7.1. Kesetimbangan.pdf

KESETIMBANGAN KIMIA

YUHERNITA

BIOKIMIA FKUY 2014/2015

Yang telah menciptakan kamu lalu menyempurnakan kejadianmu dan menjadikan (susunan tubuh)mu seimbang (QS. Al- Infitar : 7)

Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Tuhan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihatlah berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak

seimbang ? (QS. Al-Mulk : 3)

H2O(l) H2O(g)

KESEIMBANGAN KIMIA

• Keadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana laju reaksi ke arah kanan (maju) sama dengan laju reaksi ke arah kiri (balik).

• Merupakan suatu kesetimbangan yang dinamis, bukan statis

N2O4(g) 2 NO2(g)

Contoh :

Karena sistem menuju kesetimbangan, maka akan berlangsung reaksi dua arah, baik reaksi pembentukan N2O4 maupun pembentukan NO2.

Pada saat kesetimbangan, kecepatan reaksi ke kiri akan sama dengan kecepatan rekasi ke kanan.

N2O4(g) 2 NO2(g)

Sekali kesetimbangan tercapai, maka jumlah masing-masing reaktan maupun produk akan tetap, meskipun reaksi terus berlangsung.

KESETIMBANGAN DINAMIS

Tidaklah menjadi masalah, apakah kita memulai reaksi dengan N2 dan H2 atau kita mulai dengan menggunakan NH3. Pada saat kesetimbangan tercapai, kita akan memperoleh komposisi jumlah masing-masing gas yang sama

Kesetimbangan dapat dicapai dari arah manapun Contoh : 2 N2 + 3 H2 <> 2 NH3

2 N2 + 3 H2 <> 2 NH3 2 NH3 <> 2 N2 + 3 H2

1. KESETIMBANGAN DALAM SISTEM HOMOGEN

• Kesetimbangan dalam sistem gas-gas

Contoh :

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

• Kesetimbangan dalam sistem larutan-larutan

Contoh :

CH3COOH (aq) CH3COO-(aq) + H+

(aq)

MACAM – MACAM SISTEM KESETIMBANGAN :

2. KESETIMBANGAN DALAM SISTEM HETEROGEN

• Kesetimbangan dalam sistem padat – gas

Contoh :

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

• Kesetimbangan dalam sistem padat – larutan

Contoh :

BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO4

2-(aq)

• Kesetimbangan dalam sistem larutan - padat – gas

Contoh :

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

Konstanta Kesetimbangan

Bila kita tinjau kedua reaksi satu persatu :

• Reaksi ke kanan: N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Kec. Reaksi ke kanan : Vf = kf [N2O4]

• Reaksi ke kiri : 2 NO2 (g) N2O4 (g)

Kec. Reaksi ke kiri : Vr = kr [NO2]2

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Karena itu pada saat kesetimbangan :

Kec. ke kanan Vf = Kec. ke kiri Vr

kf [N2O4] = kr [NO2]2

Atau dapat ditulis sbb : kf kr

[NO2]2

[N2O4] =

Perbandingan konstanta kec reaksi adalah konstan pada temperatur tertentu, dan dapat dinyatakan sbb :

Keq = kf kr

[NO2]2

[N2O4] =

SECARA UMUM :

Dari persamaan kesetimbangan berikut : a A(aq) + b B(aq) c C(aq) + d D(aq)

Maka konstanta kesetimbangannya dapat dinyatakan sbb:

KC = Konstanta kesetimbangan

Kc = [C]c [D]d [A]a [B]b

SAAT KESETIMBANGAN TERCAPAI :

PERBANDINGAN HASIL KALI KONSENTRASI PRODUK DENGAN REAKTAN SELALU TETAP

(KONSTAN)

KONSTANTA KESETIMBANGAN

Hukum Kesetimbangan Kimia

• Pada temperatur tertentu, suatu reaksi kimia dapat mencapai keadaan kesetimbangan dimana saat itu perbandingan antara hasil kali konsentrasi reaktan dengan hasil kali konsentrasi produknya tetap.

CONTOH :

Reaksi kesetimbangan berikut :

2 A (g) + B (g) <> C (g)

dibiarkan mencapai kesetimbangan. Jumlah awal dari pereaksi yang ada dalam wadah 200 mL ialah 0,6 mol A dan 0,4 mol B. Pada saat kesetimbangan kesetimbangan jumlah mol A adalah 0,4 mol, berapa nilai Kc reaksi ini?

Jawab:

2 A (g) + B (g) <> C (g)

mula2 : 0,6 0,4 - terurai : ------------------------------------------------------------------------------- stbg : 0,4 [A] = 0,4/0,2 = 2 M; [B] = 0,3/0,2 = 1,5 M; [C] = 0,1/0,2 = 0,5 M

[C] (0,5) Kc = ---------------- = -------------- = 0,08 [A]2 [B] (2)2 (1,5)

0.2 0,1 0,1

0,3 0,1

Karena tekanan berbanding lurus dengan konsentrasi pada sistem tertutup, maka konstanta kesetimbangan dapat dinyatakan dalam dua cara :

• BERDASARKAN KONSENTRASI (KC)

• BERDASARKAN TEKANAN PARSIAL (Kp)

Dalam hal ini zat dianggap ideal, dimana berlaku :

PV = nRT

P = RT n

V

P = CRT

dimana : P = tekanan n = jumlah mol V = volume R = konstanta gas T = temperatur C = konsentrasi

UNTUK KESETIMBANGAN YANG MELIBATKAN FASA GAS

Untuk kesetimbangan :

a A (g) + b B (g) c C (g) + d D (g)

maka :

KP = (PC)

c (PD)d

(PA)a (PB)

b

bila disubstitusikan bahwa P = CRT, maka :

KP = ([C]RT)c ([D]RT)d

([A]RT)a ([B]RT)b

KP = (RT){(c+d)-(a+b)} [C]c [D]d

[A]a [B]b

KP = Kc (RT)n Jadi :

dimana : n = perbedaan jumlah koefisien reaktan dengan produk

UNTUK KESETIMBANGAN YANG MELIBATKAN FASA PADAT/CAIR

VOLUME DAPAT DIANGGAP TETAP

TIDAK MEMPENGARUHI NILAI

KONSTANTA KESETIMBANGAN = KC

CONTOH SOAL :

CO2 (g) + C (s) <> 2 CO (g)

KP = (PCO)2

(PCO2)

Selama CaCO3 or CaO tetap berada di dalam sistem, jumlah CO2 di atas zat padat akan tetap sama.

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

Contoh lain :

Makna Konstanta Kesetimbangan

• Jika K >> 1, reaksi cenderung ke arah produk, saat kesetimbangan produk akan lebih dominan

• Jika K << 1, reaksi cenderung ke arah reaktan, saat kesetimbangan reaktan akan lebih dominan.

MANFAAT KONSTANTA KESETIMBANGAN :

1. SBG INFORMASI SEJAUH MANA REAKSI BERLANGSUNG

Contoh :

(1) 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) KC = 2,4 x 1047

(2) 2 H2O(g) 2 H2(g) + O2(g) KC = 4,1 x 10-48

Reaksi (1) : mudah berlangsung (Kc >>)

Reaksi (2) : sulit berlangsung (Kc <<)

JADI : Kc >> : reaksi sempurna ke arah pembentuk produk

2. MERAMALKAN ARAH REAKSI YG SEDANG BERLANGSUNG

BERDASARKAN QUATION REAKSI (QC)

• Merupakan pernyataan kesetimbangan pada sembarang konsentrasi.

• Cara menghitungnya Q sama saja dengan K, hanya saja Q dihitung bukan pada tercapainya kesetimbangan.

