Prinsip – prinsip kesetimbangan kimia

PRINSIP – PRINSIP KESETIMBANGAN KIMIA

PENGANTAR

• Kesetimbangan dinamis adalah keadaan dimana dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama, akibatnya tidak terjadi perubahan bersih dalam sistem pada kesetimbangan

• Uap mengembun dengan laju yang sama dengan air menguap

• Pelarutan padatan, sampai pada titik laju padatan yang terlarut sama dengan padatan yang mengendap saat konsentrasi larutan jenuh (tidak ada perubahan konsentrasi)

Keadaan pada Kesetimbangan Kimia

Masing-masing sebanyak 0,00150 mol H2 dan I2 dibiarkan bereaksi (Percobaan 1)

• Masing-masing sebanyak 0,00150 mol H2 dan I2 dibiarkan bereaksi (Percobaan 1)

• Reaksi ke depan: H2(g) + I2(g)  2HI(g)

• Reaksi balik: 2HI(g)  H2(g) + I2(g)

• Setelah mencapai 0,00234 mol jumlah HI berhenti meningkat

• Percobaan dimulai dengan pereaksi HI murni dan juga tidak ada reaksi bersih

• Percobaan 3 menggambarkan keadaan ketiga pereaksi pada awal kesetimbangan

Kesetimbangan Hidrogen-Iod-Hidrogen Iodida

• Dari tiga percobaan diatas didapat suatu hubungan yang menunjuk pada angka numeris tertentu

Tetapan Kesetimbangan Kc

• Untuk reaksi umum,

• aA + bB + …  gG + hH + …

• Rumus tetapan kesetimbangan berbentuk

Hubungan Tambahan

• Jika ada 3 reaksi berikut:

• 2SO2(g) + O2(g)  2SO3(g) Kc(a) = 2,8 x 102 1000 K

• 2SO3(g)  2SO2(g) + O2(g) Kc(b) = ?

• SO2(g) + ½ O2(g)  SO3(g) Kc(c) = ?

Ikhtisar

• Persamaan apapun yang digunakan untuk Kc harus sesuai dengan reaksi kimianya yang setara

• Jika persamaannya dibalik, nilai Kc dibalik yaitu persamaan yang baru kebalikan dari persamaan aslinya

• Jika koefisien dalam persamaan setara dikalikan dengan faktor yang sama, tetapan kesetimbangan yang baru adalah akar berpangkat faktor tersebut didapat tetapan kesetimbangan yang lama

Soal Latihan

• Untuk reaksi NH3 ↔ ½ N2 + 3/2 H2 Kc = 5,2 x 10-5 pada 298 K. Berapakah nilai Kc pada 298 K untuk reaksi N2 + 3H2 ↔ 2NH3

Penggabungan Rumus Tetapan Kesetimbangan

• 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 = ?

• Kita dapat menggabungkan persamaan diatas

• 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 = ?

Tetapan Kesetimbangan yang Dinyatakan sebagai 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.

• Misalkan suatu reaksi

• 2SO2(g) + O2(g)  2SO3(g) Kc = 2,8 x 102 pd 1000 K

Soal Latihan

• Reaksi 2A(g) + B(g)  C(g) dibiarkan mencapai kesetimbangan. Jumlah awal dari pereaksi yang ada dalam wadah 1,80 L ialah 1,18 mol A dan 0,78 mol B. pada kesetimbangan jumlah mol A adalah 0,94 mol, berapa nilai Kc reaksi ini? (0,77)

• Tentukan nilai Kc dari Kp yang diberikan

• SO2Cl2(g)  SO2(g) + Cl2(g) Kp = 2,9x10-2 pd 303K

• 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) Kp = 1,48x104 pd 184oC

• (1,2x10-3) (5,55x105)

Ksetimbangan yang melibatkan cairan dan padatan murni (Reaksi Heterogen)

• Persamaan tetapan kesetimbangan hanya mengandung suku-suku yang konsentrasi atau tekanan parsialnya berubah selama reaksi berlangsung

• Atas dasar ini walaupun ikut bereaksi tapi karena tidak berubah, maka padatan murni dan cairan murni tidak diperhitungkan dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

Arti Nilai Tetapan Kesetimbangan

Meramalkan Arah dan Besarnya Reaksi

• Pada setiap saat selama berlangsungnya reaksi dapat dirumuskan nisbah konsentrasi-konsentrasi yang bentuknya sama dengan rumus tetapan kesetimbangan. Nisbah ini disebut kuosien reaksi

Kuosien dan tetapan kesetimbangan

• Reaksi bersih berlangsung dari kiri ke kanan jika Q < Kc

• Reaksi bersih berlangsung dari kanan ke kiri jika Q > Kc

Soal Latihan

• Reaksi CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) Kc = 1,00 pada kira-kira 1100 K. Sejumlah zat berikut dicampur pada suhu tersebut dan dibiarkan bereaksi: 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?

