KESETIMBANGAN KESETIMBANGAN KIMIA A. KEADAAN SETIMBANG Ditinjau dari arahnya, reaksi kimia dibedakan menjadi 2 , yaitu: Reaksi Irreversible (reaksi berkesudahan), yaitu reaksi yang berlangsung satu arah dimana zat hasil reaksi (produk) tidak dapat bereaksi kembali menjadi zat pereaksi (reaktan) Contoh : HCl + NaOH NaCl + H 2O Reaksi Reversible (reaksi dapat balik), yaitu reaksi yang berlangsung dua arah dimana zat hasil raksi (produk) dapat bereaksi kembali menjadi zat pereaksi pereaksi (reaktan). Contoh : H2 + I2 HI Bila reaksi bolak balik (reversible) diatas terjadi pada ruang tertutup, ternyata sebagian gas HI segera terurai kembali menjadi gas H2 dan I2, dan pada akhirnya diperoleh campuran gas HI, H 2 dan I2 .Reaksi semacam ini disebut reaksi kesetimbangan.Pada reaksi kesetimbangan; reaksi ke kanan disebut reaksi maju dan reaksi ke kiri disebut reaksi balik. Reaksi maju lama kelamaan semakin lambat sebab jumlah pereaksi makin berkurang, pada saat yang sama reaksi balik makin cepat seiring bertambahnya zat hasil reaksi. Akhirnya pada suatu saat, reaksi reaksi m aju dan r eaksi aksi balik memil memil ik i l aju yang sama sama dan dan tercapailah keadaan setimbang. Keadaan setimbang tidak statis melainkan dinamis, jadi reaksi akan berlangsung terus menerus dalam dua arah dengan laju yang sama. Reaksi kesetimbangan dibedakan menjadi 2, yaitu Reaksi kesetimbangan homogen, yaitu reaksi kesetimbangan yang terjadi antara zat-zat yang memiliki fasa sama. contoh ; H2 (g) + I2 (g) HI (g) Reaksi kesetimbangan heterogen, yaitu reaksi kesetimbangan yang terjadi antara zat-zat yang berbeda fasa, contoh ; CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
B. HUKUM KESETIMBANGAN DAN TETAPAN KESETIMBANGAN Bunyi Hukum kesetimbangan menurut Cato Maximilian Guldberg dan Peter Waage : “ Hasil “ Hasil kali konsentrasi setimbang zat hasil reaksi dipangkatkan koefisiennya dibandingkan dengan hasil kali konsentrasi setimbang zat pereaksi dipangkatkan koefisiennya memiliki harga tetap p ada suhu yang tetap” Harga pebandingan tetapitu disebut tetapan kesetimbangan (konstanta kesetimbangan) dilambangkan dengan K. mA(g) + nB(aq) pC(g) + qD(aq) maka harga harga tetapan kesetimbangannya dirumuskan : K = C
Dq Am B n p
Harga K sangat dipengaruhi suhu, bila suhu berubah maka harga K pun akan berubah. Setiap reaksi kesetimbangan memiliki harga K tertentu, dan harga masing-masing reaksi dapat dibandingkan, yaitu: Jika reaksi kesetimbangan dibalik, maka harga K dari reaksi menjadi 1 K Jika reaksi dikalikan dengan suatu bilangan x, maka harga K menjadi K x Jika reaksi dibagi dengan suatu bilangan x, maka harga K menjadi x K Jika reaksi dijumlahkan maka K nya dikalikan Contoh : 1. Diketahui reaksi kesetimbangan 2SO 2 (g) + O 2 (g)2SO3 (g) Kc = 25. Hitunglah tetapan kestimbangan Kc dari reaksi SO 3 (g) SO2 (g) + ½ O2 (g) Jawab : untuk menjadi reaksi 2, maka reaksi harus di balik, lalu dibagi 2. Dan harga K untuk reaksi 2, mula-mula harga K diubah menjadi 1 (karena reaksi dibalik), lalu di akarkan 2 (karena reaksi dibagi 2) maka harga Kc menjadi :Kc =
K
1
1
2
Kc
2
1
25
5 -3
2. Diketahui :
N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) Kc = 4 x 10 ……(1) N2 (g) + ½ O2 (g) N2O (g) Kc = 2,5 x 10 -2 ……..(2) Hitung Kc dai reaksi N 2O (g)+ ½ O2 (g) 2NO (g)Kc = …….(3) ? Jawab : Agar dapat diperoleh reaksi 3, maka reaksi 1 dan 2 harus di jumlahkan dengan reaksi 2 dibalik.jika reaksi di jumlahkan maka harga Kc dikalikan. N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) Kc 1 = 4 x 10 -3 1 N2O (g) N2 (g) + ½ O2 (g)Kc 2 = + 2 2,5 x10 N2O (g)+ ½ O2 (g) 2NO (g) Kc 3 = ……. ?
Kc 3 = Kc 1 x
1
Kc
= 4 x 10 -3 x
1 2,5 x 10
2
2
= 1,6 x 10 -1
1. TETAPAN KESETIMBANGAN BERDASARKAN KONSENTRASI (Kc) Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi, konsentrasi zat ruas kanan sebagai pembilang dan konsentrasi zat ruas kiri sebagai penyebut.Satuan konsentrasi yang digunakan adalah M (molaritas). mA + nB pC + qD maka harga harga tetapan kesetimbangannya dirumuskan : Kc = C
(m+n) Dq maka satuan Kc adalah M(p+q) – (m+n) Am B n p
Yang dapat dimasukkan ke dalam rumus Kc adalah zat yang berfasa gas (g) atau larutan (aq), sedangkan liquid(l) dan solid(s) tidak. 1 CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) Kc = CO 2 M 2. NH3 (g) + HCl (g) 3. CCl4 (g) + S2Cl2 (l)
NH4Cl (s)
Kc =
2Cl2 (g) + CS2 (l) Kc =
1
NH 3 HCl Cl 2 2 M
M-2
Contoh soal : 1. Pada reaksi kesetmbangan 2SO 2 (g) 2SO2 (g) + O2 (g) , konsentrasi SO3 , SO2 dan O2 pada kesetimbangan berturutturut adalah 0,4 M , 0,2 M , dan 0,1 M. Hitung harga Kc nya ! Jawab : Kc = 2.
SO2 2 O2 SO3 2
0,2 M 0,1 M 0,4 M 2
Diketahui reaksi H 2 (g) + I2 (g) konsentrasi I2 pada kesetimbangan ?
HI
2HI
3.
2,5 x 10 2 M
, Kc = 50 , jika konsentrasi HI = 0,5 M dan H2 = 0,1 M , berapakah
(g)
0,5
2
2
Kc =
50 =
H 2 I 2
I 2 =
0,1 I 2
0,5
2
0,1 x
50
0,05 M
Sebanyak 0,1 mol HI dimasukkan ke dalam bejana 1 liter lalu sebagian terurai menurut reaksi 2HI Jika terbentuk 0,02 mol I 2 pada saat setimbang, tentukan harga Kc !
( g)
H2 (g)+ I 2 (g)
Jawab :Dari koefisien reaksi reaksi dapat dihitung : mol mol HI bereaksi = koef HI x mol I 2 x 0,02 mol 0,04 mol 2 1 koef I 2 mol H2 setimbang = koef H 2 x mol I 2
1
koef I 2
1
x 0,02 mol
0,02 mol
2HI (g) H2 (g) + I2 (g) 2 : 1 : 1 Mula-mula 0,1 Bereaksi 0,04 0,02 0,02 Setimbang 0,06 0,02 0,02 Karena volume bejana 1 liter, maka pada keadaan setimbang :
HI =
I = 2
mol = 0,006 = 0,06 M V 1
2
0,02 M 0,02 M 0,06 M 2
0,0004 M 0,0036 M
1 M 9
mol = 0,02 = 0,02 M V
H =
Kc = H 2 I 2 HI 2
1
mol = 0,02= 0,02 M V
1
2 DERAJAT DISOSIASI Dalam suatu reaksi kesetimbangan, pereaksi di ruas kiri tidak pernah akan habis. Oleh karena itu, zat di ruas kiri memiliki suatu harga yang menyatakan berapa bagian zat itu yang bereaksi atau terurai. Harga itu disebut derajat disosiasi dengan lambang didefinisikan sebagai : jumlah mol zat terurai ∝ = jumlah mol zat mula mula
Contoh soal : Dalam suatu ruangan terdapat kesetimbangan antara 0,5 mol PCl 5 , 0,1 mol PCl 3 dan 0,1 mol Cl 2 . Berapakah derajat disosiasi PCL5 ? Jawab :
mol PCl 5 terurai =
koef PCl PC l 5 koef PCl PC l 3
x mol PCl PC l 3
1 1
x 0,1 mol 0,1 mol
Mol PCl5 mula-mula = mol setimbang + mol terurai = 0,5 + 0,1 = 0,6 mol PCl5 PCl3 + Cl2 1 : 1 : 1 jumlah mol zat terurai Mula-mula : 0,6 ∝ = = jumlah mol zat mula mula Terurai : 0,1 0,1 0,1 Setimbang : 0,5 0,1 0,1
0 ,1 = 0,17 0,6
