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 N2 (g) + 3H2 (g) ⇄2NH3 (g) v1 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 : 𝜶= 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒎𝒐𝒍 𝒛𝒂𝒕 𝒕𝒆𝒓𝒅𝒊𝒔𝒐𝒔𝒊𝒂𝒔𝒊 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒎𝒐𝒍 𝒛𝒂𝒕 𝒎𝒖𝒍𝒂−𝒎𝒖𝒍𝒂

KESETIMBANGAN DISOSIASI Hubungan jumlah mol zat sebelum dan sesudah disosiasi A ⇄ n B n = perbandingan antara koef kanan dengan kiri. A ⇄ n B m a mol - r - a x 𝜶 mol + n x a x 𝜶 mol s a – (a x 𝜶 ) mol n x a x 𝜶 mol Jumlah mol zat sesudah reaksi = a [1 + (n-1) 𝜶]

TETAPAN KESETIMBANGAN N2O4(g)  2NO2(g) [ ] awal [ ] kesetimbangan Nisbah [ ] saat kesetimbangan [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 yang nilainya relatif konstan disebut tetapan kesetimbangan (K).

TETAPAN KESETIMBANGAN Hukum Guldberg dan Wange: Dalam keadaan kesetimbangan pada suhu tetap, maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi pereaksi yang sisa 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) [C]c [D]d [A]a [B]b Kc = Reaksi dalam larutan

TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN Adding equations for reactions S(s) + O2(g) SO2(g) K1 = [SO2] / [O2] SO2(g) + 1/2 O2(g) SO3(g) K2 = [SO3] / [SO2][O2]1/2 NET EQUATION S(s) + 3/2 O2(g) SO3(g)

TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN Changing coefficients S(s) + 3/2 O2(g) SO3(g) 2 S(s) + 3 O2(g) 2 SO3(g)

TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN Changing direction S(s) + O2(g) SO2(g) SO2(g) S(s) + O2(g)

TETAPAN KESETIMBANGAN HOMOGEN Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial Untuk kesetimbangan yang melibatkan gas, tekanan parsial dapat digunakan untuk menggantikan konsentrasi [pC]c [pD]d [pA]a [pB]b Kp = 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) 𝐾𝑐= [𝐻𝐶𝑙] 2 [ 𝐵𝑖𝐶𝑙 3 ]

Tidak ada KP untuk reaksi (4), karena tidak ada zat yang berfase gas. 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 Jawab: 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) Kesetimbangan heterogen (b) Tidak ada KP Kesetimbangan homogen

Hubungan Nilai Tetapan Kesetimbangan antara Reaksi-reaksi yang Berkaitan 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) Kc’ = 1/5 2. Jika koefisien reaksi kesetimbangan dibagi dengan faktor n, maka harga Kc menjadi (Kc)1/n N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) Kc = 5 1/2 N2 (g) + 3/2 H2 (g) ⇄ NH3 (g) Kc = ( 5 )1/2

Jika koefisien reaksi kesetimbangan dikali dengan faktor n, maka harga Kc menjadi Kc n Contoh: H2(g) + 1/2 O2(g) ⇄ H2O(g) Kc = 1 . 108 2H2(g) + O2(g) ⇄ 2 H2O(g) Kc = (1 . 108)2 Jika beberapa persamaan reaksi digabung/dijumlah, maka harga Kc total adalah hasil kali Kc dari reaksi yang digabungkan N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g) Kc1 = 4 . 10-31 N2O(g) ⇄ N2(g) + 1/2 O2(g) Kc2 = 4 . 1016 ------------------------------------------------------------------------------------------ N2O(g) + 1/2 O2(g) ⇄ 2NO (g) Kc = Kc1 . Kc2 = 16 . 10-15

LATIHAN N2O4(g)  2 NO2(g) Mula-mula 0,8 mol Reaksi –x +2x Setimbang (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)  2 NO2(g) Mula-mula 0,8 mol Reaksi –x +2x Setimbang 0,8 – x 2x

LATIHAN Jadi, pada saat kesetimbangan tercapai 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 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? 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? 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 besar-besaran

Meramalkan Arah Reaksi Apabila zat ruas kiri dan kanan dari suatu reaksi kesetimbangan dicampurkan ke dalam suatu wadah reaksi, maka sangat mungkin campuran tidak setimbang. 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. Apakah campuran tersebut setimbang? Bila tidak, ke arah mana reaksi berlangsung spontan? 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 masing-masing 2 mol, serta mol C dan D masing-maing 4 mol. Tentukan: Apakah campuran tersebut setimbang? Bila tidak, ke arah mana reaksi berlangsung spontan? 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 Kesetimbangan dalam sistem padat gas Contoh: CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g) 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 Prinsip Le Chatelier 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+  Fe3+ + SCN- merah kuning 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)  penurunan pembilang > penyebut karena [NO2] dipangkatkan 2  Q < K  kesetimbangan bergeser ke kanan

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN KIMIA Contoh 2: CoCl42- + 6 H2O  Co(H2O)62+ + 4 Cl- biru merah muda Reaksi pembentukan CoCl42- endoterm: 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.

Setiap bola berisi campuran gas NO2 dan N2O4 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: Setiap bola berisi campuran gas NO2 dan N2O4 Dalam air es Dalam air panas N2O4(g)  2 NO2(g) H o = 58,0 kJ atau N2O4(g)  2 NO2(g) – 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).

LATIHAN Penyelesaian: 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) H2O (g) + CO (g) d. N2 (g) + 3H2 (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 H2 + I2. 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.

Jawaban no 1. LATIHAN 2 HI H2 + I2 Mula-mula : 0,1 Terurai : 2 x 0,02 = 0,04 Setimbang : 0,1-0,04=0,06 0,02 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 = 1,1 x 10 -1 [HI]2 (0,06)2

Jawaban no.2 LATIHAN Misal mol A mula-mula = x mol A + 2B AB2 Terurai : 1 2 Setimbang : x-1 4-2 = 2 1 [AB2] = 1 / 5 lt = 1/5 [A] = x-1 / 5 lt = (x-1)/5 [2B] = 2 / 5 lt = 2/5 K = [AB2] ¼ = 1/5 x = 26 [A] [B]2 (x-1)/5 . (2/5)2

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 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: Kesetimbangan ΔG = 0 Reaktan murni Produk Q < K ΔG < 0 Q > K ΔG > 0 G Q = K  reaksi dalam keadaan setimbang Q < K  produk < reaktan; reaksi bergeser ke kanan (ke arah produk) Q > K  produk > reaktan; reaksi bergeser ke kiri (ke arah reaktan)

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

Selamat belajar…!