Teori Kesetimbangan Kimia

Reaksi kimia adalah perubahan spontan pereaksi menjadi hasil reaksi menuju kesetimbangan. Suatu kesetimbangan kimia mempunyai konstanta kesetimbangan ynag nilainya bergantung pada suhu dan jenis kesetimbangan.

Kesetimbangan kimia adalah kesetimbangan dinamis, karena dalam sistem terjadi perubahan zat pereaksi menjadi hasil reaksi, dan sebaliknya. Sebagai contoh:

AB + CD ==> AC + BD

Dalam kesetimbangan ini terjadi reaksi AB dan CD menjadi AC dan BD, dan pada saat yang sama, AC dan BD bereaksi menjadi AB dan CD. Akibatnya, keempat zat dalam sistem tu jumlahnya mendekati konstan.

Perubahan kimia reversibel membentuk peroduk-produk yang dapat bertindak untuk menghasilkan (kembali) pereaksi aslinya. Suatu keadaan kesetimbangan kimia terjadi dalam suatu sistem reversibel bila reaksi maju dan balik berlangsung pada laju yang sama. Jika kecenderungan salah satu reaksi yang berlawanan untuk terjadi sangat dominan pada suatu temperatur, maka reaksi keseluruhan dikatakan sempurna dalam arah itu.

·      Reaksi timbal balik

Reaksi timbal balik adalah reaksi yang, tergantung keadaan, dapat mengalir ke dua arah.

Apabila meniupkan uap panas ke sebuah besi yang panas, uap panas ini akan bereaksi dengan besi dan membentuk sebuah besi oksida magnetik berwarna hitam yang disebut ferri ferro oksida atau magnetit, Fe₃O₄.

Hidrogen yang terbentuk oleh reaksi ini tersapu oleh aliran uap.

Dalam keadaan lain, hasil-hasil reaksi ini akan saling bereaksi. Hidrogen yang melewati ferri ferro oksida panas akan mengubahnya menjadi besi, dan uap panas juga akan terbentuk.



Uap panas yang kali ini terbentuk tersapu oleh aliran hidrogen.

Reaksi ini dapat berbalik, tapi dalam keadaan biasa, reaksi ini menjadi reaksi satu arah. Produk dari reaksi satu arah ini berada dalam keadaan terpisah dan tidak dapat bereaksi satu sama lain sehingga reaksi sebaliknya tidak dapat terjadi.

·      Konstanta Kesetimbangan

Konstanta kesetimbangan konsentrasi adalah hasil perkalian konsentrasi zat hasil reaksi dibagi dengan perkalian konsentrasi zat pereaksi, dan masing-msing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya.

Dalam reaksi dapat balik, pada mulaya hanya ada pereaksi sedangkan zat hasil reaksi adalah nol. Selama reaksi berlangsung, jumlah pereaksi berkurang dan hasil reaksi terbentuk dan bertambah. Akhirnya dicapai kesetimbangan sehingga jumlah pereaksi dan hasil reaksi menjadi konstan.

Koefisien reaksi setiap komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut. Degan demikian secara umum dapat dirumuskan  bahwa konstanta kesetimbangan

aAB + bCD ==> cAC + dBD

            adalah

       

K_c disebut konstanta kesetimbangan konsentrasi, karena banyanknya zat dinyatakan dalam konsentrasi. Jadi, dalam kesetimbagan kimia terdapat hubungan antara konstanta kesetimbangan dengan  persamaan reaksi, yang disebut hukum kesetimbangan.

·      Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan kimia ada yang homogen dan heterogen. Kesetimbangan homogen adalah kesetimbangan  yang semua zatnya terlibat berwujud gas. Sedangkan kesetimbangan heterogen yaitu kesetimbangan yang wujud zatnya berbeda. Contoh:

CaCO₃ ==> CaO + CO₂

2NaHCO₃ ==> Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

·      Kesetimbangan Disosiasi

Penguraian senyawa menjadi lebih sederhana disebut reaksi disosiasi. Jika reaksi disosiasi dapat balik, terbentuklah kesetimbangan disosiasi. Reaksi disosiasi mengansung satu  jenis pereaksi, sedangkan hasil reaksinya dapat satu, dua, atau tiga senyawa atau unsur.

