MAKALAH KIMIA KELAS 11: KESETIMBANGAN KIMIA
Kamis, Januari 04, 2018
Tambah Komentar
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Di alam sekitar kita banyak terjadi reaksi-reaksi kimia, seperti fotosintesis.Fotosintesis adalah proses kimia yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat dan oksigen, di mana reaksi ini berkataliskan klorofil dan menggunakan sinar matahari sebagai energi untuk reaksi.
6 CO2(g) + 6 H2O(l) --> C6H12O6(s) + 6 O2(g)
glukosa
Reaksi pembakaran bahan bakar bensin menghasilkan energi untuk menjalankan kendaraan. Reaksi perkaratan logam (misal besi) terjadi karena reaksi antara logam dengan oksigen di udara. Amoniak merupakan hasil industri kimia yang sangat penting. Reaksi kesetimbangan nitrogen dan hidrogen pada kondisi standar (STP) menghasilkan amoniak dengan kualitas yang kurang baik. Produk amoniak dikembangkan dengan menggunakan suhu dan tekanan tinggi.
Dari reaksi-reaksi tersebut, apakah zat hasil reaksi dapat kembali lagi menjadi zat semula? Apakah glukosa dapat kembali menjadi klorofil? Apakah energi yang dihasilkan untuk menggerakkan kendaraan dapat kembali lagi menjadi bensin? Apakah besi berkarat dapat kembali menjadi besi yang bersih seperti semula? Reaksi-reaksi tersebut merupakan reaksi kimia satu arah (ireversibel), yaitu reaksi kimia di mana zat-zat hasil reaksi tidak dapat kembali lagi menjadi zat-zat semula.
B. Tujuan
1. Sebagai syarat untuk memenuhi nilai tugas kimia fisika I
2. Untuk mengetahui apakah yang dimaksud dengan kesetimbangan kimia.
3. Untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kesetimbangan kimia.
4. Untuk mengetahui seperti apakah tetapan kesetimbangan kimia dan bagaimana caranya menghitung kesetimbangan kimia.
C. Rumusan Masalah
1. Apakah yang dimaksud dengan Kesetimbangan Kimia ?
2. Bagaimanakah contoh-contoh kesetimbangan kimia dalam kehidupan sehari-hari ?
3. Apa sajakah faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia ?
4. Bagaimana tetapan kesetimbangan Kimia dan cara untuk menghitungnya ?
D. Manfaat
1. Dapat mengetahui apakah yang dimaksud dengan kesetimbangan kimia.
2. Dapat mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kesetimbangan kimia.
3. Dapat mengetahui seperti apakah tetapan kesetimbangan kimia dan bagaimana caranya menghitung kesetimbangan kimia.
BAB II
PEMBAHASAN
. Definisi Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang teramati selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada perubahan yang teramati dalam sistem. Meskipun demikian, aktivitas molekul tetap berjalan, molekul-molekul reaktan berubah mnjadi produk secara terus-menerus sambil molekul-molekul produk berubah menjadi reaktan kembali dengan kecepatan yang sama.
Sedikit sekali reaksi kimia yang berjalan ke satu arah saja, kebanyakan adlah reaksi dapat balik. Pada awal reaksi dapat balik, reaksi berjalan ke arah pembentukan produk. Sesaat setelah produk tersebut, pembentukan reaktan produk juga mulai berjalan. Jika kecepatan reaksi maju dan reaksi balik adalah sama, dan dikatakan bahwa kesetimbangan kimia telah dicapai. Harus diingat bahwa kesetimbangan kimia melibatkan beberapa zat yang berbeda sebagai reaktan dan produk. Kesetimbangan antara dua fase zat-zat yang sama disebut kesetimbangan fisika, perubahan yang terjadi adalah proses fisika. Dalam peristiwa ini, molekul air yang meninggalkan fase cair adalah sama dengan jumlah molekul yang kembali ke fase cair.
H2O(C) H2O(g)
Perhatian para kimiawi tercurah kepada proses kesetimbangan kimia, misalnya reaksi dapat dibalik yang melibatkan nitrogen disebut oksida (NO2) dan nitrogen tetraosida (N2O4) yang dinyatakan sebagai berikut.
