinyatakan dalam satuan tekanan (atm).
Kp hanya dimiliki
oleh sistem kesetimbangan yang
melibatkan fasa gas saja.
Secara
umum, nilai Kc tidak
sama dengan nilai Kp,
sebab besarnya konsentrasi reaktan dan produk tidak sama dengan tekanan parsial
masing-masing gas saat kesetimbangan.
Dengan demikian, terdapat hubungan sederhana antara Kc dan Kp
yang dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut :
Kp = Kc (RT)∆n
Kp
= konstanta kesetimbangan tekanan parsial gas
Kc
= konstanta kesetimbangan konsentrasi gas
R
= konstanta universal gas ideal (0,0821 L.atm/mol.K)
T
= temperatur reaksi (K)
∆n
= Σ koefisien gas produk - Σ koefisien gas reaktan
Selain
kesetimbangan homogen fasa gas,
terdapat pula sejumlah kesetimbangan
homogen fasa larutan. Salah satu contoh kesetimbangan homogen fasa larutan adalah kesetimbangan ionisasi
asam asetat (asam cuka) dalam air. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CH3COOH(aq)
<——> CH3COO-(aq) + H+(aq)
Kc
= [CH3COO-] [H+] / [CH3COOH]
2. Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan ini melibatkan reaktan dan produk
dalam fasa yang berbeda. Sebagai contoh, saat padatan kalsium karbonat
dipanaskan dalam wadah tertutup, akan terjadi reaksi berikut :
CaCO3(s) <——> CaO(s)
+ CO2(g)
Dalam
reaksi penguraian padatan kalsium karbonat, terdapat tiga fasa yang berbeda,
yaitu padatan kalsium karbonat, padatan kalsium oksida, dan gas karbon
dioksida. Dalam kesetimbangan kimia,
konsentrasi padatan dan cairan relatif konstan, sehingga tidak disertakan dalam
persamaan konstanta kesetimbangan kimia.
Dengan demikian, persamaan konstanta
kesetimbangan reaksi penguraian padatan kalsium karbonat menjadi sebagai berikut :
Kc
= [CO2]
Kp
= PCO2
Baik
nilai Kc maupun
Kp tidak dipengaruhi
oleh jumlah CaCO3 dan CaO (jumlah padatan).
Beberapa
aturan yang berlaku dalam penentuan nilai konstanta kesetimbangan kimia saat reaksi kesetimbangan
dimanipulasi (diubah) antara lain :
1. Jika reaksi dapat
dinyatakan dalam bentuk penjumlahan dua
atau lebih reaksi, nilai konstanta
kesetimbangan reaksi keseluruhan adalah hasil perkalian konstanta kesetimbangan masing-masing reaksi.
A + B <——> C +
D
Kc’
C + D <——> E +
F
Kc’’
A + B <——> E +
F
Kc = Kc’ x Kc’’
2. Jika reaksi ditulis dalam bentuk kebalikan dari reaksi semula, nilai konstanta kesetimbangan menjadi kebalikan dari nilai konstanta
kesetimbangan semula.
A + B <——> C +
D Kc’
= [C] [D] / [A] [B]
C + D <——> A +
B Kc =
[A] [B] / [C] [D] = 1 / Kc’
3. Jika suatu reaksi kesetimbangan
dikalikan dengan faktor n, nilai konstanta
kesetimbangan menjadi nilai
konstanta kesetimbangan semula dipangkatkan dengan faktor n.
A
+ B <——> C +
D
Kc’ = [C] [D] / [A] [B]
2 A + 2 B D 2 C + 2
D Kc
= [C]2 [D]2 / [A]2 [B]2
= { [C] [D] / [A] [B] }2 = (Kc’)2
Salah
satu kegunaan konstanta kesetimbangan
kimia adalah memprediksi arah reaksi. Untuk mempelajari
kecenderungan arah reaksi, digunakan besaran Qc, yaitu hasil perkalian konsentrasi awal produk dibagi hasil perkalian
konsentrasi awal reaktan yang
masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Jika nilai Qc dibandingkan dengan nilai
Kc, terdapat tiga
kemungkinan hubungan yang terjadi, antara lain :
1. Qc < Kc
Sistem
reaksi reversibel kelebihan
reaktan dan kekurangan produk. Untuk mencapai kesetimbangan, sejumlah reaktan diubah menjadi produk. Akibatnya,
reaksi cenderung ke arah produk (ke kanan).