3 TETAPAN KESETIMBANGAN BERDASARKAN TEKANAN PARSIAL Suatu campuran gas akan menimbulkan tekanan total (P) yang merupakan penjumlahan dari tekanan parsial (pa) masing-masing gas dalam campuran. Tekanan total (P) = tekanan campuran gas Tekanan parsial (pa) = tekanan masing-masing gas Maka : P = Pa + Pb + Pc Pc Berdasarkan rumus gas idal P.V = n.R.T , bahwa pada suhu dan volume tetap, tekanan parsial gas berbanding lurus dengan jumlah mol gas. Maka : Pa = mol gas tersebut x Pt otal mol seluruh gas Dalam kesetimbangan gas, tetapan kesetimbangan dapat dihitung berdasarkan tekanan parsial gas dengan lambang Kp, dirumuskan : PC q PD q Kp mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) maka rumus PAm PB n Yang dimasukkan ke dalam rumus Kp hanyalah zat yang berfasa gas (g), sebab hanya gas yang memiliki tekanan parsial. Contoh soal : 1. Tuliskan rumus Kp untuk reaksi berikut: a.
2SO3 (g)
2SO2 (g) + O2 (g) jawab : Kp
PSO PO PSO 2
2
2
2
3
b.
CaCO3 (s)
c. NH3 (g) + HCl (g) 2.
Kp = PCO 2
CaO (s) + CO2 (g) NH4Cl (s)
1
Kp =
PNH 3 PHCl
Sebanyak 5 mol gas NH 3 dimasukkan ke dalam wadah dan terurai sebanyak 2 mol menghasilkan gas N 2 dan gas H 2. Campuran pada kesetimbangan menimbulkan tekanan total 3,5 atm. Hitung harga Kp! Jawab : Reaksi 2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g) 2 : 1 : 3 Mula-mula : 5 Terurai : 2 1 3 Setimbang : 3 1 3 Mol N2setimbang = koef N 2 x mol NH terurai 1 x 2 mol 1 mol 3 koef NH 3 2 Mol H2setimbang = koef H 2 x mol NH terurai 3 x 2 mol 3 mol 3 2 koef NH 3 Mol NH3setimbang =mol NH 3mula-mula – mula-mula – mol mol terurai = 5 mol – mol – 2 2 mol = 3 mol Jumlah mol setimbang = 3 + 1 + 3 = 7 mol mol NH 3 setimbang
P NH3 =
3
x tekanan total
7
jumlah mol gas setimbang mol N 2 setimbang
P N2 =
1
x tekanan total
7
jumlah mol gas setimbang mol H 2 setimbang
P H2 =
3
x tekanan total
7
jumlah mol gas setimbang
Kp
PN 2 PH 2 3 PNH 3 2
0,5
1,5 atm 1,5 atm
x 3,5 atm 1,5 atm
x 3,5 atm 0,5 atm
x 3,5 atm 1,5 atm
3
atm
2
4. HUBUNGAN Kc DAN Kp Dari reaksi kesetimbanganmA (g) + nB(g)
0,75 atm
Kp
pC(g) + qD(g)
PC q PD q PAm PB n
Berdasarkan rumusan gas ideal PV = nRT, dapat disimpulkan bahwa : P = konsentrasi x RT Jika persamaan tersebut di substitusikan pada rumus Kp , maka :
D RT A RT B RT
Kp = C RT
p
m
q
Kp =
n
C D A B p
q
m
n
x RT ( p
q)
m
n
∆n
Hubungan antara Kp dengan dengan Kc diperoleh persamaan : Kp = Kc x (R.T) dan ∆n = (p + q) – q) – (m (m + n) Contoh soal : Pada suhu 500 K terdapat kesetimbangan 2SO 2 (g) + O 2 (g) Kp! Jawab : Kp = Kc (R.T) ∆n (2 ) – ) – (2 (2 + 1) = 25( 0,082 x 500) -1 = 25 (40) = 25 = 0,625 atm 40
2SO3 (g) Kc = 25. Jika R = 0,082 L. atm / mol K, hitung
