TeoriKimia - Pada artikel kali ini kita akan membahas pengertian reaksi kesetimbangan kimia lengkap dengan contoh soal dan penerapannya dalam kehidupan sehari - hari. Bila kita ingin melakukan eksperimen
reaksi kimia maka biasanya kita bebas memilih berapa konsentrasi awal pereaksi.
Jika reaksi telah berlangsung maka jumlah pereaksi di perlukan dan jumlah hasil
reaksi yang terbentuk tergantung pada stoikiometri reaksi. Bila kesetimbangan
telah tercapai maka terdapat campuran pereaksi dan hasil reaksi, dan
konsentrasi itu disebut konsentrasi kesetimbangan. Ungkapan yang mengbubungkan
konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi disebut hukum kesetimbangan atau ungkapan
kesetimbangan.
Contohnya adalah reaksi
antara H2 dan N2 membentuk NH3,
3H2(g)
+ N2(g) ---> 2NH3(g)
Reaksi ini merupakan kesetimbangan
paling penting karena menggunakan N2 dari atmosfar membentuk pupuk
dan bahan kimia lainnya. Tetapan kesetimbangan pada reaksi diatas dapat
dirumuskan sebagai berikut
Hukum kesetimbangan ini salalu tetap
pada temperatur tertentu. Bila temperatur berbeda maka nilai konstanta kesetimbangan
akan berbeda. Satu kegunaan hukum kesetimbangan yaitu dapat memperkirakan stoikiometri
reaksi. Jadi eksponen pada konsentrasi NH3, H2 dan N2
di dalam hukum kesetimbangan sama dengan koefisien persamaan kesetimbangan.
A. Konstanta
Kesetimbangan (Kc)
Konstanta kesetimbangan adalah besaran
yang harus dihitung dari data eksperiman. Ada dua metoda untuk menentukan konstanta
kesetimbangan ini ;
- Malalui energi bebas standar (∆G).
- Pengukuran langsung konsentrasi kesetimbangan.
Dengan mengetahui nilai konstanta kesetimbangan
maka kita dapat menghitung konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi dalam suatu
sistem setimbang. Tetapi tanpa menghitung pun, besarnya K memberikan informasi
kualitatif yang sangat berguna mengenai ke arah mana reaksi akan ber1angsung sempurna.
Contohnya, reaksi
A ;=== f B
dimana dapat ditulis,
Bila harga Kc = 10, maka ini bararti bahwa
dalam kesetimbangan,
(B) = 10. (A)
Jadi konsentrasi (B) sepuluh kali lebih
besar dari pada A. Dengan kata lain posisi kasetimbangan adalah pada arah pembentukan
hasil reaksi.
B. Asas
Le Chatelier
Setelah mengetahui tentang kesetimbangan
dan mengungkapkannya secara kuantitatif dalam rumusan konstanta kesetimbangan
maka dapat dilakukam perhitungan matematis terhadap sistem kesetimbangan tersebut.
Namun ternyata kita dapat memperkirakan arah pergerakan kesetimbangan sesuai
dengan asas Le Chatelier.
Prinsip Le Chatelier menyatakan bahwa bila suatu sistsm setimbang dinamik mendapat gangguan yang mengganggu kesetimbangan maka sistem akan berubah sedemikian hingga gangguan berkurang dan jika mungkin kembali ke keadaan setimbang
Pada asas Le Chatelier dipengaruhi
beberapa faktor yakni perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil, perubahan suhu
reaksi, perubahan takanan atau volume reaksi, penambaham gas inert dan penambahan
katalis.
1. Perubahan
Konsentrasi Pereaksi dan Hasil Reaksi
Perhatikan
reaksi,
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
dengan
konstanta kesetimbangan,
(HI)2
Kc = ———-————
(H2) (I2)
Bila H2 ditambah pada
campuram reaksi yang berada dalam kesetimbangan maka konsentrasi H2
bertambah sehingga harga Qc < Kc, berarti kesetimbangan belum tercapai. Berdasarkan
prinsip Le Chatelier gangguan H2 dapat direduksi dengan mengeliminasi
H2. Eliminasi H2 terjadi melalui reaksi pembentukan HI dengan
I2. Akibatnya posisi kesetimbangan bergeser ke kanan.
Bila kesetimbangan
tercapai lagi, maka konsentrasi HI dan juga H2 lebih besar dari sebelumnya,
tetapi konsentrasi I2 menjadi lebih kecil. Sistem tidak pernah dapat
mengatasi secara sempurna pengaruh penambahan atau pengurangan pereaksi atau hasil
reaksi, sehingga konsentrasi akhir semua zat berbeda dari keadaan awal.
Selain penambahan pereaksi, prinsip Le Chatelier
juga dapat digunakan memperkirakan pengaruh pengurangan pereaksi atau hasil reaksi
pada posisi kesetimbangan. Contohnya, jika I2 dikurangi dari
campuran reaksi yang telah setimbang maka HI akan terdekomposisi untuk menggantikan
I2. Jadi posisi kesetimbangan bergeser ke kiri.
Dengan penambahan zat, maka posisi reaksi bergeser kearah zat yang tidak mengalami penambahan sedangkan bila zat dikurangi maka posisi reaksi bergeser ke arah dari mana zat dikurangi.
2. Pengaruh temperatur pada posisi kesetimbangan
Harga konstanta kesetimbangan, Kc, konstan
bila temperatur sistem konstan. Tidak seperti konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi,
temparatur selain mempangaruhi posisi kesetimbangan juga mempengaruhi nilai konstanta
kesetimbangan itu sendiri. Perhatikan reaksi eksotermik pembentukan N2O4
dari NO2.
Persamaan reaksinya adalah,
NO2(g) N2O4(g) + 58,8 kJ
dimana panas reaksi sebesar 58,8 kJ
dinyatakan sebagai hasil reaksi. Bila temparatur kesetimbangan akan diturunkan
dengan menempatkan campuran reaksi dalam es maka berdasarkan prinsip Le Chatelier
sistem akan berubah untuk mengganti panas akibat pandinginan.
Karena reaksi pembentukan
N2O4 adalah reaksi eksoterm maka posisi kesetimbangan bergeser ke
kanan. Dan bila kesetimbangan telah tercapai kembali maka konsentrasi N2O4
akan lebih tinggi dan NO2 lebih rendah. Jadi penggantian panas yang
hilang dapat dilakukan dengan perubahan NO2 menjadi N2O4
sehingga konsentrasinya lebih tinggi dan NO2 lebih rendah
dibandingkan sebalum ada gangguan.
Penurunan temperatur menyebabkan posisi kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm sedangkan bila temperatur dinaikkan bergeser ke arah reaksi endoterm.
Pada kesetimbangan NO2 N2O4, perubahan
temperatur kesetimbangan menyebabkan perubahan konsentrasi pereaksi dan hasil
setelah kesetimbangan tercapai kembali. Tetapi dalam hal ini, perubahan
konsentrasi terjadi bukan karena penambahan atau pengurangan zat atau perubahan
volum. Dengan demikian jika konsentrasi berubah maka konstanta kesetimbangan
juga akan berubah. Jadi dengan penurunan temperatur, pada reaksi eksoterm
seperti dekomposisi NO2, bila kesetimbangan tercapai pada temperatur
yang lebih rendah maka,
Kc(Tl) < Kc(T2) dimana Tl >
T2
Jadi, pada reaksi eksoterm, konstanta
kesetimbangan lebih besar bila temperatur diturunkan.
3. Pengaruh perubahan tekanan dan volume pada posisi kesetimbangan.
Pada temperatur konstan, perubaban
volume sistem l juga menyebabkan perubahan tekanan, demikian juga sebaliknya.
Jika tekanan luar sistem meningkat maka volumenya makin kecil.
Pada sistem
reaksi berfasa padat dan cair, dimana cairan dan padatan sebenarnya adalah
bersifat incompressible, maka bila reaksi banya melibatkan fasa ini perubaban tekanan
luar tidak akan mengubah volume sistem. Dengan kata lain, sistem seperti ini
tidak merespon adanya perubahan tekanan luar. Dengan demikian, gangguan tekanan
luar tidak mempengaruhi kesetimbangan. Bila reaksi melibatkan gas, yang bersifat
sangat compresible, perubahan tekanan
akan menyebabkan perubaban volume yang dapat mengganggu kesetimbangan.
Jika pada saat setimbang tiba-tiba
tekanan dinaikkan dengan pengecilan volume tempat reaksi maka sistem berusaha mengurangi
gangguan dengan penurunan tekanan. tetapi bagaimana hal ini dapat dilakukan? Kita
mengetahui bahwa tekanan gas sebenarnya adalah disebabkan oleh tumbukan antara
molekul dengan dinding tabung, dan ini pada temperatur tertentu. Berarti bila jumlah
molekul besar maka tekanan juga besar. Pada reaksi pembentukan NH3
maka jumlah molekul gas akan menurun karena 4 molekul gas pereaksi menghasilkan
2 molekul gas NH3. Dengan demikian penurunan tekanan sistem dapat
dilakukan jika posisi kesetimbangan bergeser kekanan.
Penurunan volume campuran gas (kenaikan tekanan) yang berada dalam kesetimbangan akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah jumlah molekul paling kecil.
4. Penambahan gas"inert"
Jika suatu gas inert (tidak ikut
bereaksi) ditambahkan pada tabung reaksi yang mengandung gas-gas yang ada pada
keadaan setimbang, akan menyebabkan kenaikan tekanan total sistem. Tetapi
kenaikan tekanan total ini tidak akan mempengaruhi posisi kesetimbangan karena
tekanan parsial atau konsentrasi zat yang telah ada tidak berubah.
5. Pengaruh katalis pada posisi kesetimbangan
Katalis adalah zat yang dapat menaikkan
kecepatan reaksi kimia, dan jumlah katalis tidak berubah. Fungsi katalis yaitu dapat
mengubah jalannya reaksi, tetapi karena keadaan awal dan akhir reaksi adalah
sama maka katalis tidak mempengaruhi perubahan energi bebas reaksi. Karena perubahan
energi bebas menentukan besarnya konstanta kesetimbangan maka karena energi
bebas tidak berubah berarti juga bahwa katalis tidak dapat mengubah harga K.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar