KESETIMBANGAN KIMIA

Report
KESETIMBANGAN
KIMIA
Ditinjau dari arahnya, reaksi kimia
dapat dibagi menjadi dua.
Reaksi irreversible (reaksi satu arah/tidak
dapat balik), yaitu suatu reaksi hanya
terjadi pembentukan zat-zat hasil reaksi
saja.
ex : Fe (s) + HCl (aq)  FeCl2 (aq) + H2 (g)
 Reaksi reversible (reaksi dua arah/dapat
balik), yaitu suatu reaksi dimana hasil
reaksi dapat bereaksi kembali membentuk
zat-zat pereaksi.
ex : N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)

PENGERTIAN KESETIMBANGAN KIMIA
v1
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄2NH3 (g)
v2
PENGERTIAN KESETIMBANGAN KIMIA
Keadaan kesetimbangan :
• kecepatan reaksi ke kanan =
kecepatan reaksi kekiri  reversibel
• Jumlah molekul/ion yang terurai =
jumlah molekul/ion yang terbentuk
dalam satu satuan waktu
• Kesetimbangan yang dinamis  in
constant motion.
KESETIMBANGAN HOMOGEN dan HETEROGEN
Contoh kesetimbangan homogen
(1 fase ):
CH3COOH(aq) ⇄ CH3COO– (aq) + H + (aq)
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g)

Contoh kesetimbangan heterogen
(2 fase / lebih):
CaCO3 (s) ⇄ CaO (s) + CO2 (g)
Ag2CrO4 (s) ⇄ 2 Ag + (aq) + CrO4 2- (aq)

KESETIMBANGAN DISOSIASI
Disosiasi : peruraian suatu zat lain
menjadi zat yang lebih sederhana.
Ex : 2SO3 (g) ⇄ 2SO2 (g) + O2(g)
2NH3 (g) ⇄ N2 (g) + H2 (g)
• Derajat disosiasi :
   
