1
KONSTANTA KESETIMBANGAN
Dewa Gian Ramadhan 1, Dini Septi Kurnia Ardana 2,Galan Tricahya Eksa3,Renova Panjaitan, S.T., M.T.
124041010193, Paralel E, Teknik Kimia, Fakultas Tekniks & Sains, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur
224031010198, Paralel E, Teknik Kimia, Fakultas Tekniks & Sains, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur
324031010210, Paralel E, Teknik Kimia, Fakultas Tekniks & Sains, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur
Abstrak.
Kata kunci
1. Pendahuluan
Pembahasan konstanta kesetimbangan salah satu aspek penting dalam kimia yang memungkinkan kita memahami bagaimana reaksi kimia berlangsung dalam sistem tertutup.
Upaya memahami fenomena kimia ini, para ilmuwan telah melakukan berbagai penelitian untuk memeriksa hubungan antara konsentrasi zat-zat reaktan dan produk dalam reaksi kimia tertentu pada kondisi tertentu. Pengukuran jumlah relatif dari reaktan dan produk pada titik kesetimbangan telah menjadi fokus utama dalam penelitian ini. Titik kesetimbangan ini merupakan kondisi di mana laju pembentukan produk sama dengan laju penguraian produk kembali menjadi reaktan. Dengan memahami hubungan antara konsentrasi reaktan dan produk pada titik kesetimbangan ini, kita dapat menentukan konstanta kesetimbangan yang sangat penting dalam memprediksi arah reaksi dan hasil reaksi.
Proses hidrolisis minyak sangat penting dalam industri pembuatan sabun dan detergen.
Reaksi antara minyak trigliserida dengan air menghasilkan gliserol dan asam lemak, yang kemudian digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan sabun dan detergen. Konsep konstanta kesetimbangan (KK) sangat berguna dalam meningkatkan hasil produknya. Dengan menggunakan KK, para ilmuwan dapat menghitung konsentrasi optimal dari reaktan dan produk, serta menentukan suhu dan tekanan yang optimal untuk reaksi. Suhu reaksi hidrolisis minyak yang optimal biasanya berkisar antara 150-200°C. Suhu yang optimal ini memungkinkan reaksi hidrolisis minyak berlangsung dengan baik dan hasil produknya dapat meningkat. Namun, kondisi reaksi yang optimal dapat berbeda-beda tergantung pada jenis minyak yang digunakan dan produk yang diinginkan (Setyawardhani et al., 2013). Percobaan konstanta kesetimbangan bertujuan untuk Mengkaji konstanta kesetimbangan reaksi cair-cair, Mengkaji pengaruh konsentrasi larutan terhadap nilai Kc, Mengkaji pengaruh konsentrasi katalis terhadap nilai Kc.
2. Tinjauan Pustaka 2.1 Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia terjadi ketika dalam suatu reaksi, konsentrasi reaktan dan produk tetap konstan karena laju reaksi maju dan mundur sama. Meski reaksi masih berlangsung, konsentrasi zat-zat tersebut tidak berubah. Namun, kesetimbangan tidak berarti jumlah reaktan dan produk sama, melainkan bergantung pada nilai Kc reaksi. Sebagai contoh, dalam pembentukan air dari hidrogen dan oksigen, pada kondisi kesetimbangan, laju pembentukan air sama dengan laju penguraian air kembali menjadi hidrogen dan oksigen, sehingga konsentrasi ketiga zat ini stabil.
Prinsip Le Chatelier menjelaskan bahwa dalam reaksi eksotermis, jika suhu dinaikkan,
2 kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endotermik untuk menyerap panas, sehingga jumlah produk berkurang dan konsentrasi reaktan meningkat. Berdasarkan fasenya, kesetimbangan kimia dibagi menjadi dua jenis yaitu kesetimbangan homogen dan heterogen. Pada kesetimbangan homogen, reaktan dan produk berada dalam fase yang sama, misalnya dalam bentuk gas atau larutan, sehingga tidak ada perbedaan fasa di antara keduanya. Sebaliknya, kesetimbangan heterogen melibatkan reaktan dan produk dalam fasa yang berbeda, misalnya kombinasi padatan, cairan, dan gas dalam satu reaksi. Perbedaan fasa inilah yang menjadi ciri khas kesetimbangan heterogen. Reaksi pada kesetimbangan sebagai berikut:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
kesetimbangan dinamis merujuk pada situasi di mana laju reaksi maju (perubahan zat-zat reaktan menjadi produk) seimbang dengan laju reaksi balik (perubahan produk menjadi reaktan).
