11 , 14
0623 , 0
9377 ,
0 2
=
= Kp
Latihan Soal Latihan SoalLatihan Soal Latihan Soal Tentukan Kc reaksi berikut:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Kp = 2.1 x 10-4 (pada 1000 K) (2.56 x 10-6)
D. Respon Kesetimbangan terhadap Berbagai Kondisi
Jika suatu sistem kesetimbangan diberi gangguan, maka sistem itu akan bereaksi untuk menghilangkan gangguan tersebut.
Prinsip ini disebut prinsip Le Chatelier’s dan gangguan yang dimaksud adalah sebagai berikut:
1. Temperatur
Jika temperatur dinaikkan, maka konstanta kesetimbangan akan meningkat (produk bertambah) pada sistem endoterm, sebaliknya konstanta kesetimbangan turun (reaktan bertambah) pada sistem eksoterm. Secara matematis, pernyatan
tersebut dapat dibuktikan menggunakan persamaan Gibbs-Helmholzt sebagaimana persamaan 6.24.
TS sesuai persamaan 6.25.
SdT Substitusi 6.24 dan 6.25 menghasilkan persamaan 6.26.
Persamaan 6.26 diselaikan menggunakan persamaan 6.27.
Ruas kiri persamaan 6.26 sama dengan ruas kiri persamaan 6.27, sehingga diperoleh persamaan Gibbs-Helmholtz sesuai persamaan 6.28.
Untuk membuktikan secara matematis pengaruh temperatur terhadap konstanta kesetimbangan digunakan persamaan 6.13 yang ditata ulang sebagaimana persamaan 6.29.
RT G0 K
ln =−∆ ... (6.29) Kebergantungan K akan terlihat jika persamaan 6.29 diturunkan sebagai fungsi temperatur sebagai berikut:
persamaan Gibbs-Helmholtz (persamaan 6.28). Berdasarkan dua persamaan tersebut diperoleh persamaan 6.31 yang dikenal sebagai persamaan van’t Hoff.
RT dT
2. Tekanan dan Volume
Konstanta kesetimbangan tidak dipengaruhi oleh perubahan tekanan, karena konstanta kesetimbangan ditentukan pada tekanan konstan (isobar). Secara matematis, hubungan K dan p dinyatakan dengan persamaan 6.32.
=0
Akan tetapi, bertambahnya tekanan sistem menyebabkan kesetimbangan bergeser ke sisi yang jumlah mol gasnya lebih kecil.
Contoh sederhana adalah reaksi pembentukan HI dan penguraian N2O4 berikut:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
N2O4(g) 2NO2(g)
Pada reaksi pertama, penambahan tekanan tidak mempengaruhi konstanta dan jumlah masing-masing komponen, karena jumlah mol gas reaktan = produk. Sebaliknya, pada reaksi kedua, penambahan tekanan akan menggeser reaksi ke kiri, jumlah NO2 berkurang dan jumlah N2O4 bertambah (meski demikian, tekanan parsial masing-masing komponen tetap).
Misalkan jumlah N2O4 awal adalah n (dan NO2 masih nol).
Pada saat kesetimbangan, jika N2O4 berkurang sebesar αn, maka NO2 akan bertambah 2αn. Jumlah N2O4 saat kesetimbangan tersebut adalah n-αn, sehingga fraksi mol masing-masing komponen adalah:
( ) ( )
Konstanta kesetimbangannya adalah:
( ) ( ) ( )
xN dapat disubstitusi dari persamaan 6.33.
Pengaruh volume pada kesetimbangan reaksi kimia merupakan kebalikan pengaruh tekanan, yang disimpulkan sebagai berikut:
• Jika volum diperbesar, kesetimbangan bergeser ke jumlah koefisien yang besar
• Jika volum diperkecil, kesetimbangan bergeser ke jumlah koefisien yang kecil
• Perubahan volum hanya menggeser arah reaksi, tidak menggubah Kc.
