Kesetimbangan Kimia

Report
KESETIMBANGAN
KIMIA
Dra. M. Setyorini, M.Si
Konsep Kesetimbangan
Berdasarkan arah reaksi, jenis reaksi kimia
dibedakan menjadi :
 Reaksi irreversibel ( tidak dapat balik) :
hanya berlangsung satu arah, contoh : reaksi
pembakaran.
 Reaksi reversibel (dapat balik) : berlangsung
dalam dua arah. Pereaksi semula dapat
terbentuk kembali dari zat-zat hasil reaksi.
contoh : N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
V1
V2
konsentrasi
V
3
H2
1
NH3
N2
t
Grafik perubahan laju
reaksi terhadap waktu :
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
0
t
Grafik perubahan konsentrasi
pereaksi dengan hasil reaksi menuju
kesetimbangan.
•Konsentrasi pereaksi : berkurang
•Konsentrasi hasil reaksi : bertambah
•Pada saat setimbang : konsentrasi
masing-masing zat tetap

Kesetimbangan tercapai bila V1 = V2

Bila laju reaksi maju dan reaksi balik sama
besar dan konsentrasi reaktan dan produk
tidak lagi berubah seiring berjalannya waktu
maka tercapailah : kesetimbangan kimia
(keadaan setimbang : chemical
equilibrium)
Ciri keadaan setimbang
 Berlangsung dalam sistem tertutup
 Dinamis
 Tidak terjadi perubahan makroskopis
Jenis kesetimbangan kimia, berdasarkan fasa :
 Kesetimbangan homogen : zat-zat yang
terlibat dalam kesetimbangan terdapat dalam
1 wujud (fasa).
Contoh :N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
H2O(l)
H+(aq) + OH-(aq)
CH3COOH(aq)
CH3COO-(aq)+ H+(aq)
 Kesetimbangan heterogen : zat-zat yang
terlibat terdapat dalam 2 atau 3 wujud yang
berbeda, atau terdapat bidang batas antara
zat-zat.
Contoh :CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Pb2+(aq) + 2Cl-(aq)
PbCl2(s)
Konstanta Kesetimbangan
 Pada
sistem :
H2(g) + I2(g)
2HI(g), ada 3
pendekatan untuk mencapai sistem
kesetimbangan (T=445oC, V=0,8L)
Jumlah mol x 10-3
(awal)
Jumlah mol x 10-3
(setimbang)
Konsentrasi saat
setimbang, M x 10-3
Perc
H2
I2
HI
H2
I2
HI
[H2]
[I2]
[HI]
1
1,50
1,50
-
2
-
-
1,50 0,165 0,165 1,17
0,206
0,206 1,463
3
1,50
1,50
1,50 0,495 0,495 3,51
0,619
0,619 4,388
0,330 0,330 2,34 0,4125 0,4125 2,925
Mencari harga perbandingan tetap dari
konsentrasi-konsentrasi dalam kesetimbangan:
Perc
1
2
3
Persamaan yang memberikan hasil yang
tetap :
 Kc = Konstanta kesetimbangan
 Perhatikan : pangkat 2 untuk HI, sama
dengan koefisien stoikiometri, sehingga:
aA + bB
cC + dD
(pada suhu tetap)
(1864) Cato Maximillian Gulberg dan Peter Wage
Harga K diasumsikan lewat mekanisme
satu tahap elementer :
A + 2B
AB2
 Laju reaksi maju :
Laju f = kf [A][B]2
Laju reaksi balik : kr [AB2]
 Pada saat kesetimbangan :


Karena Kf dan Kr : konstanta pada suhu
tertentu, perbandingannya juga adalah
suatu konstanta = Kc
K>>>1 : kesetimbangan jauh ke arah
kanan/produk
 K<<<1 : kesetimbangan ke arah
kiri/reaktan

Beberapa Cara Untuk Menyatakan
Konstanta Kesetimbangan

Konstanta reaktan dan produk dapat
dinyatakan dalam satuan yang berbeda.
Spesi yang bereaksi tidak selalu berada
dalam fase sama
ada lebih satu
cara menyatakan “K”.
Kesetimbangan Homogen
Contoh : N2O4(g)
2NO2(g)
1.
Kc : menyatakan bahwa konsentrasi spesi
yang bereaksi dalam mol/L
2.
Keterangan : PNO2 dan PN2O4 : tekanan
parsial kesetimbangan (atm)
Kp : menyatakan bahwa konsentrasi
kesetimbangan dinyatakan dalam
tekanan
Hubungan antara Kc dan Kp

aA(g)

