Kesetimbangan Kimia

A. Pengertian

Kita akan membahas prinsip dasar kesetimbangan kimia, reaksi bolak balik dan apa yang terjadi di sebuah sistem tertutup. Ini akan membawa kita kepada konsep kesetimbangan dinamis dan akan mengajak kita berpikir mengenai arti istilah “pergeseran kesetimbangan”.

Reaksi kimia dapat dikenal berdasarkan ciri-cirinya. Reaksi kimia ada yang berlangsung satu arah, atau tidak dapat balik (irreversibel), tetapi ada juga reaksi yang dapat dua arah atau bolak balik (reversibel).

Kecepatan Reaksi pada Sistem Kesetimbangan

Persamaan untuk sebuah reaksi biasa yang telah mencapai kesetimbangan dinamis.

Pada awal reaksi, konsentrasi A dan B pada mula-mula ada pada titik maksimum, dan itu berarti kecepatan reaksi juga ada pada titik maksimum. Seiring berjalannya waktu, A dan B bereaksi dan konsentrasinya berkurang laju reaksi maju. Ini berarti, jumlah partikelnya berkurang dan kesempatan bagi partikel A dan B untuk saling bertumbukan dan bereaksi berkurang, dan ini menyebabkan kecepatan reaksi juga berangsur-angsur berkurang pada saat itu hasil reaksi bertambah dan laju reaksi balik naik. Pada saat reaksi mencapai titik tertentu yang menunjukkan laju reaksi maju = laju reaksi balik maka kesetimbangan kimia terjadi.

Kesetimbangan kimia terjadi pada saat Anda 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.

B. Jenis Kesetimbangan Kimia

Berdasarkan jenis zat yang terlibat dalam suatu reaksi, kesetimbangan kimia dapat dibedakan menjadi 2 yaitu:

1. Kesetimbangan Homogen

Kesetimbangan homogen merupakan kesetimbangan dimana baik reaktan maupun produk berada dalam satu fasa atau bentuk misalnya larutan sehingga akan menghasilkan campuran yang homogen. Reaksi antar zat terlarut dalam suatu sistem larutan merupakan salah satu contoh kesetimbangan homogen. Dalam reaksi ini, spesi kimia yang terlibat dapat berbentuk ion, molekul, maupun campuran.

2. Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan heterogen adalah suatu sistem dimana reaktan dan produk berbeda fasa. Dalam hal ini fasa yang dimaksuda dapat berupa fasa padat, cair, gas, dan larutan. Namun dalam sistem kesetimbangan ini, fasa padat dan cairan murni (liquid) dapat diabaikan.

C. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Kesetimbangan Kimia

Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi kesetimbangan adalah :

1. Pengaruh perubahan konsentrasi (penambahan jumlah zat)

Dalam keadaan kesetimbangan, konsentrasi masing-masing komponen tidak berubah. Percobaan kali ini akan mengamati apa yang terjadi pada sistem kesetimbangan jika konsentrasi satu atau semua komponen diubah oleh “pihak lain”.

Dapat dikatakan bahwa “jika konsentrasi pereaksi dalam sistem kesetimbangan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah hasil reaksi”. Baliknya jika konsentrasi pereaksi diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pereaksi. Untuk mempermudah mengingat maka dapat dikatakan : "Jika diberi akan memberi, jika diambil akan mengambil".

Contoh : Diketahui reaksi setimbang :

Ketiga zat ini berada dalam keadaan setimbang dalam ruang tertutup.

Jika ditambah zat A, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan sehingga mengakibatkan zat A dan B berkurang sedangkan zat C bertambah.

Jika ditambah zat B, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan sehingga mengakibatkan zat A dan B berkurang sedangkan zat C bertambah.

Jika gas A dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri sehingga mengakibatkan zat A dan B bertambah sedangkan zat C berkurang.

Jika ditambah gas C, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri sehingga mengakibatkan zat A dan B bertambah sedangkan zat C berkurang.

Jika gas C dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan sehingga mengakibatkan zat A dan B berkurang sedangkan zat C bertambah.

2. Pengaruh Perubahan Volume dan Tekanan

Jika pada suatu reaksi setimbang homogen berfase gas, tekanan pada sistem kesetimbangan diperbesar akibatnya volum diperkecil maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah molekul (jumlah koefisien) yang kecil dan sebaliknya.

Ketentuan di atas berlaku juga untuk kesetimbangan heterogen, asal pada peninjauan koefisien zat hanya untuk zat yang berfase gas.

Coba Anda bayangkan jika Anda mempunyai sebuah alat suntik yang didalamnya terdapat kesetimbangan gas:

merah coklat tidak berwarna

kemudian Anda memberi 2 perlakuan terhadap alat tersebut.

a. Penghisap alat suntik ditekan ke dalam (volum diperkecil).

Apa yang terjadi dengan gas-gas yang berada dalam keadaan setimbang dalam alat suntik?

b. Penghisap alat suntik ditarik (volum diperbesar).

Apa yang terjadi dengan gas-gas yang berada dalam keadaan setimbang dalam alat suntik?

Ternyata jika volum diperkecil, warna gas dalam alat suntik memudar, hal ini berarti jika volum diperkecil maka kesetimbangan bergeser ke arah senyawa dinitrogen tetraoksida (bergeser ke kaman). Sebaliknya jika volum diperbesar maka warna akan semakin coklat, berarti kesetimbangan bergeser ke kiri (ke arah gas nitrogen dioksida).

dari fakta tersebut diambil kesimpulan :

Ketentuan di atas berlaku juga untuk kesetimbangan heterogen, asal pada peninjauan koefisien zat hanya untuk zat yang berfase gas.