3. Perubahan Konsentrasi
Perubahan konsentrasi tidak merubah nilai tetapan kesetimbangan pada temperatur yang tetap. Jika suatu zat ditambahkan ke dalam sistem yang setimbang, kesetimbangan akan bergeser ke arah sisi yang lain. Jika zat dikurangi dari sistem yang setimbang, kesetimbangan akan bergeser ke arah sisi tempat zat itu diambil. Contoh sederhana adalah reaksi pembentukan HI berikut:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Jika sejumlah I2 ditambahkan ke dalam campuran, maka kesetimbangan bergeser ke produk (HI bertambah, tapi H2
berkurang). Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 6.2.
Gambar 6.2. Perubahan konsentrasi jika sejumlah I2 ditambakan pada reaksi H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Kondisi yang lain, jika jumlah H2 dikurangi, maka kesetimbangan bergeser ke reaktan (HI berkurang, tapi I2 bertambah). Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 6.3.
Gambar 6.3. Perubahan konsentrasi jika H2 dikurangi pada reaksi H2(g) + I2(g) 2HI(g)
4. Penambahan Gas Lembam (Inert)
Pengaruh gas lembam pada kesetimbangan tergantung pada cara menambahkan gas tersebut. Jika sejumlah gas lembam (seperti Helium) ditambahkan pada keadaan volume tetap, maka tekanan total sistem akan meningkat. Akan tetapi, tekanan parsial masing-masing gas akan tetap, so kontanta kesetimbangan tidak berubah.
Jika gas ditambahkan pada tekanan tetap, maka volume sistem akan bertambah. Pengaruhnya: jika mol reaktan dan produk sama, maka kesetimbangan tidak bergeser, tapi jika mol reaktan
lebih besar dari produk maka kesetimbangan bergesar ke reaktan atau jika mol produk lebih besar dari reaktan maka kesetimbangan bergeser ke produk.
Gas lembam hanya mempengaruhi konstanta kesetimbangan jika gas tersebut mengakibatkan perubahan konsentrasi (atau tekanan parsial) masing-masing komponen sistem.
5. Katalis
Katalis dalam reaksi reversibel dapat mempercepat reaksi baik kekanan atau kekiri sehingga keadaan kesetimbangan tercapai lebih cepat. Katalis hanya merubah mekanisme reaksi dengan energi aktivasi yang lebih kecil tapi tidak mengubah konstanta kesetimbangan karena konstanta kesetimbangan tidak bergantung pada mekanisme reaksi.
Contoh Soal Contoh SoalContoh Soal Contoh Soal
Untuk reaksi kesetimbangan, 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g), harga tetapan kesetimbangan akan bertambah jika:
a. temperatur dinaikkan d. H2 dikurangi b. tekanan dinaikkan e. H2O ditambah c. tekanan diturunkan
Penyelesaian:
Jawaban yang benar adalah b dengan penjelasannya sebagai berikut:
a. reaksi pembakaran adalah reaski eksoterm, menghasilkan kalor, sehingga menambah panas (menaikkan temperatur) justru menggeser reaksi ke kiri (reaktan), sehingga Kp menjadi lebih kecil.
b. menambah tekanan menggeser reaksi ke jumlah mol zat paling kecil, yaitu ke produk, sehingga Kp menjadi lebih besar.
c. menurunkan tekanan menggeser reaksi ke jumlah mol zat paling besar, yaitu ke reaktan, sehingga Kp menjadi lebih kecil.
d. mengurangi komponen, menggeser reaksi ke arah komponen yang dikurangi, yaitu reaktan, sehingga Kp menjadi lebih kecil.
e. menambah komponen, menggeser reaksi dari komponen yang ditambah, yaitu dari produk ke reaktan, sehingga Kp menjadi lebih kecil.
