BAB 3 KESETIMBANGAN REAKSI
B. Karakteristik Keadaan Setimbang
11. Faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi
HI [ ] I ][ H [ K
,
2 2 1 2 1 ) 1 ( ) )( ( 4 ,
2 2 2 1 ) 1 ( ) ( 2 ,
1 2 2 1 = 4/5 atau 80%
b. Komposisi pada saat setimbang :
HI = 1 - = 1/ 5 mol
H
2= I
2= ½ x 4/5 = 2/ 5 mol
11.Faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi
Suatu sistem dalam keadaan setinbang cenderung mempertahankan kesetimbangannya, sehingga bila ada pengsruh dari luar maka sistem tersebut akan berubah sedemikian rupa agar segera diperoleh keadaan kesetimbangan lagi. Dalam hal ini dikenal dengan azas Le Chatelier yaitu,”jika dalam suatu sistem kesetimbangan diberikan aksi,
maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu sekecil mungkin”. Kesimpulan Le Chatelier tersebut dikenal sebagai azas Le Chatelier sebagai berikut:
Reaksi = - Aksi
Cara sistem bereaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.
• Setimbang dikatakan bergeser ke kanan jika produk bertambah atau pereaksi berkurang
• Setimbang dikatakan bergeser ke kiri jika produk berkurang atau pereaksi bertambah Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi perubahan pada sistem kesetimbangan antara lain,
1. Perubahan konsentrasi
Bila suatu sistem kesetimbangan konsentrasi salah satu komponen dalam sistem ditambah maka kesetimbangan akan bergeser dari arah penambahan itu, dan bila salah satu komponen dikurangi maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan itu.
65
• Jika konsentrasi pereaksi diperkecil, setimbang akan bergeser ke kiri.
Catatan:
1) Penambahan komponen padat atau cairan tidak menggeser kesetimbangan. Hal itu terjadi karena komponen padat atau cair tidak mengubah konsentrasi (jarak antarpartikel).
2) Perubahan konsentrasi pada suhu tetap tidak mengubah nilai tetapan kesetimbangan.
Contoh soal :
Pada sistem kesetimbangan antara larutan Fe3+ (kuning), SCN -- (tak berwarna) dengan FeSCN2+ (merah ), dengan reaksi kesetimbangan :
Fe
3+(aq) + SCN
–(aq) FeSCN
2+(aq)
kuning tak berwarna merah
Jika ke dalam sistem tersebut ditambahkan larutan SCN --, maka campuran akan semakin merah, karena SCN-- yang ditambahkan akan bereaksi dengan Fe3+ dalam sistem dan membentuk FeSCN 2+, ini berarti terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah kanan, yang berakibat bertambahnya [FeSCN --] dan berkurangnya [ Fe3+ ]. Dengan menggunakan hukum kesetimbangan dapat dijelaskan sebagai berikut, untuk reaksi setimbang :
Fe3+ (aq) + SCN– (aq) FeSCN2+ (aq) K [FeSCN2+ ]
K 1 =
[Fe3+][SCN–]
Pada suhu yang tetap K adalah tetap. Jika pada suhu yang sama ditambahkan ion SCN– , maka [SCN–] bertambah besar, sehingga
[FeSCN2+ ] K 2 =
[Fe3+][SCN–]
Dengan bertambahnya [SCN–] Harga K2 menjadi lebih kecil daripada K1, karena harga K tetap pada suhu yang tetap, maka untuk mendapatkan harga K1 = K2 , [Fe3+] akan berkurang bersamaan dengan bertambahnya [FeSCN2+], dan itu berarti terjadi pergeseran kesetimbangan kekanan. Hal yang sebaliknya bila [Fe3+] dikurangi (misalnya dengan mengikat Fe3+ dengan ion HPO42-) akan mengakibatkan K2 lebih besar daripada K1, dan untuk mengubah harga K2 agar menjadi sama dengan K1 konsentrasi ion Fe3+ akan bertambah bersamaan dengan bertambahnya ion FeSCN2+, dan itu berarti kesetimbangan
66 bergeser kekiri. Untuk mengamati pengaruh konsentrasi pada kesetimbangan, lakukanlah kegiatan berikut.