N2O4(g) 2NO2(g)
Kemajuan reaksi ini mudah dimonitor karena N2O4 adalah suatu gas tak berwarna, sedangkan NO2 adalah gas berwarna coklat tua. Andaikan sejumah tertentu gas N2O4 diinjeksikan ke dalam labu tertutup, maka segera tampak warna coklat yang menunjukkan terbentuknya molekul NO2. Intensitas warna terus meningkat dengan berlangsungnya peruraian N2O4 terus-menerus sampai kesetimbangan tercapai. Pada keadaan ini, tidak ada lagi perubahan warna yang diamati.
Secara eksperimen kita juga dapat mendapatkan keadaan kesetimbangan dimana gas NO2 murni sebagai starting material atau dengan suatu campuran antara gas NO2 dan gas N2O4.
Kita dapat membuat jadi lebih umum pembicaraan ini dengan meninjau reaksi dapat balik berikut.
aA Bb
di mana a, b, c dan d adalah koefisien-koefisien stoikiometri untuk spesies-spesies kimia A, B, C dan D. Konstanta kesetimbangan reaksi pada temperatur tertentu adalah
K =
Persamaan tersebut adalah suatu bentuk matematika hukum aksi massa yang diusulkan oleh Cato Gulberg dan Peter Waage pada tahun 1864.
Ciri-Ciri Kesetimbangan kimia
Ø Hanya terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap
Ø Reaksinya berlangsung terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan
Ø Laju reaksi maju (ke kanan) sama dengan laju reaksi balik (ke kiri)
Ø Semua komponen yang terlibat dalam reaksi tetap ada
Ø Tidak terjadi perubahan yang sifatnya dapat diukur maupun diamati
Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia
Pengaruh konsentrasi
Jika konsentrasinya diperbesar pada salah satu zat maka reaksi bergeser dari arah zat tersebut, sedangkan bila konsentrasinya diperkecil maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut.
Pengaruh tekanan
Perubahan tekanan hanya berpengaruh pada sistem gas, berdasarkan hukum boyle bila tekanan gas diperbesar maka volumenya diperkecil, sedangkan bila tekanan gas diperkecil maka volume gas diperbesar, berdasarkan persamaan gas ideal PV = nRT bahwa tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol gas. jika mol gas bertambah maka tekanan akan membesar, sebaliknya bila jumlah mol gas berkurang maka tekanan akan menjadi kecil. Dengan demikian jika tekanan diperbesar maka reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol gas yang lebih kecil dan juga sebaliknya.
Pengaruh Suhu Jika suhu dinaikkan maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm, sedangkan jika suhu diturunkan maka reaksi akan bergeser ke arah eksoterm. Contoh : N2(g) + 3H2(g)<--> 2NH3(g) H= - 92 kJ, bila suhu diubah dari 500° menjadi 1200° maka kesetimbangan ke arah endoterm atau ke kiri. Katalis-katalis hanya berfungsi untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan kimia.
Jenis- Jenis Kesetimbangan Kimia
1) Kesetimbangan Homogen
Semua spesi kimia berada dalam fasa yang sama. Salah satu contoh kesetimbangan homogen fasa gas adalah sistem kesetimbangan N2O4/NO2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
N2O4(g) <——> 2 NO2(g)
Kc = [NO2]2 / [N2O4]
Konsentrasi reaktan dan produk dalam reaksi gas dapat dinyatakan dalam bentuk tekanan parsial masing-masing gas (ingat persamaan gas ideal, PV=nRT). Dengan demikian, satuan konsentrasi yang diganti dengan tekanan parsial gas akan mengubah persamaan Kc menjadi Kp sebagai berikut :
Kp = (PNO2)2 / (PN2O4)
PNO2 dan PN2O4 adalah tekanan parsial masing-masing gas pada saat kesetimbangan tercapai. Nilai Kp menunjukkan konstanta kesetimbangan yang dinyatakan dalam satuan tekanan (atm). Kp hanya dimiliki oleh sistem kesetimbangan yang melibatkan fasa gas saja.