Prinsip Le Chatelier

• Usaha untuk mengubah suhu, tekanan atau konsentrasi pereaksi dalam suatu sistem dalam keadaan setimbang merangsang terjadinya reaksi yang mengembalikan kesetimbangan pada sistem tersebut

Pengaruh perubahan Jumlah spesies yang bereaksi

Pengaruh Perubahan Tekanan

Pengaruh Gas Lembam (inert)

• Pengaruh tidaknya gas lembam tergantung pada cara melibatkan gas tersebut

• Jika sejumlah gas helium ditambahkan pada keadaan volume tetap, tekanan akan meningkat, sehingga tekanan gas total akan meningkat. Tetapi tekanan parsial gas-gas dalam kesetimbangan tetap

• Jika gas ditambahkan pada tekanan tetap, maka volume akan bertambah. Pengaruhnya akan sama dengan peningkatan volume akibat penambahan tekanan eksternal.

• Gas lembam mempengaruhi keadaan kesetimbangan hanya jika gas tersebut mengakibatkan perubahan konsentrasi (atau tekanan parsial) dari pereaksi-pereaksinya

Pengaruh Suhu

• Penambahan kalor akan menguntungkan reaksi serap-panas (endoterm)

• Pengurangan kalor akan menguntungkan reaksi lepas-panas (eksoterm)

• Peningkatan suhu suatu campuran kesetimbangan menyebabkan pergeseran kearah reaksi endoterm. Penurunan suhu menyebabkan pergeseran kearah reaksi eksoterm

Soal Latihan

• Sebanyak 0,100 mol I2(g) dimasukkan kedalam ruang hampa sebesar 1,00 L pada suhu 1200oC, 5% dari senyawa tersebut mengurai menjadi atom-atom I. Untuk reaksi I2(g)  2I(g). Berapakah nilai Kc dan Kp! (Kc=1,1x10-2 Kp=1,3)

• Sebanyak 1,00 g PCl5 dimasukkan kedalam wadah 250 mL, kemudian dipanaskan sampai 250oC, dimana disosiasi PCl5 dibiarkan mencapai kesetimbangan PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g). Banyaknya Cl2 yang berada dalam kesetimbangan diketahui 0,25 g. Berapa nilai Kc untuk reaksi tersebut! (3,8x10-2)

• Sebanyak 0,100 mol H2 dan 0,100 mol I2 dimasukkan kedalam wadah 1,50 L dan campuran ini dibiarkan mencapai kesetimbangan pada suhu 445oC. Berapakah mol I2 yang ada pada waktu kesetimbangan tercapai? (2x10-2 mol I2)

• H2(g) + I2(g)  2HI(g), Kc = 50,2 pada 445oC

Pengaruh Suhu pada Kesetimbangan

• Umumnya tetapan kesetimbangan suatu reaksi tergantung pada suhu

• Nilai Kp untuk reaksi oksidasi belerang dioksida diperlihatkan pada tabel berikut

Hubungan pada tabel tersebut dapat dituliskan dengan:

Keterangan

• K2 dan K1 adalah tetapan kesetimbangan pada suhu kelvin T2 dan T1. ∆Ho adalah entalpi (kalor) molar standar dari reaksi. Nilai positif dan negatif untuk parameter ini dimungkinkan dan diperlukan asumsi bahwa ∆Ho tidak tergantung pada suhu

• Menurut prinsip Le Chatelier, jika ∆Ho > 0 (endoterm) reaksi kedepan terjadi jika suhu ditingkatkan, menyiratkan bahwa nilai K meningkat dengan suhu. Jika ∆Ho < 0 (eksoterm) reaksi kebalikan terjadi jika suhu ditingkatkan dan nilai K menurun dengan suhu

• Persamaan diatas menghasilkan nilai kuantitatif yang sesuai dengan pengamatan kualitatif dari prinsip Le Chatelier.

Soal Latihan

• Untuk reaksi N2O4(g)  2NO2(g), ∆Ho = +61,5 kJ/mol dan Kp = 0,113 pada 298K

• Berapa nilai Kp pada 0oC? (1,2x10-2)

• Pada suhu berapa nilai Kp = 1,00 (326 K)

Pengaruh Katalis pada Kesetimbangan

• Katalis dalam reaksi dapat balik dapat mempercepat reaksi baik kekanan atau kekiri. Keadaan kesetimbangan tercapai lebih cepat tetapi tidak mengubah jumlah kesetimbangan dari spesies-spesies yang bereaksi.

• Peranan katalis adalah mengubah mekanisme reaksi agar tercapai energi aktivasi yang lebih rendah.

• Keadaan kesetimbangan tidak bergantung pada mekanisme reaksi

• Sehingga tetapan kesetimbangan yang diturunkan secara kinetik tidak dipengaruhi oleh mekanisme yang dipilih.