Drs

Drs. Singgih Hartanto MSi

Kesetimbangan Kimia

Sebagian besar reaksi yang ada merupakan reaksi kesetimbangan, maka sangat penting untuk memahami tentang reaksi kesetimbangan. Dengan pemahaman reaksi kesetimbangan akan membantu untuk menyelesaikan perhitungan yang berhubungan dengan prinsip kesetimbangan kimia tanpa harus menghafalkan rumus seperti tentang pH asam dan basa lemah, hidrolisis, buffer, kesetimbangan kelarutan, pembentuka kompleks dll.

Suatu sistem dikatakan setimbang jika dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama atau dengan kata lain tidak terjadi perubahan dalam sistem yang setimbang. Salah satu indikator saat terjadi kesetimbangan adalah tidak terjadi perubahan konsentrasi semua komponen yaitu reaktan dan produk. Sebagai contoh adalah pelarutan padatan, sampai pada titik laju padatan yang terlarut sama dengan padatan yang mengendap saat konsentrasi larutan jenuh tercapai (tidak ada perubahan konsentrasi) Kesetimbangan kimia adalah penting untuk menjelaskan peristiwa yang banyak terjadi secara alamiah dan berperan penting dalam kaidah-kaidah pada proses industri kimia.

Konsep Kesetimbangan Pada keadaan kesetimbangan kecepatan pembentukan produk sama dengan kecepatan penguraian produk (laju reaksi ke kanan = laju reaksi ke kiri).

Reaksi ke kanan :A B Rate = kf[A]. kf : konstanta laju reaksi ke kanan

Reaksi balik :B A Rate = kr[B]. kr : konstanta laju reaksi ke kiri Saat A bereaksi membentuk senyawa B, konsentrasi A berkurang sedangkan konsentrasi B bertambah. Pada keadaan kesetimbangan

kf [A] = kr [B]

Laju reaksi laju reaksi balik

ke kanan ke kiri Penulisan persamaan adalah

[B]/[A] = kf/kr = a konstan Kedua proses terjadi pada kecepatan yang sama

A ( B Untuk memahami tentang konsep kesetimbangan kimia perhatikan pembahasan berikut ini.

Kesetimbangan Hidrogen-Iod dengan Hidrogen Iodida

Percobaan 1.

Masing-masing sebanyak 0,00150 mol H2 dan I2 dibiarkan bereaksi membentuk HI(g) Konsentrasi H2(g) dan I2(g) akan berkurang sedangkan HI(g) bertambah hingga tercapai kesetimbangan semua komponen H2(g), I2(g) dan HI(g) konsentrasinya tidak berubah. Reaksi ke depan: H2(g) + I2(g) 2HI(g) Reaksi balik: 2HI(g) H2(g) + I2(g) Penulisan reaksi kesetimbangan : H2(g) + I2(g) 2 HI(g) Setelah mencapai 0,00234 mol jumlah HI tidak berubahPercobaan 2

Dimulai dengan pereaksi HI(g) murni dengan konsentrasi 0,0015 M, dibiarkan terurai membentuk H2(g) dan I2(g) sehingga mencapai kesetimbangan.Percobaan 3

Menggambarkan keadaan ketiga pereaksi dengan konsentrasi yang sama 0,0015 M , dibiarkan mencapai kesetimbangan. Dari tiga percobaan diatas didapat suatu hubungan yang menunjuk pada angka numeris tertentu

Untuk menetapkan nilai tetapan diatas, tiga percobaan tersebut dilakukan berulang-ulang pada 445oC dan memberikan hasil yang sama. Contoh

N2O4(g) ( 2NO2(g)

Kc = [NO2]2 / [N2O4] = (0.0172)2 / 0.00140 = 0.211Konsentrasi awal dan kesetimbangan (M) dari N2O4 and NO2 dalam fase gas pada 100oC adalah sbb:

PercobaanKonsentrasi awal (M)Konsentrasi pada kesetimbangan (M)Kc

N2O4NO2N2O4NO2

10.00.02000.001400.01720.211

20.00.03000.002800.02430.211

30.00.04000.004520.03100.213

40.02000.00.004520.03100.213

Tetapan Kesetimbangan Kc Untuk reaksi umum,

aA + bB + ( gG + hH + Rumus tetapan kesetimbangan berbentuk

Pembilang adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kanan persamaan ([G], [H] ) masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan reaksi yang setara (g, h ). Penyebut adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kiri persamaan ([A]. [B] ..) dan setiap konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien reaksinya (a, b, ). Nilai numerik tetapan kesetimbangan Kc sangat tergantung pada jenis reaksi dan suhu.

