Kesetimbangan Kimia dan Faktor faktor yang Mempengaruhinya Kesetimbangan

Kesetimbangan Kimia dan Faktor – faktor yang Mempengaruhinya

Kesetimbangan Kimia dan Faktor – faktor yang Mempengaruhinya 1 Kompetensi Dasar & Indikator 2 3 4 5 Keadaan Setimbang dan Tetapan Kesetimbangan Faktor – faktor yang mempengaruhi Kesetimbangan dalam Industri Hubungan Kuantitatif antara Pereaksi dgn Hasil Reaksi

1 Kompetensi Dasar dan Indikator Kompetensi Dasar 1. Menjelaskan pengertian reaksi kesetimbangan 2. Menyelidiki faktor – faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan dan menyimpulkan hasilnya serta penerapannya dalam industri 3. Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dengan hasil reaksi dari suatu reaksi kesetimbangan Indikator 1. Menjelaskan kesetimbangan dinamis 2. Menjelaskan kesetimbangan homogen dan heterogen serta tetapan kesetimbangan 3. Menyimpulkan pengaruh perubahan konsentrasi, suhu, tekanan dan volume pada pergeseran kesetimbangan berdasarkan data hasil percobaan 4. Menuliskan laporan hasil percobaan secara menyeluruh dan memperesentasikan 5. Meramalkan arah pergeseran kesetimbangan dengan menggunakan asa Le Chatelier

1 Kompetensi Dasar dan Indikator 6. Menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan – bahan kimia di industri yang didasarkan pada reaksi kesetimbangan 7. Menafsirkan data hasil percobaan mengenai konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang serta menyimpulkan pengertian tetapan kesetimbangan (Kc) 8. Menghitung harga Kc berdasarkan konsentrasi kesetimbangan dan sebaliknya 9. Menghitung harga Kp berdasarkan tekanan parsial gas pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang 10. Menghitung harga Kp berdasarkan Kc atau sebaliknya

Pengantar : • Pernahkah anda sakit gigi? Sakit gigi biasanya disebabkan oleh makanan yang asam maupun manis. Untuk merawat dianjurkan menggosok gigi sehari dua kali dengan menggunakan pasta gigi berflourida. Mengapa makanan manis dan asam menyebabkan sakit gigi dan mengapa pula pasta gigi berflourida dapat merawat kesehatan gigi? Pertanyaan ini akan terjawab setelah mempelajari kesetimbangan kimia.

2 Keadaan Setimbang dan Tetapan Kesetimbangan Ada 2 macam reaksi kimia : 1. Reaksi irreversible : reaksi kimia yang berjalan satu arah 2. Reaksi reversible : reaksi kimia yang berjalan dua arah a. Keadaan setimbang dinamis Kesetimbangan kimia bersifat dinamis, yaitu secara makroskopis pada keadaan setimbang tidak terjadi perubahan konsentrasi atau warna, namun secara mikroskopis reaksi bolak – balik selalu terjadi perubahan terus menerus. Tetapi keadaan demikian hanya dapat terjadi pada reaksi dalam sistem tertutup. Contoh : Pemanasan air dalam wadah tertutupm dengan reaksi sbb : a. Reaksi penguapan H 2 O(l) H 2 O(g) b. Reaksi pengembunan H 2 O(g) H 2 O(l)

Berdasarkan wujud zat dalam keadaan setimbang, kesetimbangan kimia dapat dibedakan sebagai berikut : a. Kesetimbangan Homogen Pada reaksi ini seluruh spesies yang terlibat dalam reaksi memiliki fasa yang sama Contoh : 2 SO 3(g) 2 SO 2(g) + O 2(g) b. Kesetimbangan Heterogen Pada reaksi ini spesies reaktan dan produknya berada dalam fasa yang berbeda Contoh : Ca. CO 3(s) Ca. O(s) + CO 2(g)

b. Tetapan kesetimbangan Hukum kesetimbangan menurut “Guldberg dan Waage” : “ Dalam keadaan setimbang pada suhu tertentu, hasil kali konsentrasi hasil reaksi dibagi hasil kali konsentrasi pereaksi yang ada dalam sistem kesetimbangan yang masing – masing dipangkatkan dengan koefisiennya mempunyai harga tetap”. Hasil bagi tersebut dinamakan tetapan kesetimbangan ( Kc ) a. Reaksi Homogen Harga Kc pada reaksi a. A + b. B c. C + d. D, dapat dirumuskan dengan ketentuan sebagai berikut : 1. Pada kesetimbangan, laju reaksi v 1 = v 2 2. Pada keadaan setimbang, reaksi dianggap stabil. V 1 = k 1 [A]a [B]b v 2 = k 2 [C]c [D]d 3. Harga Kc

