RANGKUMAN
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
CO2dan 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),
ĪH = -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,(NH3berkurang).
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 H2harus 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.
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?
A. Menaikkan temperatur
B. Menambah salah satu zat
pereaksi
C. Mengurangi salah satu
produk
D. 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
ĪH = -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
Īn = 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 :
A. Hukum kesetimbangan
B. Tetapan kesetimbangan
C. Perbandingan konsentrasi
D. 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 :
A.
i. 3 Fe (s) + 4 H2O (g) Fe3O4 (s) + 4 H2 (g)
B.
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) Ī 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)?
A. N2O4 (g) 2NO2 (g)
B. 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:
A. N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
B. 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 :
A. 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)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar