Memahami Konsep Kesetimbangan Reaksi

Memahami Konsep Kesetimbangan Reaksi

Standar Kompetensi

 

Menguasai Reaksi Kesetimbangan

Kompetensi Dasar 1

(Alokasi Waktu 2 x 45 menit)

Tujuan Pembelajaran    

1.    Siswa dapat  mengelompokan reaksi kimia menjadi reaksi berkesudahan dan reaksi kesetimbangan

2.    Siswa dapat Menjelaskan Kesetimbangan kimia sebagai kondisi yang dicapai suatu reaksi jika laju reaksi dalam dua  arah yang berlawanan adalah sama, dan konsentrasi reaktan serta produk tetap

 

Materi Pelajaran

A.   Reaksi Berkesudahan dan Reaksi Kesetimbangan  

Ketika kita membakar bensin, pada pembakaran yang sempurna akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan karbondioksida (CO2) dan uap air (H2O). Reaksi ini akan berlangsung terus sampai jumlah bensin yang ada habis, sementara gas CO2 dan uap air makin bertambah. Reaksi tersebut dikatakan reaksi berkesudahan, sebab meskipun produk CO2 dan H2O ditampung dalam satu wadah tidak akan bereaksi membentuk bensin dan oksigen kembali. Reaksi seperti itu juga disebut sebagai reaksi searah atau reaksi tidak dapat balik (irreversible).

Kita juga dapat melihat peristiwa serupa yang menunjukan reaksi berkesudahan dalam kehidupan sehari-hari. Semua pembakaran bahan bakar fuel (minyak bumi) merupakan reaksi berkesudahan. Reaksi korosi pada logam juga termasuk contoh yang nyata. Mungkin akan mempermudah bagi kita untuk mencirikan reaksi berkesudahan. Diantaranya adalah zat-zat hasil reaksinya tidak dapat  bereaksi kembali membentuk zat pereaksi, dengan demikian reaksi pasti akan berhenti jika salah satu atau semua reaktan habis.

Apakah ada reaksi yang dapat balik? dalam kehidupan sehari-hari sulit menemukan reaksi yang dapat balik. Proses-proses alami umumnya berlangsung searah, tidak dapat balik. Namun, di laboratorium maupun dalam proses industri, banyak reaksi yang dapat balik. Reaksi yang dapat balik kita sebut reaksi reversible. Diantaranya kita sebutkan dan jelaskan pada contoh di bawah ini :

Jika campuran gas nitrogen dan hidrogen dipanaskan akan menghasilkan gas amonia, dengan reaksi:

N2(g) + 3H2(g)            2NH3(g)

Sebaliknya, jika amonia (NH3) dipanaskan akan terurai membentuk nitrogen dan hidrogen, dengan reaksi:

2NH3(g)           N2(g) + 3H2(g)

Apabila diperhatikan ternyata reaksi pertama merupakan kebalikan dari reaksi kedua. Kedua reaksi itu dapat digabung sebagai berikut :

N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)

Tanda ( ) dimaksudkan untuk menyatakan reaksi dapat balik (reversible). Reaksi ke kanan disebut reaksi maju, reaksi ke kiri disebut reaksi balik. Pada reaksi dapat balik ini zat-zat hasil reaksi dapat bereaksi kembali membentuk zat pereaksi, begitulah sebaliknya sehingga komponen zat tidak pernah habis, hal inilah yang menjadi jawaban mengapa reaksi dapat balik tidak pernah habis.

Banyak peristiwa di alam ini yang berlangsung reversible seperti pada reaksi fotosintesa dan reaksi respirasi sebagai kebalikannya. Adanya kedua reaksi tersebut menguntungkan bagi kehidupan di bumi, Sebab keberadaan oksigen dan karbondioksida dapat saling terimbangi oleh reaksi yang dapat balik. Apa yang terjadi jika Reaksi fotosintesa yang melepas oksigen tidak diimbangi dengan reaksi respirasi yang melepas karbondioksida?

B.   Kesetimbangan Kimia  

Pada umumnya reaksi-reaksi kimia di laboratorium berlangsung dalam arah bolak-balik (reversible), dan hanya sebagian kecil saja yang berlangsung satu arah. Sebagai contoh aadalah reaksi pembentukan gas ammonia NH3 dari gas H2 dan N2.  Pada awal proses bolak-balik, reaksi berlangsung ke arah pembentukan produk (reaksi 1),

N2(g) + 3H2(g)            2NH3(g)…………….1)

segera setelah terbentuk molekul produk (NH3) maka terjadi reaksi sebaliknya (reaksi 2), yaitu pembentukan molekul reaktan (gas N2 dan H2) dari molekul produk (gas NH3).

2NH3(g)           N2(g) + 3H2(g)……………2)

Reaksi 1 bermula dengan sangat cepat, tetapi makin lama kecepatannya terus-menerus menurun, karena hydrogen dan nitrogen makin berkurang jumlahnya. Di sisi lain reaksi 2 yang bermula sangat lambat, terus-menerus naik kecepatannya karena banyaknya ammonia bertambah. Akhirnya kecepatan kedua reaksi yang berlawanan menjadi sama.  Sekali laju reaks telah sama, selama temperature dan tekanan tidak berubah dan tidak ada zat yang ditambahkan atau diambil, maka banyaknya hydrogen, nitrogen dan ammonia tidak berubah. Jumlah masing-masing komponen tidak berubah terhadap waktu oleh karena itu tidak ada perubahan yang dapat diamati terhadap waktu. Oleh karena itu tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur (sifat makroskopis tidak berubah), reaksi seolah-olah telah berhenti. Keadaan seperti itu disebut keadaan setimbang (kesetimbangan). Akan tetapi, percobaan menunjukkan bahwa dalam keadaan setimbang reaksi tetap berlangsung pada tingkat molekul (tingkat mikroskopis). Oleh karena itu, keseimbangan kimia disebut Kesetimbangan dinamis. (lihat grafik di bawah).

 

 

Gambar 1. Grafik konsentrasi pereaktan dan produk terhadap waktu selama terjadi reaksi reversible

 

Pada umumnya suatu reaksi kimia yang berlangsung spontan akan terus berlangsung sampai dicapai keadaan kesetimbangan dinamis. Berbagai hasil percobaan menunjukkan bahwa dalam suatu reaks kimia, perubahan reaktan menjadi produk pada umumnya tidak sempurna, meskipun reaksi dilakukan dalam waktu yang relatif lama. Umumnya pada permulaan reaksi berlangsung, reaktan mempunyai laju reaksi tertentu. Kemudian setelah reaksi berlangsung konsentrasi akan semakin berkurang sampai akhirnya menjadi konstan. Keadaan kesetimbangan dinamis akan dicapai apabila dua proses yang berlawanan arah berlangsung dengan laju reaksi yang sama dan konsentrasi tidak lagi mengalami perubahan atau tidak ada gangguan dari luar.

Sebagai contoh lain keadaan kesetimbangan dinamis, kita perhatikan reaksi penguraian (dissosiasi) gas N2O4 sebagai berikut :

Gambar 2, Molekul N2O4 terurai menjadi 2 molekul NO2 melalui reaksi bolak-balik (reversible)

 

Andaikan sejumlah mol gas N2O4 dimasukkan ke dalam suatu bejana tertutup. Mula-mula dengan segera gas N2O4 yang tidak berwarna tersebut terdisosiasi menjadi NO2 yang berwarna merah coklat. Akan tetapi setiap dua molekul NO2 dengan mudah bergabung menjadi molekul zat N2O4 kembali. Mula–mula laju reaksi disosiasi N2O4 berlangsung relatif lebih cepat daripada laju reaksi pembentukan N2O4. Namun laju reaksi pembentukan N2O4 juga makin lama makin bertambah besar sesuai dengan pertambahan jumlah NO2 yang terbentuk. Pada suatu saat laju reaksi disosiasi N2O4 sama dengan laju reaksi pembentukan N2O4. maka Keadaan inilah yang disebut Keadaan kesetimbangan.

 

Tugas Terstruktur I

Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan jelas!

  1. Jelaskan perbedaan antara reaksi tidak dapat balik (irreversible) dan reaksi dapat balik (reversible), berikan contoh masing-masing?
  2. Peristiwa di bawah ini kelompokkan ke dalam reaksi kesetimbangan ataukah reaksi Satu arah, Jelaskan!

a.    Kertas dibakar

b.    Air menguap

c.    Pembakaran tidak sempurna pada karbon monoksida

  1. Bilamana suatu reaksi dapat dikatakan telah mencapai keadaan kesetimbangan dinamis?
  2. Jelaskan kapankah suatu reaksi bolak-balik mencapai keadaan setimbang ?

 

 

Resume

Ada sebagian reaksi kimia yang akan berhenti ketika salah satu atau semua pereaktanya habis, seperti peristiwa pembakaran bahan bakar fosil (minyak bumi). Reaksi semacam ini disebut reaksi berkesudahan atau tak dapat balik (irreversible). Sebagian lain ada reaksi kimia yang tidak pernah berhenti secara mkroskopis, sebab produk reaksinya akan bereaksi    kembali membentuk zat-zat pereaktan. Sebagai contoh pada reaksi pembentukan gas ammonia dari gas hydrogen dan gas nitrogen. Reaksi tersebut tidak berhenti karena gas ammonia yang terbentuk akan terurai kembali menjadi gas hydrogen dan Nitrogen. Reaksi semacam ini disebut reaksi dapat balik (reversible). Peristiwa ini akan terus berlangsung sampai kecepatan reaksi maju sama dengan kecepatan reaksi balik. Pada tahap inilah dikatakan suatu reaksi balik telah mencapai kesetimbangan.

 

 

 

 

 

 

Menguasai faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran Kesetimbangan

Kompetensi Dasar 2

(Alokasi Waktu  4 x 45 Menit)

 

Tujuan Pembelajaran

1.    Siswa dapat menjelaskan Terjadinya perubahan atau  pergeseran kesetimbangan sebagai akibat adanya aksi pada kesetimbangan (asas Le Chatelier) yang cenderung akan mengurangi aksi tersebut

2.    Siswa dapat menjelaskan pengaruh beberapa faktor terhadap kesetimbangan

3.    Siswa dapat menjelaskan Pengaruh perubahan temperatur terhadap nilai tetapan kesetimbangan

Materi Pembelajaran

  1. A.   Perubahan atau  pergeseran kesetimbangan akibat adanya aksi pada kesetimbangan (asas Le Chatelier)           

Secara mikroskopik sistem kesetimbangan umumnya peka terhadap gangguan dari lingkungan. Andaikan sistem yang kita perhatikan adalah kesetimbangan air-uap, air dalam silinder. Jika volume sistem diperbesar (tekanan dikurangi) maka sistem berupaya mengadakan perubahan sedemikian rupa sehingga mengembalikan tekanan ke keadaa semula, yakni dengan menambah jumlah molekul yang pindah ke fasa uap. Setelah kesetimbangan baru dicapai lagi, air yang ada lebih sedikit dan uap air terdapat lebih banyak dari pada keadaan kesetimbangan pertama tadi. Jika kesetimbangan itu ditulis

dalam persamaan reaksi :

H2O (l)  < ====== > H2O (g)

Maka kesetimbangan dapat dinyatakan “ bergeser ke kanan “

Pergeseran kesetimbangan dapat dipengaruhi oleh faktor luar seperti suhu, tekanan, dan konsentrasi.