Persamaan Gas Ideal
Catatan :
bB(g)
∆n = b – a = mol produk gas – mol
reaktan gas
R = 0,0821 L atm mol-1 K-1

Umumnya Kp ≠ Kc, kecuali ∆n = 0
Pada reaksi :
CH3COOH(aq) + H2O(l)

CH3COO-(aq) + H3O+(aq)
Catatan : K tidak mempunyai satuan
Kesetimbangan Heterogen

Contoh : CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)

Catatan : konsentrasi padatan merupakan sifat
intensif : tidak bergantung pada banyaknya zat
yang ada sehingga [CaCO3] dan [CaO] adalah
konstanta
Hubungan yang melibatkan K
Hubungan Kc dengan persamaan kimia
setara
 2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
Kc = 2,82 x 102, pada 1000K


2SO3(g)
2SO2(g) + O2(g)
Kc =.........................?

SO2(g) + ½ O2(g)
SO3(g)
Kc =.........................?
Penggabungan K

N2(g) + O2(g)
2NO(g)
Kc= 4,1 x 10-31.............
(1)

N2(g) + ½ O2(g)
N2O(g)
Kc= 2,4 x 10-18.............
(2)

N2O(g) + ½ O2(g)
2NO(g)
Kc=............................?
(3)

Pers. (3) dicari dengan :
(1)
(2)
N2(g) + O2(g)
N2O(g)
N2(g)
Bersih :N2O(g) + ½ O2(g)
Kc(3) = ...............?
Kc(1)
2NO(g)
+ ½ O2(g)
Kc(1)= 4,1 x 10-31
2NO(g)
Menentukan nilai Tetapan
Kesetimbangan
“K” ditentukan melalui percobaan,
misalnya : membekukan kesetimbangan,
menurunkan suhu reaksi secara tiba-tiba
sehingga reaksi berhenti.
Untuk gas , K ditentukan dengan mengukur
tekanan campuran.
Contoh 1:
CH4 dapat diperoleh dari gas CO dengan gas H2
menurut persamaan :
CO(g) + 3H2(g)
CH4(g) + H2O(g)
Ke dalam suatu ruangan 10 L, mula-mula dimasukkan
1 mol gas CO, 3 mol gas H2 dan katalis, kemudian
dipanaskan hingga 1200 K. Setelah tercapai keadaan\
setimbang sistem dibekukan dan ternyata terdapat
0,387 mol H2O
a. Tentukan susunan kesetimbangan pada suhu
1200 K !
b. Harga K pada suhu tersebut !
Jawab:
H2O : 0,387 mol
CH4 : ...............?
CO :.................?
H2 :.................?
CO : 1 mol
H2 : 3 mol
Keadaan awal
Keadaan setimbang

Misalkan CO yang bereaksi : x mol
CO(g) +
3H2(g)
CH4(g) +
Keadaan awal :1 mol
3 mol
0
Perubahan
:-x mol
-x mol
+x mol
Keadaan stmbg:(1-x) mol (3-x) mol x mol
H2O(g)
0
+x mol
x mol
Susunan kesetimbangan :
CO = 1- 0,3897 mol =.................mol
H2 = 3 – (3 . 0,387) mol =............mol
CH4 = .......................mol
H2O =.......................mol
K =..........................
Contoh 2:
Sebanyak 10 mol gas N2 dicampurkan dengan 40 mol
gas H2 dalam suatu ruangan 10 L, kemudian
dipanaskan pada suhu 427o C sehingga sebagian
bereaksi membentuk NH3 menurut kesetimbangan :
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
∆H = -92 kJ
Apabila tekanan total campuran pada keadaan
kesetimbangan adalah 230 atm, tentukan Kp dan Kc
pada suhu 426o C !
Jawab : Dengan persamaan gas ideal, jumlah mol gas
dalam campuran dapat dihitung :
Misal jumlah mol N2 yang bereaksi adalah x mol,
susunan kesetimbangan :
N2(g) +
Keadaan awal :10 mol
Perubahan
:-x mol
Keadaan stmbg:(10-x)mol
3H2(g)
40 mol
-3x mol
(40-3x)mol
2NH3(g)
0
+2x mol
2x mol