• K adalah nilai spesial dari Q, atau

• Nilai Q saat tercapainya kesetimbangan = K

Sistem Berada Dalam Kesetimbangan

BILA QC = KC

BILA QC > KC

Terdapat banyak produk

Reaksi cenderung ke arah reaktan

BILA QC < KC

Terdapat banyak reaktan Reaksi cendrung ke arah produk

H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 50,2

1 2 3

• MENENTUKAN KOMPOSISI SAAT KESETIMBANGAN

Contoh :

Konstanta kesetimbangan reaksi H2 dengan I2 adalah

57,0 pada suhu 700 K.

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)

Jika 1,0 mol H2 direaksikan dengan 1,0 mol I2,

berapa konsentrasi H2, I2, dan HI saat tercapai

kesetimbangan, bila reaksi berlangsung dalam sebuah

bejana 10,0 L ?

Jawab :

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)

Konsentrasi awal H2 dan I2 adalah :

[H2] = [I2] = 1,00 mol/10,0 L

= 0,100 M

Misalkan saat kesetimbangan tercapai, H2 yang bereaksi = x M, maka :

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)

Awal (M) 0,100 M 0,100 M 0 Perubahan (M) - x - x 2x ----------------------------------------------- Saat kesetimbangan (0,100 - x) (0,100 - x) 2x

57x100,0

x2

x100,0x100,0

x2

IH

HIK

22

22

2

C

55,7x100,0

x2

maka : X = 0,0791 M

Jadi saat kesetimbangan tercapai :

[HI] = 2x = 2 x 0,0791 = 0,158 M

[H2] = [I2] = 0,100 M – 0,0791 M = 0,021 M

Contoh soal :

Reaksi : CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g)

dengan Kc = 1,00 pada suhu 1100 K.

Sejumlah zat berikut dicampur pada suhu tersebut dan dibiarkan bereaksi

dalam sebuah wadah dengan volume 1 L : 1,00 mol CO, 1,00 mol H2O, 2,00

mol CO2 dan 2,00 mol H2. Kearah mana reaksi akan berjalan dan bagaimana

komposisi akhirnya?

Jawab:

CO (g) + H2O ↔ CO2 (g) + H2 (g) mol camp : 1,00 mol 1,00 mol 2,00 mol 2,00 mol Bila V = 1,00 L : 1,00 M 1,00 M 2,00 M 2,00 M [CO2] [H2] (2)(2) Qc = ---------------- = ----------- = 4 [CO] [H2O] (1)(1)

Karena Qc > Kc maka arah reaksi : ke kiri (balik)

Komposisi akhir :

Misalkan saat kesetimbangan tercapai, CO2 yang bereaksi = x M, maka :

CO (g) + H2O ↔ CO2 (g) + H2 (g) awal (M) 1,0 1,0 2,0 2,0 Perubahan (M) x x x x -------------------------------------------------------------- Saat setimbang (M) (1,0 – x ) (1,0 – x ) (2,0 + x ) (2,0 + x)

[CO2] [H2] (2,0+x)2 Kc = ---------------- = ------------- [CO] [H2O] (1,0-x)2

2,0 + x = 1,0 – x x = -0,5

(2,0+x)2 1 = ------------ (1,0-x)2

(2,0+x) 1 = ------------ (1,0-x)

Jadi saat kesetimbangan komposisi gas adalah : [CO] = (1,0 – (-0,5)) M =1,5 M [H2O] = (1,0 – (-0,5)) M =1,5 M [CO2] = (2,0 + (-0,5)) M =1,5 M [H2] = (2,0 + (-0,5)) M =1,5 M

SISTEM KESETIMBANGAN PADA LARUTAN ASAM BASA

HA + H2O H3O+ + A-

KONSTANTA KESETIMBANGAN : [A-] [H3O

+]

[H2O] [HA] KC =

[A-] [H3O+]

[HA] KC . [H2O] =

KONSTANTA PROTOLISA ASAM

[A-] [H3O+]

[HA] Ka =

KONSTANTA KESETIMBANGAN ASAM

PENENTU KEKUATAN ASAM

KONSTANTA PROTOLISA ASAM

[A-] [H3O+]

