KESETIMBANGAN KIMIA

A.   REAKSI KESETIMBANGAN

          Berdasarkan arah reaksinya, reaksi kimia dikelompokkan menjadi :

1.    Reaksi berkesudahan
memiliki ciri :

·       Reaksi berlangsung satu arah, ke arah produk saja

·       Jika pereaksi sudah habis maka reaksi akan berhenti

·       Ditandai dengan tanda panah satu arah (→)

2.    Reaksi kesetimbangan
memiliki ciri :

·       Reaksi berlangsung dua arah, ke arah produk dan pereaksi (bolak - balik)

·       Reaksi tidak akan berhenti karena berlangsung bolak - balik, ketika pereaksi berubah menjadi produk, di saat yang sama produk juga berubah menjadi pereaksi.

·       Ditandai dengan tanda panah dua arah (↔)

Kesetimbangan kimia adalah kondisi yang dicapai suatu reaksi jika laju reaksi dalam dua arah yang berlawanan adalah sama, serta konsentrasi reaktan dan produk tetap(berlangsung dalam ruang tertutup sehingga tidak ada zat yang masuk/keluar dari system).

Ciri – ciri kesetimbangan dinamis :

·             Reaksi berlangsung terus menerus dalam dua arah yang berlawanan

·             Terjadi pada ruang tertutup, suhu dan tekanan tetap

·             Laju reaksi kearah produk sama dengan laju reaksi kearah pereaksi

·             Perubahan yang terjadi bersifat mikroskopis (tidak dapat terlihat) karena perubahan yang terjadi merupakan perubahan tingkat partikel

B.   FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERGESERAN KESETIMBANGAN

Jika pada suatu system kesetimbangan dikenakan suatu aksi, maka system kesetimbangan tersebut akan melakukan perubahan atau pergeseran kesetimbangan sebagai reaksi untuk mengurangi pengaruh aksi tersebut pada system kesetimbangan (Azas Le-Chatelier)

Berikut ini berbagai factor yang dapat mempengaruhi pergeseran kesetimbangan :

1.       Perubahan konsentrasi

Perubahan konsentrasi akan menggeser kesetimbangan ke arah yang jumlah zatnya lebih sedikit. Jadi jika konsentrasi suatu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dengan penambahan zat tersebut, sebaliknya jika konsentrasi suau zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan zat tersebut.

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

·       Jika konsentrasi A₂ atau B₂ (pereaksi) diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (ke arah produk)

·       Jika konsentrasi A₂ atau B₂ (pereaksi) diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (ke arah pereaksi)

·       Jika konsentrasi AB (produk) diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi)

·       Jika konsentrasi AB (produk) diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk)

2.       Perubahan volume

Jika volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol besar (jumlah koefisien besar).

Jika volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol kecil (jumlah koefisien kecil).

Jika jumlah mol/koefisien antara ruas kiri (pereaksi) dan ruas kanan (produk) sama, maka perubahan volume baik diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan.

Penting : Yang diperhitungkan hanya zat yang fasenya gas (g) dan larutan (aq) saja, untuk fase yang lain padat (s) dan cair (l), diabaikan.

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan 2A_(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Jika volume diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) karena jumlah mol ruas kiri = 2 + 1 = 3 lebih besar daripada jumlah mol ruas kanan (produk) = 2

Jika volume diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) yang memiliki jumlah mol lebih kecil.

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Perubahan volume (diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan karena jumlah mol pereaksi (ruas kiri) = 1 + 1 = 2 sama dengan jumlah mol produk (ruas kanan) = 2

3.       Perubahan tekanan

Jika tekanan diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol kecil (jumlah koefisien kecil).

Jika tekanan diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke jumlah mol besar (jumlah koefisien besar).

Jika jumlah mol/koefisien antara ruas kiri (pereaksi) dan ruas kanan (produk) sama, maka perubahan tekanan baik diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan.

Penting : Yang diperhitungkan hanya zat yang fasenya gas (g) dan larutan (aq) saja, untuk fase yang lain padat (s) dan cair (l), diabaikan.

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan 2A_(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Jika tekanan diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) karena jumlah mol ruas kiri = 2 + 1 = 3 lebih besar daripada jumlah mol ruas kanan (produk) = 2

Jika tekanan diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) yang memiliki jumlah mol lebih besar.

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g)

Perubahan tekanan (diperbesar maupun diperkecil tidak akan menggeser kesetimbangan karena jumlah mol pereaksi (ruas kiri) = 1 + 1 = 2 sama dengan jumlah mol produk (ruas kanan) = 2

4.       Perubahan suhu

Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser kearah endoterm (kearah ΔH +).

Jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser kearah eksoterm (kearah ΔH -)

Contoh :

Pada reaksi kesetimbangan A_2(g)  + B_2(g) ↔2AB_(g) ΔH = -25KJ

Jika suhu dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) karena reaksi tersebut eksoterm (ΔH bernilai -) untuk produk, sehingga yg bernilai + adalah pereaksi.

Jika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) karena reaksi tersebut ΔH produk bernilai –

Pada reaksi kesetimbangan 2AB_(g) ↔ A_2(g)  + B_2(g) ΔH = +25KJ

Jika suhu dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke kanan (kearah produk) karena reaksi tersebut endoterm (ΔH bernilai +) untuk produk, sehingga yg bernilai + adalah produk.

Jika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke kiri (kearah pereaksi) karena reaksi tersebut ΔH produk bernilai +, maka ΔH pereaksi bernilai –

Pengaruh katalisator

          Pada reaksi kesetimbangan, penambahan katalisator tidak akan mempengaruhi pergeseran kesetimbangan, tetapi hanya akan mempercepat tercapainya keadaan setimbang.

C.    TETAPAN KESETIMBANGAN KIMIA

Dalam kesetimbangan kimia terdapat hubungan antara kesetimbangan dengan persamaan reaksi yang disebut hukum kesetimbangan.

Konstanta/tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc) adalah perbandingan konsentrasi produk dan konsentrasi pereaksi dipangkatkan dengan koefisien masing – masing pada suatu reaksi kesetimbangan.

          Penting : Pada reaksi kesetimbangan, perhitungan konstanta kesetimbangan konsentrasi hanya melibatkan zat yang memiliki fase gas (g) dan larutan (aq) saja. Sedangkan zat fase padat (s) dan cair (l) diabaikan dianggap = 1.

Pada kesetimbangan :

          m A_(g) + n B_(g) ↔ p C_(g) + q D_(g)

Secara umum konstanta kesetimbangan dirumuskan dengan :

Kc = konstanta kesetimbangan konsentrasi

A,B,C,D = konsentrasi pereaksi dan produk (M)

m, n, p, q = koefisien

Contoh:  pada reaksi kesetimbangan 2H_2(g) + O_2(g) ↔ 2H₂O_(g) rumus Kc =

              Pada reaksi : 2 AB_(s) + C_(aq) ↔ 3AD_(s) rumus Kc = 1/[C] → ingat yang diperhitungkan hanya fase (g) dan (aq) saja, yang lain dinaggap =1

Pada reaksi kesetimbangan yang memiliki harga tertentu, dapat dibandingkan antara satu dengan yang lainnya yaitu :

·       Jika reaksi dibalik, maka harga Kc menjadi 1/Kc

·       Jika reaksi dibagi dengan x maka harga Kc menjadi

·       Jika reaksi dikali dengan x maka harga Kc menjadi Kc^x

·       Jika beberapa reaksi dijumlahkan, maka harga Kc beberapa reaksi tersebut dikalikan

Contoh perhitungan tetapan kesetimbangan konsentrasi :

Suatu percobaan dalam ruang 2 liter terdapat 0,4 mol gas N₂O₄ yang terurai menjadi gas NO₂. Setelah setimbang,  ternyata terdapat 0,1 mol N₂O₄ . tentukan Kc dan derajat disosiasi kesetimbangan tersebut!

                  

N₂O_4(g)        ↔    2NO_2(g)

Mula-mula 0,4                             -

Reaksi        0,3(0,4-0,1)        0,6 (2/1 x 0,3)

Setimbang 0,1                       0,6

[N₂O₄] = 0,1mol / 2 liter = 0,05 M

[NO₂] = 0,6 mol / 2 liter = 0,3 M

Kc = 0,3² / 0,05

Kc = 1,8

Derajat disosiasi (α) = reaksi / mula-mula

                           (α) = 0,3 / 0,4

          Konstanta/tetapan kesetimbangan tekanan (Kp) adalah perbandingan tekanan parsial produk dan tekanan parsial pereaksi dipangkatkan dengan koefisien masing – masing pada suatu reaksi kesetimbangan.

# penting : perhitungan Kp hanya berlaku pada reaksi gas (g)saja

Tekanan parsial zat diperoleh dari mol zat dibagi dengan mol total zat dalam system dikalikan dengan tekanan total system.

Pada reaksi m A_(g) + n B_(g) ↔ p C_(g) + q D_(g)

Secara umum konstanta kesetimbangan dirumuskan dengan :          

 
 Kp = konstanta kesetimbangan tekanan
pA,pB,pC,pD = tekanan parsial pereaksi dan produk

m, n, p, q = koefisien

Contoh : pada reaksi H_2(g) + I_2(g) ↔2 HI_(g) pada keadaan setimbang terdapat 0,2 mol H₂; 0,2 mol I₂ dan 0,2 mol HI. Jika tekanan total system 1,2 atm, tentukan nilai Kp dari reaksi kesetimbangan tersebut!