Jumlah mol gas pada saat setimbang = 40 mol
( 10-x ) + ( 40-3x ) + 2x
= 40 mol
x
=5
Susunan kesetimbangan :
N2 = (10-5) mol = 5 mol; H2 = (40-15) mol = 25 mol;
NH3 = (2 . 5) mol = 10 mol
Perbandingan tekanan parsial gas sama dengan
perbandingan mol
Perbandingan gas
N2 : H2 : NH3 = 5 : 25 : 10 = 1 : 5 : 2
Jadi :
PH2 =..................... ?
Kp =..................... ?
PNH3 =..................... ?
Kc
=......................?
Makna K
a. Memberi informasi tentang posisi
kesetimbangan
Contoh :
2H2(g) + O2(g)
2H2O(g)
Kc = 3 x 1081 pada 25oC
Reaksi ini dapat dianggap : tuntas ke kanan
½ N2(g) + ½ O2(g)
2NO(g)
Kc = 1 x 10-15 pada 25oC
Reaksi ini hanya membentuk sedikit sekali
gas NO
Kc atau Kp >>> : reaksi ke kanan hampir sempurna
Kc atau Kp <<< : reaksi ke kanan berlangsung sedikit
b. Mempredikasi arah reaksi
Contoh :
Kc untuk reaksi :
H2(g) + I2(g)
2HI(g) adalah 54,3
pada 430oC. Dalam suatu percobaan
dimasukkan 0,234 mol H2, 0,146 mol I2,
dan 1,98 mol HI dalam wadah 1 L pada
suhu 430oC.
Apakah campuran tersebut setimbang ?
Bila tidak, ke arah mana reaksi bersihnya
membentuk lebih banyak H2 dan I2 atau
membentuk lebih banyak HI ?
Jawab :
Karena hasil bagi
> Kc : sistem ini tidak
berada dalam kesetimbangan.
Untuk menurunkan hasil bagi, agar mancapai harga Kc
pada suhu 430oC, maka sebagian HI akan membentuk
H2 dan I2 ( dari produk
reaktan )
Kuantitas yang diperoleh dengan cara
mensubstitusikan konsentrasi awal ke persamaan
konstanta kesetimbangan disebut : hasil bagi reaksi
(reaction quotient), Qc
Untuk memprediksi arah reaksi, arah dilakukan dengan
membandingkan nilai Kc dan Qc.
Ada kemungkinan 3 kasus :
Qc
Reaktan
Kc
Qc
produk
reaktan
Qc
Kc
sistem setimbang
Kc
produk
Qc < Kc : Perbandingan konsentrasi awal
produk terhadap reaktan terlalu kecil.
Untuk mencapai kesetimbangan
reaktan harus diubah menjadi produk.
Sistem bergeser dari kiri ke kanan
untuk mencapai kesetimbangan.
 Qc = Kc : Sistem berada pada kesetimbangan.
 Qc > Kc : Perbandingan konsentrasi awal
produk terhadap reaktan terlalu besar.
Untuk mencapai kesetimbangan
produk harus diubah menjadi reaktan.
Sistem bergeser dari kanan ke kiri
untuk mencapai kesetimbangan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi
Kesetimbangan
 Perubahan
kondisi percobaan dapat mengganggu
kesetaraan dan menggeser posisi kesetimbangan
 Variabel
percobaan yang dapat diatur :
a. Konsentrasi
b. Tekanan dan volume
c. Suhu
d. Katalis
 Asas
Le Chatelier : “ Bila terhadap suatu
kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi) maka
sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung
mengurangi pengaruh aksi tersebut”.
Perubahan konsentrasi
Jika konsentrasi salah satu komponen diperbesar,
maka reaksi sistem adalah mengurangi
komponen tersebut. Sebaliknya jika konsentrasi
salah satu komponen diperkecil maka reaksi
sistem adalah menambah komponen itu.
Contoh : Pada sistem kesetimbangan :
FeSCN2+(aq
Fe3+(aq)
+ SCN-(aq)
Merah
kuning-pucat
tak
berwarna
 Ke arah mana kesetimbangan bergeser dan
bagaimana perubahan warna campuran jika :
a. Ditambahkan sedikit NaSCN dalam larutan
b. Ditambahkkan [Fe(NO3)3] ke dalam larutan
c. Ditambahkan sedikit kristal H2C2O4
Jawab : ............................

Pengaruh tekanan dan volume
Jika dalam suatu sitem kesetimbangan
sistem diperbesar atau volume diperkecil,
maka kesetimbangan akan bergeser ke
pihak reaksi yang jumlah koefisiennya kecil
dan sebaliknya.
Contoh : N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
 Ke arah manakah pergeseran
kesetimbangan jika pada suhu tetap volume
diperbesar (tekanan diperkecil) ?
Jawab : .........................