Kegiatan Siswa
Tujuan : untuk mengamati pengaruh konsentrasi pada kesetimbangan Fe3+(aq) + SCN-(aq) FeSCN2+ (aq)
Kuning tidak merah
Jingga berwarna darah Cara Kerja:
1) Masukkan 25 mL air suling ke dalam gelas kimia. Tambahkan 2 tetes larutan KSCN 1 M dan 2 tetes larutan FeC13 1 M. Aduk larutan sampai warnanya tetap/homogen. Kemudian bagi larutan itu sama banyak ke dalam 5 tabung reaksi. Tabung pertama digunakan sebagai pembanding warna.
2) Tambahkan:
a. I tetes larutan KSCN pekat ke dalam tabung kedua (larutan KSCN mengandung ion K+ dan ion SCN-).
b. 1 tetes larutan FeC13 pekat ke dalam tabung ketiga (larutan FeC13 mengandung ion Fe3+ dan ion CI-).
c. 1 tetes larutan NaOH 1 M ke dalam tabung keempat (larutan NaOH mengandung ion Na+ dan ion OH-, ion OH- akan mengikat ion Fe3+ membentuk endapan Fe(OH)3)
3) Guncangkan ketiga tabung dan bandingkan warnanya dengan tabung pertama. Pertanyaan:
Dalam sistem kesetimbangan pada percobaan ini terdapat tiga komponen, yaitu Fe2+, SCN-, dan FeSCN'-+. Berdasarkan hasil percobaan, apa yang dilakukan oleh sistem kesetimbangan jika:
a. konsentrasi SCN- diperbesar? (tabung 2) b. konsentrasi Fe3+ diperbesar? (tabung 3) c. konsentrasi ion Fe3+ diperkecil? (tabung 4) d. Tariklah kesimpulan dari kegiatan ini! Contoh soal :
Pengaruh konsentrasi kesetimbangan
Dalam suatu ruangan terdapat dalam kesetimbangan gas-gas S03, SO2, dan 02, sesuai dengan persamaan:
67 2SO3(8) 2SO2(8) + O2(8)
Apabila pada suhu tetap ke dalam ruangan ditambahkan gas oksigen, maka: a. Ke arah mana kesetimbangan bergeser?
b. Bagaimana pengaruhnya terhadap konsentrasi S03 dan SO2? Penyelesaian:
Sesuai dengan azas Le Chatelier, penambahan oksigen akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Pergeseran kesetimbangan ke kiri akan menambah SO3 dan mengurangi SO2.
2. Perubahan Volume
Bila Sistem Kesetimbangan ,Fe3+ (aq) + SCN– (aq) FeSCN2+ (aq) kuning tak berwarna merah
Volumenya diperbesar dua kali dengan cara menambahkan air kedalamnya maka warna merahnya menjadi lebih muda, ini menunjukkan bahwa [FeSCN2+] berkurang sedangkan [Fe3+] dan [SCN –] bertambah, atau kesetimbangan bergeser kekiri.
Dengan menggunakan hukum kesetimbangan peristiwa tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut,
Fe3+ (aq) + SCN– (aq) FeSCN2+ (aq) [FeSCN2+ ]
K 1 =
[Fe3+][SCN–]
Dengan penambahan air sehingga volume larutan menjadi dua kali lebih besar, maka konsentrasi masing-masing komponen akan mengalami perubahan sebagai berikut,
[Fe3+] menjadi = [Fe3+]/2 [SCN –] menjadi = [ SCN--]/2 [FeSCN2+] menjadi = [FeSCN2+]/2 maka setelah volume diperbesar didapat harga K2 ,
[FeSCN2+ ]/2 K 2 =
[Fe3+]/2 [SCN--]/2
sehingga K2 menjadi lebih besar daripada K1. Karena suhunya tetap K1 = K2, maka untuk mendapatkan harga K1 sama dengan K2 konsentrasi ion FeSCN2+ akan berkurang dan disertai dengan bertambahnya konsentrasi ion Fe3+ dan SCN -, dan itu berarti kesetimbangan bergeser ke kiri. Marilah sekarang dengan cara yang sama kita selidiki untuk kesetimbangan,
68 Sebelum diadakan perubahan volume harga tetapan kesetimbangannya adalah K1
[HI]2 K1 =
[H2] [I2]
Setelah volumenya diperbesar menjadi dua kali lebih besar maka terjadi perubahan konsentrasi sebagai berikut,
[ HI ] menjadi = [HI]/2 [H2 ] menjadi = [H2]/2
[I2 ] menjadi = [ I2 ]/2
harga tetapan kesetimbangan setelah diadakan perubahan volume menjadi K2
([HI]/2 )2 K2 = [H2]/2[I2]/2 atau, [HI]2/4 K2 = ([H2] [I2]) / 4 [HI]2 K2 = [H2] [I2]
Ini menunjukkan bahwa adanya perubahan volume tidak menyebabkan pergeseran kesetimbangan untuk reaksi di atas. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa,
• Bila suatu reaksi jumlah molekul-molekul atau partikel-partikel sebelum dan sesudah reaksi sama perubahan volume tidak menggeser letak kesetimbangan.
