2 Kesetimbangan kimia

Penggunaan Konstanta Kesetimbangan Menilai tingkat reaksi: Untuk reaksi dengan harga Kc yang sangat besar (misal Kc=2,4x1047), menunjukkan bahwa rasio kesetimbangan produk terhadap reaktan adalah sangat besar. Dengan kata lain, reaksi berlangsung mendekati sempurna. Untuk reaksi dengan harga Kc yang sangat kecil (misal Kc=4,1x10-48), menunjukkan bahwa rasio kesetimbangan produk terhadap reaktan adalah sangat kecil, dan reaksi berlangsung sangat lambat sebelum kesetimbangan tercapai. Untuk reaksi yang mempunyai harga Kc menengah (antara 103 – 10-3), maka konsentrasi yang cukup besar dari reaktan dan produk berada dalam campuran kesetimbangan.

Komposisi campuran kesetimbangan secara umum: Jika Kc > 103 , produk mendominasi daripada reaktan. Jika Kc sangat besar, reaksi berlangsung mendekati sempurna. Jika Kc < 10-3 , reaktan mendominasi daripada produk. Jika Kc sangat kecil, reaksi berlangsung sangat lambat. Jika Kc dalam range 10-3 sampai 103, konsentrasi yang cukup besar dari reaktan dan produk berada dalam campuran. Memperkirakan arah reaksi: Reaction quatient, Qc, adalah harga yang ditentukan dengan cara yang sama untuk menentukan konstanta kesetimbangan Kc, tetapi konsentrasi tidak berada dalam keadaan kesetimbangan.

Penentuan harga Qc berguna untuk memperkirakan arah reaksi. Untuk reaksi berikut: Dengan berjalannya waktu, reaksi akan berlangsung, perubahan konsentrasi dan selanjutnya perubahan harga Qc menuju ke harga Kc. Setelah waktu yang lama, keadaan kesetimbangan akan tercapai, dan Qc = Kc. Penentuan harga Qc berguna untuk memperkirakan arah reaksi. Arah reaksi secara umum: Jika Qc < Kc, jumlah reaksi bergerak dari kiri ke kanan Jika Qc > Kc, jumlah reaksi bergerak dari kanan ke kiri Jika Qc = Kc, tidak ada reaksi yang terjadi

Menghitung konsentrasi kesetimbangan Jika konstanta kesetimbangan dan hanya satu konsentrasi kesetimbangan yang tidak diketahui, maka kita bisa menghitung konsentrasi yang tidak diketahui tsb. Contoh: Berapa konsentrasi NO dalam campuran kesetimbangan dari gas NO, O2 dan NO2 pada 500K yang mengandung 1x10-3 M O2 dan 5x10-2 M NO2? Pada suhu tsb, konstanta kesetimbangan Kc untuk reaksi 2 NO(g) + O2(g) ⇌ 2NO2(g) adalah 6,9x105. Penyelesaian: Harga dipilih yang positif karena konsentrasi suatu senyawa kimia selalu besaran positif.

Jika konsentrasi awal diketahui, sedangkan konsentrasi kesetimbangan tidak diketahui, perhitungannya mengikut langkah berikut: Tulis persamaan neraca reaksi Dari persamaan reaksi tsb, buat tabel untuk tiap senyawa yang termasuk dalam reaksi tsb: Konsentrasi awal Perubahan konsentrasi untuk mencapai kesetimbangan Konsentrasi kesetimbangan Dalam penabelan, tentukan x sebagai konsentrasi (mol/L) dari salah satu senyawa yang bereaksi untuk mencapai kesetimbangan, kemudian gunakan stoichiometry reaksi untuk menentukan konsentrasi senyawa yang lain Substitusi konsentrasi kesetimbangan menjadi persamaan kesetimbangan untuk reaksi dan selesaikan x Hitung konsentrasi kesetimbangan dari harga x Cek hasil yang didapatkan melalui substitusi ke dalam persamaan kesetimbangan

Contoh: Konstanta kesetimbangan Kc untuk reaksi H2 dengan I2 adalah 57 pada 700K. Jika 1 mol H2 direaksikan dengan 1 mol I2 dalam 10L reaktor pada 700K, berapa konsentrasi H2, I2 dan HI pada kesetimbangan? Berapa komposisi campuran kesetimbangan dalam mol? Penyelesaian: Persamaan neraca reaksi: H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) Substitusi konsentrasi kesetimbangan menjadi persamaan kesetimbangan untuk reaksi:

Karena sisi kanan persamaan adalah kuadrat sempurna, maka harga akar diambil harga positif dan negatif: Penyelesaian untuk x, untuk harga akar positif: Untuk harga akar negatif: Karena harga awal H2 dan I2 adalah 0,1 M, maka x tidak mungkin melebihi 0,1 M. Sehingga penyelesaian untuk x yang mungkin adalah 0,0791 M.

Hitung konsentrasi kesetimbangan dari harga x: Cek hasil yang didapatkan: Jumlah mol dari masing-masing senyawa dalam campuran kesetimbangan bisa didapatkan dari perkalian tiap konsentrasi dengan volume reaktor:

Faktor yang Mengubah Komposisi Campuran Kesetimbangan Beberapa faktor yang dapat dimanfaatkan untuk mengubah komposisi suatu campuran kesetimbangan: Mengubah konsentrasi reaktan atau produk Mengubah tekanan dan volume Mengubah suhu Perubahan komposisi campuran kesetimbangan dapat diprediksi menggunakan “Prinsip Le Chatelier”: “Jika ‘stress’ diberikan terhadap reaksi campuran pada kesetimbangan, total reaksi terjadi pada arah yang menggeser ‘stress’” ‘Stress’ disini adalah perubahan pada konsentrasi, tekanan, volume, atau suhu yang mengganggu kesetimbangan asal. Reaksi kemudian terjadi untuk mengubah komposisi campuran sampai keadaan kesetimbangan yang baru tercapai.

1. Perubahan Konsentrasi Contoh kesetimbangan yang terjadi pada Proses Harber untuk sintesa ammonia:

Secara umum, ketika suatu kesetimbangan diganggu melalui penambahan atau pengurangan reaktan atau produk tertentu, prinsip Le Chatelier memperkirakan bahwa: Perubahan konsentrasi melalui penambahan reaktan atau produk akan digeser oleh total reaksi ke arah yang mengkonsumsi senyawa yang ditambahkan. Perubahan konsentrasi melalui pengurangan reaktan atau produk akan digeser oleh total reaksi ke arah yang mengisi kembali senyawa yang dikurangi. Prinsip Le Chatelier hanya untuk memprediksi perubahan komposisi campuran kesetimbangan, tetapi tidak menjelaskan mengapa perubahan itu terjadi.

2. Perubahan Tekanan dan Volume Misalkan pada proses Harber. Persamaan neraca untuk reaksi mempunyai 4 mol gas pada sisi kiri persamaan dan 2 mol gas pada sisi kanan: Dari persamaan gas ideal: P=nRT/V, dan menurut prinsip Le Chatelier, total reaksi akan terjadi ke arah yang menggeser kenaikan tekanan, yang berarti jumlah mol gas harus menurun. Sehingga diperkirakan bahwa total reaksi akan berlangsung dari arah kiri ke kanan karena reaksi mengubah 4 mol gas reaktan menjadi 2 mol gas produk. Secara umum prinsip Le Chatelier memperkirakan: Kenaikan tekanan melalui penurunan volume akan membawa total reaksi ke arah yang menurunkan jumlah mol gas Penurunan tekanan melalui pembesaran volume akan membawa total reaksi ke arah yang menaikkan jumlah mol gas

3. Perubahan Suhu Pada perubahan konsentrasi, tekanan dan volume, pada suhu konstan, harga konstanta kesetimbangan tidak berubah. Sebaliknya, perubahan suhu akan mengubah harga konstanta kesetimbangan. Untuk proses Harber, dimana reaksinya adalah eksotermis, konstanta kesetimbangan Kc menurun sampai 1011 dalam range suhu 300-1000 K.

Pada suhu rendah, campuran kesetimbangan kaya akan NH3 karena Kc besar Pada suhu rendah, campuran kesetimbangan kaya akan NH3 karena Kc besar. Pada suhu tinggi, kesetimbangan bergeser ke arah N2 dan H2.

Secara umum, ketergantungan suhu terhadap konstanta kesetimbangan bergantung pada tanda Ho untuk reaksi: Konstanta kesetimbangan untuk reaksi eksotermis (negatif Ho) menurun dengan kenaikan suhu. Konstanta kesetimbangan untuk reaksi endotermis (positif Ho) meningkat dengan kenaikan suhu.