Ini berarti bahwa meskipun reaksi kimia terjadi terus-menerus, konsentrasi zat-zat reaktan dan produk cenderung tetap stabil seiring waktu. Pada kondisi kesetimbangan dinamis, tidak ada perubahan bersih dalam konsentrasi reaktan dan produk, meskipun reaksi kimia masih terjadi.
Kesetimbangan dinamis mencerminkan keseimbangan antara dua proses yang berlangsung pada laju yang sama atau tetap. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun reaksi kimia terus berjalan, tidak ada perubahan bersih dalam jumlah zat-zat reaktan dan produk. Kesetimbangan dinamis juga bisa terjadi pada suhu tertentu, di mana nilai tetapan kesetimbangan (seperti Kc atau Kp) mencapai nilai konstan yang berkaitan dengan konsentrasi atau tekanan zat-zat yang terlibat dalam reaksi tersebut (Gilbert,2002). Reaksi pada percobaan ini adalah:
CH3COOH(aq) + C2H5OH(aq) ↔ CH3COOC2H5(aq) + H2O(l)
CH3COOC2H5 (aq) + H2O(l) ↔ CH3COOH (aq) + C2H5OH(aq)
2.2. Konstanta Kesetimbangan
Konstanta kesetimbangan menggambarkan keseimbangan dalam suatu reaksi kimia dalam sistem tertutup pada kondisi tertentu. Dalam perhitungan, konstanta kesetimbangan diperoleh dari hasil bagi antara perkalian konsentrasi produk dengan perkalian konsentrasi reaktan. Nilai konstanta ini tetap jika suhu tidak berubah, tetapi akan berubah jika suhu berubah. Pada reaksi endoterm, konstanta kesetimbangan akan meningkat dengan kenaikan suhu, sedangkan pada reaksi eksoterm, konstanta kesetimbangan cenderung menurun ketika suhu naik. Jika konstanta kesetimbangan bernilai besar, itu menandakan bahwa reaksi maju lebih dominan, sedangkan nilai kecil menunjukkan dominasi reaksi mundur. Persamaan konstanta kesetimbangan yaitu (Quilez and Quílez-Pardo, 2019):
aA+bB ⇌cC+dD (1) Konstanta kesetimbangan dapat dihitung menggunakan rumus:
𝐾𝑐 = [𝐶]𝑐[𝐷]𝑑
[𝐴]𝑎[𝐵]𝑏 (2) 𝐾𝑝 = [𝑃𝐶]𝑐[𝑃𝐷]𝑑
[𝑃𝐴]𝑎[𝑃𝐵]𝑏 (3) Keterangan rumus:
Kp = Konstanta kesetimbangan tetapan [A,B,C,D] = Konsentrasi
Kc = Konstanta kesetimbangan [a,b,c,d] = Koefisien
[PC,PD,PA,PB]= Tekanan parsial dari gas-gas A, B, C, dan D
Hubungan antara tetapan kesetimbangan yang berkaitan dengan tekanan parsial, Kp, dan konsentrasi molar, Kc, tergantung pada prinsip-prinsip persamaan gas ideal serta persamaan yang mengaitkan tekanan dengan konsentrasi saat mencapai kesetimbangan. Untuk mengaitkan Kp dan Kc, kita merujuk pada persamaan gas ideal yang menyatakan bahwa tekanan parsial gas dalam campuran sebanding dengan konsentrasinya. Dengan demikian, melalui persamaan reaksi yang menggambarkan perubahan jumlah mol gas, kita dapat menghubungkan tetapan kesetimbangan yang berkaitan dengan tekanan, Kp, dengan tetapan kesetimbangan yang
3 berkaitan dengan konsentrasi, Kc, dengan memanfaatkan prinsip persamaan gas ideal (Helsy and Andriyani, 2017).Hubungan Kc dan Kp dapat dirumuskan yaitu :
𝐾𝑝 = 𝐾𝑐 (𝑅 × 𝑇)∆𝑛 (4)
Keterangan rumus:
Kp = Konstanta kesetimbangan tetapan Kc = Tetapan kesetimbangan
R = Konstanta 0,082 L atm/mol.K T = Suhu kelvin (K)
∆𝑛 =Total mol produk gas – Total mol reaktan gas
2.3. Ciri-ciri kesetimbangan
Suatu sistem yang telah mencapai kesetimbangan memiliki atribut yang membedakannya dari sistem lain yang masih belum mencapai kondisi tersebut. Ciri ciri umum dari sistem yang seimbang termasuk (Sudrajat,2016):
1. Sistem tidak memperoleh materi dari lingkungan dan tanpa kehilangan (memberikan) materi kelingkungan.
2. Sistem adalah dinamik. Dua proses yang berlawanan berlangsung pada saat yang sama . 3. Sifat yang dapat diukur dan diamati adalah konstan, sebab kedua proses berlangsung
dalam laju yang sama, sehingga konsentrasi zat-zat konstan.