[HA] Ka =

SANGAT BERGANTUNG PADA DERAJAT IONISASI

()

CONTOH :

ASAM KUAT HCl H+ + Cl-

100 %

ASAM LEMAH CH3COOH H+ + CH3COO-

< 20%

KONSTANTA KESETIMBANGAN :

KONSTANTA PROTOLISA BASA

Kb =

B + H2O BH+ + OH-

[OH-] [BH+]

[H2O] [B] KC =

KC . [H2O] =

[OH-] [BH+]

[B]

[OH-] [BH+]

[B]

KONSTANTA KESETIMBANGAN BASA

Kb = [OH-] [BH+]

[B]

PENENTU KEKUATAN BASA

KONSTANTA PROTOLISA BASA

SANGAT BERGANTUNG PADA DERAJAT

IONISASI ()

CONTOH :

BASA KUAT NaOH Na+ + OH-

100 %

BASA LEMAH NH4OH NH4+ + OH-

< 20%

Asam

A- + H2O HA + OH- HA + H2O A- + H3O+

[HA]

[H3O+] [A-]

Ka = [OH-] [HA]

[A-] Kb =

Ka . Kb = x = [H3O+][OH-]

[OH-] [HA]

[A-] [HA]

[H3O+] [A-]

HUBUNGAN Ka DAN Kb

Basa

Konstanta keseimbangan air (Kw)

Ka . Kb = [H3O+][OH-] = KW = 10-14

pKa + pKb = pH + pOH = pKW = 14

BUKTINYA :

NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4

+ + H2O NH3 + H3O

+

[NH4+]

[H3O+] [NH3]

Ka = = 5,6 x 10-10

[OH-] [NH4+]

[NH3] Kb = = 1,8 x 10-5

Ka . Kb = x = [H3O+][OH-]

= 5,6 x 10-10 x 1,8 x 10-5 = 10-14

[OH-] [NH4+]

[NH3] [NH4+]

[H3O+] [NH3]

GARAM

ASAM

BASA

NETRAL

ASAM KUAT + BASA LEMAH

ASAM LEMAH + BASA KUAT

ASAM KUAT + BASA KUAT

LARUTANNYA

SUATU SENYAWA IONIK YANG TERBENTUK BILA SUATU ASAM DINETRALISASI OLEH SUATU BASA

SIFAT ASAM-BASA DARI LARUTAN GARAM

GARAM DIBAGI ATAS :

1. BERASAL DARI ASAM KUAT + BASA KUAT

2. BERASAL DARI ASAM LEMAH + BASA KUAT

4. BERASAL DARI ASAM LEMAH + BASA LEMAH

3. BERASAL DARI ASAM KUAT + BASA LEMAH

TIDAK MENGALAMI HIDROLISIS DALAM AIR

pH LARUTAN TETAP NETRAL

CONTOH : KCl, NaNO3

GARAM DARI ASAM KUAT + BASA KUAT

K+ Cl

H+ OH-

KCl

BASA KUAT TIDAK MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR

ASAM LEMAH MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR

MEMPENGARUHI KESET. ASAM-BASA LARUTAN

GARAM DARI ASAM LEMAH + BASA KUAT

CONTOH :

KCN K+ + CN-

(KOH) (HCN)

K+ CN-

H+ OH-

HCN

KCN

[H+] berkurang Garam basa

ASAM KUAT TIDAK MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR

BASA LEMAH MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR

MEMPENGARUHI KESET. ASAM-BASA LARUTAN

CONTOH : NH4Cl NH4Cl NH4

+ + Cl-

(NH4OH) (HCl)

GARAM DARI ASAM KUAT + BASA LEMAH

NH4+ Cl-

H+ OH-

NH4OH

NH4Cl

[OH] berkurang Garam asam

GARAM DARI ASAM LEMAH + BASA LEMAH

BILA Ka = Kb

BILA Ka > Kb

BILA Ka < Kb

NETRAL

ASAM

BASA

ASAM & BASA MENGALAMI HIDROLISIS DLM AIR

MEMPENGARUHI KESET. ASAM-BASA LARUTAN

pH larutan tergantung pada Konstanta (Ka dan Kb)