Bagaimanakah kita menjelaskan pengaruh dari berbagai faktor itu ? Mengapa kesetimbangan

N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g),                    ΔH = -92,2 kJ;

bergeser ke kiri ketika suhunya dinaikkan, tetapi bergeser ke kanan ketika tekanannya diperbesar ? Henri Louis Le Chatelier (1884) berhasil menyimpulkan pengaruh faktor luar tehadap kesetimbangan dalam suatu azas yang dikenal dengan azas Le Chatelier sebagai berikut:

“ Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi), maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi tersebut. “ 

 

Gambar 3. Foto Henri louis Le Chatelier

 

Secara singkat, azas Le Chatelier dapat dinyatakan sebagai:

Reaksi = – Aksi

Artinya : Bila pada sistem kesetimbangan dinamik terdapat gangguan dari luar sehingga kesetimbangan dalam keadaan terganggu atau rusak maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga gangguan itu berkurang dan bila mungkin akan kembali ke keadaan setimbang lagi. Cara sistem bereaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.

Seringkali Azas Le Chatelier disederhanakan sebagai berikut

Jka diberi, dia memberi

Jika diambil, dia mengambil

 

  1. B.   Pengaruh beberapa faktor terhadap kesetimbangan

Pergeseran kesetimbangan dapat dipengaruhi oleh berbagai factor antara lain Sifat dasar pereaksi, temperatur, konsentrasi, tekanan dan volume, penambahan zat lain (katalis). Namun dalam sub bab ini akan lebih difokuskan pada tiga faktor saja yaitu pengaruh temperatur, pengaruh konsentrasi, pengaruh tekanan dan volume.

 

Pengaruh konsentrasi

Perhatikan reaksi pembentukan ammonia berikut:

N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)

Jika gas N2 ditambah (konsentrasi N2 bertambah), berarti N2 diberi, maka system reaksi akan memberi ke yang masih kurang yaitu produk, sehingga reaksi akan bergeser ke kanan ( NH3 bertambah).

Jika gas H2 dikurangi (konsentrasi gas H2 diperkecil), berarti H2 diambil, maka system akan mengambil yang masih banyak yaitu produk, sehigga reaksi bergeser ke kiri,(NH3 berkurang).

Sesuai dengan azas Le Chatelier (Reaksi = – aksi) ,

Jika salah satu konsentrasi zat diperbesar, reaksi akan bergeser dari arah zat tersebut

Jika salah satu konsentrasi za diperkecil, reaksi akan bergese kearah zat tersebut.

Kaidah ini sangat berguna pada industry kimia yang melibatkan reaksi-reaksi kesetimbangan. Agar produk yang dihasilkan sebanyak mungkin maka pereaksi harus ditambah terus, sementara produk harus terus dikurangi (diambil/dipisahkan). Sebagai contoh untuk menghasilkan amonia NH3 sebyak-banyaknya maka bahan gas N2 dan gas H2 harus disuplai terus dan produk ammonia dipisahkan.

Contoh :

Ion besi (III) (Fe3+) berwarna kuning jingga bereaksi dengan ion tiosianat (SCN-) tidak berwarna membentuk ion tisianobesi (III) yang berwarna merah darah menurut reaksi kesetimbangan berikut :

Fe3+(aq) + SCN-(aq)  FeSCN2+(aq)

Kuning-jingga tidak berwarna merah-darah

Ke arah manakah kesetimbangan bergeser dan bagaimanakah perubahan warna campuran jika :

1. ditambah larutan FeCl3 (ion Fe3+)

2. ditambah larutan KSCN (ion SCN-)

3. ditambah larutan NaOH (ion OH-)

4. Larutan diencerkan

Jawab :

Azas Le Chatelier : Reaksi = – Aksi

1. Ditambah larutan FeCl3 (ion Fe3+)

Aksi                        : diberi ion Fe3+

Reaksi                              : ion Fe3+ memberi ke produk

Kesetimbangan         : bergeser ke kanan (dari arah Fe3+)

Perubahan warna      : bertambah merah (karena ion FeSCN2+bertambah)

2. Ditambah KSCN

Aksi                       : diberi ion SCN-

Reaksi                    : ion SCN- memberi ke produk

Kesetimbangan        : bergeser ke kanan (dari arah ion SCN-)

Perubahan warna      : bertambah merah (karena ion FeSCN2+ bertambah)

3. Ditambah NaOH

Aksi                        : menambah ion OH -. Ion ini akan mengikat ion Fe3+

membentuk Fe(OH)3 yang sukar larut.

Fe3+(aq) + 3OH-(aq) Fe(OH)3(s)

Jadi, penambahan ion OH- sama dengan diambil ion Fe3+.

Reaksi                    : ion Fe3+mengambil produk

Kesetimbanga           : bergeser ke kiri (menuju Fe3+)

4. Larutan diencerkan

Aksi                        : mengencerkan (memperbesar volume), memperkecil

konsentrasi (jarak antar partikel dalam larutan makin renggang.

Reaksi                              : memperbesar konsentrasi (menambah jumlah partikel)

Kesetimbangan         : bergeser ke kiri, ke arah yang jumlah partikelnya lebih besar   (setiap ion FeSCN2+ dapat pecah menjadi dua ion, yaitu Fe3+ dan SCN-).

Perubahan warna      : memudar (karena ion FeSCN2+ berkurang)

 

(A)                     (B)                   (C)                 (D)

Gambar 4

Pengaruh tekanan dan volume

Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi semua komponen. Sesuai dengan azas Le Chatelier, maka sistem akan bereaksi dengan mengurangi tekanan.