b. Reaksi Heterogen Untuk reaksi heterogen “tetapan kesetimbangannya ditentukan hanya berdasarkan konsentrasi zat yang berfasa gas saja, karena zat dalam fasa padat dan cair konsentrasinya dianggap tetap Contoh : p. P(g) + q. Q(s) r. R(l) + s. S(g) Oleh karena [Q] dan [R] dianggap tetap, sehingga :

Harga K (kesetimbangan) menunjukkan banyaknya hasil reaksi (zat ruas kanan) yang dapat terbentuk pada suatu reaksi kesetimbangan. Harga K besar artinya bahwa zat ruas kanan banyak terbentuk. Harga K kecil artinya zat diruas kiri sedikit terurai.

Ketentukan yang harus diperhatikan : ü Jangan menggunakan hukum aksi massa sebelum menghitung konsentrasi masing zat pada kesetimbangan. ü Konsentrasi zat selalu dalam satuan molar (mol / lt) sehingga jangan lupa perhatikan volume. ü Zat ruas kiri berlaku hubungan : zat pada saat setimbang = zat mula=mula – zat yang terurai.

Hubungan Kuantitatif antara Pereaksi dgn Hasil Reaksi 1. Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi ( Kc ) Harga tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi ( Kc ) adalah hasil kali konsentrasi zat – zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi pereaksi setelah masing – masing zat dipangkatkan dengan koefisiennya menurut persamaan reaksi kesetimbangan Persamaan tetapan kesetimbangan m. A + n. B p. C + q. D

Untuk mempermudah perumusan konstanta kesetimbangan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan : a. Reaksi harus dalam keadaan setara b. Setiap reaksi memiliki harga kesetimbangan yang berbeda dan konstanta tersebut berubah dengan berubahnya temperatur c. Spesies kimia yang ada dalam persamaan kesetimbangan hanya spesies yang berada dalam keadaan gas (g) dan larutan (aq) d. Konsentrasi zat cair murni (l) dan padat (s) tidak dilibatkan dalam persamaan konstanta kesetimbangan Example : 2 SO 2(g) + O 2(g) 2 SO 3(g)

Cara penyelesaian praktis soal kesetimbangan m. A + n. B Mula mula : Terurai : Setimbang : Keterangan : Ø Ø Ø Ø e g i f h j e = mol A mula-mula f= mol B mula-mula g = mol A yang terurai h= mol B yang terurai i= mol A pada kesetimbangan = e – g j= mol B pada kesetimbangan = f – h k = mol C pada kesetimbangan = (C yang terbentuk) l = mol D pada kesetimbangan = (D yang terbentuk) p. C k + q. D l

• Karena C dan D yang dihasilkan berasal dari A dan B yang terurai, maka harga g, h, k, l harus sesuai dengan perbandingan koefisien. • g : h : k : l = m : n : p : q ini dinamakan hubungan tanda panah bengkok yang disebut angka jalur koefisien.

• Urutan penyelesaian soal : ØMasukkan mol yang tercantum di soal dalam tabel. ØLengkapi angka jalur keofisien, berdasarkan perbandingan koefisien. ØLengkapi mol pada kesetimbangan (baris paling bawah tabel) ØMol pada kesetimbangan masing-masing dibagi dengan volume untuk memperoleh konsentrasi masing-masing zat (mol/lt) ØGunakan rumus tetapan kesetimbangan (K).

Latihan soal : 1. 0, 1 mol HI dimasukkan dalam tabung 1 lt dan terurai sesuai reaksi : 2 HI H 2 + I 2. Jika I 2 yang terbentuk adalah 0, 02 mol, berapa harga K? 2. Tetapan kesetimbangan untuk reaksi : A + 2 B AB 2 adalah 0, 25. Berapa jumlah mol A yang harus dicampurkan pada 4 mol B dalam volume 5 lt agar menghasilkan 1 mol AB 2.

