Materi Empat : KESETIMBANGAN KIMIA

Kompetensi : Mampu menginterpretasikan dan meramalkan hasil penerapan konsepnya untuk memahami konsep kesetimbangan kimia dan faktor yang mempengaruhi serta penggunaannya dalam industri.

Pengantar : Pernahkah anda sakit gigi? Sakit gigi biasanya disebabkan oleh makanan yang asam maupun manis. Untuk merawat dianjurkan menggosok gigi sehari dua kali dengan menggunakan pasta gigi berflourida. Mengapa makanan manis dan asam menyebabkan sakit gigi dan mengapa pula pasta gigi berflourida dapat merawat kesehatan gigi? Pertanyaan ini akan terjawab setelah mempelajari kesetimbangan kimia.

Materi: Kesetimbangan Dalam Kehidupan Sehari-hari Keadaan Kesetimbangan Pergeseran Kesetimbangan Hukum Kesetimbangan Sistem Kesetimbangan Dalam Industri

A. Kesetimbangan Dalam Kehidupan Sehari-hari Banyak peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan proses kesetimbangan. Contohnya : Perubahan wujud cair Reaksi kesetimbangan dalam tubuh Reaksi kesetimbangan dalam mulut

B. Keadaan Kesetimbangan Reaksi Umum : mA + nB pC + qD Pembentukan zat diruas kanan (reaksi maju) selalu disertai pembentukan kembali zat diruas kiri (reaksi balik). Reaksi terus berlangsung dua arah. Arti kesetimbangan : kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri Pada keadaan setimbang konsentrasi zat baik ruas kiri maupun kanan berada dalam keadaan tetap.

Lanjutan B Hubungan konsentrasi zat pada keadaan setimbang : mA + nB pC + qD maka K = [C]p [D]q [A]m [B]n Keterangan : K = tetapan kesetimbangan [A] = konsentrasi A pada kesetimbangan = mol / volume (lt) [B] = konsentrasi B pada kesetimbangan = mol / volume (lt) [C] = konsentrasi C pada kesetimbangan = mol / volume (lt) [D] = konsentrasi Dpada kesetimbangan = mol / volume (lt)

Lanjutan B Harga K (kesetimbangan) menunjukkan banyaknya hasil reaksi (zat ruas kanan) yang dapat terbentuk pada suatu reaksi kesetimbangan. Harga K besar artinya bahwa zat ruas kanan banyak terbentuk. Harga K kecil artinya zat diruas kiri sedikit terurai.

C. Pergeseran Kesetimbangan Perubahan Konsentrasi Perubahan suhu Perubahan tekanan Peranan Katalisator

1. Perubahan Konsentrasi Reaksi : A + B C Bila A ditambah artinya konsentrasinya diperbesar, sehingga “jika diberi, dia akan memberi” maka terjadi pergeseran ke kanan sehingga C banyak. Bila B diambil (dipisah) artinya memperkecil konsentrasi B sehingga “jika diambil , dia akan mengambil” maka reaksi bergeser ke kiri sehingga C berkurang.

Lanjutan 1. Jika salah satu zat konsentrasinya diperbesar (ditambah), maka reaksi bergeser dari arah zat tersebut. Jika salah satu zat konsentrasinya diperkecil (dikurangi), maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.

2. Perubahan Suhu Jika suhu dinaikkan (menambah atau memberikan kalor) maka reaksi akan bergeser ke arah kiri yaitu arah reaksi yang endoterm (membutuhkan). Jika suhu diturunkan(kalor dikurangi), maka reaksi akan bergeser ke arah kanan yaitu arah reaksi yang eksoterm(mengeluarkan). Misal : 2 NH3 N2 + 3 H2 ΔH = +92 Kj Jika suhu dinaikkan reaksi bergeser ke kanan (NH3 banyak terurai), jika suhu diturunkan akan bergeser ke kiri.

3. Perubahan tekanan 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.

4. 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.

D. Hukum Kesetimbangan Ketentukan yang harus diperhatikan : Jangan menggunakan hukum aksi massa sebelum menghitung konsentrasi masing-masing zat pada kesetimbangan. Konsentrasi zat selalu dalam satuan molar (mol / lt) sehingga jangan lupa perhatikan volume. Zat ruas kiri berlaku hubungan : zat pada saat setimbang = zat mula=mula – zat yang terurai.

Lanjutan D Zat ruas kanan berlaku hubungan : zat pada saat setimbangan = zat yang terbentuk dari zat ruas kiri yang terurai. Koefisien reaksi kesetimbangan menyatakan perbandingan mol zat ruas kiri yang terurai serta mol zat ruas kanan yang terbentuk pada saat setimbang.

Cara penyelesaian praktis soal kesetimbangan mA + nB pC + qD Mula mula : e f Terurai : g h Setimbang : i j k l Keterangan : e = mol A mula-mula f= mol B mula-mula g = mol A yang terurai h= mol B yang terurai i= mol A pada kesetimbangan = e – g j= mol B pada kesetimbangan = f – h k = mol C pada kesetimbangan = (C yang terbentuk) l = mol D pada kesetimbangan = (D yang terbentuk)

Lanjutan cara penyelesaian soal: Karena C dan D yang dihasilkan berasal dari A dan B yang terurai, maka harga g, h, k, l harus sesuai dengan perbandingan koefisien. g : h : k : l = m : n : p : q ini dinamakan hubungan tanda panah bengkok yang disebut angka jalur koefisien.

Lanjutan cara penyelesaian soal: Urutan penyelesaian soal : Masukkan mol yang tercantum di soal dalam tabel. Lengkapi angka jalur keofisien, berdasarkan perbandingan koefisien. Lengkapi mol pada kesetimbangan (baris paling bawah tabel) Mol pada kesetimbangan masing-masing dibagi dengan volume untuk memperoleh konsentrasi masing-masing zat (mol/lt) Gunakan rumus tetapan kesetimbangan (K).

E. Sistem Kesetimbangan Dalam Industri Proses Haber – Bosch : Merupakan proses yang sangat penting dalam industri kimia karena amoniak merupakan bahan utama dalam pembuatan berbagai barang misal : pupuk urea, asam nitrat, dan senyawa nitrogen. Bisa dipakai sebagai pelarut karena kepolaran amoniak cair hampir menyamai kepolaran air.

Proses Kontak : Adalah proses pembuatan asam sulfat secara besar-besaran. Digunakan untuk pembuatan pupuk amonium sulfat, pada proses pemurnian minyak tanah, pada industri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum bajanya dilapisi timah atau seng, pada pembuatan zat warna, obat-obatan, pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisa, pada industri tekstil dll.

Pada proses kontak bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar di udara : S + O2 SO2 SO2 yang terbentuk dioksidasi di udara dengan memakai katalisator : 2 SO2 + O2 2SO3 + 45 kkal Katalis yang dipakai adalah vanadium penta-oksida (V2O5). Makin rendah suhunya maka makin banyak SO3 yang dihasilkan, tapi reaksi yang berjalan lambat.

Dengan memperhitungkan faktor waktu dan hasil dipilih suhu 400oC dengan hasil kurang lebih 98%. Karena SO3 sukar larut dalam air maka dilarutkan H2SO4 pekat. SO3 + H2SO4 H2S2O7 (asam pirosulfat) H2S2O7 + H2O 2 H2SO4

Contoh soal : 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. 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] = mol / lt = 0,06 / 1 lt = 0,06 [H2] = mol / lt = 0,02 / 1 lt = 0,02 [I2] = mol / lt = 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 A + 2B AB2 Misal mol A mula-mula = x mol Mula-mula : x 4 Terurai : 1 2 Setimbang : x-1 4-2 = 2 1 [AB2] = mol / lt = 1 / 5 lt = 1/5 [A] = mol / lt = x-1 / 5 lt = (x-1)/5 [2B] = mol / lt = 2 / 5 lt = 2/5 K = [AB2] ¼ = 1/5 x = 26 [A] [B]2 (x-1)/5 (2/5)2

Soal-soal : Tetapan kesetimbangan untuk reaksi : 2HBr H2 + Br2 adalah ½ . Hitunglah mol H2 yang dihasilkan jika 2 mol HBr dimasukkan dalam tabung 2 liter. 1 mol A dan 1 mol B direaksikan dalam tabung 1 liter, sesuai dengan reaksi A + B C + D ternyata pada saat setimbang diperoleh 0,33 mol A. Berapa harga K?

Soal-soal : Tetapan kesetimbangan CO + H2O CO2 + H2 adalah 0,1. Berapa jumlah mol CO yang harus dicampurkan pada 3 mol H2O dalam volume 1 liter agar menghasilkan 2 mol H2. Sebutkan contoh peristiwa kesetimbangan kimia dalam kehidupan sehari- hari!. Mengapa asap rokok berbahaya ?

Kesimpulan : Reaksi HCl + NaOH NaCl + H2O berlangsung sempurna dari kiri ke kanan. NaCl dan H2O yang terbentuk tidak dapat bereaksi kembali untuk menghasilkan HCl dan NaOH. Ini dinamakan reaksi berkesudahan atau irreversible (tidak dapat balik lagi) yaitu suatu reaksi dinama zat di ruas kanan tidak dapat bereaksi kembali untuk membentuk zat diruas kiri.

Reaksi N2 + 3H2 2NH3 akan terurai kembali menjadi 2NH3 N2 + 3H2 ini dinamakan reaksi kesetimbangan atau reaksi reversible (dapat balik) yaitu reaksi dimana zat –zat diruas kanan dapat bereaksi atau terurai kembali membentuk zat di ruas kiri. Reaksi ke arah kanan disebut reaksi maju dan ke ruas kiri disebut reaksi balik.