2. Qc = Kc
Sistem
berada dalam keadaan kesetimbangan.
Laju reaksi, baik ke arah reaktan maupun produk, sama.
3. Qc > Kc
Sistem
reaksi reversibel kelebihan
produk dan kekurangan reaktan. Untuk mencapai kesetimbangan, sejumlah produk diubah menjadi reaktan. Akibatnya,
reaksi cenderung ke arah reaktan (ke kiri).
Kesetimbangan kimia dapat diganggu oleh beberapa faktor
eksternal. Sebagai contoh, pada pembahasan proses Haber sebelumnya, telah diketahui bahwa nilai Kc pada proses Haber adalah 3,5.108
pada suhu kamar. Nilai yang besar ini menunjukkan bahwa pada kesetimbangan, terdapat banyak gas
amonia yang dihasilkan dari gas nitrogen dan gas hidrogen. Akan tetapi, masih
ada gas nitrogen dan gas hidrogen yang tersisa pada kesetimbangan. Dengan menerapkan prinsip ekonomi dalam dunia
industri, diharapkan sebanyak mungkin reaktan diubah menjadi produk dan reaksi
tersebut berlangsung sempurna. Untuk mendapatkan produk dalam jumlah yang lebih
banyak, kesetimbangan dapat
dimanipulasi dengan menggunakan prinsip
Le Chatelier.
Seorang
kimiawan berkebangsaan Perancis, Henri
Le Chatelier, menemukan bahwa jika reaksi kimia yang setimbang
menerima perubahaan keadaan (menerima aksi
dari luar), reaksi tersebut akan menuju pada kesetimbangan baru dengan suatu
pergeseran tertentu untuk
mengatasi perubahan yang diterima (melakukan reaksi sebagai respon terhadap perubahan yang diterima). Hal
ini disebut Prinsip Le Chatelier.
Ada
tiga faktor yang dapat mengubah kesetimbangan
kimia, antara lain :
1.
Konsentrasi reaktan atau produk
2.
Suhu
3.
Tekanan atau volume pada sistem yang mengandung fasa gas
Untuk
memproduksi gas amonia sebanyak mungkin, dapat dilakukan manipulasi kesetimbangan kimia dari segi
konsentrasi reaktan maupun produk, tekanan ruangan, volume ruangan, dan suhu
reaksi. Berikut ini adalah pembahasan mengenai masing-masing faktor.
1.
Mengubah konsentrasi
Jika
ke dalam sistem kesetimbangan ditambahkan
gas nitrogen maupun gas hidrogen berlebih (reaktan berlebih), nilai Qc
menjadi lebih kecil dibandingkan Kc.
Untuk mengembalikan ke kondisi setimbang,
reaksi akan bergeser ke arah produk (ke
kanan). Akibatnya, jumlah produk yang terbentuk meningkat. Hal yang sama
juga akan terjadi jika gas amonia yang terbentuk langsung diambil. Reaksi akan
bergeser ke arah kanan untuk mencapai kembali kesetimbangan.
Dapat
disimpulkan bahwa jika dalam sistem kesetimbangan
ditambahkan lebih banyak
reaktan atau produk, reaksi akan bergeser ke sisi lain untuk menghabiskannya. Sebaliknya, jika
sebagian reaktan atau produk diambil,
reaksi akan bergeser ke sisinya
untuk menggantikannya.
2.Mengubah
suhu
Reaksi
pada proses Haber adalah reaksi eksotermis. Reaksi tersebut dapat
dinyatakan dalam persamaan reaksi berikut :
N2(g)
+ 3 H2(g) <——> 2 NH3(g) + Kalor
Jika
campuran reaksi tersebut dipanaskan, akan terjadi peningkatan jumlah kalor
dalam sistem kesetimbangan.
Untuk mengembalikan reaksi ke kondisi setimbang,
reaksi akan bergeser dari arah kanan ke
kiri. Akibatnya, jumlah reaktan akan meningkat disertai penurunan jumlah
produk. Tentu saja hal ini bukanlah sesuatu yang diharapkan. Agar jumlah amonia
yang terbentuk meningkat, campuran reaksi harus didinginkan. Dengan demikian,
jumlah kalor di sisi kanan akan berkurang sehingga reaksi akan bergeser ke arah
kanan.
Secara
umum, memanaskan suatu reaksi
menyebabkan reaksi tersebut bergeser ke sisi endotermis. Sebaliknya, mendinginkan
campuran reaksi menyebabkan kesetimbangan
bergeser ke sisi eksotermis.