=
    − 
•
KESETIMBANGAN DISOSIASI
Hubungan jumlah mol zat sebelum
dan sesudah disosiasi
A⇄nB
n = perbandingan antara koef kanan
dengan kiri.
A
⇄
nB
m
a mol
r
- a x  mol
+ n x a x  mol
s
a – (a x  ) mol
n x a x  mol
•
Jumlah mol zat sesudah reaksi =
a [1 + (n-1) ]
TETAPAN KESETIMBANGAN
N2O4(g)  2NO2(g)
[ ] awal
[ ] kesetimbangan
Nisbah [ ] saat kesetimbangan
[NO2]
[N2O4]
[NO2]
[N2O4]
[NO2]/[N2O4]
[NO2]2/[N2O4]
0,000
0,670
0,0547
0,643
0,0851
4,65  10-3
0,050
0,446
0,0457
0,448
0,1020
4,66  10-3
0,030
0,500
0,0475
0,491
0,0967
4,60  10-3
Nisbah
[NO 2 ]
2
[N 2 O 4 ]
yang nilainya relatif konstan disebut
tetapan kesetimbangan (K).
TETAPAN KESETIMBANGAN
Dalam keadaan kesetimbangan pada
suhu tetap, maka hasil kali konsentrasi
Hukum
Guldberg dan zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil
kali konsentrasi pereaksi yang sisa
Wange:
dimana masing-masing konsentrasi itu
dipangkatkan dengan koefisien
reaksinya adalah tetap.
TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN
Hukum Empiris Aksi Massa (Guldberg & Waage)
aA + bB
cC + dD
Tetapan kesetimbangan empiris (Kc)
Kc =
[C]c [D]d
[A]a [B]b
Reaksi dalam larutan
TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN
Adding equations for reactions
S(s) + O2(g)
SO2(g)
SO2(g) + 1/2 O2(g)
K1 = [SO2] / [O2]
SO3(g)
K2 = [SO3] / [SO2][O2]1/2
NET EQUATION
S(s) + 3/2 O2(g)
K net 
SO3(g)
[SO 3 ]
[O 2 ]
3/2
= K1 • K 2
TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN
Changing coefficients
S(s) + 3/2 O2(g)
SO3(g)
2 S(s) + 3 O2(g)
2 SO3(g)
K 
[SO 3 ]
[O 2 ]
3/2
2
[SO 3 ]
K new 
3
[O 2 ]
2
[SO 3 ]
K new 
3
[O 2 ]
= (K old )
2
TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN
Changing direction
S(s) + O2(g)
SO2(g)
K new 
[SO 2 ]
K 
[O 2 ]
SO2(g)
S(s) + O2(g)
[O 2 ]
[SO 2 ]
=
K new 
1
K old
[O 2 ]
[SO 2 ]
TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN
Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial
Untuk kesetimbangan yang melibatkan gas, tekanan
parsial dapat digunakan untuk menggantikan
konsentrasi
Kp =
[pC]c [pD]d
[pA]a [pB]b
p = Tekanan parsial
TETAPAN KESETIMBANGAN HETEROGEN
Untuk kesetimbangan heterogen, hanya zat
yang berfase gas (g) dan larutan (aq), karena
konsentrasi zat padat atau cairan murni adalah
konstan.
Ex : BiCl3(aq) + H2O(l) ⇄ BiOCl(s) + 2HCl(aq)
[]2
 =
[3 ]
CONTOH
(1) 4 NH3(g) + 7 O2(g)  4 NO2(g) + 6 H2O(g)
(2) CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)
(3) BaCl2(aq) + Na2SO4(aq)  BaSO4(s) + NaCl(aq)
Tidak ada KP untuk reaksi (4), karena tidak ada zat yang berfase gas.
TETAPAN KESETIMBANGAN
Hubungan KP dengan KC
Untuk reaksi fase gas: a A(g) + b B(g)  c C(g) + d D(g)
dan
Menurut hukum gas ideal:
pV = nRT  p = (n/V)RT = [ ] RT
Karena itu,
ng =  koef gas produk –
 koef gas reaktan
LATIHAN
Tuliskan rumus Kc dan KP untuk reaksi-reaksi berikut:
(a) 2 ZnS(s) + 3 O2(g)  2 ZnO(s) + 2 SO2(g)
(b) 2 HCrO4-(aq)  Cr2O72-(aq) + H2O(l)
Apakah reaksi-reaksi di atas termasuk kesetimbangan homogen
atau heterogen?
Jawab:
(a)
(b)
Kesetimbangan heterogen
Tidak ada KP
Kesetimbangan homogen
Hubungan Nilai Tetapan Kesetimbangan antara
Reaksi-reaksi yang Berkaitan
1.
Jika persamaan reaksi kesetimbangan dibalik, maka
harga Kc menjadi 1/Kc
Contoh:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
Kc = 5
2NH3 (g) ⇄ N2 (g) + 3H2 (g)
2.
Kc’ = 1/5
Jika koefisien reaksi kesetimbangan dibagi dengan
faktor n, maka harga Kc menjadi (Kc)1/n
Contoh:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
Kc = 5
1/
3/ H (g) ⇄ NH (g) Kc = ( 5 )1/2
N
(g)
+
2 2
2
2
3
3.
Jika koefisien reaksi kesetimbangan dikali
dengan faktor n, maka harga Kc menjadi Kc
Contoh:
H2(g) + 1/2 O2(g) ⇄ H2O(g)
2H2(g) + O2(g) ⇄ 2 H2O(g)
4.
n
Kc = 1 . 108
Kc = (1 . 108)2
Jika beberapa persamaan reaksi
digabung/dijumlah, maka harga Kc total adalah
hasil kali Kc dari reaksi yang digabungkan
Contoh:
N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g)
N2O(g) ⇄ N2(g) + 1/2 O2(g)
Kc1 = 4 . 10-31
Kc2 = 4 . 1016
N2O(g) + 1/2 O2(g) ⇄ 2NO (g)
Kc = Kc1 . Kc2
= 16 . 10-15
------------------------------------------------------------------------------------------
LATIHAN
(a) Pada suhu tertentu, untuk reaksi N2O4(g)  2NO2(g) pada saat
kesetimbangan terdapat 0,1 mol N2O4 dan 0,06 mol NO2 dalam volume
2 L. Hitunglah nilai Kc.
Jawab:
(b) Pada suhu yang sama, ke dalam wadah bervolume 2 L dimasukkan 0,8 mol
N2O4. Hitunglah konsentrasi zat-zat dalam reaksi pada kesetimbangan
yang baru.
Jawab:
N2O4(g)
Mula-mula
Reaksi
Setimbang

