bab 4_nciz_Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan Kimia
Bab 4
 Standar Kompetensi
3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang
memengaruhinya, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari dan
industri
 Kompetensi Dasar
3.3 Menjelaskan kesetimbangan dan faktor-faktor yang memengaruhi
pergeseran arah kesetimbangan dengan melakukan percobaan
3.4 Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dengan hasil reaksi
dari suatu reaksi keseimbangan
3.5 Menjelaskan penerapan prinsip kesetimbangan dalam kehidupan seharihari dan industri
Peta Konsep
A. Tetapan Kesetimbangan
 1. Kesetimbangan Homogen
Dalam sistem kesetimbangan, konsentrasi masing-masing komponen
tetap karena perubahan masing-masing komponen dan pembentukan
kembali komponen tersebut berlangsung dengan kecepatan yang sama
atau bersifat dinamis. Dalam kesetimbangan dinamis, tidak terjadi
perubahan makroskopis (perubahan dapat dilihat atau diukur), tetapi
perubahan mikroskopis berlangsung terus. Untuk menyatakan suatu
reaksi setimbang, dituliskan dengan tanda panah bolak balik (
).
Adanya katalis tidak menggeser kesetimbangan, tetapi mempercepat
tercapainya keadaan setimbang atau mempercepat reaksi ke kanan
maupun ke kiri. Reaksi yang melibatkan fase gas dan terjadi dalam ruang
tertutup dapat mengakibatkan zat-zat hasil reaksi kembali menjadi zat-zat
pereaksi, untuk ilustrasi kesetimbangan homogen (fase semua zat sama):
A(g) + B(g)

C(g) + D(g)
 Perhatikan Gambar berikut. Mula-mula konsentrasi A dan B berkurang
dengan cepat, kemudian tidak begitu cepat dan akhirnya mencapai harga
yang tetap. Keadaan sistem yang demikian disebut setimbang.Untuk
mengetahui hubungan kuantitatif antara zat-zat pereaksi dan zat-zat hasil
reaksi, perlu dilakukan analisis konsentrasi terhadap masing-masing zat
pereaksi maupun hasil reaksi pada saat setimbang. Hubungan ini pertama
kali dikemukakan oleh Gulberg dan Waage (1867).
 Berapa pun harga konsentrasi zat-zat pereaksi maupun hasil reaksi pada saat
keadaan setimbang, perbandingan antara konsentrasi zat-zat pereaksi
pangkat koefisien reaksi dengan konsentrasi zat-zat hasil reaksi pangkat
koefisien adalah konstan. Perbandingan yang konstan itu disebut tetapan
kesetimbangan (K). Tetapan kesetimbangan berharga tetap dan hanya
bergantung pada stoikiometri reaksi dan temperatur. Misalnya Untuk
kesetimbangan reaksi berikut
N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g)
Hukum kesetimbangan homogen untuk reaksi:
aA+bB
cC+d
pada temperatur tertentu adalah:
K = tetapan kesetimbangan pada temperatur tertentu yang tetap
A, B, C, dan D = zat yang berfase sama, yaitu gas semua atau zat-zat yang
terlarut dalam larutan
2. Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan heterogen melibatkan dua macam fase atau lebih dalam
reaksinya, misalnya:
CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Ag+(aq) + Fe2+(aq)
Fe3+(aq) + Ag(s)
2 C(s) + O2(g)
2 CO(g)
Perhatikan eksperimen dekomposisi CaCO3(s) pada temperatur tinggi
membentuk CaO(s) dan gas CO2(g) seperti ditunjukkan pada gambar berikut
B. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Pergeseran
Kesetimbangan
1. Konsentrasi
Perhatikan eksperimen yang menunjukkan reaksi antara ion feri (Fe3+) dengan
ion tiosianat (SCN–) seperti diperlihatkan pada gambar berikut:
Warna larutan berubah ketika zat pereaksi ditambahkan ke dalam kesetimbangan
campuran Fe3+ (kuning pucat), SCN– (tidak berwarna), dan [FeNCS]2+ (merah).
(a) Larutan dalam keadaan kesetimbangan (b) Setelah penambahan FeCl3 ke
dalam larutan yang telah mencapai kesetimbangan, warna merah menjadi lebih
gelap (tua) karena [FeNCS]2+ bertambah. (c) Setelah penambahan KSCN ke
dalam larutan yang telah mencapai kesetimbangan, warna merah juga menjadi
lebih gelap (tua). (d) Sesudah penambahan H2C2O4 ke dalam larutan yang telah
mencapai kesetimbangan, warna merah hilang karena berkurangnya [FeNCS2+],
warna kuning terjadi karena pembentukan [Fe(C2O4)3]3–. (e) Setelah
penambahan HgCl2 ke dalam larutan yang telah mencapai kesetimbangan, warna
merah juga hilang.
 Penambahan zat-zat pereaksi (Fe3+ atau SCN–) akan mengubah
konsentrasi zat-zat pereaksi (Fe3+ atau SCN–) dalam kesetimbangan
menjadi lebih banyak. Secara spontan, warna larutan menjadi lebih tua,
ini menunjukkan konsentrasi ion [FeNCS]2+ bertambah. Eksperimen ini
menunjukkan bahwa penambahan zat-zat pereaksi akan menggeser
kesetimbangan ke arah hasil reaksi (kanan).
 suatu reaksi kesetimbangan dipengaruhi oleh zat-zat pereaksi maupun
zat-zat hasil reaksi. Penambahan konsentrasi pereaksi akan menggeser
kesetimbangan ke kanan, sedangkan penambahan zat hasil reaksi akan
menggeser kesetimbangan ke kiri. Dan sebaliknya.
2. Tekanan dan Volume
 Perubahan tekanan atau volume hanya berpengaruh terhadap kesetimbangan
yang melibatkan fase gas. Perhatikan kesetimbangan sintesis amonia (NH3)
dari gas H2 dan gas N2 yang diilustrasikan pada gambar berikut :
N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g) ΔH = –90,6 kJ
Pembesaran tekanan atau pengecilan volume berarti juga mengubah
konsentrasi zat-zat yang berada dalam kesetimbangan. Banyaknya molekul
zat yang ada per unit volume lebih besar daripada sebelum tekanan
diperbesar. Hal itu dapat dimengerti karena beberapa molekul gas N2
bergabung dengan gas H2 membentuk gas NH3. Sebagai akibatnya,
banyaknya molekul total yang ada berkurang (dari 1 + 3 = 4 menjadi 2).
Dengan demikian, dapat diperkirakan bahwa peningkatan konsentrasi semua
komponen yang terdapat dalam kesetimbangan dengan memperbesar
tekanan (memperkecil volume) akan menggeser kesetimbangan ke jumlah
molekul yang kecil.
 untuk kesetimbangan gas yang jumlah molekul sebelum reaksi sama dengan
jumlah molekul sesudah reaksi, perubahan tekanan atau perubahan volume
tidak memengaruhi keadaan kesetimbangan.
3. Temperatur
Hampir setiap tetapan kesetimbangan berubah oleh perubahan temperatur.
Perhatikan kesetimbangan kobalt(II) klorida (CoCl2) yang dilarutkan ke
dalam asam klorida, HCl(aq).
Secara sederhana, panas dianggap sebagai zat pereaksi atau zat hasil reaksi
kimia. Dalam reaksi endoterm, panas dipertimbangkan sebagai
pereaksi,sedangkan pada reaksi eksoterm sebagai zat hasil.
