MAKALAH KIMIA FISIKA 1
“KESETIMBANGAN KIMIA”
DISUSUN
OLEH :
Benhur Samaloisa (1416150005)
Dosen
penguji : Leony Sanga Lamsari Purba.M.pd
Mata Kuliah
: kimia anorganik 1
PROGRAM
STUDI PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS
KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS
KRISTEN INDONESIA
JAKARTA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Di alam sekitar kita banyak terjadi
reaksi-reaksi kimia, seperti fotosintesis. Fotosintesis adalah
proses kimia yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat dan
oksigen, di mana reaksi ini berkataliskan klorofil dan menggunakan sinar
matahari sebagai energi untuk reaksi.
6 CO2(g) + 6 H2O(l) -->
C6H12O6(s) + 6 O2(g)
glukosa
Reaksi pembakaran bahan bakar bensin
menghasilkan energi untuk menjalankan kendaraan. Reaksi perkaratan logam (misal
besi) terjadi karena reaksi antara logam dengan oksigen di udara. Amoniak
merupakan hasil industri kimia yang sangat penting. Reaksi kesetimbangan
nitrogen dan hidrogen pada kondisi standar (STP) menghasilkan amoniak dengan
kualitas yang kurang baik. Produk amoniak dikembangkan dengan menggunakan suhu
dan tekanan tinggi.
Dari reaksi-reaksi tersebut,
apakah zat hasil reaksi dapat kembali lagi menjadi zat semula? Apakah glukosa
dapat kembali menjadi klorofil? Apakah energi yang dihasilkan untuk
menggerakkan kendaraan dapat kembali lagi menjadi bensin? Apakah besi berkarat
dapat kembali menjadi besi yang bersih seperti semula? Reaksi-reaksi tersebut
merupakan reaksi kimia satu arah (ireversibel), yaitu
reaksi kimia di mana zat-zat hasil reaksi tidak dapat kembali
lagi menjadi zat-zat semula.
B. Tujuan
1. Sebagai syarat untuk memenuhi
nilai tugas kimia fisika I
2. Untuk mengetahui apakah yang
dimaksud dengan kesetimbangan kimia.
3. Untuk mengetahui faktor-faktor
apa saja yang mempengaruhi kesetimbangan kimia.
4. Untuk mengetahui seperti apakah
tetapan kesetimbangan kimia dan bagaimana caranya menghitung kesetimbangan
kimia.
C. Rumusan Masalah
1. Apakah yang dimaksud dengan
Kesetimbangan Kimia ?
2. Bagaimanakah contoh-contoh
kesetimbangan kimia dalam kehidupan sehari-hari ?
3. Apa sajakah faktor-faktor yang
mempengaruhi kesetimbangan kimia ?
4. Bagaimana tetapan kesetimbangan
Kimia dan cara untuk menghitungnya ?
D. Manfaat
1. Dapat mengetahui apakah yang
dimaksud dengan kesetimbangan kimia.
2. Dapat mengetahui faktor-faktor
apa saja yang mempengaruhi kesetimbangan kimia.
3. Dapat mengetahui seperti apakah
tetapan kesetimbangan kimia dan bagaimana caranya menghitung kesetimbangan
kimia.
BAB
II
PEMBAHASAN
. Definisi
Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang
teramati selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai
keadaan kesetimbangan maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga
tidak ada perubahan yang teramati dalam sistem. Meskipun demikian, aktivitas
molekul tetap berjalan, molekul-molekul reaktan berubah mnjadi produk secara
terus-menerus sambil molekul-molekul produk berubah menjadi reaktan kembali
dengan kecepatan yang sama.
Sedikit sekali reaksi kimia yang berjalan ke satu arah saja, kebanyakan
adlah reaksi dapat balik. Pada awal reaksi dapat balik, reaksi berjalan ke arah
pembentukan produk. Sesaat setelah produk tersebut, pembentukan reaktan produk
juga mulai berjalan. Jika kecepatan reaksi maju dan reaksi balik adalah sama,
dan dikatakan bahwa kesetimbangan kimia telah dicapai. Harus diingat bahwa
kesetimbangan kimia melibatkan beberapa zat yang berbeda sebagai reaktan dan
produk. Kesetimbangan antara dua fase zat-zat yang sama disebut kesetimbangan
fisika, perubahan yang terjadi adalah proses fisika. Dalam peristiwa ini,
molekul air yang meninggalkan fase cair adalah sama dengan jumlah molekul yang
kembali ke fase cair.
H2O(C) H2O(g)
Perhatian
para kimiawi tercurah kepada proses kesetimbangan kimia, misalnya reaksi dapat
dibalik yang melibatkan nitrogen disebut oksida (NO2) dan nitrogen
tetraosida (N2O4) yang dinyatakan sebagai berikut.
N2O4(g) 2NO2(g)
Kemajuan
reaksi ini mudah dimonitor karena N2O4 adalah suatu
gas tak berwarna, sedangkan NO2 adalah gas berwarna coklat tua.
Andaikan sejumah tertentu gas N2O4 diinjeksikan ke
dalam labu tertutup, maka segera tampak warna coklat yang menunjukkan terbentuknya
molekul NO2. Intensitas warna terus meningkat dengan berlangsungnya
peruraian N2O4 terus-menerus sampai kesetimbangan
tercapai. Pada keadaan ini, tidak ada lagi perubahan warna yang diamati.
Secara
eksperimen kita juga dapat mendapatkan keadaan kesetimbangan dimana gas NO2 murni
sebagai starting material atau dengan suatu campuran antara gas NO2 dan
gas N2O4.
Kita dapat membuat jadi lebih umum pembicaraan ini dengan meninjau
reaksi dapat balik berikut.
aA Bb
di mana
a, b, c dan d adalah koefisien-koefisien stoikiometri untuk spesies-spesies
kimia A, B, C dan D. Konstanta kesetimbangan reaksi pada temperatur tertentu
adalah
K
=
Persamaan
tersebut adalah suatu bentuk matematika hukum aksi massa yang diusulkan oleh
Cato Gulberg dan Peter Waage pada tahun 1864.
Ciri-Ciri
Kesetimbangan kimia
Ø
Hanya terjadi dalam
wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap
Ø
Reaksinya berlangsung
terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan
Ø
Laju reaksi maju (ke kanan)
sama dengan laju reaksi balik (ke kiri)
Ø
Semua komponen yang
terlibat dalam reaksi tetap ada
Ø
Tidak terjadi
perubahan yang sifatnya dapat diukur maupun diamati
Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Kesetimbangan
Kimia
Pengaruh konsentrasi
Jika konsentrasinya
diperbesar pada salah satu zat maka reaksi bergeser dari arah zat tersebut,
sedangkan bila konsentrasinya diperkecil maka reaksi akan bergeser ke arah zat
tersebut.
Pengaruh tekanan
Perubahan
tekanan hanya berpengaruh pada sistem gas, berdasarkan hukum boyle bila tekanan
gas diperbesar maka volumenya diperkecil, sedangkan bila tekanan gas diperkecil
maka volume gas diperbesar, berdasarkan persamaan gas ideal PV = nRT bahwa
tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol gas. jika mol gas bertambah maka
tekanan akan membesar, sebaliknya bila jumlah mol gas berkurang maka tekanan
akan menjadi kecil. Dengan demikian jika tekanan diperbesar maka reaksi akan
bergeser ke arah jumlah mol gas yang lebih kecil dan juga sebaliknya.
Pengaruh Suhu
Jika suhu dinaikkan maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm,
sedangkan jika suhu diturunkan maka reaksi akan bergeser ke arah eksoterm.
Contoh : N2(g) + 3H2(g)<--> 2NH3(g) H= - 92 kJ, bila suhu diubah dari
500° menjadi 1200° maka kesetimbangan ke arah endoterm atau ke kiri.
Katalis-katalis hanya berfungsi untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan
kimia.
Jenis- Jenis Kesetimbangan Kimia
1) Kesetimbangan Homogen
Semua spesi kimia berada dalam fasa yang
sama. Salah satu contoh kesetimbangan homogen fasa gas adalah sistem
kesetimbangan N2O4/NO2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
N2O4(g) <——> 2 NO2(g)
Kc = [NO2]2 / [N2O4]
Konsentrasi
reaktan dan produk dalam reaksi gas dapat dinyatakan dalam bentuk tekanan
parsial masing-masing gas (ingat persamaan gas ideal, PV=nRT). Dengan demikian,
satuan konsentrasi yang diganti dengan tekanan parsial gas akan mengubah
persamaan Kc menjadi Kp sebagai berikut :
Kp = (PNO2)2 / (PN2O4)
PNO2 dan PN2O4
adalah tekanan parsial masing-masing gas pada saat kesetimbangan tercapai.
Nilai Kp menunjukkan konstanta kesetimbangan yang dinyatakan dalam satuan
tekanan (atm). Kp hanya dimiliki oleh sistem kesetimbangan yang melibatkan fasa
gas saja.
Secara umum,
nilai Kc tidak sama dengan nilai Kp, sebab besarnya konsentrasi reaktan dan
produk tidak sama dengan tekanan parsial masing-masing gas saat kesetimbangan.