P H₂ =  x 1,2 atm

          =  x 1,2

          = 0,4 atm

P I₂ =   x 1,2 atm

          =  x 1,2

          = 0,4 atm

P HI =  x 1,2 atm

          =  x 1,2

          = 0,4 atm

Kp = (0,4)² / (0,4)(0,4)

Kp = 1

          Hubungan Kc dan Kp

Apabila harga salah satu tetapan kesetimbangan sudah diketahui, maka untuk menghitung tetapan kesetimbangan yang lain dapat ditentukan dengan rumus :

Kp = Kc x (RT)^Δn atau Kc = Kp x (RT) ^–Δn

R = tetapan gas umum = 0,082

T =  suhu dalam Kelvin ( = ⁰C + 273)

Δn = jumlah koefisien kanan – jumlah koefisien kiri

Contoh : pada kesetimbangan 2H_2(g) + O_2(g) ↔2 H₂ O_(g) pada suhu 27⁰ C   memiliki nilai Kc = 0,25. Tentukan Kp pada kondisi tersebut!

T = 27⁰ C + 273 = 300 K

Δn = 2 – (2+1) = 2 – 3 = -1

Kp = Kc (RT) ^Δn

Kp = 0,25 (0,082 x 300)^-1

Kp = 0,25 (24,6)^-1

Kp = 0,25 / (24,6)¹

Kp = 0,01

REAKSI 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)  D 2NH₃(g)

2. H₂O(aq) D H⁺(aq) + OH^-(aq)

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

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

1. CaCO3(s) D CaO(s) + CO3(g)

2. Ag2CrO₄(s) D Ag²⁺(aq) + CrO₄^2-(aq)

3. 2 C(s) + O₂(g) D 2CO(g)

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

LAJU REAKSI

PENGERTIAN LAJU REAKSI

Laju reaksi dapat didefinisikan sebagai:

·        Laju/kecepatan berkurangnya konsentrasi reaktan tiap satuan waktu (-∆M/∆t)

·        Laju/kecepatan bertambahnya konsentrasi produk tiap satuan waktu (+∆M/∆t)

Dari reaksi    A_(aq) + B_(aq) → C_(aq) + D_(aq)

Secara umum, laju reaksi dirumuskan dengan:

V = k [A]^m[B]ⁿ              dimana      v = laju reaksi (M/det)

K = v/[A]^m[B]ⁿ                                  K = tetapan laju reaksi (/det)

                                                [A],[B] = konsentrasi zat (M)

                                                m,n = orde reaksi/tingkat reaksi

orde reaksi dapat dihitung berdasarkan data percobaan.

Contoh : pada reaksi A_(aq) + B_(aq) → C_(aq) + D_(aq) diperoleh data sbb:

percobaan	[A] (M)	[B] (M)	V (M/det)
1	2.10-3	2.10-3	1.10-5
2	4.10-3	2.10-3	2.10-5
3	2.10-3	4.10-3	4.10-5

Tentukan :

a)     Orde reaksi terhadap A

b)    Orde reaksi terhadap B

c)     Orde reaksi total

d)    Rumus laju reaksi

e)     Nilai tetapan laju reaksi

f)      Laju reaksi jika [A]=3.10^-2 M dan [B]=2.10^-2 M

a.     Untuk menghitung orde reaksi A, ambil 2 data percobaan dimana konsentrasi A berbeda,tapi konsentrasi B sama dan dimasukkan ke dalam rumus umum laju reaksi.

Dari data percobaan di atas, untuk menghitung orde reaksi A data yang digunakan adalah data 1 dan 2

V₂ = k [A]₂^m[B]₂ⁿ

V₁      k [A]₁^m[B]₁ⁿ

2.10^-5  = k(4.10^-3)^m(2.10^-3)ⁿ

1.10^-5      k(2.10^-3)^m(2.10^-3)ⁿ

2   =  2^m

m  =  1

b.     Untuk menghitung orde reaksi B, ambil 2 data percobaan dimana konsentrasi B berbeda,tapi konsentrasi A sama dan dimasukkan ke dalam rumus umum laju reaksi.