4. Pada suhu tertentu, kesetimbangan mencapai suatu nilai yang konstan dari ungkapan yang menyangkut konsentrasi zat-zat yang bereaksi.
2.4. Syarat - Syarat Kesetimbangan
Kesetimbangan kimia adalah suatu reaksi kimia yang memiliki ciri khas, yaitu sistem berada dalam kondisi seimbang. Syarat-syarat agar reaksi mencapai kesetimbangan adalah reaksi harus bersifat reversible, artinya produk yang terbentuk dapat kembali bereaksi menjadi reaktan. Sistem reaksi juga harus tertutup, sehingga tidak ada pertukaran zat dengan lingkungan; reaktan dan produk tetap berada dalam sistem. Namun, sistem tertutup tidak selalu diperlukan kecuali untuk reaksi yang melibatkan fase gas, agar komponen gas tidak hilang. Pada keadaan kesetimbangan, reaksi maju dan balik terus terjadi secara simultan tanpa henti. Kedua proses berlangsung tanpa perubahan konsentrasi reaktan dan produk yang terlihat atau terukur secara makroskopik (Manurung, 2022):
2.5. Asas Le Chatelier
Prinsip Le Chatelier menyatakan bahwa sistem dalam kesetimbangan akan merespons gangguan untuk mengurangi dampaknya. Ketika tekanan meningkat, sistem menyesuaikan dengan mengurangi jumlah partikel gas, menyebabkan pergeseran reaksi dari A ke 2B. Reaksi kimia dianggap sebagai reaksi kesetimbangan, di mana laju reaksi maju dan mundur sama.
Pergeseran arah reaksi bergantung pada suhu dan kondisi produk. Konstanta kesetimbangan (K) adalah rasio antara laju reaksi maju dan mundur. Reaksi maju lebih dominan jika nilai K besar, sedangkan nilai K kecil menunjukkan dominasi reaksi mundur. Prinsip ini membantu memahami pengaruh perubahan terhadap sistem kesetimbangan (Lin dan Murphy, 2017).
2.6. Kesetimbangan Reaksi Cair-cair
Suatu kondisi, reaksi kimia antara dua zat cair dapat mencapai kesetimbangan. Artinya, laju reaksi ke depan dan laju reaksi ke belakang menjadi sama, sehingga tidak ada perubahan lagi dalam konsentrasi reaktan dan produk. Contohnya adalah reaksi antara asam asetat dan etanol untuk membentuk etil asetat dan air. Reaksi berlangsung ke arah depan, yaitu asam asetat dan etanol bereaksi membentuk etil asetat dan air. Namun, seiring waktu, reaksi ke belakang juga mulai berlangsung, yaitu etil asetat dan air bereaksi membentuk asam asetat dan etanol. Kondisi kesetimbangan, laju reaksi ke depan dan laju reaksi ke belakang menjadi sama, sehingga tidak
4 ada perubahan lagi dalam konsentrasi reaktan dan produk. Artinya, jumlah asam asetat, etanol, etil asetat, dan air tidak berubah lagi. Reaksi cair-cair pada kondisi kesetimbangan memiliki beberapa karakteristik. Pertama, laju reaksi ke depan dan laju reaksi ke belakang adalah sama.
Kedua, konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah lagi. Ketiga, reaksi dapat berlangsung dalam dua arah. Keempat, reaksi dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu, tekanan, dan konsentrasi reaktan. Industri kimia, reaksi cair-cair pada kondisi kesetimbangan sangat penting.
Hal ini karena reaksi ini dapat digunakan untuk memproduksi berbagai jenis produk kimia, seperti etil asetat, yang digunakan sebagai pelarut dan bahan kimia lainnya (Rydberg,2020).
2.7. Katalis
Katalis adalah zat yang mempercepat reaksi kimia tanpa mengalami perubahan permanen dalam proses tersebut. Zat ini bekerja dengan memberikan mekanisme alternatif untuk mencapai produk akhir. Dalam reaksi kimia, katalis tidak berperan sebagai pereaksi maupun produk.