3. Pengaruh Perubahan Suhu

Jika suhu dinaikan terjadi pergeseran kesetimbangan ke pihak endoterm (∆H = +)

Jika suhu diturunkan terjadi pergeseran kesetimbangan ke pihak eksoterm (∆H = -)

Contoh :

Ketiga gas tersebut terdapat dalam keadaan setimbang dalam ruangan tertutup. Berdasarkan data ∆H = - berarti reaksi ke kanan merupakan reaksi eksoterm, dan sebalikanya reaksi ke kiri merupakan reaksi endoterm. Jika suhu dinaikan terjadi pergeseran kesetimbangan ke pihak endoterm (ke kiri) jadi jumlah zat reaktannya bertambah sedangkan jumlah zat produk berkurang. Jika suhu diturunkan, terjadi pergeseran kesetimbangan ke pihak eksoterm (ke kanan).

D. Azas Le Chatelier

Azas Le Chatelier mengatakan bahwa jika suatu sistem yang berada dalam keadaan setimbang diberikan suatu aksi maka akan menimbulkan reaksi yang memperkecil aksi tersebut.

Contoh :

Diketahui reaksi setimbang:

Ketiga gas tersebut terdapat dalam keadaan setimbang dalam ruangan tertutup.

Aksi : tekanan dalam ruang diperbesar

Reaksi : jika mungkin tekanan harus berkurang.

Tekanan dapat berkurang, jika molekul-molekul dalam ruang itu berkurang. Molekul-molekul dapat berkurang, jika terjadi pergeseran ke pihak yang jumlah koefisien kecil yaitu kearah produk (ke kanan) mengakibatkan gas amonia bertambah, sedangkan gas N₂ dan gas H₂ berkurang.

E. Tetapan Kesetimbangan

Dalam keadaan setimbang ada suatu bilangan yang konstan, asal suhu tidak berubah yang disebut konstante kesetimbangan (K)

1. Tetapan Kc untuk kesetimbangan homogen:

Kecepatan reaksi ke kanan, V₁

Kecepatan reaksi ke kiri, V₂

Saat setimbang V₁ = V₂

Harga Kc yang diperoleh dapat diartikan sebagai berikut :

a. Jika harga K kecil, berarti zat-zat ruas kiri sedikit yang bereaksi.

b. Jika harga K besar, berarti zat-zat ruas kanan banyak terbentuk.

Catatan penting untuk tetapan kesetimbangan

1) Harga K merupakan harga yang tetap, dan bersifat khas untuk tiap jenis reaksi.

2) Harga K hanya bergantung pada suhu, tidak bergantung pada tekanan atau konsentrasi.

3) Harga K pada macam-macam suhu berbeda.

Untuk sistem gas harga K dapat dinyatakan dalam tetapan kesetimbangan tekanan (Kp)

2. Tetapan Kc untuk kesetimbangan heterogen

Pada reaksi kesetimbangan heterogen, harga Kc hanya bergantung pada komponen reaksi yang memenuhi ruangan. Jika ada yang berfase gas (g) maka yang diperhitungkan hanyalah gas-gas yang terdapat dalam ruangan tersebut. Jika sistem kesetimbangannya berupa larutan maka yang diperhitungkan hanyanlah larutan (aq). Hal itu dikarenakan pergeseran kesetimbangan dapat berubah pada fase tersebut. Zat-zat padat dan cair tidak mempengaruhi harga tetapan kesetimbangan.

Untuk persamaan reaksi kesetimbangan :

rumus Kc –nya adalah :

3. Tetapan Kesetimbangan Kp

Kp adalah konstanta kesetimbangan dengan data tekanan. Karena yang mempengaruhi tekanan adalah fasa gas, maka perhitungan dilakukan hanya untuk fasa gas.

4. Hubungan Kc dengan Kp

5. Manfaat Tetapan Kesetimbangan

Tetapan kesetimbangan dapat digunakan untuk :

a. Memberi informasi tentang posisi kesetimbangan. Jika harga Kc atau Kp sangat besar menunjukkan bahwa reaksi ke kanan berlangsung sempurna. Jika harga Kc atau Kp kecil menunjukkan bahwa reaksi ke kanan atau pembentukan produk relatif kecil

b. Meramalkan arah reaksi.

Jika diberikan contoh reaksi kesetimbangan :

terdapat 3 kemungkinan harga perbandingan hasil kali konsentrasi produk pereaksi (Q), yaitu :

a. Kemungkinan I : Q = Kc, berarti sistem dalam kesetimbangan

b. Kemungkinan II : Q < Kc, berarti reaksi berlangsung dan bergeser ke kanan

c. Kemungkinan III : Q > Kc, berarti reaksi berlangsung dan bergeser ke kiri.

F. Kesetimbangan Dissosiasi

Dissosiasi merupakan penguaraian suatu zat menjadi beberapa zat lain.

Beberapa contoh reaksi dissosiasi setimbang adalah:

Untuk menyatakan perbandingan jumlah zat yang terurai dibanding mula-mula, digunakan istilah derajat dissosiasi (α). Harga derajat dissosiasi 0 < α < 1

Derajat dissosiasi (α) dituliskan sebagai :