2 NO2(g)
0,8 mol
–x
+2x
0,8 – x
2x
LATIHAN

x2 + 0,009x – 0,0072 = 0
x = 0,0809 mol
Jadi, pada saat kesetimbangan tercapai
[NO2] = 2x mol/2L = 0.0809 M
[N2O4] = (0,8 – x) mol/2 L = 0,7191 mol/2 L
= 0,3595 M
LATIHAN
(a) Diketahui harga tetapan kesetimbangan A(g) + B(g)  C(g) adalah ¼.
Jumlah mol A yang yang harus dicampur dengan 6 mol B dalam
volume 1 liter untuk menghasilkan 4 mol C dalam kesetimbangan
adalah?
(b) Dalam ruangan yang mempunyai volume 1 liter dan tekanan total
3 atm, dicampur 1 mol gas NO dan 0,8 mol gas O2 yang bereaksi
menurut persamaan: 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g). Setelah
tercapai kesetimbangan terdapat 0,6 mol gas NO2. harga Kp
adalah?
(c) Dalam ruang 10 L dicampurkan gas NO2 dan CO dengan
perbandingan mol 3 : 2 menurut reaksi kesetimbangan : NO2(g) +
CO(g)  NO(g) + CO2(g). Saat gas NO2 bereaksi 60% tercapai
kesetimbangan. Tetapan kesetimbangannya adalah?
Arti Nilai Tetapan Kesetimbangan
Nilai Kc atau Kp yang sangat besar menandakan bahwa
reaksi berjalan ke kanan sebagaimana dituliskan,
berlangsung sempurna atau mendekati sempurna
Nilai Kc atau Kp yang sangat kecil menyatakan bahwa reaksi
ke kanan sebagaimana dituliskan tidak berlangsung besarbesaran
Meramalkan Arah Reaksi
Apabila zat ruas kiri dan kanan dari suatu reaksi
kesetimbangan dicampurkan ke dalam suatu wadah
reaksi,
maka
setimbang.
sangat
mungkin
campuran
tidak
Reaksi harus berlangsung ke kanan/kiri
sampai mencapai kesetimbangan. Dalam hal ini, reaksi
dapat ditentukan dengan memeriksa nilai kuosien
reaksi (Qc).
• Qc < Kc, reaksi berlangsung ke kanan sampai Qc = Kc
• Qc > Kc, reaksi berlangsung ke kiri sampai Qc = Kc
• Qc = Kc, berarti campuran setimbang.
Meramalkan Arah Reaksi
Contoh Soal :
Harga Kc untuk reaksi H2(g) + I2(g)  2HI(g) pada suhu
485oC = 49. pada suatu percobaan, 2 mol H2 dicampur
dengan 2 mol I2 dan 4 mol HI dalam suatu ruangan 10 L
pada suhu tersebut.
a. Apakah campuran tersebut setimbang?
b. Bila tidak, ke arah mana reaksi berlangsung spontan?
c. Tentukan susunan campuran setelah kesetimabngan
tercapai.
Meramalkan Arah Reaksi
Contoh Soal :
Suatu reaksi kesetimbangan A(g) + B(g)  C(g) + D(g)
memiliki harga Kc pada suhu tertentu adalah ¼. Jika
pada kondisi tertentu dicampurkan mol A dan B masingmasing 2 mol, serta mol C dan D masing-maing 4 mol.
Tentukan:
a. Apakah campuran tersebut setimbang?
b. Bila tidak, ke arah mana reaksi berlangsung spontan?
c. Tentukan susunan campuran setelah kesetimabngan
tercapai.
MACAM KESETIMBANGAN KIMIA
(a) Kesetimbangan fisika : melibatkan 1 zat dalam 2
fase yang berbeda
Contoh:
H2O(l)  H2O(g)
(b) Kesetimbangan kimia : melibatkan zat yang
berbeda sebagai reaktan
dan produk
Contoh:
N2O4(g) (tak berwarna)  2NO2(g) (cokelat gelap)
MACAM KESETIMBANGAN KIMIA
1. Kesetimbangan dalam sistem homogen
a. Kesetimbangan dalam sistem gas-gas
Contoh: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
b. Kesetimbangan dalam sistem larutan-larutan
Contoh: NH4OH(aq) NH4+(aq) + OH- (aq)
2. Kesetimbangan dalam sistem heterogen
a. Kesetimbangan dalam sistem padat gas
Contoh: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
b. Kesetimbangan sistem padat larutan
Contoh: BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42- (aq)
c. Kesetimbangan dalam sistem larutan padat gas
Contoh: Ca(HCO3)2(aq) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
Usaha untuk mengubah suhu, tekanan atau konsentrasi
pereaksi dalam suatu sistem dalam keadaan setimbang
merangsang terjadinya reaksi yang mengembalikan
kesetimbangan pada sistem tersebut
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
Bila suatu sistem dalam kesetimbangan mendapat
gangguan eksternal maka sistem tersebut akan
melakukan perubahan yang mengatasi gangguan
tersebut, dan menyusun ulang kesetimbangan baru
dengan Kc yang sama  pergeseran
kesetimbangan
1. Perubahan Konsentrasi
[Produk] , [Reaktan]   Q > K  Kesetimbangan bergeser ke kiri
[Produk] , [Reaktan]   Q < K  Kesetimbangan bergeser ke kanan
FeSCN2+
merah