Secara umum, nilai Kc tidak sama dengan nilai Kp, sebab besarnya konsentrasi reaktan dan produk tidak sama dengan tekanan parsial masing-masing gas saat kesetimbangan. Dengan demikian, terdapat hubungan sederhana antara Kc dan Kp yang dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut :
Kp = Kc (RT)∆n
Kp = konstanta kesetimbangan tekanan parsial gas
Kc = konstanta kesetimbangan konsentrasi gas
R = konstanta universal gas ideal (0,0821 L.atm/mol.K)
T = temperatur reaksi (K)
∆n = Σ koefisien gas produk - Σ koefisien gas reaktan
Selain kesetimbangan homogen fasa gas, terdapat pula sejumlah kesetimbangan homogen fasa larutan. Salah satu contoh kesetimbangan homogen fasa larutan adalah kesetimbangan ionisasi asam asetat (asam cuka) dalam air. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CH3COOH(aq) <——> CH3COO-(aq) + H+(aq)
Kc = [CH3COO-] [H+] / [CH3COOH]
2) Kesetimbangan Heterogen
Kesetimbangan ini melibatkan reaktan dan produk dalam fasa yang berbeda. Sebagai contoh, saat padatan kalsium karbonat dipanaskan dalam wadah tertutup, akan terjadi reaksi berikut :
CaCO3(s) <——> CaO(s) + CO2(g)
Dalam reaksi penguraian padatan kalsium karbonat, terdapat tiga fasa yang berbeda, yaitu padatan kalsium karbonat, padatan kalsium oksida, dan gas karbon dioksida. Dalam kesetimbangan kimia, konsentrasi padatan dan cairan relatif konstan, sehingga tidak disertakan dalam persamaan konstanta kesetimbangan kimia. Dengan demikian, persamaan konstanta kesetimbangan reaksi penguraian padatan kalsium karbonat menjadi sebagai berikut :
Kc = [CO2]
Kp = PCO2
Baik nilai Kcmaupun Kp tidak dipengaruhi oleh jumlah CaCO3 dan CaO (jumlah padatan). Beberapa aturan yang berlaku dalam penentuan nilai konstanta kesetimbangan kimia saat reaksi kesetimbangan dimanipulasi (diubah) antara lain :
1. Jika reaksi dapat dinyatakan dalam bentuk penjumlahan dua atau lebih reaksi, nilai konstanta kesetimbangan reaksi keseluruhan adalah hasil perkalian konstanta kesetimbangan masing-masing reaksi.
A + B <——> C + D Kc’
C + D <——> E + F Kc’’
A + B <——> E + F Kc = Kc’ x Kc’’
2. Jika reaksi ditulis dalam bentuk kebalikan dari reaksi semula, nilai konstanta kesetimbangan menjadi kebalikan dari nilai konstanta kesetimbangan semula.
A + B <——> C + D Kc’ = [C] [D] / [A] [B]
C + D <——> A + B Kc = [A] [B] / [C] [D] = 1 / Kc’
3. Jika suatu reaksi kesetimbangan dikalikan dengan faktor n, nilai konstanta kesetimbangan menjadi nilai konstanta kesetimbangan semula dipangkatkan dengan faktor n.
A + B <——> C + D Kc’ = [C] [D] / [A] [B]
2 A + 2 B D 2 C + 2 D Kc = [C]2 [D]2 / [A]2 [B]2 = { [C] [D] / [A] [B] }2 = (Kc’)2
Salah satu kegunaan konstanta kesetimbangan kimia adalah memprediksi arah reaksi. Untuk mempelajari kecenderungan arah reaksi, digunakan besaran Qc, yaitu hasil perkalian konsentrasi awal produk dibagi hasil perkalian konsentrasi awal reaktan yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Jika nilai Qc dibandingkan dengan nilai Kc, terdapat tiga kemungkinan hubungan yang terjadi, antara lain :
1. Qc < Kc
Sistem reaksi reversibel kelebihan reaktan dan kekurangan produk. Untuk mencapai kesetimbangan, sejumlah reaktan diubah menjadi produk. Akibatnya, reaksi cenderung ke arah produk (ke kanan).
2. Qc = Kc
Sistem berada dalam keadaan kesetimbangan. Laju reaksi, baik ke arah reaktan maupun produk, sama.
3. Qc > Kc
Sistem reaksi reversibel kelebihan produk dan kekurangan reaktan. Untuk mencapai kesetimbangan, sejumlah produk diubah menjadi reaktan. Akibatnya, reaksi cenderung ke arah reaktan (ke kiri).
