KESETIMBANGAN KIMIA

A.Hukum Kesetimbangan dan Tetapan Kesetimbangan (K)
Reaksi Kesetimbangan
Pada tingkatan tertentu, suatu reaksi kesetimbangan akan mencapai kesetimbangan kimia.

Kondisi Kesetimbangan
Pada kondisi setimbang, konsentrasi zat akan selalu tetap. Maka untuk menghasilkan suatu harga yang tetap, dilakukan perhitungan Aljabar. Secara umum jika reaksi dituliskan sebagai:
pA + qB mC + nD
Harga tetap (K) adalah

Maka Hukum Kesetimbangan adalah “Bila suatu reaksi dalam keadaan setimbang, maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dipangkatkan koefisiennya dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi dipangkatkan koefisiennya akan mempunyai harga yang tetap”.
Dalam kesetimbangan, pada reaksi yang sama, harga K akan berubah jika suhunya berubah. Jadi suhu sangat mempengaruhi. Meskipun suhunya sama, tetapi setiap reaksi mempunyai harga K yang berbeda dengan reaksi yang lain.
Contoh soal 1.1
Tuliskan tetapan kesetimbangan (K) untuk reaksi berikut:
a.N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
b.N2O4 (g) 2NO2 (g)

Contoh soal 1.2
Pada reaksi kesetimbangan berikut
2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g)
Konsentrasi SO3, SO2 dan O2 pada kesetimbangan masing-masing adalah 0,4 M, 0,2 M dan 0,1 M. Hitunglah tetapan kesetimbangan reaksi tersebut!

Makna Tetapan Kesetimbangan
1.Untuk mengetahui kondisi reaksi bolak balik dengan komposisi tertentu.
Reaksi bolak balik pada suhu tertentu yang mempunyai harga tetapan kesetimbangan, maka dapat ditentukan apakah reaksi tersebut pada keadaan setimbang atau tidak.
Contoh soal 1.3
Pada suhu 300oC terdapat reaksi bolak balik:
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)
Mempunyai harga K = 20. Berdasarkan data tersebut, apakah sistem dalam keadaan setimbang atau tidak bila komposisinya adalah:
a.[H2] = [I2] = [HI] = 0,020 mol dm-3
b.[HI] = 0,020 mol dm-3 ; [H2] = 0,01 mol dm-3 ; [I2] = 0,020 mol dm-3

2.Untuk menentukan komposisi zat-zat dalam keadaan setimbang, komposisi zat-zat dalam keadaan setimbang akan terlihat jika sudah diketahui suhu dan harga tetapan kesetimbangan reaksi.
3.Dapat memberi informasi mengenai hasil reaksi.
Hasil reaksi dalam kesetimbangan dipengaruhi oleh harga K. jika harga K besar, maka hasil reaksinya banyak dan kalau harga K kecil, maka hasil reaksinya sedikit.
B.Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc)
Harga tetapan kesetimbangan yang berdasarkan konsentrasi diberi lambing Kc. Untuk reaksi umum, aA + bB cC + dD maka:
Pembilang adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kanan persamaan ([C], [D] …) masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan reaksi yang setara (c, d …). Penyebut adalah hasil kali konsentrasi spesies-spesies yang ditulis disebelah kiri persamaan ([A], [B] …) juga setiap konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien reaksinya (a, b, …). Nilai numerik tetapan kesetimbangan Kc sangat tergantung pada jenis reaksi dan suhu.
Kc adalah konstanta kesetimbangan yang harganya tetap selama suhu tetap. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam Kc adalah
Jika zat-zat terdapat dalam kesetimbangan berbentuk padat dan gas yang dimasukkan dalam, persamaan kesetimbangan hanya zat-zat yang berbentuk gas saja sebab konsentrasi zat padat adalah tetap den nilainya telah terhitung dalam harga Kc itu.
Contoh: C(s) + CO2(g) 2CO(g)