Jawaban no 1. Mula-mula Terurai Setimbang 2 HI : 0, 1 : 2 x 0, 02 = 0, 04 : 0, 1 -0, 04 = 0, 06 H 2 0, 02 [HI] = mol / lt = 0, 06 / 1 lt = 0, 06 M [H 2] = mol / lt = 0, 02 / 1 lt = 0, 02 M [I 2] = mol / lt = 0, 02 / 1 lt = 0, 02 M K = [H 2] [I 2] = 0, 02 x 0, 02 = [HI]2 (0, 06)2 1, 1 x 10 -1 + I 2 0, 02

Jawaban no. 2 • Misal mol A mula-mula = x mol • A + 2 B Mula-mula : x 4 Terurai : 1 2 Setimbang : x-1 4 -2 = 2 AB 2 1 [AB 2] = mol / lt = 1 / 5 lt = 1/5 [A] = mol / lt = x-1 / 5 lt = (x-1)/5 [2 B] = mol / lt = 2 / 5 lt = 2/5 K= [AB 2] [A] [B]2 ¼= 1/5 (x-1)/5 (2/5)2 x = 26

2. Tetapan kesetimbangan Tekanan Parsial ( Kp ) Harga tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan ( Kp ) adalah hasil kali tekanan parsial gas – gas hasil reaksi dibagi dengan hasil kali tekanan parsial gas – gas pereaksi setelah masing – masing dipangkatkan dengan koefisiennya menurut persamaan reaksi kesetimbangan Persamaan tetapan kesetimbangan tekanan parsial a. A(g) + b. B(g) c. C(g) + d. D(g)

Hubungan antara Kc dan Kp sebagai berikut : Dimana, n = ( c + d ) – ( a + b ) = mol gas akhir – mol gas awal = jumlah koefisien gas kanan – jumlah koefisien gas kiri R = tetapan gas ideal ( 0, 0821 atm mol-1 K-1 T = suhu ( Kelvin )

3. Derajad Disosiasi adalah perbandingan mol zat yang terdisosiasi dengan mol zat mula – mula sebelum disosiasi Beberapa contoh kesetimbangan disosiasi adalah sebagai berikut: Jika α = 0, berarti reaksi tidak berlangsung, dan Jika α = 1, berarti reaksi berlangsung sempurna. Dalam reaksi kesetimbangan, harga α berada di antara 0 sampai 1 atau 0 < α < 1.

Soal 1. Dalam ruang tertutup yang volumenya 10 L, pada keadaan setimbang terdapat 0, 4 mol gas SO 2, 0, 6 mol gas O 2 dan 0, 5 mol gas SO 3. Bila tekanan ruang adalah 1, 5 atm. Tentukan Kc dan Kp-nya 2. 0, 05 mol gas SO 3 dipanaskan dalam ruang 4 L. Setelah kesetimbangan tercapai perbandingan berat gas SO 3 dan gas O 2 adalah 5 : 3 a. Tentukan persentase SO 3 yang telah terdisosiasi b. Hitunglah harga Kc

Soal 1. Tuliskan ungkapan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut : a. 2 NO 2(g) N 2 O 4(g) b. Ca. CO 3(s) Ca. O(s) + CO 2(s) c. Pb(NO 3)2(aq) + 2 KI(aq) Pb. I 2(s) + 2 KNO 3(aq) d. Ag+(aq) + Fe 2+(aq) Ag(s) + Fe 3+(aq) 2. Dalam bejana 1. 000 m. L terbentuk kesetimbangan 2 SO 2(g) + O 2(g) 2 SO 3(g) H = +189 k. J/mol Jika mula – mula ada 0, 5 mol gas SO 2 dan 0, 3 mol gas O 2 dan dalam keadaan setimbang tinggal 0, 1 mol gas SO 2. Berapakah harga tetapan kesetimbangannya ? 3. Jika 1 mol AB dalam 1 liter air terurai sebanyak 40%, menurut reaksi AB A + B Berapakah harga tetapan kesetimbangan reaksi tersebut ?