Reaksi endoterm : Zat pereaksi + panas zat hasil
Reaksi eksoterm : Zat pereaksi zat hasil + panas
Perhatikan pada reaksi endoterm. Pada saat temperatur dinaikkan,
kesetimbangan bergeser ke arah yang menyerap panas. Panas diserap ke
arah pengubahan menjadi zat hasil. Dengan demikian, kenaikan temperatur
menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan, ke arah zat hasil, harga K
naik. Pada kesetimbangan di atas, kenaikan temperatur mengakibatkan
pembentukan [CoCl4]2–(aq) lebih banyak.
Pada reaksi eksoterm, panas yang ditambahkan pada sistem diserap ke arah
pengubahan menjadi zat pereaksi, kesetimbangan bergeser ke kiri dan harga
K turun. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa:
Reaksi endoterm : Peningkatan temperatur (T) mengakibatkan peningkatan
harga K, penurunan temperatur (T) mengakibatkan penurunan harga K.
Reaksi eksoterm : Peningkatan temperatur (T) mengakibatkan penurunan
harga K, penurunan temperatur (T) mengakibatkan peningkatan harga K.
C. Asas Le Chatelier
 Berdasarkan pengamatan pada sistem kesetimbangan yang
dipengaruhi oleh keadaan eksternal, seorang ahli kimia bangsa
Prancis yang bernama Le Chatelier mengumumkan prinsip umum
secara kualitatif mengenai pergeseran kesetimbangan. Selanjutnya,
prinsip itu terkenal sebagai asas Le Chatelier, yaitu:
jika pada sistem kesetimbangan diadakan suatu aksi, sistem akan
berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tersebut sekecil
mungkin.
D. Aplikasi Kesetimbangan Kimia dalam Industri
1. Pembuatan Amonia (NH3)
Pengetahuan prinsip kimia dapat memberikan keuntungan secara komersial.
Misalnya, pembuatan senyawa nitrogen seperti amonia (NH3), asam nitrat
(HNO3), pupuk amonium nitrat (NH4NO3), anilin, dan bahan peledak TNT
(trinitrotoluena). Tahap yang paling sulit adalah pengubahan nitrogen di udara
menjadi senyawa nitrogen yang secara komersial menguntungkan, misalnya
pembuatan NH3:
N2(g) + 3 H(g)
2 NH3(g) Δ H = –92,2 kJ
Menurut asas Le Chatelier, pada temperatur rendah, kesetimbangan akan bergeser ke
arah eksoterm, yaitu ke arah pembentukan NH3.
Temperatur rendah diperlukan untuk menggeser kesetimbangan ke arah NH3,
sedangkan temperatur tinggi diperlukan untuk kecepatan reaksi yang optimum secara
komersial. Untuk itu, diperlukan temperatur yang tidak terlalu rendah dan juga tidak
terlalu tinggi.
Kondisi yang baik untuk pembuatan amonia adalah pada tekanan 350 atm, temperatur
500 oC, digunakan katalis Fe3O4 (campuran FeO dan Fe2O3), dan amonia yang
terbentuk sebagai cairan segera dipisahkan. Proses sintesis amonia cara ini terkenal
sebagai proses Haber-Bosch karena merekalah yang pertama kali berusaha
mendapatkan kondisi yang optimum.
2. Pembuatan Asam Sulfat (H2SO4)
Pembuatan asam sulfat di industri kebanyakan menggunakan suatu metode
yang disebut proses kontak. Reaksi yang paling penting dalam proses
pembuatan asam sulfat adalah reaksi kesetimbangan oksidasi belerang
dioksida membentuk belerang trioksida yang juga memerlukan katalis.
2 SO2(g) + O2(g)
2 SO3(g) Δ H = –792 kJ
 Dalam proses tersebut, digunakan katalis V2O5 atau platina (Pt). Katalis
V2O5 lebih banyak digunakan karena harganya lebih murah. Akan tetapi,
katalis ini bekerja pada temperatur di atas 400 oC. Reaksi sintesis SO3
merupakan reaksi eksoterm. Menurut asas Le Chatelier, agar diperoleh
gas SO3 yang optimum, reaksi dilakukan pada temperatur rendah (pada
temperatur rendah, kesetimbangan akan bergeser ke arah eksoterm).