Katalis berfungsi mengurangi energi aktivasi yang diperlukan untuk reaksi berlangsung. Sifatnya spesifik terhadap jenis reaksi tertentu. Meskipun digunakan dalam reaksi, katalis tidak habis dan tetap dapat digunakan kembali pada reaksi berikutnya. Penggunaan katalis memungkinkan peningkatan efisiensi proses dengan jumlah yang sangat kecil. Contoh katalis adalah logam seperti platina, paladium, dan nikel yang sering digunakan dalam reaksi hidrogenasi
Katalis homogen dan heterogen memiliki mekanisme kerja yang berbeda berdasarkan sifat fisik dan interaksinya dengan reaktan dalam reaksi kimia. Katalis homogen berada dalam fase yang sama dengan reaktan, biasanya cair atau gas. Dalam mekanisme ini, katalis berinteraksi langsung dengan molekul reaktan melalui pembentukan kompleks atau senyawa antara. Katalis homogen bekerja dengan menurunkan energi aktivasi reaksi, mempercepat laju reaksi tanpa mengubah kondisi termodinamika. Karena berada dalam fase yang sama, katalis homogen cenderung memberikan distribusi yang lebih merata dalam sistem reaksi, menghasilkan konversi yang lebih konsisten. Contohnya adalah penggunaan asam sulfat sebagai katalis dalam reaksi esterifikasi. Kelemahan utama katalis homogen adalah sulitnya memisahkan katalis dari produk akhir, sehingga sering kali memerlukan proses tambahan untuk pemurnian. Sebaliknya, katalis heterogen berada dalam fase berbeda dari reaktan, seperti katalis padat yang berinteraksi dengan reaktan cair atau gas. Mekanisme kerjanya melibatkan adsorpsi reaktan pada permukaan katalis, di mana reaksi kimia terjadi. Permukaan katalis memainkan peran penting dalam menyediakan situs aktif untuk interaksi kimia, yang menurunkan energi aktivasi reaksi. Setelah reaksi berlangsung, produk dilepaskan dari permukaan katalis, memungkinkan katalis untuk terus digunakan. Contoh klasik katalis heterogen adalah platina atau nikel dalam reaksi hidrogenasi.
Kelebihan katalis heterogen adalah kemudahan pemisahan dari campuran reaksi, tetapi reaksi sering kali terbatas pada permukaan katalis sehingga efisiensi dapat bergantung pada luas permukaan aktif (Othman, 2020).
2.8. Faktor – faktor yang mempengaruhi kesetimbangan
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia, yaitu (Haryono,2019):
1. Tekanan
Menurut Le Chatelier, jika volume sistem tiba-tiba berkurang, yang mengakibatkan peningkatan tekanan, maka akan terjadi perubahan dalam sistem yang mengakibatkan penurunan tekanan. Peningkatan tekanan akibat penurunan volume akan mendorong kesetimbangan menuju sisi yang tekanannya lebih rendah. Ini juga menyebabkan reaksi bergeser ke arah yang memiliki jumlah mol gas yang lebih sedikit.
2. Temprature
Temperatur suatu sistem kesetimbangan meningkat, maka reaksi dalam sistem menyebabkan temperatur.menurun dan kesetimbangan bergeser ke sisi reaksi yang menyerap panas (sisi reaksi endoterm). Sebaliknya, dengan menurunnya temperatur, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksotermik.
5 3. Konsentrasi
Jika konsentrasi ditingkatkan di suatu ruas, kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan. Sebaliknya, jika konsentrasi dikurangi di ruas yang sama, kesetimbangan akan bergerak ke arah tersebut.
4. Katalis
Penambahan katalis ke dalam sistem reaksi kimia akan mengurangi hambatan energi aktivasi.
3. Pelaksanaan Praktikum 3.1 Alat
Percobaan konstanta kesetimbangan membutuhkan alat dan bahan untuk membantu proses pengamatan dan pengukuran. Alat yang digunakan ada statif dan klem, buret, neraca analitik, alumunium foil , kaca arloji, beaker glass 100 mL, gelas ukur 10 mL dan 25 mL, labu ukur 50 mL, erlenmeyer, botol UC 1000 sebanyak 4 botol, batang pengaduk, corong kaca, pipet tetes, dan spatula. Semua peralatan ini digunakan secara terkoordinasi untuk mendukung jalanya percobaan kimia.