Kesetmbangan disosiasi dapta terjadi bila pada mulanya sistem mengandung pereaksi, dan kemudia terurai menjadi hasil reaksi. Dalam sistem masih terdapat pereaksi karena hanya sebagian saja yang terdisosiasi (terurai). Bagian yang terdisosiasi ii disebut derajt disosiasi (α).

            α =

                        Nilai α berada antara 0 dan 1. Nilai α = 0, bila pereaksi tidak terurai sama sekali, dan α = 1 bila terurai sempurna.

·      Termodinamika Kesetimbangan Kimia

Suatu reaksi kimia menjalani tiga keadaan, yaitu spontan (irreversible), dan tidak spontan.

Konstanta kesetimbangan dapat diketahui dari hasil pengukuran atau perhitungan. Dengan mengukur tekanan parsial atau konsentrasi komponen kesetimbangan, baik pereaksi maupun hasil reaksi.

Pada kesetimbangan kimia mol masing-masing zat boleh berbeda, tetapi memenuhi nilai konstanta kesetimbangan. Oleh sebab itu, tiap zat dalam keadaan setimbang mempunyai energi bebas tertentu. Energi bebas keadaan standar dan setimbang.

·      Pergeseran Kesetimbangan

Kesetimbangan kimia bersifat mantap, karena konsentrasi semua zat dapat dikatakan konstan. Kemantapan itu ditandai oleh konstanta kesetimbangan. Namun demikian, suatu kesetimangan dapat berubah bila mendapt gangguan dati luar. Perubahan itu menuju ke arah tercapainya kesetimbangan baru yang disebut pergeseran kesetimbangan. Hal itu sesuai dengan asas le Chateleir yang menyatakan:

“Apabila satu sistem kesetimbangan dinamis mendapat gangguan dari luar, sistem akan bergeser sedemikian rupa sehinga pngaruh gangguan itu sekecil mungkin, dan  jika mungkin setimbang kembali”.

  Pada dasarnya pergeseran kedudukan kesetimbangan dpt terjadi karena:

1.    Pengubahan konsentrasi atau tekanan parsial satu atau lebih zat dalam campuran reaksi, dalam hal ini tetapan kesetimbangan kimia tidak berubah.

2.    Pengubahan temperatur, dalam hal ini tetapan kesetimbangan berubah

Faktor-faktor yang dapat menggeser letak kesetimbangan diantaranya adalah:

1.    Perubahan konsentrasi salah satu zat

2.    Perubahan volume atau tekanan

3.    Perubahan suhu

Perubahan Konsentrasi Salah Satu Zat

            Apabila dalam sistem kesetimbangan homogen, konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dari zat tersebut. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak zat tersebut.

Contoh : 2SO_2(g) + O_2(g) ↔   2SO_3(g)

·      Bila pada sistem kesetimbangan ini ditambahkan gas SO₂, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

·      Bila pada sistem kesetimbangan ini dikurangi gas O₂, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

              Perubahan Volume atau Tekanan

            Ke dalam suatu sistem kesetimbangan dilakukan aksi yang menyebabkan perubahan volume (bersamaan dengan perubahan tekanan), maka dalam sistem akan mengadakan berupa pergeseran kesetimbangan.

·      Jika tekanan diperbesar = volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah Koefisien Reaksi Kecil.

·      Jika tekanan diperkecil = volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah Koefisien reaksi besar.

·      Pada sistem kesetimbangan dimana jumlah koefisien reaksi sebelah kiri = jumlah koefisien sebelah kanan, maka perubahan tekanan/volume tidak menggeser letak kesetimbangan.

     Contoh : N₂(g)+3H₂(g)    2NH₃(g)

Bila pada sistem kesetimbangan tekanan diperbesar (=volume diperkecil), maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

·      Bila pada sistem kesetimbangan tekanan diperkecil (=volume diperbesar), maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

Perubahan Suhu

Menurut Van’t Hoff:

·      Bila pada sistem kesetimbangan subu dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).

·      Bila pada sistem kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm).

Contoh: 2NO(g) + O₂(g)   2NO₂(g) ; ¨H = -216 kJ

·      Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

·      Jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

Pengaruh Katalisator Terhadap Kesetimbangan

            Fungsi katalisator dalam reaksi kesetimbangan adalah mempercepat tercapainya kesetimbangan dan tidak merubah letak kesetimbangan (harga tetapan kesetimbangan K_c tetap), hal ini disebabkan katalisator mempercepat reaksi ke kanan dan ke kiri sama besar.