Jika kesetimbangan antara zat padat dan larutan yang dimasukkan dalam perhitungan Kc hanya konsentrasi zat-zat yang larut saja.
Contoh: Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Untuk kesetimbangan antara zat-zat dalam larutan jika pelarutnya tergolong salah satu reaktan atau hasil reaksinya maka konsentrasi dari pelarut itu tidak dimasukkan dalam perhitungan Kc.
Contoh: CH3COO-(aq) + H2O(l)  CH3COOH(aq) + OH-(aq)

C.Tetapan Kesetimbangan Tekanan (Kp)
Tetapan kesetimbangan dalam sistem gas dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas, bukan konsentrasi molarnya. Tetapan kesetimbangan yang ditulis dengan cara ini dinamakan tetapan kesetimbangan tekanan parsial dilambangkan Kp.
Berdasarkan hukum tentang gas ideal, dapat dicari hubungan antara Kc dengan Kp.
Untuk reaksi umum
aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)
Harga tetapan kesetimbangan:

Dimana: PA, PB, PC dan PD merupakan tekanan parsial masing-masing gas A, B, C dan D.
Berdasarkan persamaan gas ideal PV = nRT didapatkan bahwa P = n/V (RT), pada gas besaran n/V merupakan konsentrasi gas dalam ruangan sehingga dapat disubtitusikan menjadi:
PA = [A] RT PC = [C] RT
PB = [B] RT PD = [D] RT

Secara matematis, hubungan antara Kc dan Kp dapat diturunkan sebagai:
Kp = Kc (RT) n dimana n adalah selisih (jumlah koefisien gas kanan) dan (jumlah koefisien gas kiri).
Contoh soal 1.4
Jika diketahui reaksi kesetimbangan:
CO2(g) + C(s) 2CO(g)
Pada suhu 300o C, harga Kp= 16. Hitunglah tekanan parsial CO2, jika tekanan total dalaun ruang 5 atm!
Jawab:
Misalkan tekanan parsial gas CO = x atm, maka tekanan parsial gas CO2 = (5 - x) atm.

Jadi tekanan parsial gas CO2 = (5 - 4) = 1 atm
Contoh soal 1.5
Dalam suatu ruangan tertentu terdapat kesetimbangan:
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
Harga Kc pada suhu 500oC adalah 0,04. Hitunglah Kp pada suhu tersebut!
Jawab:
Dari persamaan reaksi didapatkan harga n = 2 – (1 + 3) = -2


D.Tetapan Kesetimbangan untuk Kesetimbangan Heterogen
Untuk reaksi kesetimbangan heterogen misalnya:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Berlaku hukum kesetimbangan K’ =
Selama reaksi berlangsung, konsentrasi dari CaCO3 dan CaO tetap karena keduanya merupakan zat padat. Sehingga merupakan harga yang tetap dan
Jadi harga Kc untuk kesetimbangan di atas hanya ditentukan oleh konsentrasi gas CO2, dituliskan Kc = [CO2].
Pada kesetimbangan tersebut, gas CO2 yang dihasilkan hanya dipengaruhi oleh volume dan tidak dipengaruhi oleh jumlah CaCO3 yang dipanaskan. Maka dapat disimpulkan bahwa reaksi-reaksi heterogen, baik zat padat maupun zat murni yang konsentrasinya tetap tidak tampak pada rumusan harga K.

E.Kesetimbangan Disosiasi (α)
Kesetimbangan disosiasi adalah merupakan suatu jenis reaksi yang melibatkan penguraian yaitu penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana. Disosiasi tidak sama dengan dekomposisi, karena dekomposisi penguraian senyawanya tidak mempunyai reaksi balik. Disosiasi dapat disebabkan oleh pemanasan (produk yang terbentuk bergabung kembali ketika didinginkan yang disebut dengan disosiasi termal.
Contoh yaitu disosiasi termal pada NiO2

Dalam sistem kesetimbangan, disosiasi dikenal dengan adanya derajat disosiasi () yaitu perbandingan antara jumlah mol yang terurai dengan jumlah mol mula-mula.