Contoh : larutan NH4CN

Kb NH3 = 1,8 x 10-5 Ka HCN = 4,9 x 10-10

NH4+ CN-

H+

OH-

NH4OH

NH4CN

[H+] berkurang lbh banyak

Garam Basa

HCN

KESETIMBANGAN

AKSI

KESETIMBANGAN BARU

REAKSI

PERGESERAN KIMIA (ASAS LE CHATELIER)

• BILA PADA SUATU SISTEM KESETIMBANGAN DIBERIKAN SUATU AKSI, MAKA SISTEM AKAN MENGADAKAN REAKSI SEDEMIKIAN RUPA SHG PENGARUH ITU MENJADI SEKECIL-KECILNYA

• KONSENTRASI

Contoh :

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) H = -380 kJ/mol

Setelah kesetimbangan tercapai, maka :

• bila ke dalam sistem kita alirkan gas O2 maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan produk (kesetimbangan bergeser ke kanan)

• Bila konsentrasi gas O2 dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri (reaktan)

KONSENTRASI [C] > KE ARAH LAWANNYA

[C] < KE ARAH ZAT TSB

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN

TEKANAN & VOLUME P> (V<) KE JLH KOEF. RX KECIL

P< (V>) KE JLH KOEF. RX BESAR

• TEKANAN & VOLUME

• Bila tekanan diperbesar (volume diperkecil), maka kesetimbangan

akan berbeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang kecil.

• Bila tekanan diperkecil (volume diperbesar), maka kesetimbangan

akan berbeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang besar.

Contoh :

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) H = -380 kJ/mol

Setelah kesetimbangan tercapai, maka :

SUHU T > KE ARAH RX ENDOTERM (Ho = +)

T < KE ARAH RX EKSOTERM (Ho = -)

• SUHU (Azas Van’t Hoff)

Pengaruh suhu pada kesetimbangan sangat bergantung pada

Ho reaksi

Contoh :

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) Ho = -380 kJ/mol

Setelah kesetimbangan tercapai, maka :

• Bila suhu diperbesar, maka kesetimbangan bergeser ke

arah reaksi endoterm (Ho = (+)).

• Bila suhu diperkecil, maka kesetimbangan bergeser ke arah

reaksi eksoterm (Ho = (-)).

N2O4(g) 2 NO2(g)

PENGARUH SUHU

KATALIS

MEMPERCEPAT TERCAPAINYA KESETIMBANGAN

TIDAK MENGUBAH KC

KATALIS

• Adanya katalis pada reaksi kesetimbangan akan mempercepat reaksi menuju kesetimbangan. Namun katalis tidak akan mengubah konstanta kesetimbangan kimianya.

Contoh aplikasi reaksi kesetimbangan : sistem pernafasan

H+ + HCO3- H2CO3

H2CO3 H2O + CO2

H+ + HCO3- H2CO3 H2O + CO2

Atau dapat ditulis :

HHb + O2 HbO2 + H+

PCO2 >

PCO2 <

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN

ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

[H+] >

[HCO3-] >

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN

ARAH PERGESERAN UTK MEMPERBAIKI KESETIMBANGAN

APA YANG DAPAT ANDA LAKUKAN AGAR PRODUKSI AMONIAK PADA PROSES HABER BOSCH BERIKUT INI DPT MENINGKAT ? N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Ho = -92,2 kJ

CONTOH SOAL

SOLUSI :

• MENAMBAH N2 DAN H2 (MEMPERBESAR [N2] ATAU [H2])

• MENARIK NH3 YG TERBENTUK (MEMPERKECIL [NH3])

• MEMPERBESAR TEKANAN

• MENURUNKAN SUHU REAKSI

• MENAMBAH KATALIS AGAR KESETIMBANGAN SEGERA TERCAPAI

• MEMPERKECIL VOLUME