1

A. PENGERTIAN KESETIMBANGAN KIMIA

Kesetimbangan kimia adalah suatu kesetimbangan dinamik. Spesi-spesi dalam

reaksi terus terbentuk secara konstan namun tanpa terjadi perubahan total dalam

konsentrasi sistem. Misalnya, pita magnesium akan bereaksi dengan oksigen

membentuk magnesium oksida (MgO). Demikian pula sebutir pualam ( CaCO3) di

masukan ke dalam laruta asam klorida (HCI) berlebihan, semua pualam akan habis

bereaksi dengan asam klorida.

Reaksinya sebagai berikut:

2 Mg(s) + O2(s) → 2Mg (s)

CaCO3 + 2HCI(aq) → CaCI (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

Ada beberapa reaksi yang dapat berlangsung dua arah, contohnya pada reaksi

pembuata gas Amonia

3H2 (g) + N2 (g) ⇋ 2 NH3 (g)

Reaksi ini disebut juga reaksi reversibel atau reaksi kesetimbangan. Pada

reaksi ini setiap NH3 terbentuk akan segera terurai lagi menjadi H2 dan N2. Reaksi

kesetimbangan adalah reaksi bolak-balik (reversibel) yang menunjukan reaktan

bereaksi membentuk produk dan produk dapat bereaksi balik membentuk reaktan.

Arah panah persamaan reaksinya dua arah, yaitu ke arah kanan (ke produk) dan ke

arah kiri (ke reaktan). Pada reaksi kesetimbangan, keadaan reaksinya secara

mikroskopis berlangsung dinamis/terus-menerus/tidak berhenti (namun secara

makroskopis reaksi diam/berhenti) dan laju reaksi ke arah kanannya akan sama

dengan laju reaksi ke arah kirinya. Karena laju reaksi ke arah kanannya sama dengan

laju reaksi ke arah kirinya, maka jumlah zat-zat pada saat kesetimbangnya itu akan

tetap.

2

Perubahan konsentrasi terhadap waktu

Penurunan konsentrasi A dan B mula-mula terjadi dengan cepat, makin lama semakin

lambat sampai pada akhirnya konstan. Sebaliknya yang terjadi pada produk zat C dan

D. Pada awal reaksi konsentrasinya = 0, kemudian bertambah dengan cepat tapi

makin lama semakin lambat sampai akhirnya menjadi konstan. Pada waktu t = t~

konsentrasi masing-masing zat A, B, C, dan D menjadi konstan, yang berarti bahwa

laju reaksi kekiri = laju reaksi kekanan.

Karakteristik keadaan kesetimbangan

Ada empat aspek dasar keadaan kesetimbangan, yaitu :

1. Keadaan kesetimbangan tidak menunjukkan perubahan makroskopik yang nyata

2. Keadaan kesetimbangan dicapai melalui proses yang berlangsung spontan

3. Keadaan kesetimbangan menunjukkan keseimbangan dinamik antara proses maju

atau balik

4. Keadaan kesetimbangan adalah sama walaupun arah pendekatannya berbeda

3

B. KEADAAN KESETIMBANGAN

Keadaan Kesetimbangan

Reaksi yang dapat berlangsung dalam dua arah disebut reaksi dapat balik. Apabila

dalam suatu reaksi kimia, kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke

kiri maka, reaksi dikatakan dalam keadaan setimbang. Secara umum reaksi

kesetimbangan dapat dinyatakan sebagai:

A + B C + D

ADA DUA MACAM SISTEM KESETIMBANGAN, YAITU :

1. Kesetimbangan dalam sistem homogen

Kesetimbangan Homogen Istilah kesetimbangan homogen berlaku untuk reaksi

yang semua spesi bereaksinya berada pada fasa yang sama. Subskrip dalam Kc

menyatakan bahwa konsentrasi spesi yang bereaksi dinyatakan dalam mol per

liter. Konsentrasi reaktan dan produk dalam reaksi gas juga dapat dinyatakan

dalam tekanan parsialnya. Pada suhu tetap, tekanan P dari suatu gas berbanding

lurus dengan konsentrasi dalam mol per liter gas tersebut. Secara umum, untuk

reaksi kesetimbangan dalam fasa gas: aA (g) ⇌ bB (g) di mana a dan b adalah

koefisien stoikiometri. Konstanta kesetimbangan Kc adalah: dan persamaan

untuk Kp adalah: di mana PA dan PB adalah tekanan parsial A dan B

a. Kesetimbangan dalam sistem gas-gas

Contoh: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

b. Kesetimbangan dalam sistem larutan-larutan

Contoh: NH4OH(aq) NH4+(aq) + OH- (aq)

2. Kesetimbangan dalam sistem heterogen

Kesetimbangan Heterogen Reaksi reversible yang melibatkan reaktan dan produk

yang fasanya berbeda menghasilkan kesetimbangan heterogen. Persamaan

konstanta kesetimbagan 5 hanya mengandung komponen yang konsentrasi

berubah selama reaksi berlangsung. Hal seperti itu tidak terjadi pada zat padat

4

murni atau zat cair murni dikarenakan konsentrasi suatu padatan atau cairan,

seperti halnya kerapatannya, merupakan sifat intensif dan tidak bergantung pada

banyaknya zat yang ada. Jadi, kita dapat memperlakukannya konsentrasinya

sebagai konstanta dan kita dapat menghilangkannya dari persamaan konstanta

kesetimbangan.

a. Kesetimbangan dalam sistem padat gas

Contoh: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

b. Kesetimbangan sistem padat larutan

Contoh: BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42- (aq)

c. Kesetimbangan dalam sistem larutan padat gas

Contoh: Ca(HCO3)2(aq) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)

C. PRINSIP LA CHATELIER

Azas Le Chatelier menyatakan: Bila pada sistem kesetimbangan diadakan

aksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi

itu menjadi sekecil-kecilnya.

Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru

akibat adanya aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran

kesetimbangan.

Bagi reaksi: 

A  +  B   →    C  +  D

KEMUNGKINAN TERJADINYA PERGESERAN

1. Dari kiri ke kanan, berarti A bereaksi dengan B memhentuk C dan D, sehingga jumlah

mol A dan Bherkurang, sedangkan C dan D bertambah.

2. Dari kanan ke kiri, berarti C dan D bereaksi membentuk A dan B. sehingga jumlah mol

C dan Dherkurang, sedangkan A dan B bertambah.

5

D. DIAGRAM FASA

- ATURAN FASA GIBBS

Aturan fasa, pertama kali dicetuskan oleh J. Willard Gibbs pada tahun

1876, terkait kondisi fisik campuran dengan jumlah konstituen dalam sistem

dan kondisinya. Gibbs pula yang pertama kali menggunakan istilah “Phase”

untuk setiap wilayah homogen dalam suatu sistem. Ketika tekanan dan

temperatur adalah variabel tetap, aturan tersebut dapat ditulis sebagai: dimana

f adalah jumlah variabel bebas (disebut derajat kebebasan), c adalah jumlah

komponen, dan p adalah jumlah fase stabil dalam sistem. Aturan fase Gibbs

berlaku untuk semua materi (padat, cair, dan gas), tetapi ketika efek dari

tekanan konstan, aturan tersebut tereduksi menjadi: Jumlah komponen dapat

lebih kecil daripada macam zat “n” yang berada dalam sistem, karena

mungkin saja terdapat hubungan antara konsentrasi kesetimbangan berbagai

zat dalam sistem hingga untuk melukiskan sistem secara lengkap tidak perlu

dinyatakan sebanyak “n” kali. Terdapat dua macam hubungan antara

konsentrasi komponen-komponen yaitu kesetimbangan kimia dan keadaan

awal. Bagi tiap kesetimbangan kimia jumlah konsentrasi yang bebas

berkurang sebuah. Sebagai contoh, bila kalsium oksida padat, kalsium

karbonat padat, dan gas karbon dioksida berada dalam kesetimbangan, jumlah

komponen berkurang dengan satu oleh adanya kesetimbangan kimia. Jumlah

derajat kebebasan atau varian v suatu sistem ialah bilangan terkecil yang

menunjukkan jumlah variable bebas (tekanan, suhu, konsentrasi berbagai fasa)

yang harus diberi harga untuk melukiskan keadaan sistem.

6

- KESETIMBANGAN FASA

Bagian sesuatu yang menjadi pusat perhatian dan dipelajari disebut

sebagai sistem. Suatu sistem heterogen terdiri dari berbagai bagian yang

homogen yang saling bersentuhan dengan batas yang jelas. Bagian homogen

ini disebut sebagai fasa dapat dipisahkan secara mekanik. Tekanan dan

temperatur menentukan keadaan suatu materi kesetimbangan fasa dari materi

yang sama. Kesetimbangan fasa dari suatu sistem harus memenuhi syarat

berikut :

1. Sistem mempunyai lebih dari satu fasa meskipun materinya sama

2. Terjadi perpindahan reversibel spesi kimia dari satu fasa ke fasa lain

3. Seluruh bagian sistem mempunyai tekanan dan temperatur sama

Kesetimbangan fasa dikelompokan menurut jumlah komponen penyusunnya

yaitu sistem satu komponen, dua komponen dan tiga komponen Pemahaman

mengenai perilaku fasa berkembang dengan adanya aturan fasa Gibbs.

Sedangkan persamaan Clausius dan persamaan Clausius Clayperon

menghubungkan perubahan tekanan kesetimbangan dan perubahan suhu pada

sistem satu komponen. Adanya penyimpangan dari sistem dua komponen cair-

cair ideal konsep sifat koligatif larutan dapat dijelaskan.

7

- DIAGRAM FASA

Diagram Fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur

dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang

lambat dengan kadar karbon. Tidak seperti struktur logam murni yang hanya

dipengaruhi oleh suhu, sedangkan struktur paduan dipengaruhi oleh suhu dan

komposisi. Pada kesetimbangan, struktur paduan ini dapat digambarkan dalam

suatu diagram yang disebut diagram fasa (diagram kesetimbangan) dengan

parameter suhu (T) versus komposisi (mol atau fraksi mol). (Fase dapat

didefinisikan sebagai bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi

yang berbeda dari bagian lainnya). Diagram fasa khususnya untuk ilmu logam

merupakan suatu pemetaan dari kondisi logam atau paduan dengan dua variabel

utama umumnya ( Konsentrasi dan temperatur). Diagram fasa secara umum

dipakai ada 3 jenis :

1. Diagram fasa tunggal/Uner ( 1 komponen/Komposisi sama dengan Paduan )

2. Diagram fasa Biner ( 2 komponen unsur dan temperatur)

3. Diagram fasa Terner ( 3 komponen unsur dan temperatur)

Diagram fasa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan, misalnya

timbale dan timah. Diagram fasa biner misalnya paduan kuningan ( Cu-Zn), (Cu-

Ni) dll. Diagram fasa terner misalnya paduan stainless steel (Fe-Cr-Ni)

dll.Diagram pendinginan merupakan diagram yang memetakan kondisi struktur

mikro apa yang anda akan dapatkan melalui dua variabel utama yaitu

( Temperatur dan waktu) disebut juga diagram TTT atau juga dua variabel utama

yaitu (temperatur dan cooling rater) disebut juga diagram CCT. Diagram ini

berguna untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu dan mikrostruktur tertentu,

Fasa bainit misalnya pada baja hanya terdapat pada diagram TTT bukan diagram

isothermal Fe-Fe3C. Kegunaan Diagram Fasa adalah dapat memberikan informasi

tentang struktur dan komposisi fase-fase dalam kesetimbangan. Diagram fasa

digunakan oleh ahli geologi, ahli kimia, ceramists, metallurgists dan ilmuwan lain

8

untuk mengatur dan meringkas eksperimental dan data pengamatan serta dapat

digunakan untuk membuat prediksi tentang proses-proses yang melibatkan reaksi

kimia antara fase.

- FUNGSI DIAGRAM FASA

Untuk meramalkan/memperkirakan :

Proses Solidfikasi

Struktur Mikro yang diperoleh

Sifat Mekanik

Berdasarkan jumlah unsur, Diagram Fasa dapat digolongkan secara umum

menjadi :

Diagram Fasa Biner terdiri dari 2 unsur

Diagram Fasa Terner terdiri dari 3 unsur

Diagram Fasa Biner ada 3 jenis, yaitu : Diagram Fasa yang menunjukkan

kelarutan yang sempurna dalam keadaan cair dan padat Diagram Fasa yang

menunjukkan kelarutan sebagian/terbatas dalam keadaan padat. Diagram Fasa ini

terdiri dari 3 tipe :

Memiliki reaksi fasa Eutektik.

Memiliki reaksi fasa Peritektik

Memiliki reaksi fasa Senyawa

Diagram Fasa yang menunjukkan adanya ketidaklarutan dari unsur-unsur

penyusun Untuk memperoleh Diagram Fasa dapat dilakukan cara-cara sebagai

berikut :

Diturunkan dari berbagai Diagram Fasa yang menghubungkan Temperatur dan

waktu pada berbagai komposisi paduan.

Melalui percobaan pada berbagai komposisi paduan, dengan menggunakan

alat dilatometer.

Melalui perhitungan dengan menggunakan teori termodinamika dan

probabilitas (Gibbs).

9