Fe3+ + SCNkuning
tak
muda
berwarna
(a) Larutan Fe(SCN)3: campuran warna merah FeSCN2+ dan warna kuning
Fe3+
(b) Setelah penambahan NaSCN: kesetimbangan bergeser ke kiri
(c) Setelah penambahan Fe(NO3)3: kesetimbangan juga bergeser ke kiri
(d) Setelah penambahan H2C2O4: kesetimbangan bergeser ke kanan;
warna kuning berasal dari ion Fe(C2O4)33-
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
Hanya berpengaruh terhadap fase gas; tidak memengaruhi fase cair
dan padat.
V , P   Q < K  Kesetimbangan bergeser ke  koef gas terbesar
V , P   Q > K  Kesetimbangan bergeser ke  koef gas terkecil
Contoh:
N2O4(g)  2 NO2(g)
Volume wadah diperbesar  [N2O4] maupun [NO2] mengalami
pengenceran. (tekanan diperkecil)
Q 
[NO 2 ]
2
 penurunan pembilang > penyebut karena [NO2]
[N 2 O 4 ]
dipangkatkan 2  Q < K  kesetimbangan
bergeser ke kanan
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
Contoh 2:
CoCl42- + 6 H2O  Co(H2O)62+ + 4 Clbiru
merah muda
Reaksi pembentukan CoCl42endoterm: larutan berwarna
biru jika dipanaskan dan
merah muda jika didinginkan.
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
Perubahan tekanan hanya berpengaruh untuk gas.
 Fase padat dan cair pengaruh tekanan diabaikan.
 Sesuai hukum Boyle maka :
 Jika tekanan diperbesar (volume diperkecil) maka
reaksi bergeser ke arah jumlah mol gas yang
terkecil.
 Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar) maka
reaksi bergeser ke arah jumlah mol gas yang
terbesar.
 Karena koefisien reaksi menyatakan perbandingan
mol maka cukup memperhatikan jumlah koefisien
gas pada masing-masing ruas.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
Tidak seperti perubahan konsentrasi, volume, atau tekanan, perubahan
suhu tidak hanya menggeser kesetimbangan, tetapi juga mengubah
nilai K.
T   Kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm
T   Kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm
Contoh 1:
N2O4(g)  2 NO2(g)
N2O4(g)  2 NO2(g)
H o = 58,0 kJ atau
– 58,0 kJ
Reaksi pembentukan NO2 dari N2O4
endoterm; reaksi sebaliknya eksoterm.
Pemanasan akan memperbesar [NO2]
(warna makin cokelat), pendinginan
akan memperbesar [N2O4] (warna
cokelat memudar).
Setiap bola berisi
campuran gas
NO2 dan N2O4
Dalam
air es
Dalam air
panas
LATIHAN
Ke arah manakah reaksi di bawah ini bergeser bila
pada suhu yang tetap, tekanan diperbesar (volume
diperkecil)
a. CaCO3 (p)
CaO (p) + CO2 (g)
b. PCl5 (g)
PCl3 (g) + Cl2 (g)
c. H2 (g) + CO2 (g)
d. N2 (g) + 3H2 (g)
H2O (g) + CO (g)
2NH3 (g)
Penyelesaian:
a. kiri
b. kiri
c. tidak terjadi
d. kanan
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
4. Pengaruh Kekuatan Ion = pengaruh konsentrasi
5. Peranan Katalisator
Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat
reaksi tapi tidak ikut bereaksi.
Sesuai dengan fungsinya mempercepat reaksi maka
akan
mempercepar
tercapainya
proses
kesetimbangan, dengan cara mempercepat reaksi
maju dan reaksi balik sama besar.
Fungsi katalisator pada awal reaksi (sebelum
kesetimbangan tercapai).
Jika kecepatan reaksi maju = kecepatan reaksi balik
maka katalis berhenti berfungsi.
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
KESETIMBANGAN KIMIA
5. Peranan Katalisator