Contoh Soal

Tuliskan pernyataan kesetimbagan Kc untuk reaksi berikut :

(a) 2O3(g) (3O2(g)(b) 2NO(g) + Cl2 ( 2NOCl(g)Jawab:(a) Kc = [O2]3 / [O3]2

(b) Kc = [NOCl]2 / [NO]2[Cl2]

Hubungan Tambahan

Jika ada 3 reaksi berikut:

2SO2(g) + O 2(g) ( 2SO3(g) Kc(a) = 2,8 x 102 1000 K

2SO3(g) ( 2SO2(g) + O2(g) Kc(b) = 1/Kc(a) = 1/ 2,8x102 SO2(g) + O2(g) ( SO 3(g) Kc(c) = (Kc(a))1/2 = (2,8x102)1/2

Ringkasan

Dalam menentukan nilai Kc maka setiap persaman reaksi kimia harus disetarakan.

Jika persamaannya dibalik, maka nilai Kc dari persamaan yang baru adalah kebalikan dari persamaan aslinya

Jika koefisien dalam persamaan setara dikalikan dengan faktor yang sama, maka tetapan kesetimbangan yang baru adalah akar berpangkat faktor tetapan kesetimbangan yang lama Konstanta kesetimbangan hanya bergantung pada stoikiometri, tidak dipengaruhi

oleh mekanisme.

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

Tetapan kesetimbangan untuk reaksi bersih (Kc (net) adalah Kc(1) x Kc(2), hasil kali tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah yang digabungkan Menghitung Konstanta Kesetimbangan. Sering terjadi konsentrasi dari suatu reaksi kesetimbangan tidak diketahui. Namun jika konsentrasi salah satu spesies dalam system kesetimbangan diketahui maka dengan menggunakan persamaan reaksi yang ada, secara stoikiometri spesies yang lain dapat dihitung. Dengan tahapan berikut: 1. Buat tabel konsentrasi awal dan kesetimbangan dari semua spesies yang diketahui dalam system kesetimbangan.

2. Berdasarkan spesies-spesies dari kosentrasi awal dan kesetimbangan yang diketahui, hitung perubahan konsentrasi dalam system kesetimbangan. 3. Gunakan stoikiometri reaksi untuk menghitung perubahan konsentrasi untuk semua spesies dalam kesetimbangan.

4. Dari kosentrasi awal dan perubahan konsentrasinya, hitung konsentrasi dalam kesetimbangan. Nilai konsentrasi dalam kesetimbangan digunakan untuk menghitung konstanta kesetimbangan. Contoh

1. Suatu campuran dari 5.000x10-3 mol H2 dan 1.000x10-2 mol I2 ditempatkan dalam wadah 5 L pada 448oC dan dibiarkan mencapai kesetimbangan. Analisis dari campuran kesetimbangan menunjukkan konsentrasi HI adalah 1.87x10-3 M. Hitung Kc pada 448oC reaksi berikut :

H2(g) + I2(g) ( 2HI(g)Jawab Pertama, tabulasikan konsentrasi awal, perubahan dan kesetimbangan semua spesies dalam system setimbang seperti ditunjukkan pada tabel berikut: Dalam contoh ini konsentrasi H2 dan I2 harus dihitung:

[H2]awal = 5.000x10-3 mol /5.000 L = 1.000x10-3 M

[I2]awal = 1.000x10-2 mol / 5.000 L = 2.000x10-3 M

Kemudian masukkan dalam tabel berikut:

H2(g) + I2(g) ( 2HI(g)

Awal1.000x10-3 M2.000x10-3 M0 M

Perubahan

Kesetimbangan1.87x10-3 M

Kedua hitung perubahan konsentrasi HI dengan menggunakan nilai awal dan kesetimbangan. Perubahannya adalah perbedaan antara nilai awal dan kesetimbangan yaitu 1.87x10-3 M. Ketiga, gunakan stoikiometri dari persamaan reaksi untuk menghitung perubahan spesies yang lain. Dari persamaan kimia yang setimbang menunjukkan tiap 2 mol HI yang terbentuk membutuhkan 1 mol H2 dan 1 mol I2. Jadi jumlah H2 yang dibutuhkan adalah : (1.87x10-3 mol HI / L ) (1 mol H2 / 2 mol HI ) = 0.935x10-3 mol H2 / L

Dengan cara yang sama karena perbandingan I2 dan H2 sama maka jumlah I2 yang

dibutuhkan adalah 0.935x10-3 M Keempat, hitung konsentrasi pada kesetimbangan, gunakan konsentrasi awal dan perubahan konsentrasi. Konsentrasi H2 kesetimbangan adalah konsentrasi awal dikurangi konsentrasi yang dibutuhkan : [H2] = 1.000x10-3 M 0.935x10-3 M = 0.065x10-3 MKonsentrasi I2 pada kesetimbangan : [I2] = 2.000x10-3 M 0.935x10 -3 M = 1.065x10-3 M

The completed table now looks like this:

H2(g) + I2(g) ( 2HI(g)Awal1.000x10-3 M2.000x10-3 M0 M

Perubahan 0.935x10 -3 M 0.935x10 -3 M1.87x10-3 M

Kesetimbangan0.065x10-3 M0.065x10-3 M1.87x10-3 M

Dari konsentrasi kesetimbangan masing-masing reaktan dan produk, gunakan persamaan kesetimbangan untuk menghitung konstanta kesetimbangan, Kc. Kc = [HI]2 / [H2][I2] = (1.87x10-3)2 / (0.065x10-3)(1.065x10-3) = 51Untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan kesetimbangan sebaiknya lakukan langkah diatas cukup menggunakan tabel-tabel seperti pada contoh.

2. 1 L tabung diisi dengan 1,00 mol H2 dan 2,00 mol I2 pada 448oC. Konstanta kesetimbangan Kc reaksi adalah 50,5. H2(g) + I2(g) ( 2HI(g) Kc = 50.5. Berapa konsentrasi H2 , I2 dan HI dalam tabung pada keadaan setimbang. Jawab

[H2] = 1.000M, [I2] = 2.000 M, [HI] = 0

H2(g) + I2(g) ( 2HI(g)

Awal 1.000 M 2.000 M 0 M

Perubahan - x M - x M +2x M

Kesetimbangan (1.000 x) M (2.000 x) M 2x M

Kc = [HI]2 / [H2][I2] = (2x)2 / (1.000-x)(2.000-x) = 50.5

4x2 = 50.5(x2 3.000x + 2.000)

46.5x2 151.5 x + 101.0 = 0

Penyelesaian persamaan kuadrat :x = -(-151.5) (-151.5)2 -4(46.5)(101.0) / 2(46.5) = 2.323 atau 0.935

Substitusikan nilai x = 2.323, kedalam pernyataan konsentrasi kesetimbangan , konsentrasi H2 dan I2 bernilai negatif. Masukkan nilai x = 0.935 diperoleh :

[H2] = 1.000 x = 0.065 M

[I2] = 2.000 x = 1.065 M

[HI] = 2x = 1.870 M

Cek kembali nilai yang diperoleh dengan memasukkan angka tersebut kedalam pernyataan Kc :

Kc = [HI]2 / [H2][I2] = (1.870)2 / (0.065)(1.065) = 51

Soal latihan

1. Untuk reaksi NH3 N2 + 3/2 H2 Kc = 5,2 x 10-5 pada 298 K. Berapakah nilai Kc pada 298 K untuk reaksi: N2 + 3H2 2NH3 2. Senyawa ClF3 disiapkan melalui 2 tahap reaksi fluorinasi gas klor sebagai berikut

(i) Cl2(g) + F2(g) ClF(g)

(ii) ClF(g) + F2(g) ClF3(g) Seimbangkan masing-masing reaksi diatas dan tuliskan reaksi overallnya!

Buktikan bahwa Kc overall sama dengan hasil kali Kc masing-masing tahap reaksi ?3. Dekomposisi HI dipelajari dengan mengijeksikan 2,50 mol HI kedalam 10,32-L tabung pada 25oC. Berapa [H2] pada kesetimbangan untuk reaksi berikut :

HI(g) H2(g) + I2(g) ; Kc = 1.26 x 10-3.Pustaka

Hill, Petrucci, Mc Creary, Perry, 2005, General Chemistry, Fourth Edition, Pearson Prentice Hall, New Jersey.

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Jika diketahui:

N2(g) + O2(g) ( 2NO(g)Kc = 4,1 x 10-31

N2(g) + O2(g) ( N2O(g)Kc = 2,4 x 10-18

Bagaimana Kc reaksi:

N2O(g) + O2(g) ( 2NO(g)Kc = ?

Persamaan diatas dapat digabungkan

N2(g) + O2(g) ( 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31

N2O(g) ( N2(g) + O2(g) Kc = 1/(2,4 x 10-18) = 4,2 x 1017

N2O(g) + O2(g) ( 2NO(g)Kc = ?

EMBED Equation.3

PAGE 8

_1355084751.unknown

_1355085418.unknown

_1355087034.unknown

_1355083993.unknown