Latihan Soal Latihan Soal Latihan Soal Latihan Soal Klorometana terbentuk melalui reaksi:
CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g)
pada 1500 K, konstanta kesetimbangan Kp = 1.6 x 104. Didalam campuran reaksi terdapat p(CH4) = 0.13 atm, p(Cl2) = 0.035 atm, p(CH3Cl) = 0.24 atm dan p(HCl) = 0.47 atm. Apakah reaksi di atas menuju ke arah pembentukan CH3Cl atau pembentukan CH4 !
(ke arah pembentukan CH3Cl)
Soal Latihan Soal Latihan Soal Latihan Soal Latihan
1. Nilai Kp pada 25 0C untuk reaksi kesetimbangan:
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
adalah 10-5. Jika 1 mol CO, 2 mol H2 dan 3 mol CO2 dimasukkan ke dalam labu berukuran 5 L pada 25 0C, hitunglah:
a. perubahan energi Gibbs standar pada temperatur tersebut b. tetapan kesetimbangan yang dinyatakan dengan
konsentrasi molar
c. mol setiap komponen saat kesetimbangan
2. Untuk reaksi N2(g) + 2 O2(g) 2 NO2(g), harga Kp pada 2000 dan 2500 K masing-masing 4,08 x 10-4 dan 36 x 10-4. Tentukan harga ∆H° !
3. Hitung Kp untuk reaksi, CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) pada 25
°C, jika ∆G° = - 6.816 kkal.
4. Bila reaksi C(s) + CO2(g) 2CO(g) berlangsung pada temperatur 850 0C dan tekanan total 1 atm, campuran pada kesetimbangan mengandung 93.77 % (v/v) CO dan 6.23 % (v/v) CO2. Hitung:
a. harga Kp
b. komposisi kesetimbangan pada tekanan total 5 atm
5. Reaksi CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) Kc = 1 pada kira-kira 1100 K. Sejumlah zat berikut dicampur pada temperatur tersebut dan dibiarkan bereaksi: 1 mol CO, 1 mol H2O, 2 mol CO2 dan 2 mol H2. Kearah mana reaksi akan berjalan dan bagaimana komposisi akhirnya?
6. Untuk reaksi:
NH3 1/2 N2 + 3/2 H2 Kc = 5.2 x 10-5 (pada 298 K) Berapakah nilai Kc pada 298 K untuk reaksi:
N2 + 3H2 2NH3
7. Untuk reaksi N2O4(g) 2NO2(g), ∆Ho = +61.5 kJ mol-1 dan Kp = 0,113 pada 298K. Berapa nilai Kp pada 0oC dan pada temperatur berapa nilai Kp = 1 ?
8. Harga Kp reaksi COCl2(g) CO(g) + Cl2(g) pada 400oC adalah 4.25.
Bila tekanan COCl2 mula-mula 1.35 atm, tentukan tekanan parsial setiap komponen dalam keadaan setimbang!
9. Senyawa ClF3 disiapkan melalui 2 tahap reaksi fluorinasi gas klor sebagai berikut:
Cl2(g) + F2(g) ClF(g)
ClF(g) + F2(g) ClF3(g)
a. Seimbangkan masing-masing reaksi di atas dan tuliskan reaksi totalnya!
b. Buktikan bahwa Kc totalnya = hasil kali Kc masing-masing tahap reaksi ?
10. Nilai Kp reaksi CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O pada temperatur 400 oC adalah 0.08 dan pada 600 oC adalah 0.41. Tentukan apakah reaksi tersebut endotermik atau eksotermik!
KE KE
KE KESETIMBANGAN SETIMBANGAN SETIMBANGAN SETIMBANGAN FASA FASA FASA FASA
Pada bab sebelumnya telah dibahas syarat terjadinya kesetimbangan kimia, yakni potensial kimia reaktan sama dengan potensial kimia produk. Syarat tersebut juga berlaku pada kesetimbangan fasa. Kesetimbangan fasa α dan β terjadi jika potensial kimia fasa α sama dengan dengan potensial kimia fasa β.
Pernyataan ini sesuai persamaan 7.1.
β
α µ
µfasa = fasa ... (7.1)