Sebagaimana anda ketahui, tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas. Oleh karena itu, untuk mengurangi tekanan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih kecil. Sebaliknya, jika tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka system akan bereaksi dengan menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih besar.

Perhatikan ilustrasi berikut!

 

Gambar 5. Pengaruh Tekanan terhadap Kesetimbangan

(A) Pada awal kesetimbangan terdapat  17 molekul (mol) gas : 12 H2, 4 N2, dan 1 NH3.

(B) Ketika gas dikompresi Ke volume yang lebih kecil. Zat-zat akan merapat sehingga tekanannya lebih tinggi.

(C) sesuai azas le chatelir, system akan berusaha mengurangi tekanan. Tekanan akan berkurang jika beberapa molekul H2 dan N2 bergabung untuk membentuk  NH3, sehingga jumlah molekul gas berkurang.

Dari Dickerson dan Geis, Kimia, Matteri, dan Alam Semesta.

Secara singkat Pengaruh tekanan dan volume terhadap kesetimbangan disimpulkan:

Jika tekanan diperbesar (volume diperkecil), reaksi akan bergeser ke jumlah mol gas (koefisien reaksi) yang lebih kecil.

Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar), reaksi akan bergeser kea rah jumlah mol gas (koefisien reaksi) yang lebih besar.

 

Contoh :

Ditentukan kesetimbangan :

1)    N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)

2) 2HI(g)  H2(g) + I2(g)

Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika tekanan diperbesar ?

Jawab :

1)    N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)

Kesetimbangan akan bergeser ke kanan, karena jumlah koefisien di

ruas kanan (= 2) lebih kecil daripada di ruas kiri (= 4).

2) 2HI(g)  H2(g) + I2(g)

Kesetimbangan tidak bergeser karena jumlah koefisien gas pada kedua ruas

sama (= 4).

 

Pengaruh temperatur

 

(A)                                     (B)

Gambar 6. Disosiasi amonia. 2NH3 (g) → 3H2 (g) + N2 (g)

(A) Amoniak mengalami kesetimbangan pada suhu kamar. (B) Meningkatnya suhu sebagian akan dinormalkan dengan menggunakan beberapa panas untuk meguraikan molekul NH3 dan membentuk N2 dan H2.

Dari Dickerson dan Geis. Kimia. Materi dan Alam Semesta.

Perubahan konsentrasi atau tekanan dapat mengubah kuantitas relatif pereaksi dan produk, tetapi tidak dapat mengubah tetapan kesetimbangan. Sedangkan kenaikan Temperatur dapat mengubah harga tetapan kesetimbangan. Hal ini dikarenakan Kenaikan temperature mempengaruhi kestabilan relatif pereaksi dan produk, di mana pada temperature tinggi zat-zat akan cenderung terurai.

Sesuai dengan azas Le Chatelier,. Jika suatu system berada dalam kesetimbangan, suatu kenaikan temperature akan menyebabkan kesetimbangan itu akan bergeser kearah yang menyerap kalor (endoterm). Sebaliknya jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak yang melepas kalor (eksoterm).

Perhatikanlah contoh berikut.

Ditentukan reaksi kesetimbangan :

1). N2(g) + 3H2(g)              ­­ 2NH3(g)                     H = – 92,2 kJ

2). H2O(g)                1/2 H2(g) + O2(g)                 H = + 242 kJ

Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika temperatur dinaikkan ?

Jawab :

Pada kenaikan temperatur, kesetimbangan bergeser ke pihak reaksi endoterm :

Pada kesetimbangan (1), reaksi bergeser ke kiri.

Pada kesetimbangan (2), reaksi bergeser ke kanan.

Reaksi Pembentukan NO2 dari N2O4 adalah proses endotermik, seperti terlihat pada persamaan reaksi berikut :

N2O4(g)               2NO2(g)                    H= +58 kJ

Dan reaksi sebaliknya adalah reaksi eksotermik

2NO2(g)              N2O4(g)                 H= – 58 kJ

Jika temperatur dinaikkan, maka pada proses endotermik akan menyerap panas dari lingkungan sehingga membentuk molekul NO2 dari N2O4.

Kesimpulannya, kenaikan temperatur akan menyebabkan reaksi bergeser kearah reaksi endotermik dan sebaliknya penurunan temperatur akan menyebabkan reaksi bergeser kearah reaksi eksotermik.

 

Pengaruh Katalisis

Adakah pengaruh  katalis terhadap reaksi pada kesetimbangan? Tidak ada. katalis tidak bisa mengubah nilai konstanta kesetimbangan Keq, tetapi dapat meningkatkan kecepatan untuk mencapai kesetimbangan. Ini adalah fungsi utama dari katalis.

 

Seperti pada grafik di atas keberadaan katalis akan menurunkan energi aktivasi yang akan mempercepat laju reaksi. Cepat lambatnya suatu reaksi mencapai kesetimbangan bergantung pada laju reaksinya. Semakin besar laju reaksi, semakin cepat kesetimbangan tercapai. Dengan demikian katalis berperan mempercepat tercapainya kesetimbangan baik pada reaksi maju maupun pada reaksi baliknya. Katalis sama sekali tidak dapat menggeser kesetimbangan. Artinya, katalis tidak mampu memperbanyak atau mengurangi hasil reaksi.

Tugas Terstruktur II

  1. Jelaskan bagaimana pengaruh aksi (tindakan) berikut terhadap kesetimbangan?
    1. Menaikkan temperatur
    2. Menambah salah satu zat pereaksi
    3. Mengurangi salah satu produk
    4. Memperbesar tekanan dengan memperkecil volume
  2. Pada reaksi: 2 HI(g)   H2(g) + I2(g)

Ke manakah reaksi akan bergeser jika tekanan diturunkan, Jelaskan!