C. PERGESERAN KESETIMBANGA K ESETIMBANGAN N Berdasarkan Azas Le-Chatelier Le- Chatelier (Henri Louis Le Chatelier) : “ Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan aksi tertentu, maka kesetimbangan itu akan bergeser untuk menghilangkan pengaruh aksi tersebut dan membentuk kesetimbangan yang baru “ Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi pergeseran kesetimbangan diantaranya: 1. Perubahan konsentrasi zat Bila konsentrasi zat di di salah satu ruas ditambah maka reaksi akan bergeser ke arah la wannya Bila konsentrasi zat di salah satu ruas di ambil maka reaksi akan bergeser kearah ruas zat yang di ambil 2. Perubahan suhu Jika suhu di naikkan maka reaksi akan bergeser kea rah reaksi endoterm Jika suhu diturunkan maka reaksi akan bergeser kea rah reaksi eksoterm 3. Mengubah tekanan atau volume Jika tekanan di perbesar (volume diperkecil) maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi dengan jumlah mol kecil Jika tekanan diperkecil (volume diperbesar) maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi dengan jumlah mol besar. 4. Pengaruh katalis Katalis hanya mempercepat terbentuknya kesetimbangan, tetapi tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan. Contoh :Pada reaksi kesetimbangan 2C 2H2 (g) + 5O2 (g) 4CO2 (g) + 2H2O (g) ∆H = -900 kj. Apa yang akan terjadi a. jika gas CO2 di tambah, jawab : jika CO 2 di tambah maka reaksi akan bergser ke arah kiri b. jika O2 dikurangi, Jawab : Jika O 2 dikurangi maka reaksi akan bergeser kearah kiri c. jika suhu di turunkan, Jawab : Jika suhu dinaikkan maka reaksi akan bergeser bergeser kearah kanan d. jika tekanan di perkecil, jawab : jika tekanan diperkecil maka reaksi akan bergeser kearah kiri
e. jika volume di perbesar, Jawab : jika volume diperbesar maka reaksi akan bergeser kearah kiri D. PERHITUNGAN PERGESERAN KESETIMBANGAN Pada suatu reaksi kesetimbangan mA (g) + nB(aq) pC(aq) + qD(aq) , jika zat di ruas kiri dan kanan dicampurkan dalam suatu wadah, maka akan ada 3 kemungkinan kesetimbangan:
1. Harga
C p Dq atau Qc> Kc , berarti zat di kanan terlalu banyak sehingga sehingga reaksi bergeser ke kiri, maka maka untuk m n A B
membentuk kesetimbangan kembali reaksi harus di geser ke kanan. 2. Harga Qc
HCl 2 H 2 Cl 2
0,2 2 0,2 0,2
1 , berarti harga Qc < Kc. Hal ini berarti reaksi bergeser ke
kanan. H 2 dan Cl 2akan berkurang, serta HCl akan bertambah. Agar setimbang maka reaksi harus di geser ke kiri dengan menambah konsentrasi HCl dan mengurangi konsentrasi H 2 dan Cl2. Misal pergeseran kesetimbangan sebanyak x mol H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) Mula-mula : 0,2 : 0,2 : 0,2 Pergeseran : -x : -x : +x Setimbang : 0,2 – 0,2 – x x : 0,2 – 0,2 – x x : 0,2 + x Kc =
HCl 2 H 2 Cl 2
9 =
0,2 x 2 0,2 x 0,2 x
3 = 0,2 x 0,2 x
0,6 – 0,6 – 3x 3x = 0,2 + x
3x + x = 0,6 – 0,6 – 0,2 0,2 X = 0,4
= 0,1
4
LATIHAN SOAL 1. Pada pembuatan gas HCl menurut reaksi :2Cl 2(g) + 2H2O ↔ 4HCl(g) + O2 ∆H = +113 kJ Kondisi bagaimanakah yang diperlukan, agar HCl yang terbentuk sebanyak mungkin ? 2. Ditentukan kesetimbangan : CO 2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) ∆H = +4,2 kJ Ke arah manakah kesetimbangan bergeser, jika di lakukan tindakan (aksi ) berikut : a. Pada suhu dan volume teteap ditambahkan hydrogen ? b. Pada suhu dan volume tetap dikurangi uap air? Bagaimana pengaruhnya terhadap konsentrasi CO? c. Pada suhu tetep tekanan diperbesar dengan memperkecil volume? Apakah konsentrasi CO menjadi lebih besar atau lebih kecil ataukah tetap pada perubahan ini ? d. Pada volume tetap suhu dinaikan dan bagaimana pengaruhnya terhadap konsentrasi H 2 ? 3. Tuliskan tetapan kesetimbangan dari reaksi-reaksi berikut : a. CO(g)+ H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) d. 2NaHCO 3(g) ↔ Na2CO3(g) + CO2(g) + H2O(g) b. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g) e. 4NH3(g) + 5O2(g) ↔ 4NO(g) + 6H2O(l) c. 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) 4. Diketahui reaksi kesetimbangan : NO 2(g) ↔ NO(g) + ½ O2(g) Kc = 0,25 Hitunglah harga Kc untuk reaksi : 2NO (g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) 5. Sebanyak 1,2 mol gas NO 2 dimasukan ked lm wadah 4dm 3, lalu mengalami reaksi kesetimbangan : 2NO 2 ↔ 2NO(g) + O2(g) Pada kesetimbangan diperoleh 0,4 mol O 2. Hitunglah tetapan kesetimbangan reaksi itu ? 6. Diketahui reaksi kesetimbangan : COCl 2(g) ↔ CO(g) + Cl(g) Kc = 2 ; konsentrasi awal COCl 2 adalah 4 Molar. Berapakah konsentrasi masing-masing gas pada kesetimbangan ? 7. Pada reaksi N 2O4(g) ↔ 2NO2(g) jumlah mol N2O4 pada kesetimbangan sama dengan jumlah mol NO 2. Hitunglah derajat disosiasi N2O4 ? 8. Pemanasan gas SO 3akan menghasilkan gas O 2 sebanyak 20% volume semula. Berapakah derajat disosiasi SO 3 ? 9. Pada reaksi N2(g) + 3H 2(g) ↔ 2NH3(g) dicampurkan 0,045 mol N 2 ; 0,985 mol H 2, dan 0,020 mol NH 3 dalam bejana 1dm 3. Jika pada kesetimbangan diperoleh 1 mol H 2, berapakah tetapan kesetimbangannya ? 10. Tentukan tetapan setimbang ada reaksi 2NO (g) + Cl2(g) ↔ 2NOCl(g), jika 0,3 mol NO ; 0,2 mol Cl 2 dan 0,5 mol NOCl 3 dimasukan ke dalam ruang 25dm dan pada akhir kesetimbangannya diperoleh 0,6 mol NOCl. 11. Reaksi penguraian : La 2(C2O4)3(s) ↔ La2O3(s) + 3CO(g) + 3CO2(g). jika tekanan total = 0,4 atm, hitunglah Kp-nya ? 12. Pada tekanan total 1 atm terdapat kesetimbangan : 2HCl (g) ↔ H2(g) + Cl2(g) Kp = 0,25. Hitunglah erajat disosiasi HCl ? 13. Diketahui reaksi : A (g) + B(g) ↔ AB(g) Kp = 1,00. Dalam suatu bejana dicampurkan 1 mol gas A dan 1 mol gas B, lalu kedua gas itu sama-samaterurai 50% menjadi gas AB. Berapakah tekanan total pada saat kesetimbangan ? 0 14. Sebanyak 3,38 gram BaO 2 padat dipanaskan dalam ruang 10 mL sampai suhunya menjadi 727 c hingga 20% dari zat tersebut terurai menjadi Ba padat dan gas O 2. Tentukanlah tekanan gas dalam ruangan pada keadaan tersebut? 15. Dalam ruang 10 liter sebanyak 80 liter gas SO 3 dipanaskan dan mengalami disosiasi, ternyata setelah disosiasi terbentuk 25% volume gas O 2 a. Tentukan derajat disosiasi b. Tentukan harga tetapan kesetimbangan, Kc c. tentukan tetapan kesetimbangan parsial, Kp, bila suhu saat kesetimbangan tercapai 127 0C?