• Untuk reaksi yang jumlah partikel-partikel sebelum dan sesudah reaksi tidak sama maka,
Bila volume diperbesar kesetimbangan akan bergeser menuju ke ruas yang jumlah molekul atau partikel (jumlah koefisien reaksi) yang besar.
Bila volume diperkecil kesetimbangan akan bergeser menuju ke ruas yang jumlah molekul atau partikel (jumlah koefisien reaksi) yang kecil.
3. Perubahan Tekanan
Perubahan tekanan akan berpengaruh pada konsnetrasi gas-gas yang ada pada kesetimbangan. Oleh karena itu, pada sistem reaksi setimbang yang tidak melibatkan gas perubahan volume tidak menggeser letak kesetimbangaan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan tekanan terhadap sistem kesetimbangan gas dapat diingat kembali tentang persamaan gas ideal
69
P = (n/V ) RT (3.9)
Dari persamaan itu menunjukkan bahwa perubahan tekanan akan berakibat yang sebaliknya dengan perubahan volume, artinya bila tekanan diperbesar akan sama pengaruhnya dengan bila volume diperkecil dan sebaliknya bila tekanan diperkecil akan berakibat yang sama dengan bila volume diperbesar.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa,
• Untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi, perubahan tekanan tidak akan menggeser letak kesetimbangan.
• Untuk reaksi kesetimbangan yang jumlah partikel sebelum reaksi tidak sama dengan jumlah partikel sesudah reaksi jika,
Tekanan diperbesar kesetimbangan akan bergeser ke jumlah partikel yang kecil
Tekanan diperkecil kesetimbangan akan bergeser ke jumlah partikel yang besar. Perhitungan jumlah partikel ini hanya dilakukan terhadap komponen kesetimbangan yang mudah berubah konsetrasinya, artinya untuk kesetimbangan heterogen jumlah partikel hanya dihitung untuk zat-zat yang masuk pada rumusan harga tetapan kesetimbangan.
Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi semua komponen. Sesuai dengan azas Le Chatelier, maka reaksi sistem adalah mengurangi teka nan. Sebagaimana Anda ketahui, tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas.Oleh karena itu, antuk mengurangi tekanan, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih kecil. Sebaliknya, jika tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka reaksi sistem adalah menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih besar.
Catatan:
1. Tekanan tidak mengubah konsentrasi zat padat maupun zat cair. Oleh karena itu, tekanan hanya berpengaruh pada sistem kesetimbangan yang melibatkan gas. 2. Perubahan tekanan pada suhu tetap tidak mengubah nilai tetapan kesetimbangan. Contoh:
Pengaruh perubahan tekanan pada kesetimbangan Ditentukan kesetimbangan:
1. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
70 makin kecil
makin besar
Ke arah mana kesetimbangan bergeser jika tekanan diperbesar? Jawab:
Jika tekanan diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya terkecil.
1. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Jumlah koefisien di ruas kiri = 4; di ruas kanan = 2. Kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
2. 2HI(g) H2(g) + I2(g)
Jumlah koefisien di ruas kiri = 2; di ruas kanan = 2. Kesetimbangan tidak bergeser.