Konsep derajat disosiasi tersebut dapat membantu dalam perhitungan sistem kesetimbangan.
Contoh:
2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
besarnya nilai derajat disosiasi ( ):

Harga derajat disosiasi terletak antara 0 dan 1, jika:
a = 0 berarti tidak terjadi penguraian
a = 1 berarti terjadi penguraian sempurna
0 <  < 1 berarti disosiasi pada reaksi setimbang (disosiasi sebagian).
Contoh Soal 1.6
Dalam reaksi disosiasi N2O4 berdasarkan persamaan
N2O4(g) 2NO2(g)
banyaknya mol N2O4 dan NO2 pada keadaan setimbang adalah sama.
Pada keadaan ini berapakah harga derajat disosiasinya ?
Jawab:
Misalkan N2O4 mula-mula adalah a mol

Pada keadaan setimbang:
mol N2O4 sisa = mol NO2 yang terbentuk
a (1 - ) = 2a 
1 -  = 2 
 = 1/3


RANGKUMAN

Pada saat kesetimbangan, konsentrasi zat-zat selalu tetap, maka diperoleh harga tetapan kesetimbangan yang disebut dengan hokum kesetimbangan. Harga (K) pada setiap reaksi berbeda dengan reaksi lainnya meskipun suhunya sama, tetapi pada reaksi yang mempunyai harga K sama akan berubah jika suhunya berubah. Harga K tersebut digunakan untuk mengetahui informasi hasil reaksi dan kondisi reaksi bolak-balik dengan kondisi tertentu serta untuk menentukan komposisi zat-zat dalam keadaan setimbang.
Harga tetapan kesetimbangan dapat diperoleh dari 2 cara yaitu harga tetapan kesetimbangan diperoleh berdasarkan konsentrasi (Kc) dan harga tetapan kesetimbangan yang diperoleh berdasarkan dari harga tekanan (Kp). Untuk kesetimbangan heterogen, baik zat padat maupun zat cair murni yang konsentrasinya tetap tidak tampak pada harga K.
Berdasarkan persamaan gas ideal, dapat dicari hubungan antara Kc dengan Kp. Dalam kesetimbangan terjadi penguraian zat menjadi zat yang lebih sederhana, yang disebut dengan kesetimbangan disosiasi. Dalam sistem, dikenal dengan derajat disosiasi () yang menyatakan seberapa persen terurai pada saat mencapai kesetimbangan terurainya gas.

GLOSSARIUM

Derajat Disosiasi
Menyatakan seberapa bagian (persen) gas yang telah terurai pada saat tercapai kesetimbangan.
Hukum Kesetimbangan
Pada reaksi kesetimbangan, hasil kali konsentrasi hasil reaksi yang dipangkatkan koefisiennya dibagi dengan hasil kali konsentrasi yang dipangkatkan koefisiennya akan tetap, pada suhu tetap.
Keadaan Setimbang
Keadaan dalam suatu reaksi dapat balik yang terjadi dalam satu sistem, dimana kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri.
Kesetimbangan
konsentrasi antara zat hasil dengan zat reaktan.
Kesetimbangan Disosiasi
Reaksi kesetimbangan yang melibatkan terurainya suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana.
Kesetimbangan Heterogen
Sistem kesetimbangan yang komponennya terdiri atas zat-zat dengan wujud yang berbeda.
Persamaan Tetapan
Persamaan yang menyatakan perbandingan.
Tetapan Kesetimbangan Berdasarkan Konsentrasi
Hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi, setelah dipangkatkan koefisiennya pada reaksi yang bersangkutan.
Tetapan Kesetimbangan Berdasarkan Tekanan
Hasil kali tekanan parsial gas-gas hasil reaksi dibagi hasil kali tekanan parsial gas-gas pereaksi, setelah masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya dalam persamaan reaksi yang bersangkutan.
Tetapan Kesetimbangan
Perbandingan konsentrasi antara hasil reaksi dan pereaksi.