Kesetimbangan kimia dapat diganggu oleh beberapa faktor eksternal. Sebagai contoh, pada pembahasan proses Haber sebelumnya, telah diketahui bahwa nilai Kc pada proses Haber adalah 3,5.108 pada suhu kamar. Nilai yang besar ini menunjukkan bahwa pada kesetimbangan, terdapat banyak gas amonia yang dihasilkan dari gas nitrogen dan gas hidrogen. Akan tetapi, masih ada gas nitrogen dan gas hidrogen yang tersisa pada kesetimbangan. Dengan menerapkan prinsip ekonomi dalam dunia industri, diharapkan sebanyak mungkin reaktan diubah menjadi produk dan reaksi tersebut berlangsung sempurna. Untuk mendapatkan produk dalam jumlah yang lebih banyak, kesetimbangan dapat dimanipulasi dengan menggunakan prinsip Le Chatelier.
Seorang kimiawan berkebangsaan Perancis, Henri Le Chatelier, menemukan bahwa jika reaksi kimia yang setimbang menerima perubahaan keadaan (menerima aksi dari luar), reaksi tersebut akan menuju pada kesetimbangan baru dengan suatu pergeseran tertentu untuk mengatasi perubahan yang diterima (melakukan reaksi sebagai respon terhadap perubahan yang diterima). Hal ini disebut Prinsip Le Chatelier.
Ada tiga faktor yang dapat mengubah kesetimbangan kimia, antara lain :
1. Konsentrasi reaktan atau produk
2. Suhu
3. Tekanan atau volume pada sistem yang mengandung fasa gas
Untuk memproduksi gas amonia sebanyak mungkin, dapat dilakukan manipulasi kesetimbangan kimia dari segi konsentrasi reaktan maupun produk, tekanan ruangan, volume ruangan, dan suhu reaksi.
Berikut ini adalah pembahasan mengenai masing-masing faktor.
1. Mengubah konsentrasi
Jika ke dalam sistem kesetimbangan ditambahkan gas nitrogen maupun gas hidrogen berlebih (reaktan berlebih), nilai Qc menjadi lebih kecil dibandingkan Kc. Untuk mengembalikan ke kondisi setimbang, reaksi akan bergeser ke arah produk (ke kanan). Akibatnya, jumlah produk yang terbentuk meningkat. Hal yang sama juga akan terjadi jika gas amonia yang terbentuk langsung diambil. Reaksi akan bergeser ke arah kanan untuk mencapai kembali kesetimbangan.
Dapat disimpulkan bahwa jika dalam sistem kesetimbangan ditambahkan lebih banyak reaktan atau produk, reaksi akan bergeser ke sisi lain untuk menghabiskannya. Sebaliknya, jika sebagian reaktan atau produk diambil, reaksi akan bergeser ke sisinya untuk menggantikannya.
2.Mengubah suhu
Reaksi pada proses Haber adalah reaksi eksotermis. Reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan reaksi berikut :
N2(g) + 3 H2(g) <——> 2 NH3(g) + Kalor
Jika campuran reaksi tersebut dipanaskan, akan terjadi peningkatan jumlah kalor dalam sistem kesetimbangan. Untuk mengembalikan reaksi ke kondisi setimbang, reaksi akan bergeser dari arah kanan ke kiri.
Akibatnya, jumlah reaktan akan meningkat disertai penurunan jumlah produk. Tentu saja hal ini bukanlah sesuatu yang diharapkan. Agar jumlah amonia yang terbentuk meningkat, campuran reaksi harus didinginkan. Dengan demikian, jumlah kalor di sisi kanan akan berkurang sehingga reaksi akan bergeser ke arah kanan.
Secara umum, memanaskan suatu reaksi menyebabkan reaksi tersebut bergeser ke sisi endotermis. Sebaliknya, mendinginkan campuran reaksi menyebabkan kesetimbangan bergeser ke sisi eksotermis.
3. Mengubah tekanan dan volume
Mengubah tekanan hanya mempengaruhi kesetimbangan bila terdapat reaktan dan/atau produk yang berwujud gas. Pada proses Haber, semua spesi adalah gas, sehingga tekanan dapat mempengaruhi kesetimbangan.