4. Perubahan Suhu
Perubahan suhu pada suatu reaksi setimbang akan menyebabkan terjadinya perubahan harga tetapan kesetimbangan (K). Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap pergeseran kesetimbangan berikut disajikan data harga K untuk berbagai suhu dari dua reaksi kesetimbangan yang berbeda. Harga Kp pada berbagai suhu untuk reaksi setimbang pembentukan NH3 menurut reaksi berikut dapat dilihat pada Tabel 3.2.
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H = - 92 kJ
Tabel 3.2 Harga Kp untuk reaksi setimbang pembentukan NH3
Harga Kp pada berbagai suhu untuk reaksi setimbang antara H2 dan CO2 menurut reaksi berikut dapat dilihat pada Tabel 3.3.
H2 (g) + CO2 (g) H2O (g) + CO (g) H = + 41 kJ
Tabel 3.3 Harga Kp untuk Reaksi Setimbang antara H2 dan CO2
Suhu (K) 298 500 700 900
Kp 1,00 x 10-5 7,76 x 10-3 1,23 x 10-1 6,01 x 10-1
Dari kedua tabel tersebut terdapat perbedaan, pada reaksi pertama jika suhunya diperbesar harga Kp makin kecil, ini berarti zat hasil makin sedikit yang diakibatkan oleh terjadinya pergeseran reaksi kekiri.
Pada reaksi kedua justru terjadi sebaliknya, yaitu bila suhunya diperbesar harga harga Kp menjadi makin besar, berarti jumlah zat hasil makin banyak yang diakibatkan
Suhu (K) 298 500 700 900
71 terjadinya pergeseran kesetimbangan kekanan. Perbedaan dari kedua reaksi tersebut adalah harga perubahan entalpinya. Untuk reaksi pembentukan gas NH3 perubahan entalpinya negatif (Reaksi endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi kekanan melepaskan kalor. Sedangkan pada reaksi antara gas H2 dengan gas CO2 harga perubahan entalpinya berharga postif (Reaksi endoterm) yang menunjukkan bahwa reaksi kekanan adalah reaksi yang menyerap kalor. Dengan demikian pergeseran reaksi kesetimbangan akibat perubahan suhu ditentukan oleh jenis reaksinya endoterm atau eksoterm.
Menurut Azas Le Chatelier, JIka sistem dalam keadaan kesetimbangan terjadi kenaikan suhu, maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan ke arah reaksi yang menyerap kalor (H positif). Selain menggeser posisi kesetimbangan, perubahan suhu juga mengubah nilai tetapan kesetimbangan. Jika perubahan suhu menggeser kesetimbangan ke kanan, maka nilai tetapan kesetimbangan akan bertambah. Sebaliknya, jika bergeser ke kiri, maka nilai tetapan kesetimbangan akan berkurang.
Perhatikanlah contoh soal berikut.
Ditentukan reaksi kesetimbangan dalam volume tetap dan suhu sistem dinaikkan. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H = -92,2 kJ
2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) ∆H = +242 kJ
Ke arah mana kesetimbangan bergeser? Bagaimana pengaruhnya terhadap nilai tetapan kesetimbangan?
Jawab:
Pada kenaikan suhu, kesetimbangan bergeser ke pihak reaksi endoterm. a. kesetimbangan bergeser ke kiri, nilai tetapan kesetimbangan berkurang. b. kesetimbangan bergeser ke kanan, nilai tetapan kesetimbangan bertambah.
5. Penambahan Katalisator pada Reaksi Setimbang
Reaksi pembuatan amonia dengan reaksi,
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) H = - 92 kJ
pada suhu 100o C akan mencapai keadaan setimbang bertahun-tahun. Bila ke dalam reaksi tersebut diberi katalis kesetimbangan akan dapat tercapai hanya dalam waktu 5 menit sampai 10 menit. Dengan demikian katalisator dapat mempercepat tercapainya suatu keadaan setimbang. Apakah pengaruhnya jika suatu reaksi yang sudah dalam keadaan setimbang ditambahkan katalistor ke dalamnya. Katalisator akan mempercepat laju reaksi pembentukan NH3 tetapi sekaligus juga akan mempercepat laju reaksi peruraiannya
72 menjadi gas N2 dan gas H2. Pengaruh ini sama kuatnya, dengan demikian dalam reaksi kesetimbangan katalisator tidak terjadi pergeseran letak kesetimbangan tetapi hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang.