Kesetimbangan KimiaTim 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 KimiaPerbedaan 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 KimiaKesetimbangan homogen
Kesetimbangan yang melibatkan satu fasa
Contoh:
Semua komponen berada dalam fasa gas
Kesetimbangan kimiaTahap-tahap dasar
Untuk reaksi umum
Kita dapat tunjukkan reaksi sebagai terdiri dalam 3 tahap
• awal pencampuran
• daerah kinetik
• daerah kesetimbangan
Kesetimbangan KimiaAwal 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 kimiaDaerah kesetimbangan
Suatu titik dimana kecepatan reaksi pada arah yang berlawanan sama
Secara netto tidak ada perubahan konsentrasi dari setiap komponen
Konstanta KesetimbanganUntuk reaksi umum :
Kesetimbangan dapat diungkapkan sebagai berikut :
Kc 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
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
2NH3(g) N2(g) + 3H2(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 Kc untuk reaksi berikut :
2O3(g) 3O2(g)
2NO(g) + Cl2 2NOCl(g)
Jawab:
(a) Kc = [O2]3 / [O3]2
(b) Kc = [NOCl]2 / [NO]2[Cl2]
Contoh hubungan Kc 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 Kc
PCl5(aq) PCl3(aq) + Cl2(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
PCl5(aq) PCl3(aq) + Cl2(g)
Mol awal 0,0343
Mol kesetimbangan 0,0121 0,0222 0,0222
Kc = (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 Kp
Kp = (PG)g (PH)h
(PA)a (PB)b
Tekanan total sama dengan jumlah tekanan parsial
Hubungan Kc dan Kp adalah
Kc = Kp (1/RT) Dn
Dengan Dn = S koef produk – S koef reaktan
Jika Dn = 0 maka Kp = Kc
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
Kp digunakan dimana tekanan parsial diungkapkan dalam satuan atmosfir
Secara umum, Kp = Kc , sebagai gantinya
Dng 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 Kp
Tetapan Kesetimbangan Tekanan parsial
Perhitungan kesetimbangan kimiaKita 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 ReactionBeberapa 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 425,4oC
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 kesetimbanganJika 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 kesetimbanganSuatu 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 konsentrasiContoh : Jika sejumlah I2 ditambahkan ke dalam campuran.
Sistem akan mengatur konsetrasi dan menyusun ulang kesetimbangan baru dengan Kc yang sama
Perubahan konsentrasiContoh : Jika sejumlah H2 dihilangkan
Sistem akan menyusun ulang konsetrasi dalam kesetimbangan baru dengan Kc yang tetap
Perubahan TekananPerubahan 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 tekananSecara umum, bertambahnya tekanan akan menurunkan volume sehingga akan menggeser kesetimbangan ke sisi yang jumlah mol gasnya lebih kecil
Perubahan TemperaturPerubahan temperatur biasanya merubah nila tetapan kesetimbangan
•Kc 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:
N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31
N2(g) + ½ O2(g) N2O(g) Kc = 2,4 x 10-18
Bagaimana Kc reaksi:
N2O(g) + ½ O2(g) 2NO(g) Kc = ?
Persamaan diatas dapat digabungkan
N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31
N2O(g) N2(g) + ½ O2(g) Kc = 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 = PNH3 + (PN2
+ PH2)
PNH3 = 50,7% tekanan total
= 0,507 x 10 atm = 5,07 atm
PN2 + PH2
= 10 – 5,07 = 4,93 atm
Karena perbandingan N2 dan H2 adalah 1 : 3 maka,
PN2 = ¼ x 4,93 atm = 1,23 atm
PH2 = ¾ x 4,93 atm = 3,70 atm
Kp = (PNH3)2 = (5,07)2
(PN2) (PH2
)3 (1,23)
(3,70)3
= 0,413
Kc = Kp (1/RT) Dn
= (0,413) (1/0,0821 x 473)-2 = 6,23.102