Akan tetapi, pada temperatur rendah, laju reaksi berjalan lambat. Dalam
proses kontak, reaksi sintesis asam sulfat tidak dilakukan pada temperatur
rendah karena reaksi berlangsung lambat, tetapi dilakukan pada
temperatur sekitar 420 oC dan gas yang terbentuk segera didinginkan.
 Secara teori, sintesis asam sulfat seharusnya dilakukan pada tekanan
tinggi agar reaksi kesetimbangan bergeser ke arah SO3 (jumlah
molekul yang kecil). Akan tetapi, dalam praktiknya dilakukan pada
tekanan atmosfer karena alasan ekonomis. Penggunaan tekanan
tinggi memerlukan biaya tinggi, tetapi hasilnya tidak efisien.
Pengubahan SO2 menjadi SO3 secara ekonomis dilakukan pada
temperatur 420 oC dan tekanan atmosfer normal (1 atm). Gas SO3
yang diperoleh direaksikan dengan H2SO4 untuk menghasilkan oleum
(H2S2O7).
SO3(g) + H2SO4(l)
H2S2O7(l)
H2SO4 dipisahkan dengan cara menambahkan oleum ke dalam air.
H2S2O7(l) + H2O(l)
2 H2SO4(l)
E. Hubungan Kuantitatif antara Pereaksi dan
Hasil Reaksi dari Suatu Reaksi
Kesetimbangan
1. Tetapan Kesetimbangan yang Dinyatakan sebagai
Konsentrasi Molar ( Kc)
Hubungan kuantitatif antara zat pereaksi dan zat hasil reaksi dapat dinyatakan
sebagai konsentrasi molar. Karena sebagian besar reaksi kimia terjadi dalam
larutan, perbandingan banyaknya zat hasil reaksi dan banyaknya zat pereaksi
pada saat kesetimbangan dinyatakan sebagai Kc
Contoh
2. Tetapan Kesetimbangan yang Dinyatakan sebagai
Tekanan Parsial ( Kp)
 Untuk kesetimbangan yang melibatkan fase gas, tetapan kesetimbangan
sering dinyatakan sebagai tekanan parsial, Kp. Pada saat gas terdiri atas
campuran berbagai gas, tekanan total gas merupakan jumlah tekanan
masing-masing gas penyusun. Contohnya, udara terdiri atas nitrogen,
oksigen, karbon dioksida, argon, dan uap air bertekanan 760 mmHg. Tekanan
total (760 mmHg) tersebut merupakan jumlah tekanan masing-masing gas
penyusunnya.
 Tekanan parsial suatu gas berhubungan dengan mol gas, volume gas, dan
temperatur absolut sesuai dengan persamaan gas ideal.
 P = tekanan (atm)
 V = volume (L)
 n = mol (Massa/Mr)
 R = tetapan gas umum (0,082 L atm K–1 mol–1)
Tetapan kesetimbangan yang dinyatakan sebagai tekanan parsial (Kp) untuk
reaksi:
a A(g) + b B(g)
dinyatakan sebagai:
c C(g) + d D(g)
3. Hubungan Kp dengan Kc
 Untuk kesetimbangan:
a A(g) + b B(g)
c C(g) + d D(g)
contoh
F. Kesetimbangan Disosiasi
 Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain. Dalam
disosiasi juga terdapat kesetimbangan (baik homogen maupun heterogen).
Contoh:
2 NH3(g)
N2(g) + 3 H2(g) (homogen)
CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g) (heterogen)
Untuk menyatakan perbandingan antara banyaknya zat-zat yang terurai
dengan banyaknya zat mula-mula, dipakai istilah derajat disosiasi yang diberi
lambang alfa ( α ).
Banyaknya zat yang terurai = α × banyaknya zat mula-mula.
contoh