3 Faktor – faktor yang mempengaruhi Kesetimbangan Pada tahun 1884, Henri Louis Le Chatelier dikenal dengan “azas Le Chatelier” menyatakan : Apabila dalam suatu sistem kesetimbangan yang sedang berlangsung dilakukan aksi maka timbul reaksi dari sistem sehingga pengaruh aksi tersebut dapat diperkecil. Faktor – faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan reaksi antara lain : 1. Perubahan konsentrasi Jika kedalam sistem kesetimbangan konsentrasi pereaksi ditambah atau diperbesar maka kesetimbngan akan bergeser ke kanan atau kearah produk, sehinggan konsentrasi produk bertambah dan sebaliknya jika konsentrasi pereaksi dikurangi atau diperkecil maka kesetimbangan bergeser ke kiri Contoh : A(g) + B(g) C(g) + D(g)

2. Perubahan suhu Pada reaksi kesetimbangan, apabila kalor sistem reaksi diturunkan dengan cara menurunkan suhu sistem tersebut maka sistem akan melakukan reaksi dengan cara menggeser kesetimbangan ke arah yang melepaskan kalor (eksoterm). Sebaliknya, jika kalor sistem dinaikkan, sistem akan menggeser kesetimbangan ke arah yang memerlukan kalor Contoh : A(g) + B(g) C(g) + D(g) H = -x k. J Reaksi 1 ( eksoterm ), yaitu zat A dan B membebaskan kalor utk membentuk zat C dan D. Reaksi 2 ( endoterm ), yaitu menyerap kalor untuk membentuk zat A dan B Kesimpulan : a. Jika temperatur naik, maka reaksi akan bergeser ke pereaksi b. Jika temperatur diturunkan, reaksi akan bergeser ke arah hasil reaksi

3. Perubahan Tekanan dan Volume Faktor tekanan dan volume merupakan faktor yang bersifat kebalikan satu sama lain, artinya bila tekanan gas diperbesar, berarti volume gas diperkecil, dan bila tekanan gas diperkecil, berarti volume gas diperbesar. Hukum Boyle “Pada suhu tetap, hasil kali tekanan (P) dan Volume (V) selalu konstan ( PV = C ) Menurut “asas Le Chatelier” , jika dalam sistem kesetimbangan volume ruang diperbesar atau tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak raksi yang jumlah koefsiennya lebih besar dan sebaliknya.

Contoh : 2 A(g) + B(g) 3 C(g) + D(g) Kesimpulan a. Jika tekanan diperbesar ( volume diperkecil ) maka kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah mol yang lebih kecil b. Jika tekanan diperkecil ( volume diperbesar ) maka kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah mol yang lebih besar

Soal 1. Diketahui reaksi kesetimbangan sebagai berikut : Bi. Cl. O 3(aq) + H 2 O (l) Bi. OCl(s) + 2 HCl(aq) Kemana arah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap. a. Jumlah reaktan ditambah b. Jumlah Bi. OCl dikurangi c. Jumlah HCl ditambah 2. Pada kesetimbangan : H 2(g) + Br 2(g) 2 HBr(g) H = -26 kkal Kemanakah arah pergeseran reaksinya jika suhu diturunkan ? Jelaskan.

4 Kesetimbangan dalam Industri Contoh penggunaan prinsip Le Chatelier sistem kesetimbangan kimia dalam industri kimia. 1. Pembuatan Amonia (NH 3) N 2(g) + 3 H 2(g Fe + K 2 O ) 2 NH 3(g) N 2 diperoleh dari udara melalui proses penyulingan bertingkat. Udara cair dan gas hidrogen diperoleh dari oksidasi gas alam yaitu metana (CH 4). Menurut reaksi : CH 4(g) + O 2(g Ni ) CO 2(g) + 2 H 2(g) Agar NH 3 yang dihasilkan memiliki nilai ekonomis tinggi maka harus menggunakan suhu rendah, tekanan tinggi, konsentrasi N 2 dan H 2 ditambah hingga berlebih

2. Pembuatan Asam Sulfat Tahapan dalam pembuatan asam sulfat adalah sebagai berikut : a. Pembentukan Sulfur dioksida S(l) + O 2(g ) SO 2(g) b. Pembentukan Sulfur trioksida SO 2(g) + V 2 O 5(g ) SO 3(g) + V 2 O 4(g) + ½ O 2(g) V 2 O 5(g) ---------------------------SO 2 + ½ O 2 SO 3(g) c. Pembentukan Asam Sulfat SO 3(g) + H 2 SO 4(aq ) H 2 S 2 O 7(aq) H 2 O(l) H 2 S 2 O 7(aq) 2 H 2 SO 4(aq) H = -x kkal

Soal 1. Mengapa pada pembuatan amonia dengan proses Haber-Bosch suhu tidak boleh terlalu tinggi 2. Faktor apa sajakah yang harus diperhatikan dalam pembuatan asam sulfat dengan proses kontak agar diperoleh hasil maksimal