3.
Mengubah tekanan dan volume
Mengubah
tekanan hanya mempengaruhi kesetimbangan
bila terdapat reaktan dan/atau produk yang berwujud gas. Pada proses Haber, semua spesi adalah gas,
sehingga tekanan dapat mempengaruhi kesetimbangan.
Reaksi
pada proses Haber terjadi dalam
ruangan tertutup. Tekanan pada ruangan terjadi akibat tumbukan gas hidrogen,
gas nitrogen, serta gas amonia terhadap dinding ruangan tersebut. Saat sistem
mencapai keadaan setimbang,
terdapat sejumlah gas nitrogen, gas hidrogen, dan gas amonia dalam ruangan.
Tekanan ruang dapat dinaikkan dengan membuat tempat reaksinya menjadi lebih
kecil (dengan memampatkannya, misal dengan piston) atau dengan memasukkan suatu
gas yang tidak reaktif, seperti gas neon. Akibatnya, lebih banyak tumbukan akan
terjadi pada dinding ruangan bagian dalam, sehingga kesetimbangan terganggu. Untuk mengatasi pengaruh tersebut dan
memantapkan kembali kesetimbangan,
tekanan harus dikurangi.
Setiap
kali terjadi reaksi maju (dari kiri ke kanan), empat molekul gas (satu molekul
gas nitrogen dan tiga molekul gas hidrogen) akan membentuk dua molekul gas
amonia. Reaksi ini mengurangi jumlah molekul gas dalam ruangan. Sebaliknya,
reaksi balik (dari kanan ke kiri), digunakan dua molekul gas amonia untuk
mendapatkan empat molekul gas (satu molekul gas nitrogen dan tiga molekul gas
hidrogen). Reaksi ini menaikkan jumlah molekul gas dalam ruangan.
Kesetimbangan telah diganggu dengan peningkatan
tekanan. Dengan mengurangi tekanan, gangguan tersebut dapat dihilangkan.
Mengurangi jumlah molekul gas di dalam ruangan akan mengurangi tekanan (sebab
jumlah tumbukan akan berkurang). Oleh sebab itu, reaksi maju (dari kiri ke
kanan) lebih disukai, sebab empat molekul gas akan digunakan dan hanya dua
molekul gas yang akan terbentuk. Sebagai akibat dari reaksi maju ini, akan
dihasilkan gas amonia yang lebih banyak.
Secara
umum, meningkatkan tekanan (mengurangi volume ruangan) pada
campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling sedikit.
Sebaliknya, menurunkan tekanan (memperbesar volume ruangan) pada
campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling banyak.
Sementara untuk reaksi yang tidak mengalami perubahan jumlah molekul gas (mol reaktan = mol produk), faktor tekanan dan volume tidak mempengaruhi
kesetimbangan kimia.
Katalis
meningkatkan laju reaksi dengan mengubah mekanisme reaksi agar melewati
mekanisme dengan energi aktivasi terendah. Katalis tidak dapat
menggeser kesetimbangan kimia.
Penambahan katalis hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang.
Dari
beberapa faktor di atas, hanya perubahan
temperatur (suhu) reaksi yang dapat mengubah nilai konstanta kesetimbangan (Kc maupun Kp). Perubahan
konsentrasi, tekanan, dan volume hanya mengubah konsentrasi spesi kimia saat kesetimbangan, tidak mengubah nilai K. Katalis hanya mempercepat
tercapainya keadaan kesetimbangan,
tidak dapat menggeser kesetimbangan
kimia.
Bab
III
PENUTUP
III.
1 Kesimpulan
Kesetimbangan
kimia terjadi pada saat kita memiliki reaksi timbal balik di sebuah sistem
tertutup. Tidak ada yang dapat ditambahkan atau diambil dari sistem itu selain
energi. Pada kesetimbangan, jumlah dari segala sesuatu yang ada di dalam
campuran tetap sama walaupun reaksi terus berjalan. Ini dimungkinkan karena
kecepatan reaksi ke kanan dan ke kiri sama.
Apabila
kita mengubah keadaan sedemikian rupa sehingga mengubah kecepatan relatif
reaksi ke kanan dan ke kiri, kita akan mengubah posisi kesetimbangan, karena
kita telah mengubah faktor dari sistem itu sendiri. Efek dari perubahan
berbagai faktor dalam sistem terhadap posisi kesetimbangan akan dibahas pada
bab yang lain.