  1. Pada reaksi:

N2(g).+ 3H2(g)   2 NH3         ΔH = -92 kkal,

Kemanakah reaksi akan bergeser jika suhu diturunkan, jelaskan!

  1. Reaksi pembuatan belerang trioksida merupakan reaksi eksoterm :

2SO2(g) + O2(g)   2SO3(g)

Bagaimana cara meningkatkan produksi belerang trioksida?

  1. Nitrogen bereaksi dengan hidrogen membentuk amonia menurut reaksi kesetimbangan :

N2(g) + 3H2(g)   2NH3(g)

Berdasarkan pemahaman terhadap azas Le Chatelier, kearah manakah kesetimbangan bergeser jika :

  1. ditambah nitrogen
  2. amonia dikurangi
  3. volume ruangan diperbesar

 

Resume

Sistem kesetimbangan akan bergeser ketika sistem mendapatkan pengaruh dari luar, baik pengaruh perubahan tekanan / volume, penambahan konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi, maupun pengaruh perubahan temperatur. Pengaruh lingkungan tersebut oleh Henri Le Chatelier  disimpulkan “ Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi), maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi tersebut“.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dan hasil reaksi

dari suatu reaksi kesetimbangan

Kompetensi Dasar

(Alokasi waktu 6 x 45 menit)

 

Tujuan Pembelajaran

1.    Siswa dapat Menjelaskan Pengertian tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc)

2.    Siswa dapat mengkonversikan Kc menjadi Kp berdasarkan persamaan gas ideal

3.    Siswa dapat menjelaskan Pengertian kesetimbangan homogen dan heterogen

4.    Siswa dapat Menghitung konsentrasi reaktan dan produk dalam suatu campuran kesetimbangan berdasarkan konsentrasi awal dan konstanta kesetimbangannya

 

Materi Pembelajaran

  1. A.   Tetapan Kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc)     

Pada tahun 1886, dua orang ahli kimia Norwegia, Cato Maximilian Guldberg (1836-1902) dan Peter Waage (1833-1900) mengemukakan bahwa:

“Jika hasil kali Produk reaksi yang dipangkatkan koefisiennya dibandingkan terhadap hasil kali konsentrasi perektan yang dipangkatkan koefisiennya, hasilnya merupakan bilangan tetap”.

Harga bilangan yang tetap itu disebut tetapan kesetimbangan (konstanta kesetimbangan), dilambangkan Kc, dengan huruf c melambangkan konsentrasi. Seringkali hanya dituis K.

Secara umum, untuk suatu reaksi kesetimbangan yang ditulis:

 

Konstanta Kesetimbangannya dirumuskan melalui persamaan:

 

Karena satuan konsentrasi adalah M, maka satuan Kc = M(c+d) – (a+b)

Beberapa hal yang perlu diperhatikan:

  1. Konsentrasi Zat (Produk maupun Pereaktan) dinyatakan dalam satuan molar (M), yaitu mol/liter.
  2. Zat yang berlaku untuk rumus K diatas adalah zat yang berwujud gas dan zat yang terlarut saja. Sedangkan zat padat dan cairan tidak diikutsertakan dalam rumus K atau Kc.

*(Zat padat yang tidak larut misalnya batu dalam air serta zat cair yang tidak larut misalnya minyak dalam air tidak memiliki konsentrasi. Harga mol/liter mereka tidak pernah berubah, sebab mereka tidak tersebar merata. Untuk zat padat dan cairan, harga mol/liter sama dengan rapatan/massa rumus.

Contoh :

Tentukan persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut ?

1. BiCl3(aq) + H2O(l)  BiOCl(s) + 2HCl(aq)

2. N2(g) + H2(g)  2NH3(g)

3. SO3(g)            SO2(g) + 1/2O2(g)

Jawab :

BiOCl(s) dan H2O(l) tidak disertakan dalam persamaan

 

Besarnya tetapan kesetimbangan suatu reaksi pada temperature tertentu hanya dapat ditentukan dengan data ekperimen dan tidak dapat diramalkan dari persamaan reaksi. Keteraturan yang diperoleh dari data eksperimen tentang sistem kesetimbangan dikenal dengan “hukum kesetimbangan”. Ada dua cara, yaitu pertama menggunakan energi bebas standar reaksi dan kedua dengan pengukuran langsung konsentrasi kesetimbangan yang dapat disubstitusikan ke dalam ungkapan aksi massa.

Harga tetapan kesetimbangan sangat berguna baik secara kuantitatif maupun kualitatif. Secara kuantitatif, memungkinkan untuk digunakan untuk menghitung konsentrasi pereaksi dan atau hasil reaksi dalam sistem kesetimbangan, sedang secara kualitatif, dapat memberikan informasi tentang sejauh mana reaksi berlangsung kearah reaksi sempurna.

Misal : A B diperoleh (B)/ (A) = Kc dan diketahui Kc = 10

Berarti : (B)/ (A) = Kc = 10 / 1.

Jadi dapat dikatakan bahwa pada kesetimbangan ini, konsentrasi B = 10 kali lebih besar dari pada konnsentrasi A atau kedudukan kesetimbangan terletak ke arah hasil reaksi B. Sebaliknya bila Kc = 0,1 = 1/10, berarti (B)/ (A) = 1/10. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa pada kesetimbangan ini, konsentrasi A sama dengan 10 kali lebih besar dari pada konsentrasi B atau kedudukan kesetimbangan terletak ke arah pereaksi A.

Makna tetapan kesetimbangan bagi suatu reaksi antara lain :

  1. Dapat memberi informasi tentang posisi kesetimbangan

Seperti diketahui bahwa Kc atau Kp adalah nisbah konsentrasi atau tekanan parsial pada keadaan setimbang, zat ini di sebelah kanan (produk) menjadi pembilang sedangkan zat di sebelah kiri (pereaksi) menjadi penyebut. Harga Kc atau Kp yang sangat besar menunjukkan bahwa reaksi ke kanan berlangsung sempurna atau hampir sempurna. Sebaliknya, harga Kc atau Kp yang sangat kecil menunjukkan bahwa reaksi ke kanan tidak berlangsung besar-besaran.

Contoh :

  1. 2H2O(g) + O2(g)  2H2O(g) Kc = 3 x 1081

pada 25oC Reaksi ini dapat dianggap berlangsung tuntas ke kanan

  1. ½ N2(g) + ½O2(g)  NO(g) Kc = 1 x 10-15

pada 25oC Reaksi ini hanya dapat membentuk sedikit sekali NO.

  1. Meramalkan arah reaksi

Apabila zat pada ruas kiri dan ruas kanan dari suatu reaksi kesetimbangan dicampurkan dalam suatu wadah reaksi maka sangat mungkin bahwa campuran tidak setimbang. Reaksi harus berlangsung ke kanan atau ke kiri sampai mencapai kesetimbangan. Dalam hal seperti ini, arah reaksi dapat ditentukan dengan memeriksa nilai koefisien reaksi (Qc). Koefisien reaksi adalah nisbah konsentrasi yang bentuknya sama dengan persamaan Kc.

  1.                       i.    Jika Qc < Kc, berarti reaksi bergeser ke kanan sampai diperoleh Qc = Kc
  2.                      ii.    Jika Qc > Kc, berarti reaksi bergeser ke kiri sampai diperoleh Qc = Kc
  3.                     iii.    Jika Qc = Kc, berarti system sudah dalam keadaan setimbang

 

Contoh :

Diketahui reaksi H2(g) + Cl2(g)  2HCl(g), Kc = 9,0. Jika H2, Cl2, dan HCl dicampurkan masing-masing 0,2 mol dalam wadah 1 liter, Kemanakah reaksi akan bergeser?

Jawab:

 

Qc < Kc, berarti reaksi bergeser ke kanan

 

  1. B.   Konversi Kc menjadi Kp berdasarkan persamaan gas ideal          

Untuk zat – zat yang konsentrasinya dinyatakan dalam mol/liter, tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan dalam Kc. Sedangkan untuk suatu system ksetimbangan yang melibatkan gas, biasanya yang diukue dalah tekanan bukannya konsentrasi. Oleh karena itu tetapan kesetimbangannya dinyatakan dalam Kp.  Tetapan kesetimbangan Kp diperoleh dari tekanan parsial masing-masing gas yang terlibat dalam reaksi, baik pereaktan maupun produk reaksi.

Untuk lebih jelasnya marilah kita ingat kembali pengertian tentang tekanan parsial. Suatu campuran gas akan memiliki tekanan total (P), yang merupakan jumlah dari tekanan parsial (p) masing-masing gas. Pada system kesetimbangan

vA(g) + wB(g)   xC(g) + yD(g)

Hubungan tekanan total dan tekanan parsial dapat dituliskan secara matematis:

P = pA + pB + pC +pD

     Dari persamaan gas ideal (pV = nRT), kita melihat bahwa pada suhu dan volume konstan, tekanan parsial sebanding dengan jumlah mol. Dengan demikian maka persamaan matematis di atas pada kondisi suhu dan volume yang sama dapat dinyatakan:

 

Maka:

 

Selanjutnya, untuk system kesetimbangan:

SO3(g)   SO2(g) + 1/2O2(g)

Kp untuk reaksi diatas dinyatakan

 

Hubungan antara Kp dan Kc dapat diperoleh dari persamaan gas ideal

      atau       ,

dengan , (C = konsentrasi zat dalam mol/liter), maka

Bila kita substitusikan dalam rumus Kp di atas didapatkan

 

 

Sehingga diperoleh hubungan Kp dan Kc adalah:

 ,  atau

Dengan Δn = jumlah koefisien gas kanan – jumlah koefisien gas kiri

Jika jumlah koefisien gas kanan sama dengan jumlah koefisien kiri sama maka

Kp = Kc

C.  Kesetimbangan homogen dan heterogen

Reaksi dapat diibedakan menjadi dua macam yaitu reaksi kesetimbangan homogen dan reaksi kesetimbangan heterogen. Reaksi Kesetimbangan Homogen merupakan reaksi kesetimbangan dimana semua fasa senyawa yang bereaksi sama.

Contoh :

1. N2(g) + 3H2(g)   2NH3(g)

2. H2O(l)   H+(aq) + OH-(aq)

3. CH3COOH(aq)             CH3COO-(aq) + H+(aq)

Sedangkan reaksi kesetimbangan heterogen dimana reaktan dan produk yang berbeda fasa.

Contoh :

1. CaCO3(s)   CaO(s) + CO3(g)

2. Ag2CrO4(s)   Ag2+(aq) + CrO4-(aq)

3. 2 C(s) + O2(g)           2CO(g)

4. 2 NaHCO3(s)   Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)

Dalam kesetimbangan heterogen, jika zat-zat padat murni atau cairan-cairan murni yang tak dapat campur adalah pereaksi dalam suatu system dengan satu gas atau lebih, maka tetapan kesetimbangan dapat ditulis dalam hanya tekanan-tekanan parsial gas. Karena konsentrasi zat padat murni atau zat cair murni praktis konstan meskipun tekanannya berubah. Sebagai contoh untuk system kesetimbangan heterogen

2 C(s) + CO2(g)   2CO(g)

Tetapan kesetimbangannya adalah:

 , dan

  1. Menghitung konsentrasi reaktan dan produk dalam suatu campuran kesetimbangan

     Dengan menggunakan rumus tetapan kesetimbangan kita dapat menghitung konsentrasi reaktan dan produk dalam suatu campuran berdasarkan konsentrasi awal dan konstanta kesetimbangannya.

Sebagai contoh

Tetapan kesetimbangan A + 2B  AB2, adalah ¼. Berapakah jumlah mol A yang harus dicampurkan dengan 4 mol B dalam volume 5 liter, agar menghasilkan 1 mol AB2?

Jawab:

Diketahui

 

A

+

B

AB2

Mula-mula

X

4 mol

Bereaksi

?

?

Setimbang

?

?

1 mol

 

Dijawab:

 

A

+

B

AB2

Mula-mula

X mol

4 mol

-

Bereaksi

1 mol

2 mol

-

Setimbang

(x-1) mol

2 mol

1 mol

 

Konsentrasi masing-masing zat:

 

 

 

X = 26

Jadi jumlah mol A mula-mula adalah 26 mol

 

Untuk selanjutnya, apabila kita menyelesaikan perhitungan kesetimbangan dimana konsentrasi masing-masing zat belum diketahui, kita harus mengolah data soal terlebih dahulu dengan menggunakan table berikut:

 

 mA

+

n B

oC

+

pD

Mula-mula

a

b

-

-

Bereaksi

c

d

-

-

Setimbang

e

f

g

h

 

Keterangan:

a = mol A mula-mula

b = mol B mula-mula

c = mol A yang bereaksi (terurai)

d = mol B yang bereaksi (terurai)

e = mol A pada kesetimbangan = a – c

f = mol B pada kesetimbangan = b – d

g = mol C pada kesetimbangan

h = mol D pada kesetimbangan

 

 

 

 

 

 

 

Tugas Terstruktur III

  1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan :
    1. Hukum kesetimbangan
    2. Tetapan kesetimbangan
    3. Perbandingan konsentrasi
    4. Persamaan tetapan kesetimbangan
  2. Jelaskan apa perbedaan antara Kc dengan Kp!
  3. Dari reaksi kesetimbangan

Tuliskan rumus Kc untuk reaksi di atas!

  1. Tulislah rumus tetapan kesetimbangan tekanan (Kp) untuk reaksi berikut :
    1.              i.    3 Fe (s) + 4 H2O (g)   Fe3O4 (s) + 4 H2 (g)
    2.             ii.    Na2CO3 (s) + SO2 (g) + O2 (g)   Na2SO4 (s) + CO2 (g)
  2. Pada reaksi , mula – mula terdapat M dan N masing-masing 1 M dan pada keadaan setimbang terdapat P 0,6 M, Berapakah harga Kc?.
  3. Pada suhu 295 K :

NH4HS(s)   NH3(g) + H2S(g)

Tekanan parsial tiap gas adalah 0,265 atm. Hitung Kp dan Kc untuk reaksi tersebut!

  1. Untuk reaksi kesetimbangan berikut :

PCl5(g)   4NO2(g) + O2(g)

Harga Kc pada 191 0C = 3,26 x 10-2 M. Tentukan harga Kp pada suhu tersebut ?

 

Tugas Terstruktur IV

  1. Jelaskan perbedaan tetapan kesetimbangan homogen dan heterogen , beri contoh masing-masing ?
  2. Sebutkan manfaat prinsip kesetimbangan untuk industri ?
  3. Pada reaksi mencapai kesetimbangan pada tekanan 2 atm. Jika pada kesetimbangan molA : molB : molC = 2 : 1 : 2, maka berapakah harga Kp?
  4. Tetapan kesetimbangan Kp untuk reaksi

2NO2(g)   2NO(g) + O2(g)

adalah 158 pada 1000K. Hitung P O2 jika P NO2 = 0,4 atm dan P NO = 0,27 atm.

 

 

Tes Tertulis

  1. Pada reaksi kesetimbangan :

CaCO3 (s)   CaO (s) + CO2(g) Δ H= 178 kJ

  1. Adakah pengaruhnya terhadap kesetimbangan, jika pada suhu tetap ditambahkan CaCO3 (s) ?
  2. Cara apa yang dapat digunakan agar kesetimbangan bergeser ke arah kanan ?
  3. Tentukan ke arah manakah masing-masing kesetimbangan berikut akan bergeser jika tekanan diperbesar (dengan memperkecil volume)?
    1. N2O4 (g)  2NO2 (g)
    2. CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g)
  4. Tetapan kesetimbangan Kc untuk reaksi :

N2O4(g)   2NO2(g)

adalah 4,63×10-3 pada 25oC.

Berapakah nilai Kp pada temperatur tersebut ?

  1. Tulislah Kc dan Kp untuk reaksi

2N2O5(g)   4NO2(g) + O2(g)

  1. Untuk reaksi kesetimbangan berikut :

PCl5(g)   4NO2(g) + O2(g)

Harga Kc pada 191 0 C = 3,26 x 10 -2 M. Tentukan harga Kp pada suhu tersebut ?

  1. Tetapan kesetimbangan Kp untuk reaksi dekomposisi fosforus pentaklorida menjadi fosforus triklorida dan klorin

PCl5(g)   PCl3(g) + Cl2(g)

adalah 1,05 pada 250oC. Jika pada saat kesetimbangan tekanan parsial PCl5 dan PCl3 berturut-turut adalah 0,875 atm dan 0,463 atm, berapakah tekanan parsial Cl2?

  1. Tulislah persamaan tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi berikut:
    1. N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)
    2. SO3 (g)   SO2 (g) + ½ O2 (g)
  2. Untuk reaksi : N2(g) + 3H2(g)   2NH3(g)

Kp adalah 4,3×10-4 pada 375oC. Hitung Kc.

