Kesetimbangan
Reaksi kimia dapat dikelompokkan menjadi reaksi satu arah dan reaksi dua arah. Reaksi satu arah, disebut juga reaksi tidak dapat balik (irreversible) adalah reaksi kimia yang hasil reaksinya tidak dapat berubah kembali menjadi pereaksinya. Reaksi dua arah, disebut juga reaksi dapat balik (reversible) merupakan reaksi yang hasil reaksinya dapat berubah kembali menjadi pereaksinya. Reaksi dua arah ini disebut juga reaksi kesetimbangan karena membentuk suatu kesetimbangan. Suatu reaksi kimia mencapai kesetimbangan jika dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama, artinya laju reaksi ke kanan sama dengan laju reaksi ke kiri, sehingga tidak terjadi lagi perubahan dalam sistem pada kesetimbangan.definisi ini disebut dengan kesetimbangan dinamis. Contoh kesetimbangan dinamis yaitu proses pemanasan air dalam wadah tertutup, siklus hidrologi di bumi, dan sistem peredaran darah. Pada saat mendekati keadaan kesetimbangan, kecepatan reaksi ke kanan dan ke kiri akan sama sehingga tidak terjadi lagi perubahan konsentrasi reaktan dan produk. Keadaan yang sebenarnya adalah reaksi terjadi terus menerus pada kedua arah (dinamis) dan pada saat itulah keadaan setimbang tercapai, yang dicirikan dengan laju reaksi ke kanan sama dengan laju reaksi ke kiri. Gambar 6 berikut ini digambarkan grafik kesetimbangan dinamis.
Gambar 6. Kesetimbangan Dinamis Persamaan reaksi kesetimbangan kimia dapat dituliskan dengan mencantumkan panah bolak-balik, yang menyatakan reaksi berlangsung dua arah. A + B ↔ C + D Hukum kesetimbangan menyatakan bahwa perbandingan hasil kali konsentrasi produk reaksi dipangkatkan dengan koefisiennya terhadap hasil kali konsentrasi pereaksi dipangkatkan koefisiennya adalah tetap. Hubungan konsentrasi zat-zat yang berada dalam keadaan setimbang dinyatakan dengan tetapan kesetimbangan dan diberi simbol K. Contohnya adalah persamaan reaksi antara gas hidrogen dan gas iodium yang ditunjukkan sebagai berikut. H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g) Harga K dari reaksi tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.
Persamaan matematika tersebut disebut dengan tetapan kesetimbangan konsentrasi yang dilambangkan dengan Kc. Hubungan ini dikenal dengan Hukum Aksi Massa. Jika suatu reaksi kesetimbangan dinyatakan dengan mA + nB ® pC + qD, maka
Cara lain untuk menentukan kesetimbangan kimia yang melibatkan zat yang berfase gas dapat diukur menggunakan tekanan parsial tiap-tiap gas (Px). Tetapan kesetimbangan dengan data tekanan parsial diberi notasi Kp. Reaksi heterogen yang selain melibatkan fase gas juga melibatkan fase cair dan padat, maka menghitung Kp hany didasarkan pada zat yang berfase gas. Jika suatu persamaan reaksi dinyatakan dengan mA (g) + nB (g) ® pC (g) + qD (g), maka
Tekanan parsial dapat ditentukan dengan mengalikan fraksi mol gas dalam reaksi dengan tekanan total. Contohnya adalah tekanan parsial gas A dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut.
Berdasarkan persamaan Kp dan Kc, dapat ditentukan hubungan diantara keduanya adalah sebagai berikut.
Maka Kp = KcRT(p+q)-(m+n) atau Kp = KcRTDn Jumlah zat yang terdisosiasi dapat dinyatakan dengan menggunakan derajat disosiasi (a), yaitu bilangan yang menyatakan perbandingan mol zat yang terurai dengan mol zat awal. Derajat disosiasi dinyatakan dengan persamaan berikut.
Arah reaksi kesetimbangan dapat ditentukan dengancara membandingkan hasil kali konsentrasi zat-zat pada keadaan belum setimbang (Qc) dengan harga Kc. Jika suatu persamaan laju reaksi dinyatakan dengan A (g) + B (g) ↔ C (g) dan
Qc < Kc ® reaksi berjalan ke arah kanan Qc > Kc ® reaksi berjalan ke arah kiri Qc = Kc ® campuran setimbang Azas Le Chatelier menyatakan bahwa bila pada sistem kesetimbangan diadakan aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi menjadi sekecil-kecilnya. Azas ini digunakan untuk memprediksi tentang akibat perubahan kesetimbangan jika dikenai pengaruh dari luar. Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula menjadi keadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya aksi disebut dengan pergeseran kesetimbangan. Faktor-faktor yang dapat menggeser kesetimbangan kimia adalah sebagai berikut. a. Konsentrasi Jika dalam sistem kesetimbangan homogen, konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dengan zat yang ditambahkan tersebut. Sebaliknya, jika dalam sistem kesetimbangan homogen, konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak zat yang dikurangi tersebut. b. Tekanan atau Volum Perubahan tekanan hanya berpengaruh pada zat-zat yang berfase gas. Perubahan tekanan pada suatu gas di dalam ruang akan mempengaruhi volumnya. Pengaruh perubahan tekanan terhadap pergeseran kesetimbangan adalah sebagai berikut. 1) Jika tekanan diperbesar = volum diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang lebih kecil. 2) Jika tekanan diperkecil = volum diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang lebih besar. c. Suhu Jika diberikan kenaikan suhu pada suatu sistem yang berada dalam keadaan setimbang, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm. Sebaliknya, jika diberikan penurunan suhu pada suatu sistem yang berada dalam keadaan setimbang, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm
Penerapan mengenai kesetimbangan kimia, ditunjukkan dalam contoh-contoh berikut ini. a. Kesetimbangan Kimia dalam Tubuh Manusia 1) pH darah dan jaringan tubuh Darah dan jaringan tubuh mempunyai pH sekitar 7,4 dan akan mempertahankan pH agar tetap pada pH itu. H2O (l) + CO2 (g) ↔ H2CO3 (aq) ↔ HCO3- (aq) + H+ (aq) 2) Pengikatan oksigen dalam darah Hemoglobin dalam darah akan mengikat oksigen yang digunakan untuk proses pembakaran di dalam tubuh. Hb + O2 ↔ HbO2 O2 kemudian akan diedarkan dalam tubuh untuk proses pembakaran, yang mengakibatkan berkurangnya konsentrai O2. Oleh sebab itu, jika ada gas karbonmonoksida di udara akan dapat bereaksi dengan Hb karena gas CO jika dibandingan dengan O2 lebih mudah berikatan dengan Hb. HbO2 + CO ↔ HbCO + O2 b. Kesetimbangan Kimia dalam Industri 1) Pembuatan ammonia dengan proses Haber-Bosch Pembuatan ammonia merupakan reaksi kesetimbangan yang bersifat eksoterm. Proses ini membutuhkan katalis berupa besi yang dicampur dengan Al2O3, MgO, dan K2O. Persamaan termokimianya ditunjukkan sebagai berikut. N2 (g) + 3H2 (g) ↔ NH3 (g) DH = -92,4 kJ pada 25 oC, Kp = 6,2.105 2) Pembuatan asam sulfat dengan Proses Kontak Pembuatan asam sulfat dengan menggunakan proses kontak dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut. a) Belerang dibakar dengan udara membentuk belerang dioksida. S (s) + O2 (g) ® SO2 (g) b) Belerang dioksida dioksidasi menjadi belerang trioksida. 2SO2 (g) + O2 (g) ↔ 2SO3 (g) c) Belerang trioksida dilarutkan dalam asam sulfat pekat menjadi asam pirosulfat. H2SO4 (aq) + SO3 (g) ® H2S2O7 (l) d) Asam pirosulfat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat. H2S2O7 (l) + H2O (l) ® H2SO4 (aq)
|