Katalis dalam reaksi dapat balik dapat
mempercepat reaksi baik kekanan atau kekiri.
Keadaan kesetimbangan tercapai lebih cepat
tetapi tidak mengubah jumlah kesetimbangan
dari spesies-spesies yang bereaksi.
Peranan katalis adalah mengubah mekanisme
reaksi agar tercapai energi aktivasi yang lebih
rendah.
Keadaan kesetimbangan tidak bergantung pada
mekanisme reaksi
Sehingga tetapan kesetimbangan yang diturunkan
secara kinetik tidak dipengaruhi oleh mekanisme
yang dipilih.
LATIHAN
1. 0,1 mol HI dimasukkan dalam tabung 1 lt dan
terurai sesuai reaksi :
2HI
H 2 + I 2.
Jika I2 yang terbentuk adalah 0,02 mol,
berapa harga K?
2. Tetapan kesetimbangan untuk reaksi :
A + 2B
AB2 adalah 0,25.
Berapa jumlah mol A yang harus dicampurkan
pada 4 mol B dalam volume 5 lt agar
menghasilkan 1 mol AB2.
LATIHAN
Jawaban no 1.
Mula-mula
Terurai
Setimbang
2 HI
H2
: 0,1
: 2 x 0,02 = 0,04
: 0,1-0,04=0,06
0,02
[HI] = 0,06 / 1 lt = 0,06
[H2] = 0,02 / 1 lt = 0,02
[I2] = 0,02 / 1 lt = 0,02
K = [H2] [I2] = 0,02 x 0,02
[HI]2
(0,06)2
=
1,1 x 10 -1
+
I2
0,02
LATIHAN
Jawaban no.2
Misal mol A mula-mula = x mol

A
+
2B
Mula-mula
: x
4
Terurai
: 1
2
Setimbang
: x-1
4-2 = 2

[AB2] = 1 / 5 lt
[A]
[2B]
K=
AB2
1
= 1/5
= x-1 / 5 lt = (x-1)/5
= 2 / 5 lt = 2/5
[AB2]
[A] [B]2
¼=
1/5
(x-1)/5 . (2/5)2
x = 26
Pendugaan Arah Reaksi


Pada setiap saat selama berlangsungnya reaksi dapat
dirumuskan nisbah konsentrasi-konsentrasi yang
bentuknya
sama
dengan
rumus
tetapan
kesetimbangan.
Nisbah ini disebut kuosien reaksi
Q 
c
d
a
b
[ C ] [ D ] ...
[ A ] [ B ] ...
Apabila nilai yang disubstitusikan ke dalam kuosien
reaksi Q merupakan konsentrasi-konsentrasi dalam
keadaan setimbang, maka Q akan sama dengan K.
Pendugaan Arah Reaksi
Arah reaksi dapat diduga dengan menghitung kuosien
hasil reaksi (Q).
Rumus Q = K, tetapi nilainya
belum tentu sama:
Q = K  reaksi dalam
keadaan setimbang
G
Q<K
ΔG < 0
Q < K  produk < reaktan;
reaksi bergeser ke kanan
Q>K
ΔG > 0
(ke arah produk)
Q > K  produk > reaktan;
reaksi bergeser ke kiri
(ke arah reaktan)
Kesetimbangan
ΔG = 0
Reaktan
murni
Produk
murni
Contoh Quotion Reaksi
Pada awal reaksi
Kita tentukan Kc = 54 pada 425,4oC
Jika kita mempunyai campuran sbg berikut, perkirakan
arah dari reaksi
Contoh Quotion Reaksi
Karena Q < Kc, maka sistem tidak dalam
kesetimbangan dan reaksi akan berlangsung ke
arah kanan

similar documents