Dari data percobaan di atas, untuk menghitung orde reaksi B data yang digunakan adalah data 1 dan 2

V₃ = k [A]₃^m[B]₃ⁿ

V₁      k [A]₁^m[B]₁ⁿ

4.10^-5  = k(2.10^-3)^m(4.10^-3)ⁿ

1.10^-5      k(2.10^-3)^m(2.10^-3)ⁿ

4   =  2ⁿ

n  =  2

c.      Orde reaksi total = orde reaksi A + orde reaksi B = 1 + 2 = 3

d.     Rumus laju reaksi adalah dengan memasukkan nilai orde reaksi ke dalam rumus umum laju reaksi.

V = k [A]^m [B]ⁿ

V = k [A]¹ [B]²

V = k [A] [B]²

e.     Untuk menentukan nilai konstanta laju reaksi caranya adalah dengan memasukkan salah satu data percobaan ke dalam rumus laju reaksi yang sudah diperoleh

Misalnya dari data di atas, kita ambil data percobaan 1 untuk dimasukkan ke dalam rumus laju reaksi.

V = k [A] [B]²

1.10^-5 = k (2.10^-3) (2.10^-3)²

1.10^-5 = k (2.10^-3)(4.10^-6)

1.10^-5 = k 8.10^-9

K = 1.10^-5/ 8. 10^-9

K = 0,125 . 10⁴

K = 1250

f.       Untuk menghitung nilai laju reaksi, data yang dikehendaki dimasukkan dalam rumus laju reaksi.

V = k [A] [B]²

V = 1250 (3.10^-2) (2.10^-2)²

V = 1250 (3.10^-2) (4.10^-4)

V = 1250 (12.10^-6)

V = 15000 . 10^-6

V = 1,5. 10^-2 M/det

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI

#Teori Tumbukan

Berdasarkan teori tumbukan, laju reaksi terjadi karena adanya tumbukan efektif.

Energi aktivasi/ energi pengaktifan adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk menghasilkan tumbukan yang efektif sehingga reaksi dapat berlangsung.

Berikut beberapa faktor yang mempengaruhi laju reaksi berdasarkan teori tumbukan :

1.  Konsentrasi

“semakin tinggi konsentrasi, laju reaksi semakin cepat”

Berdasarkan teori tumbukan, semakin tinggi konsentrasi maka jumlah partikel zat semakin banyak. Jika jumlah partikel zat semakin banyak maka akan lebih mudah terjadi tumbukan yang efektif, sehingga laju reaksi makin cepat

2.  Luas Permukaan

“semakin besar luas permukaan, laju reaksi makin cepat”

Luas permukaan berhubungan dengan ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, maka luas permukaan semakin besar. (contohnya gula pasir dan gula batu, dengan massa yang sama maka gula pasir lebih cepat larut daripada gula batu bukan?hal ini karena luas permukaan total bentuk serbuk lebih besar daripada luas permukaan bentuk bongkahan.)

Berdasarkan teori tumbukan, semakin besar luas permukaan maka semakin mudah partikel – partikel untuk saling bertumbukan, sehingga menghasilkan tumbukan efektif dan laju reaksi makin cepat.

3.  Suhu

“semakin tinggi suhu, laju reaksi makin cepat”

Berdasarkan teori tumbukan, semakin tinggi suhu maka energy kinetik partikel juga semakin besar. Karena semakin tinggi suhu gerakan partikel juga semakin cepat sehingga memungkinkan terjadinya tumbukan efektif dan laju reaksi semakin cepat.

4.  Katalisator

“adanya katalisator mempercepat laju reaksi”

Katalisator adalah zat yang ditambahkan sehingga dapat mempercepat laju reaksi tanpa zat tersebut ikut bereaksi . Fungsi katalisator adalah untuk menurunkan energy aktivasi, sehingga dengan energy sedikit, reaksi sudah dapat berlangsung.

Contoh katalis : MnO₂, logam Pt, Ni, Pd, V

Soal Latihan

1.     Apa yang dimaksud dengan laju reaksi?

2.     Sebut dan jelaskan apa saja factor – factor yang mempengaruhi laju reaksi?

3.     Mengapa kenaikan suhu akan mempercepat reaksi ?

4.     Bagaimana cara energy aktifasi diperkecil ?

5.     pada reaksi 2NO_(g) + O_2(g) → 2NO_2(g) diperoleh data sbb:

percobaan	[NO] (M)	[O2] (M)	V (M/det)
1	2.10-3	2.10-3	2.10-5
2	4.10-3	2.10-3	2.10-5
3	2.10-3	4.10-3	8.10-5

Tentukan :

a)     Orde reaksi terhadap NO

b)    Orde reaksi terhadap O₂

c)     Orde reaksi total

d)    Rumus laju reaksi

e)     Nilai tetapan laju reaksi

f)      Laju reaksi jika [NO]=2.10^-2 M dan [O₂]=1.10^-2 M