Pengaruh suhu
Jika pada suatu sistem kesetimbangan
dinaikkan maka sistem kesetimbangan akan
bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor
(endoterm) dan sebaliknya.
Contoh : N2O4(g)
2NO2(g)∆Ho = 58,0 kJ
Ke arah manakah reaksi bergeser jika suhu
dinaikkan ?
Jawab : ..................

Pengaruh katalis
a. Katalis tidak mengubah K
b. Mempercepat tercapainya keadaan
setimbang
Kesetimbangan Dissosiasi

Dissosiasi adalah peristiwa penguraian
suatu zat menjadi beberapa zat lain yang
lebih sederhana dan peristiwa
penguraiannya merupakan reaksi
kesetimbangan.
Contoh kesetimbangan dissosiasi gas :
2H2O(g)
2H2(g) + O2(g)
2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g)
N2O4(g)
2NO2(g)

Derajad dissosiasi (α) : perbandingan
mol zat yang berdissosiasi dengan mol zat
mula-mula sebelum dissosiasi.
Harga α berkisar dari 0 s/d 1
α = 0 : zat belum terdissosiasi
α = 1 : zat berdissosiasi sempurna
Kesetimbangan dissosiasi terjadi jika
0<α<1
Contoh 1
Dalam ruangan V liter dipanaskan a mol gas
NH3 sampai suhu tertentu hingga
berdissosiasi dengan derajad dissosiasi
sebesar α.
Bagaimana susunan gas-gas pada saat
kesetimbangan ?
Jawab :
Reaksi dissosiasinya :
2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g)
Mula-mula
: a mol
0
0
Jika mula-mula terdapat a mol gas NH3 dan
derajad ionisasi α.
Reaksi
:2NH3(g)
N2(g)
+ 3H2(g)
Mula-mula
:a mol
0
0
Perubahan
:-aα mol
½ aα mol 3/2 aα mol
Setimbang
:a- aα mol
½ aα mol 3/2 aα mol
=a(1- α) mol
Jadi susunan gas-gas pada saat setimbang :
NH3
: a(1- α) mol
N2
: ½ aα mol
H2
: 3/2 aα mol
Contoh 2
Dalam ruang 5 L dipanaskan 0,8 mol gas SO3
sampai suhu tertentu hingga berdissosiasi
sebagian setelah kesetimbangan tercapai,
dalam ruang terdapat 0,3 mol gas oksigen.
Tentukan :
Derajad ionisasi SO3
Harga tetapan kesetimbangan K
Jawab :.....................
Kesetimbangan Dalam Industri
Proses pembuatan gas amoniak menurut
Haber-Bosch
Prof. Fritz Haber (1868-1934), Jerman, orang
pertama yang berhasil mensintesis amoniak
dari gas nitrogen dan hidrogen. Proses ini
disempurnakan oleh Karl Bosch (1874-1940).
Reaksi :
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g) ∆H = -92,6 kJ
1. Pengaruh suhu : suhu tinggi, bergeser ke
kiri (endoterm), sehingga untuk
memperoleh NH3 max. suhu tidak boleh
terlalu tinggi.
2. Pengaruh tekanan : jumlah koefisien
kiri > kanan, maka jumlah NH3 bertambah
jika tekanan dinaikkan.
3. Pemakaian katalis : untuk mempercepat
tercapainya kesetimbangan dipakai katalis :
oksida-oksida besi.
Agar NH3 yang dihasilkan maksimal :
1. Suhu tidak terlampau tinggi (sekitar
500oC)
2. Tekanan sangat tinggi : 500 – 1000 atm
3. Selama proses berlangsung :
 Gas N2 dan H2 ditambahkan secara
terus menerus
 NH3 yang dihasilkan dipisahkan dengan
pengembunan sehingga reaksi bersih
selalu bergeser ke kanan.
Proses pembuatan Asam sulfat
melalui proses kontak
Pembuatan H2SO4 dengan cara mengoksidasi
gas SO2 dengan gas O2 dari udara dengan
katalis V2O5
Reaksi :
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g) ∆H = -98kJ
Tahap selanjutnya : SO3 dilarutkan dalam
H2SO4 pekat membentuk pirosulfat
H2SO4(aq) + SO3(aq)
H2S2O7(aq)
H2S2O7(l) + H2O(l)
2H2SO4(aq)
Tahap penting : reaksi kesetimbangan
dan eksoterm
 Agar reaksi max :
a. Suhu 500oC
b. Katalis : V2O5
c. Tekanan 1 atm (sesungguhnya tekanan
tinggi akan menguntungkan produksi
SO3, tetapi ternyata tidak diimbangi
dengan hasil yang memadai)


similar documents