Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan Kimia

Tim Dosen Kimia Dasar FTP

Pengertian kesetimbangan kimia

 Suatu sistem dikatakan setimbang jika dua proses yang berlawanan terjadi dengan

laju yang sama atau dengan kata lain

tidak terjadi perubahan dalam sistem yang setimbang

 Salah satu indikator saat terjadi

kesetimbangan adalah tidak terjadi

perubahan konsentrasi semua komponen yaitu reaktan dan produk.

Kesetimbangan Kimia

Perbedaan jenis dari arah yang digunakan dalam persamaan kimia berkaitan dengan kesetimbangan

Panah tunggal

Reaksi dianggap sesuai dengan persamaan yang ditulis

Dua panah bolak balik

Digunakan untuk suatu sistem kesetimbangan Dua panah bolak balik berbeda ukuran

Dapat digunkana untuk menunjukkan kecendrungan kesetimbangan ke satu arah tertentu

Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan homogen

Kesetimbangan yang melibatkan satu fasa Contoh:

Semua komponen berada dalam fasa gas

Kesetimbangan kimia

Tahap-tahap dasar Untuk reaksi umum

Kita dapat tunjukkan reaksi sebagai terdiri dalam 3 tahap

• awal pencampuran

• daerah kinetik

• daerah kesetimbangan

Kesetimbangan Kimia

Awal pencampuran

Jika A dan B pertama kali dicampurkan bersama, dan C belum ada

Reaksi yang terjadi

Bersamaan dengan dimulainya reaksi, maka sejumlah C mulai terbentuk

Daerah kinetik

Bersamaan dengan terbentuknya C, reaksi balik juga mulai terjadi

Secara keseluruhan, kita masih melihat pertambahan jumlah C

Dengan semakin dekatnya pada daerah

kesetimbangan, laju ke arah produk semakin lambat

Kesetimbangan kimia

Daerah kesetimbangan

Suatu titik dimana kecepatan reaksi pada arah yang berlawanan sama

Secara netto tidak ada perubahan konsentrasi dari setiap komponen

Konstanta Kesetimbangan

Untuk reaksi umum :

Kesetimbangan dapat diungkapkan sebagai berikut :

K_c Tetapan kesetimbangan homogen [ ]ⁿ konsetrasi molar berpangkat

koefisiennya dalam persamaan reaksi yang setimbang

Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan yang melibatkan beberapa fasa

Penulisan kesetimbangan untuk sistem jenis ini, tidak termasuk konsentrasi dari padatan murni (atau cairan)

Chemical Equilibria

 Reaksi pembentukan NH₃ dari gas N₂ dan H₂ N_2(g) + 3H_2(g) 2NH_3(g)

2NH_3(g) N_2(g) + 3H_2(g)

 Bila kedua gas pada volume 1 : 3 dicampur pada suhu kamar tidak terjadi sesuatu reaksi pada laju yang dapat dideteksi.

 Tetapi pada 200 ˚C dan 30 atm campuran bereaksi cepat hingga 67,6% dan tidak ada perubahan lebih lanjut ketika suhu dan tekanan dipertahankan.

 Begitu pula sebaliknya ketika NH₃ dalam suhu kamar tidak terjadi sesuatu apapun.

 Tetapi pada 200 ˚C dan 30 atm terurai dengan cepat hingga 32,4% dan tidak ada perubahan lebih lanjut ketika suhu dan tekanan dipertahankan.

Contoh

 Tuliskan pernyataan kesetimbangan K_c untuk reaksi berikut :

 2O_3(g) 3O_2(g)

 2NO(g) + Cl2  2NOCl(g)

Jawab:

 (a) Kc = [O2]³ / [O3]²

 (b) Kc = [NOCl]² / [NO]²[Cl2]

Contoh hubungan K_c dan konsentrasi

 35,7 g larutan PCl₅ ditempatkan dalam labu 5 L dipanasi hingga 250 C dan dipertahankan hingga tercapai

kesetimbangan. Setelah dianalisis terdapat 7,87 g Cl₂. hitunglah K_c

PCl_5(aq) PCl_3(aq) + Cl_2(g)

Mol/L PCl₅ pada awal 35,7g/5L x 1mol/208g = 0,0343 M

Mol/L Cl₂ pada kesetimbangan 7,87g/5L x 1mol/70,9g = 0,0222 M

Dari persamaan diperoleh hubungan kesetimbangan [PCl₅] = [PCl₅]_awal – [Cl₂] = 0,0343 – 0,0222 = 0,0121 M

PCl_5(aq) PCl_3(aq) + Cl_2(g) Mol awal 0,0343

Mol kesetimbangan 0,0121 0,0222 0,0222

K_c = (0,0222)(0,0222)/0,0121 = 0,0407 = 4,07 x 10^-2

Faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia

Tekanan

 Untuk sistem yang melibatkan gas biasanya pengukuran dilakukan dalam tekanan bukan konsentrasi. Dalam hal ini tetapan dihitung berdasarkan tekanan parsial gas.