Reaksi pada proses Haber terjadi dalam ruangan tertutup. Tekanan pada ruangan terjadi akibat tumbukan gas hidrogen, gas nitrogen, serta gas amonia terhadap dinding ruangan tersebut. Saat sistem mencapai keadaan setimbang, terdapat sejumlah gas nitrogen, gas hidrogen, dan gas amonia dalam ruangan. Tekanan ruang dapat dinaikkan dengan membuat tempat reaksinya menjadi lebih kecil (dengan memampatkannya, misal dengan piston) atau dengan memasukkan suatu gas yang tidak reaktif, seperti gas neon. Akibatnya, lebih banyak tumbukan akan terjadi pada dinding ruangan bagian dalam, sehingga kesetimbangan terganggu. Untuk mengatasi pengaruh tersebut dan memantapkan kembali kesetimbangan, tekanan harus dikurangi.
Setiap kali terjadi reaksi maju (dari kiri ke kanan), empat molekul gas (satu molekul gas nitrogen dan tiga molekul gas hidrogen) akan membentuk dua molekul gas amonia. Reaksi ini mengurangi jumlah molekul gas dalam ruangan. Sebaliknya, reaksi balik (dari kanan ke kiri), digunakan dua molekul gas amonia untuk mendapatkan empat molekul gas (satu molekul gas nitrogen dan tiga molekul gas hidrogen). Reaksi ini menaikkan jumlah molekul gas dalam ruangan.
Kesetimbangan telah diganggu dengan peningkatan tekanan. Dengan mengurangi tekanan, gangguan tersebut dapat dihilangkan. Mengurangi jumlah molekul gas di dalam ruangan akan mengurangi tekanan (sebab jumlah tumbukan akan berkurang). Oleh sebab itu, reaksi maju (dari kiri ke kanan) lebih disukai, sebab empat molekul gas akan digunakan dan hanya dua molekul gas yang akan terbentuk. Sebagai akibat dari reaksi maju ini, akan dihasilkan gas amonia yang lebih banyak.
Secara umum, meningkatkan tekanan (mengurangi volume ruangan) pada campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling sedikit. Sebaliknya, menurunkan tekanan (memperbesar volume ruangan) pada campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling banyak.
Sementara untuk reaksi yang tidak mengalami perubahan jumlah molekul gas (mol reaktan = mol produk), faktor tekanan dan volume tidak mempengaruhi kesetimbangan kimia.
Katalis meningkatkan laju reaksi dengan mengubah mekanisme reaksi agar melewati mekanisme dengan energi aktivasi terendah. Katalis tidak dapat menggeser kesetimbangan kimia. Penambahan katalis hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbang.
Dari beberapa faktor di atas, hanya perubahan temperatur (suhu) reaksi yang dapat mengubah nilai konstanta kesetimbangan (Kc maupun Kp). Perubahan konsentrasi, tekanan, dan volume hanya mengubah konsentrasi spesi kimia saat kesetimbangan, tidak mengubah nilai K. Katalis hanya mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan, tidak dapat menggeser kesetimbangan kimia
BAB IV
PENUTUP
Kesimpulan
Kesetimbangan kimia adalah reaksi yang terbentuk bila laju reaksi sama besar dan konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah seiring berjalannya waktu. Berdasarkan wujud zat-zat dalam keadaan setimbang, kesetimbangan kimia dapat dibedakan menjadi dua, yaitu
a. Kesetimbangan homogen
b. Kesetimbangan heterogen
Faktor- faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan antar lain:
a. Pengaruh konsentrasi
b. Pengaruh suhu
c. Pengaruh tekanan
d. Pengaruh volume
e. Pengaruh katalis
Hubungan kuantitaf antara pereaksi dan hasil reaksi terdiri atas
a. Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (kc)
b. Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (kp)
§ Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (Kp)
§ Hubungan kc dan kp
§ Disosiasi
B. Saran
Demikianlah makalah Saya tentang kesetimbangan kimia, semoga makalah ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan dapat menambah wawasan keilmuan kita. Saya mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu kami sehingga makalah Saya ini bisa selesai. Saya juga meminta maaf kepada pembaca atas semua kesalahan dan kekurangan yang ada pada makalah Saya ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ø aymond Chang, 2005, Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti, jakarta: erlangga,
Ø Sri Rahayu Ningsih, dkk, Sains Kimia 2 SMA/MA, 2007, Jakarta: Bumi Aksara
Ø Keenan, dkk, 1984, Kimia untuk Universitaslahu, jakarta: Erlangga,
BACA JUGA:
BACA JUGA:
Belum ada Komentar untuk "MAKALAH KIMIA KELAS 11: KESETIMBANGAN KIMIA"
Posting Komentar
Tinggalkan komentar terbaik Anda...