3.2 Bahan
Percobaan konstanta kesetimbangan yang digunakan bahan asam sulfat (H2SO4) dengan kemurnian 96 % merk fluka, aquadest (H2O), asam asetat (CH3COOH) merk supelco dengan kemurnian 100%, alkohol dengan kemurnian 96%, dan etil asetat (CH3COOC2H5) merk smartlab dengan kemurnian 99,5%, Etanol Absolut, Sodium Hidroksida kemurnian 98%,Phenolphtalein.
3.3 Rangkaian Alat
Keterangan : 1. Kertas Putih 2. Erlenmeyer 3. Kran 4. Buret 5. Statif 6. Klem
Gambar 3.1 Rangkaian Alat Titrasi
3.4 Prosedur
Percobaan konstanta kesetimbangan diawali dengan pembuatan larutan katalis H₂SO₄ 4N sebanyak 50 ml, yang dihasilkan dari pengenceran H₂SO₄ pekat menggunakan aquadest.
Kemudian, larutan H₂SO₄ 2N sebanyak 50 ml disiapkan melalui pengenceran larutan H₂SO₄ 4N.
Masing-masing larutan H₂SO₄ 4N dan H₂SO₄ 2N sebanyak 5 ml ditimbang dengan menggunakan neraca analitik dalam botol UC yang telah dibersihkan dan dikeringkan agar massa yang akurat dapat diperoleh. Larutan-larutan tersebut kemudian disiapkan dalam botol 50 ml yang telah diberi label dan ditutup rapat untuk mencegah penguapan. Paket 1 dirancang dengan menggunakan H₂SO₄ 4N bersama pelarut tertentu, sedangkan Paket 2 disusun menggunakan H₂SO₄ 2N dengan
47 variasi pelarut yang serupa. Botol-botol tersebut dilapisi dengan aluminium foil, dikocok secara berkala, dan dibiarkan selama kurang lebih satu minggu agar kesetimbangan dapat tercapai.
Selanjutnya, titrasi dilakukan dengan larutan NaOH 0,5N, dan fenolftalein ditambahkan sebagai indikator hingga titik akhir titrasi dicapai dengan warna larutan yang stabil. Volume buret dicatat, dan titrasi diulang untuk memastikan data nilai konstanta kesetimbangan yang akurat.
Daftar Pustaka
A Othman, S.M. dan Othman, S.M. (2020) ‘Catalysts of the preparation and industrial importance of catalysis and catalyst deactivation’. Journal of Advanced Chemistry Research. pp. 23-27 Gilbert J.K. (2002). Chemical Education: Towards Research-Based Practice. University of
Pennsylvania. USA.
Helsy, I. dan Andriyani, L. (2017) ‘Pengembangan Bahan Ajar Pada Materi Kesetimbangan Kimia Berorientasi Multipel Representasi Kimia’. Jtk (Jurnal Tadris Kimiya). 2(1) Sunan Gunung Djati State Islamic University of Bandung, pp. 104–108.
Haryono, H.E. (2019). Big Book Kimia Dasar. Deeppublish. Yogyakarta
Lin, W. dan Murphy, C.J. (2017) ‘A Demonstration of le Chatelier’s Principle on the Nanoscale’.
ACS Central Science, 3(10) American Chemical Society, pp. 1096–1102.
Manurung.M.H. (2022). Kimia Umum .Perkumpulan Rumah Cemerlang Indonesia (PRCI), Tasikmalaya.
Rydberg. (2020) Introduction To Solvent Extraction. Chalmers University of Tcehnology.
Sweden.
Sudrajat.Y. (2016) Kimia Dasar. Pusdik SDM Kesehatan. Jakarta.
Quilez, J. dan Quílez-Pardo, J. (2019) ‘Do the equilibrium constants have units? A discussion on how general chemistry textbooks calculate and report the equilibrium constants conditions of Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) apply Do the equilibrium constants have units? A discussion on how general chemistry textbooks calculate and report the equilibrium constants’, International Journal of Physics and Chemistry Education, 11(3), pp. 73–83.
Setyawardhani, D.A., Sperisa, D. (2013) ‘Penggeseran Reaksi Kesetimbangan Hidrolisis Minyak Dengan Pengambilan Gliserol Untuk Memperoleh Asam Lemak Jenuh Dari Minyak Biji Karet’. Jurnal ekuilibrium. pp. 63-67
48
49
Literatur
50
51
52
53
54
55
56
57
58