  1. Pada perubahan reaksi :

H2O (l)   H2O (g)

Berapakah harga Kp dan Kc pada 25 0 C, jika diketahui bahwa tekanan uap air pada temperatur 25 0C adalah 23,8 torr.

10. Pada penguraian uap air mempunyai Kc = 1,1 x 10 -81 pada 25 0C, Jelaskan apa yang dimaksud dengan ungkapan Kc tersebut ?

11. Berdasarkan reaksi kesetimbangan pembuatan amonia diperoleh Kc sebesar 4,1 x 108, hitunglah konsentrasi NH3 jika keadaan setimbang konsentrasi H2 dan N2 masing-masing adalah 0,01 M?

 

 

 

 

 

 

 

Percobaan I Mengenal reaksi reversible

  1. Tujuan      : Mengenal reaksi reversible
  2. Alat dan bahan :

a)    Alat

-          Sendok spatula

-          Tabung reaksi

b)    Bahan

-          Larutan PbSO4

-          Larutan NaI

-          Larutan Na2SO4

  1. Cara kerja :
    1. Masukkan sebanyak 1 sendok spatula kristal timbal sulfat ke dalam tabung reaksi.

Kemudian tambahkan kira-kira 4 mL larutan NaI 1 M. Lalu aduklah campuran itu dengan menggoncang-goncangkan tabung. Amati perubahan warna yang terjadi.

  1. Dekantasi (endap tuangkan) larutan dari tabung reaksi kemudian cucilah endapan dengan aquades sebanyak dua kali.
  2. Tambahkan larutan Na2SO4 1 M kira-kira 4 mL. Kemudian aduk dan amati perubahan warna endapan
  3. Hasil Pengamatan :

 

 

No Perlakuan Perubahan warna
1 PbSO4 dalam tabung reaksi  
2 PbSO4 + 4 mL larutan NaI  
3 Endapan PbI2  
4 Endapan PbI2 + larutan Na2SO4  

 

  1. Analisis Data :

a. Tulislah persamaan reaksi antara :

1) Timbal Sulfat dengan natrium Iodida :…………………………

2) Endapan (II) dengan larutan Natrium sulfat :………………..

b. Bagaimana hubungan antara kedua reaksi tersebut ?

F. Menarik Kesimpulan :

Simpulkan pengertian dari reaksi reversibel.

 

 

Menyelidiki Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

 

  1. A.    Tujuan    : Pengaruh perubahan konsentrasi terhadap waktu
  2. B.     Alat dan Bahan

a)      Alat

  1. 1 gelas kimia
  2. 5 tabung reaksi (diameter sama)
  3. Pengaduk gelas

b)      Bahan

  1. Larutan KSCN 1 M
  2. Larutan FeCl3 1 M
  3. Larutan NaOH
  4. aquades

 

  1. C.    Cara Kerja
  2. Ke dalam 20 ml aquades ditambahkan larutan KSCN dan FeCl3 masing-masing 2 tetes, kemudian diaduk dan dibagi 4, masukkan masing-masing ke dalam 5 tabung reaksi
  3. Masukkan berturut-turut ke dalam tabung 1, 2, 3, 4 masing-masing 1 tets KSCN ke tabung 1, 1 tetes FeCl3 ke tabung 2, 1 tetes NaOH ke tabung 3 dan 4 ml aquades ke tabung 4, tabung 5 untuk pembanding.
  4. Bandingkan warna larutan pada tabung 1, 2, 3 dan 4 dengan tabung 5 (melihatnya dari atas ke bawah)

 

  1. D.    Pengamatan

Tabung Nomor

Pengamatan

Lebih tua/ muda/tetap

1

Warna tabung 1 dibanding tabung 5

2

Warna tabung 2 dibanding tabung 5

3

Warna tabung 3 dibanding tabung 5

4

Warna tabung 4 dibanding tabung 5

 

  1. E.     Pertanyaan

1). Reaksi kesetimbangan:

Fe3+(aq)           +          SCN-(aq)           FeSCN2+(aq)

Kuning orange                        tak berwarna               merah muda

2). Jelaskan bagaimana kesetimbangan bergeser pada:

  1. penambahan SCN- (tabung 1)
  2. penambahan Fe3+ (tabung 2)
  3. Penambahan OH- yang akan mengikat Fe3+ membentuk endapan Fe(OH)3 (tabung 3)
  4. Penambahan air (tabung 4)

 

 

5 Balasan ke Memahami Konsep Kesetimbangan Reaksi

  1. Fikki Pramita berkata:

    Apakah syarat fisik yang harus dipenuhi oleh suatu sistem agar berlangsung dalam keadaan kesetimbangan?

  2. kompleks btn pepabri berkata:

    apa perbedaan sistem tetutup dengan sistem terbuka

    • yos berkata:

      Sistem tertutup tidak memungkinkan adanya material yang keluar masuk sistem, tapi masih memungkinkan energi keluar masuk sistem.
      Untuk sistem terbuka, baik material maupun energi dapat keluar dan masuk sistem.

  3. Gina Nidya berkata:

    apa perbedaan Kc dan Kp?

    • Jalil berkata:

      Kp (Konstanta Pressure) adalah konstanta kesetimbangan yang perhitungannya menggunakan tekanan, biasanya ini dilakukan untukzat-zat yang berwujud gas, akan lebih mudah jika kesetimbangan diukur dengan data awalnya tekanan gas masing-masing gas yang terlibat. Sedang Kc(Konstanta Consentration)adalah konstanta kesetimbangan yang perhitungannya menggunakan data konsentrasi (molar) masing-masing zat yang terlibat dalam reaksi.

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s