MAKALAH

KESETIMBANGAN KIMIA

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Banyak sekali mahasiswa yang mengambil mata kuliah kimia dasar I 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 sebab itu 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 masalah konsep 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 2

ISI

2.1 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.

2.2 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.

2.3 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 Kcmaupun 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 3

PENUTUP

3.1 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.