 Ketetapan ini disebut K_p

 K_p = (P_G)^g (P_H)^h (P_A)^a (P_B)^b

 Tekanan total sama dengan jumlah tekanan parsial

 Hubungan K_c dan K_p adalah K_c = K_p (1/RT) ^Dn

 Dengan Dn = S koef produk – S koef reaktan

 Jika Dn = 0 maka K_p = K_c

Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial

Pada temperatur konstan, tekanan dari gas sebanding dengan molaritas

Ingat PV = nRT

Dan molaritas adalah M = mol/liter atau n/V Maka p = RTM

dimana R tetapan gas T  temperatur, K

Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial

Untuk kesetimbangan yang melibatkan gas, tekanan parsial dapat digunakan untuk

menggantikan konsentrasi

K_p digunakan dimana tekanan parsial diungkapkan dalam satuan atmosfir

Secara umum, Kp = Kc , sebagai gantinya

Dn_g adalah jumlah mol gas hasil reaksi dikurangi jumlah mol gas pereaksi

Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial

Untuk Kesetimbangan berikut, Kc = 1,10 x 10⁷ pada 700 ^oC berapakah K_p

Tetapan Kesetimbangan

Tekanan parsial

Perhitungan kesetimbangan kimia

Kita dapat perkirakan arah reaksi dengan menghitung quotion reaksi

Quotion reaksi, Q

Q mempunyai banyak Kesamaan dengan Kc, tetapi dengan satu perbedaan penting, yaitu Q dapat digunakan untuk semua set

konsentrasi, sedangkan K tidak

Quitient Reaction

Beberapa set konsentrasi dapat memberikan suatu Q perhitungan, dengan

membandingkan Q terhadap nilai Kc. Kita dapat memperkirakan arah untuk reaksi.

Reaksi akan berlangsung kearah kanan Tidak ada perubahan, Reaksi pada

kesetimbangan

Reaksi akan berlangsung ke arah kiri

Quitient Reaction

Untuk contoh awal

Kita tentukan Kc = 54 pada 425,4^oC

Jika kita mempunyai campuran sebagai berikut,perkirakan arah dari reaksi

Quitient Reaction

Karena Q < Kc, maka sistem tidak dalam berkesetimbangan dan akan reaksi

berlangsung kearah kanan

Pada awal reaksi, ada 0,249 mol N2 ; 3,21x10^-2 mol H2 dan 6,42x10^-4 mol NH3 dalam sebuah labu reaksi berukuran 3,5 L pada 375 C. Jika Konstanta kesetimbangan (Kc) untuk reaksi:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Adalah 1,2 pada suhu tersebut, tentukan apakah sistem tersebut berada pada kesetimbangan. Jika tidak, prediksi arah reaksi nya

SOAL

Perhitungan konsentrasi kesetimbangan

Jika stoikhiometri dan Kc suatu reaksi

diketahui, kita bisa menghitung konsentrasi kesetimbangan untuk semua komponen yang mungkin

• Biasanya, konsentrasi awal diketahui

•Satu dari konsentrasi diungkapkan sebagai variabel x

•Semua yang lainnya kemudian diungkapkan dalam bentuk x

Contoh Perhitungan kesetimbangan

Suatu sampel COCl₂ dibiarkan terdekomposisi Nilai Kc untuk kesetimbangan

Jika konsentrasi awal COCl₂ adalah 0,095 M, berapa konsentrasi setiap komponen pada keadaan kesetimbangan

Contoh Perhitungan kesetimbangan

Konsentrasi awal, (M)

Perubahan

konsentrasi akibat reaksi

Kesetimbngan konsentrasi, M

Contoh Perhitungan kesetimbangan

Ini adalah bentuk persamaan kuadrat, kebetulan persamaan secara langsung untuk larutannya

Persamaan kuadrat

Suatu bentuk persamaan

Hanya akar yang positif yang digunakan dalam memecahkan masalah

kesetimbangan

Contoh perhitungan

Kesetimbangan

Contoh perhitungan Kesetimbangan

Sekarang kita sudah tahu nilai x, dan kita dapat selesaikan untuk konsentrasi semua komponen.

Dalam kasus ini, perubahan dari konsentrasi COCl₂ bisa diabaikan

Memperkirakan pergeseran kesetimbangan

Prinsip le Chatelier’s

Jika suatu sistem diberi gangguan, sistem dalam

kesetimbangan akan bereaksi untuk menghilangkan gangguan tersebut

Posisi kesetimbangan kimia akan bergeser ke arah berlawanan (yang menghilangkan) dari gangguan tersebut.

Contoh

Penambahan A atau B atau mengurangi C atau D akan mengeser kesetimbangan ke arah kanan

Perubahan konsentrasi

•Perubahan konsentrasi tidak akan 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

Perubahan konsentrasi

Contoh : Jika sejumlah I₂ ditambahkan ke dalam campuran.

Sistem akan mengatur konsetrasi dan menyusun ulang kesetimbangan baru dengan K_c yang sama

Perubahan konsentrasi

Contoh : Jika sejumlah H₂ dihilangkan

Sistem akan menyusun ulang konsetrasi

dalam kesetimbangan baru dengan K_c yang tetap

Perubahan Tekanan

Perubahan tekanan tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan pada temperatur

yang konstan

•Padatan dan cairan tidak begitu dipengaruhi oleh perubahan tekanan

•Perubahan tekanan dengan memasukkan gas inert tidak akan menggeser kesetimbangan

•Perubahan tekanan hanya berpengaruh terhadap porsi gas pada kesetimbangan

Perubahan tekanan

Secara umum, bertambahnya tekanan akan menurunkan volume sehingga akan

menggeser kesetimbangan ke sisi yang jumlah mol gasnya lebih kecil

Perubahan Temperatur

Perubahan temperatur biasanya merubah nila tetapan kesetimbangan

•K_c dapat juga meningkat atau menurun dengan bertambahnya temperatur

• Arah dan tingkat perubahannya tergatung pada spesifik reaksi

Pengaruh katalis

 Dalam suatu kesetimbangan, katalis

dapat mempercepat reaksi maju atau balik sama kuat. Katalis tidak mengubah kuantitas relatif yang ada dalam

kesetimbangan sehingga tidak

berpengaruh terhadap Kesetimbangan reaksi.

THANK YOU

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

 Dalam menentukan nilai Kc maka setiap persaman reaksi kimia harus disetarakan.

 Jika persamaannya dibalik, maka nilai Kc dari persamaan yang baru adalah kebalikan dari persamaan aslinya

 Tetapan kesetimbangan untuk reaksi total Kc(net)

adalah Kc(1) x Kc(2), hasil kali tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah yang digabungkan

Contoh soal

 Jika diketahui:

N_2(g) + O_2(g)  2NO_(g) K_c = 4,1 x 10^-31 N_2(g) + ½ O_2(g)  N₂O_(g) K_c = 2,4 x 10^-18

Bagaimana Kc reaksi:

N2O(g) + ½ O2(g)  2NO(g) Kc = ?

 Persamaan diatas dapat digabungkan

N_2(g) + O_2(g)  2NO_(g) K_c = 4,1 x 10^-31

N₂O_(g)  N_2(g) + ½ O_2(g) K_c = 1/(2,4 x 10^-18) = 4,2 x 10¹⁷

N2O(g) + ½ O2(g)  2NO(g) Kc = ?

 

Perhitungan dalam kesetimbangan kimia

 Hitunglah Kp dan Kc untuk kesetimbangan reaksi berikut pada 10 atm dan 200 C

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

tekanan NH3 pada keadaan tersebut adalah 50,7%. R = 0,0821 Jawab:

Tekanan total = 10 atm = P_NH3 + (P_N2 + P_H2) PNH3 = 50,7% tekanan total

= 0,507 x 10 atm = 5,07 atm P_N2 + P_H2 = 10 – 5,07 = 4,93 atm

Karena perbandingan N2 dan H2 adalah 1 : 3 maka, P_N2 = ¼ x 4,93 atm = 1,23 atm

P_H2 = ¾ x 4,93 atm = 3,70 atm

 K_p = (P_NH3)² = (5,07)²

(P_N2) (P_H2)³ (1,23) (3,70)³

= 0,413

 Kc = Kp (1/RT) ^Dn

= (0,413) (1/0,0821 x 473)^-2 = 6,23.10²