BAB II LANDASAN TEORI DAN KERANGKA TEORI
4. Konsep Kesetimbangan Kimia
Suatu zat dapat bereaksi dengan zat lain yang kemudian menghasilkan zat baru. Reaksi tersebut umumnya disebut reaksi kimia yang berlangsung sampai habis.. Reaksi dalam kimia ada yang dapat berlangsung satu arah (irreversibel) dandua arah atau disebut reversibel.Pada faktanya hanya sedikit reksi kimia yang berlangsung satu arah. Reaksi reversibelini terjadi suatu reaksi kesetimbangan. Reaksi kesetimbangan ditulis dengan tanda panah bolak-balik ( ).52
Reaksi setimbang merupakan reaksi yang terjadi saat laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik. Kesetimbangan reaksi disebut juga kesetimbangan dinamis karena reaksi pada saat setimbang tidak dalam keadaan diam (statis) namun terjadi dua reaksi yang berlawanan arah.
Secara umum reaksi kesetimbangan adalah sebagai berikut:53 aA + bB cC + dD
Sesuai dengan azas Le Chatelier, jika kedalam reaksi kesetimbangan dilakukan suatu aksi, maka kesetimbangan akan bergeser dan sekaligus mengubah komposisi zat-zat sampai menuju reaksi dalam kesetimbangan kembali. Akan tetapi pada setiap keadaan setimbang yang dicapai pada temperatur tetap diperoleh bahwa perbandingan konsentrasi produk dengan konsentrasi pereaksi masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya adalah tetap. Hal ini dikemukakan oleh Cato Maximillian Gulberg dan Peter Wage pada tahun 1864 yang dikenal dengan hukum kesetimbangan Gulberg Wage. Reaksi tersebut dapat kita tulis sesuai dengan hukum kesetimbangan tersebut, yaitu:54
52
Parning, dkk., Kimia,(Jakarta:Yudhistira,2012),Cet. 2, h. 141-142
53
Ibid., h.145
54
Keterangan:
Berdasarkan wujud dari zat-zat pereaksi dan produk reaksi, kesetimbangan dapat dibedakan menjadi kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen:55
a. Kesetimbangan Homogen
Kesetimbangan Homogen adalah kesetimbangan dimana semua pereaksi dan dan produk reaksi berada dalam wujud yang sama, contohnya:
1) Pereaksi dan produk reaksi dalam wujud gas, misal: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
Konsentrasi reaktan dan produk ini juga dapat dinyatakan dalam tekanan parsialnya dimana pada suhu tetap, tekanan suatu gas berbanding lurus dengan konsentrasi dalam mol per liter gas tersebut, artinya P= (n/V)RT, jadi untuk proses kesetimbangannya dapat dituliskan sebagai berikut:
2) Pereaksi dan produk reaksi larut dalam zat cair yang sama, misal:
55
J.M.C Johari dan M. Rachmawati. Kimia 2,(Jakarta:Esis,2009),. h136-137. K= Tetapan (konstanta) kesetimbangan, sering juga dituliskan Kc. [A], [B], [C], [D] merupakan konsentrasi A,B,C,dan D dalam satuan molaritas.
30
CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3CO (aq)+ H3 (aq)
b. Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan dimana terdapat lebih dari satu wujud zat dalam reaksi, misal:
1) Reaksi: CaCO3(s) CaO(s)+ CO2(g)
Reaksi kesetimbangan ini melibatkan zat padat murni, yakni CaCO3 dan CaO. Oleh karena konsentrasi zat padat murni adalah tetap, maka konsentrasi CaCO3 dan CaO tidak muncul dalam persamaan tetapan kesetimbangannya. Kc = [CO2]
2) Reaksi : PCl5(s) PCl3(s)+ Cl2(g)
Reaksi kesetimbangan ini melibatkan zat padat murni : PCl5 dan zat cair murni PCl3. Oleh karena konsentrasi zat padat murni adalah tetap, maka konsentrasi PCl5 dan PCl3tidak dimasukkan ke dalam kesetimbangan, jadi diperoleh:
Kc = [Cl2]
Dalam penulisan konstanta kesetimbangan, terdapat dua aturan penting penulisan konstanta kesetimbangan:
1) Ketika persamaan untuk suatu reaksi reversible dituliskan dengan arah yang berlawanan, konstanta kesetimbangannya menjadi kebalikan dari konstanta kesetimbangan asal, sebagai contoh:
N2O4 (g) 2NO2(g) maka Kc =
2) Nilai K juga bergantung pada bagaimana persamaan kesetimbangan tersebut disetarakan, misal:
½ N2O4 (g) 2NO2(g) K’c =
N2O4 (g) 2NO2(g) Kc =
Dengan melihat pangkatnya kita mengetahui bahwa K’c=√ .
56
Data Kc yang diketahui dapat digunakan untuk memprediksi arah reaksi. Semakin kecil Kc maka semakin sedikit pereaksi yang membentuk produk reaksi. Posisi kesetimbangan ada di sbelah kiri. Sebaliknya semakin besar Kc semakin banyak produk reaksi yang terbentuk. Posisi kesetimbangan ada di kanan reaksi atau reaksi berlangsung sampai tuntas, berikut tabel menganai sebarapa jauh reaksi berlangsung berdasarkan data Kc:57
Tabel 2.3 Prediksi Arah Kesetimbangan Berdasarkan Data Kc
Nilai Kc Seberapa Jauh reaksi berlangsung
Kc sangat kecil (<10-3)
Posisi kesetimbangan ada di kiri
Reaksi hanya membetuk sedikit sekali produk reaksi
Kc sangat besar (>103)
Posisi kesetimbangan ada di kanan Reaksi berlangsung hampir tuntas
Kc = 1 Posisi kesetimbangan kurang lebuh ada di tengah Reaksi berimbang
Selain berdasarkan data Kc, kita juga bisa meramalkan arah pergeseran kesetimbangan berdasarkan perbandingannya dengan Qc. Qc (reaction quotient) adalah kuantitas yang diperoleh dengan cara mensubstitusikan konsentrasi awal ke persamaan konstanta
56
J.M.C Johari dan M. Rachmawati. Kimia 2,(Jakarta:Esis,2009),. h.137
57
32
kesetimbangan, atau disebut hasil bagi. Berikut kemungkinan tiga kasus yang dapat terjadi:
a. Qc < Kc, perbandingan konsentrasi awal produk terhadap reakttan terlalu kecil. Untuk mencapai kesetimbangan, reaktan hasus diubah menjadi produk. Sistem bergeser dari kiri ke kanan membentuk produk.
b. Qc = Kc, hal ini berarti bahwa konsentrasi awal adalah konsentrasi kesetimbangan. Sistem berada pada kesetimbangan.
c. Qc > Kc Perbandingan konsentrasi awal produk terhadap reaktan terlalu besar. Untuk mencapai kesetimbangan produk harus diubah menjadi reaktan. Sistem bergeser dari kanan ke kiri membentuk reaktan.58
Untuk reaksi yang melibatkan gas, tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan dengan tekanan parsial gas dalam campurannya. Hal ini didapat dari Hukum gas ideal dimana pada suhu tetap, tekanan suatu gas berbanding lurus dengan konsentrasi dalam mol per liter gas tersebut, artinya P= (n/V)RT. Apabila reaksi kesetimbangan dinyatakan sebagai berikut:
aA + bB cC + dD maka
dengan adalah tekana parsial dari gas A,B,C, dan D. Untuk menentukan tekanan pasrsial dari setiap zat dapat dicari dengan:
∑ x
58
Persamaan Kp juga dapat dinyatakan dalam Kc, yakni:
∆n gas = ∑ mol gas produk reaksi - ∑ mol gas pereaksi.
Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi
kesetimbangandiantaranya adalah sebagai berikut:59 a. Perubahan Konsentrasi
Berdasarkan asas Le Chatelier, apabila konsentrasi pereaksi atau produk reaksi berubah, maka kesetimbangan akan bergeser untuk mengurangi pengaruh perubahan konsentrasi yang terjadi sampai diperoleh kesetimbangan yang baru.
Jika konsentrasi pereaksi dinaikan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi produk untuk mengurangi pereaksi sampai kesetimbangan baru dicapai. Sebaliknya jika konsentrasi pereaksi diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pereaksi tersebut untuk menaikkan konsentrasi pereaksi sampai kesetimbangan baru dicapai. Jika konsentrasi produk dinaikan maka kesetimbangan bergeser ke arah pereaksi dan bila konsentrasi produk diturunkan maka kesetimbangan bergeser ke arah produk untuk menaikan konsentrasinya hingga kesetimbangan baru dicapai.
b. Perubahan Tekanan
Pengaruh perubahan tekanan terhadap kesetimbangan reaksi berlaku hanya untuk sistem reaksi yang melibatkan gas. Berdasarkan asas Le Chatelier, jika tekanan suatu sistem reaksi diubah, maka kesetimbangan akan bergeser mengurangi pengaruh perubahan tekanan ini sampai diperoleh kesetimbangan yang baru.
59
34
c. Perubahan Suhu
Perubahan suhu terkait dengan pelepasan atau penyerapan kalor. Berdasarkan asas Le Chatelier apabila suhu dinaikkan (kalor bertambah), maka sistem akan menyerap kalor tersebut. Kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm. Apabila suhu reaksi diturunkan (kalor berkurang), maka sistem akan melepas kalor tersebut. Kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm.
Katalisator dalam reaksi bolak balik dapat mempercepat reaksi ke kanan atau ke kiri sehingga keadaan kesetimbangan tercapai lebih cepat. Akan tetapi katalisator tidak dapat mengubah sususna zat-zat dalam keadaan setimbang yang berarti katalis tidak dapat menggeser kesetimbangan.
Dalam reaksi kesetimbangan terdapat istilah kesetimbangan disosiasi yaitu reaksi kesetimbangan dari reaksi penguraian gas. Reaksi ini
dilambangkan dengan α. Disosiasi merupakan penguraian suatu zat
menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana:
Harga derajat disosiasi terletak antara 0 dan 1, jika: 1. α = 0 berarti tidak terjadi penguraian
2. α = 1 berarti terjadi penguraian sempurna
3. 0 < α < 1 berarti disosiasi pada reaksi setimbang.