Dengan demikian, terdapat hubungan sederhana antara Kc dan Kp yang dapat
dinyatakan dalam persamaan matematis berikut :
Kp = Kc (RT)∆n
Kp = konstanta kesetimbangan tekanan parsial
gas
Kc = konstanta kesetimbangan konsentrasi gas
R = konstanta universal gas ideal (0,0821
L.atm/mol.K)
T = temperatur reaksi (K)
∆n = Σ koefisien gas produk - Σ koefisien
gas reaktan
Selain
kesetimbangan homogen fasa gas, terdapat pula sejumlah kesetimbangan homogen
fasa larutan. Salah satu contoh kesetimbangan homogen fasa larutan adalah
kesetimbangan ionisasi asam asetat (asam cuka) dalam air. Reaksi yang terjadi
adalah sebagai berikut :
CH3COOH(aq) <——> CH3COO-(aq) + H+(aq)
Kc = [CH3COO-] [H+] / [CH3COOH]
2) Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan
ini melibatkan reaktan dan produk dalam fasa yang berbeda. Sebagai contoh, saat
padatan kalsium karbonat dipanaskan dalam wadah tertutup, akan terjadi reaksi
berikut :
CaCO3(s) <——> CaO(s) + CO2(g)
Dalam reaksi
penguraian padatan kalsium karbonat, terdapat tiga fasa yang berbeda, yaitu
padatan kalsium karbonat, padatan kalsium oksida, dan gas karbon dioksida.
Dalam kesetimbangan kimia, konsentrasi padatan dan cairan relatif konstan,
sehingga tidak disertakan dalam persamaan konstanta kesetimbangan kimia. Dengan
demikian, persamaan konstanta kesetimbangan reaksi penguraian padatan kalsium
karbonat menjadi sebagai berikut :
Kc = [CO2]
Kp = PCO2
Baik nilai Kcmaupun Kp tidak dipengaruhi oleh
jumlah CaCO3 dan CaO (jumlah padatan). Beberapa aturan yang berlaku dalam
penentuan nilai konstanta kesetimbangan kimia saat reaksi kesetimbangan
dimanipulasi (diubah) antara lain :
1. Jika reaksi dapat dinyatakan dalam bentuk
penjumlahan dua atau lebih reaksi, nilai konstanta kesetimbangan reaksi
keseluruhan adalah hasil perkalian konstanta kesetimbangan masing-masing
reaksi.
A + B <——> C + D Kc’
C + D <——> E + F Kc’’
A + B <——> E + F Kc = Kc’ x Kc’’
2. Jika reaksi ditulis dalam bentuk kebalikan
dari reaksi semula, nilai konstanta kesetimbangan menjadi kebalikan dari nilai
konstanta kesetimbangan semula.
A + B <——> C + D Kc’ = [C] [D] / [A]
[B]
C + D <——> A + B Kc = [A] [B] / [C] [D]
= 1 / Kc’
3. Jika suatu reaksi kesetimbangan dikalikan
dengan faktor n, nilai konstanta kesetimbangan menjadi nilai konstanta
kesetimbangan semula dipangkatkan dengan faktor n.
A + B <——> C + D Kc’ = [C] [D] / [A]
[B]
2 A + 2 B D 2 C + 2 D Kc = [C]2 [D]2 / [A]2
[B]2 = { [C] [D] / [A] [B] }2 = (Kc’)2
Salah satu
kegunaan konstanta kesetimbangan kimia adalah memprediksi arah reaksi. Untuk
mempelajari kecenderungan arah reaksi, digunakan besaran Qc, yaitu hasil
perkalian konsentrasi awal produk dibagi hasil perkalian konsentrasi awal
reaktan yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Jika nilai
Qc dibandingkan dengan nilai Kc, terdapat tiga kemungkinan hubungan yang
terjadi, antara lain :
1. Qc < Kc
Sistem reaksi
reversibel kelebihan reaktan dan kekurangan produk. Untuk mencapai
kesetimbangan, sejumlah reaktan diubah menjadi produk. Akibatnya, reaksi
cenderung ke arah produk (ke kanan).
2. Qc = Kc
Sistem berada
dalam keadaan kesetimbangan. Laju reaksi, baik ke arah reaktan maupun produk,
sama.
3. Qc > Kc
Sistem reaksi
reversibel kelebihan produk dan kekurangan reaktan. Untuk mencapai
kesetimbangan, sejumlah produk diubah menjadi reaktan. Akibatnya, reaksi
cenderung ke arah reaktan (ke kiri).
Kesetimbangan
kimia dapat diganggu oleh beberapa faktor eksternal. Sebagai contoh, pada
pembahasan proses Haber sebelumnya, telah diketahui bahwa nilai Kc pada proses
Haber adalah 3,5.108 pada suhu kamar. Nilai yang besar ini menunjukkan bahwa
pada kesetimbangan, terdapat banyak gas amonia yang dihasilkan dari gas
nitrogen dan gas hidrogen. Akan tetapi, masih ada gas nitrogen dan gas hidrogen
yang tersisa pada kesetimbangan. Dengan menerapkan prinsip ekonomi dalam dunia
industri, diharapkan sebanyak mungkin reaktan diubah menjadi produk dan reaksi
tersebut berlangsung sempurna. Untuk mendapatkan produk dalam jumlah yang lebih
banyak, kesetimbangan dapat dimanipulasi dengan menggunakan prinsip Le
Chatelier.
Seorang
kimiawan berkebangsaan Perancis, Henri Le Chatelier, menemukan bahwa jika
reaksi kimia yang setimbang menerima perubahaan keadaan (menerima aksi dari
luar), reaksi tersebut akan menuju pada kesetimbangan baru dengan suatu
pergeseran tertentu untuk mengatasi perubahan yang diterima (melakukan reaksi
sebagai respon terhadap perubahan yang diterima). Hal ini disebut Prinsip Le
Chatelier.
Ada tiga
faktor yang dapat mengubah kesetimbangan kimia, antara lain :
1.
Konsentrasi reaktan atau produk
2. Suhu
3.
Tekanan atau volume pada sistem yang mengandung fasa gas
Untuk memproduksi gas amonia sebanyak mungkin,
dapat dilakukan manipulasi kesetimbangan kimia dari segi konsentrasi reaktan
maupun produk, tekanan ruangan, volume ruangan, dan suhu reaksi.
Berikut ini adalah pembahasan mengenai
masing-masing faktor.
1. Mengubah
konsentrasi
Jika ke dalam sistem kesetimbangan ditambahkan
gas nitrogen maupun gas hidrogen berlebih (reaktan berlebih), nilai Qc menjadi
lebih kecil dibandingkan Kc. Untuk mengembalikan ke kondisi setimbang, reaksi
akan bergeser ke arah produk (ke kanan). Akibatnya, jumlah produk yang
terbentuk meningkat. Hal yang sama juga akan terjadi jika gas amonia yang
terbentuk langsung diambil. Reaksi akan bergeser ke arah kanan untuk mencapai
kembali kesetimbangan.
Dapat disimpulkan bahwa jika dalam sistem kesetimbangan
ditambahkan lebih banyak reaktan atau produk, reaksi akan bergeser ke sisi lain
untuk menghabiskannya. Sebaliknya, jika sebagian reaktan atau produk diambil,
reaksi akan bergeser ke sisinya untuk menggantikannya.
2.Mengubah suhu
Reaksi pada proses Haber adalah reaksi
eksotermis. Reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan reaksi berikut :
N2(g) +
3 H2(g) <——> 2 NH3(g) + Kalor
Jika campuran reaksi tersebut dipanaskan, akan
terjadi peningkatan jumlah kalor dalam sistem kesetimbangan. Untuk
mengembalikan reaksi ke kondisi setimbang, reaksi akan bergeser dari arah kanan
ke kiri.
Akibatnya, jumlah reaktan akan meningkat
disertai penurunan jumlah produk. Tentu saja hal ini bukanlah sesuatu yang
diharapkan. Agar jumlah amonia yang terbentuk meningkat, campuran reaksi harus
didinginkan. Dengan demikian, jumlah kalor di sisi kanan akan berkurang
sehingga reaksi akan bergeser ke arah kanan.
Secara umum, memanaskan suatu reaksi
menyebabkan reaksi tersebut bergeser ke sisi endotermis. Sebaliknya, mendinginkan
campuran reaksi menyebabkan kesetimbangan bergeser ke sisi eksotermis.
3.
Mengubah tekanan dan volume
Mengubah tekanan hanya mempengaruhi
kesetimbangan bila terdapat reaktan dan/atau produk yang berwujud gas. Pada
proses Haber, semua spesi adalah gas, sehingga tekanan dapat mempengaruhi
kesetimbangan.
Reaksi pada proses Haber terjadi dalam ruangan
tertutup. Tekanan pada ruangan terjadi akibat tumbukan gas hidrogen, gas
nitrogen, serta gas amonia terhadap dinding ruangan tersebut. Saat sistem mencapai
keadaan setimbang, terdapat sejumlah gas nitrogen, gas hidrogen, dan gas amonia
dalam ruangan. Tekanan ruang dapat dinaikkan dengan membuat tempat reaksinya
menjadi lebih kecil (dengan memampatkannya, misal dengan piston) atau dengan
memasukkan suatu gas yang tidak reaktif, seperti gas neon. Akibatnya, lebih
banyak tumbukan akan terjadi pada dinding ruangan bagian dalam, sehingga
kesetimbangan terganggu. Untuk mengatasi pengaruh tersebut dan memantapkan
kembali kesetimbangan, tekanan harus dikurangi.
Setiap kali terjadi reaksi maju (dari kiri ke
kanan), empat molekul gas (satu molekul gas nitrogen dan tiga molekul gas
hidrogen) akan membentuk dua molekul gas amonia. Reaksi ini mengurangi jumlah
molekul gas dalam ruangan. Sebaliknya, reaksi balik (dari kanan ke kiri),
digunakan dua molekul gas amonia untuk mendapatkan empat molekul gas (satu
molekul gas nitrogen dan tiga molekul gas hidrogen). Reaksi ini menaikkan
jumlah molekul gas dalam ruangan.
Kesetimbangan telah diganggu dengan peningkatan
tekanan. Dengan mengurangi tekanan, gangguan tersebut dapat dihilangkan.
Mengurangi jumlah molekul gas di dalam ruangan akan mengurangi tekanan (sebab
jumlah tumbukan akan berkurang). Oleh sebab itu, reaksi maju (dari kiri ke
kanan) lebih disukai, sebab empat molekul gas akan digunakan dan hanya dua
molekul gas yang akan terbentuk. Sebagai akibat dari reaksi maju ini, akan
dihasilkan gas amonia yang lebih banyak.
Secara umum, meningkatkan tekanan (mengurangi
volume ruangan) pada campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya bergeser ke
sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling sedikit. Sebaliknya,
menurunkan tekanan (memperbesar volume ruangan) pada campuran yang setimbang
menyebabkan reaksinya bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang
paling banyak.
Sementara untuk reaksi yang tidak mengalami
perubahan jumlah molekul gas (mol reaktan = mol produk), faktor tekanan dan
volume tidak mempengaruhi kesetimbangan kimia.
Katalis meningkatkan laju reaksi dengan
mengubah mekanisme reaksi agar melewati mekanisme dengan energi aktivasi
terendah. Katalis tidak dapat menggeser kesetimbangan kimia. Penambahan katalis
hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang.
Dari beberapa faktor di atas, hanya perubahan
temperatur (suhu) reaksi yang dapat mengubah nilai konstanta kesetimbangan (Kc
maupun Kp). Perubahan konsentrasi, tekanan, dan volume hanya mengubah
konsentrasi spesi kimia saat kesetimbangan, tidak mengubah nilai K. Katalis
hanya mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan, tidak dapat menggeser kesetimbangan
kimia
BAB IV
PENUTUP
Kesimpulan
Kesetimbangan
kimia adalah reaksi yang terbentuk bila laju reaksi sama besar dan konsentrasi
reaktan dan produk tidak lagi berubah seiring berjalannya waktu. Berdasarkan
wujud zat-zat dalam keadaan setimbang, kesetimbangan kimia dapat dibedakan
menjadi dua, yaitu
a. Kesetimbangan
homogen
b. Kesetimbangan
heterogen
Faktor-
faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan antar lain:
a. Pengaruh konsentrasi
b. Pengaruh
suhu
c. Pengaruh
tekanan
d. Pengaruh
volume
e. Pengaruh
katalis
Hubungan
kuantitaf antara pereaksi dan hasil reaksi terdiri atas
a. Tetapan
kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (kc)
b. Tetapan
kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (kp)
§ Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (Kp)
§ Hubungan kc dan kp
§ Disosiasi
B. Saran
Demikianlah
makalah Saya tentang kesetimbangan kimia, semoga makalah ini bisa bermanfaat
bagi kita semua dan dapat menambah wawasan keilmuan kita. Saya mengucapkan
terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu kami sehingga makalah Saya ini
bisa selesai. Saya juga meminta maaf kepada pembaca atas semua kesalahan dan
kekurangan yang ada pada makalah Saya ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ø aymond Chang, 2005, Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti, jakarta:
erlangga,
Ø Sri Rahayu Ningsih, dkk, Sains Kimia 2 SMA/MA, 2007, Jakarta:
Bumi Aksara
Ø Keenan, dkk, 1984, Kimia untuk Universitaslahu,
jakarta: Erlangga,
