Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia terjadi pada reaksi kimia yang reversibel. Reaksi reversibel adalah reaksi yang di mana produk reaksi dapat bereaksi balik membentuk reaktan. Kesetimbangan kimia tercapai ketika laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik dan konsentrasi dari reaktan-reaktan dan produk-produk tidak berubah lagi.

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:

Ikatan Hidrogen

Gas Mulia

Untuk persamaan reaksi reversibel yang berada dalam kesetimbangan pada temperatur tertentu berikut,

aA + bB ⇌ cC +dD

konstanta kesetimbangan, K, dapat dinyatakan sebagai rasio dari perkalian konsentrasi reaktan-reaktan dibagi perkalian konsentrasi produk-produk, di mana konsentrasi dari masing-masing substansi dipangkatkan koefisien stoikiometri dalam persamaan reaksi setara.

rumus kesetimbangan kimia

Dalam perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi homogen (semua substansi dalam reaksi berfasa sama), konsentrasi substansi dalam sistem larutan dapat dinyatakan dalam konsentrasi molar, sehingga K dapat juga ditulis K_c. Untuk reaksi homogen dalam fasa gas, konsentrasi substansi dalam wujud gas dapat dinyatakan sebagai tekanan parsial substansi, dan simbol konstanta kesetimbangannya menjadi K_p. Sebagai contoh, hukum kesetimbangan kimia untuk reaksi berikut dapat ditulis dalam 2 bentuk:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

atau

$K_c = frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}$ atau $K_p = frac{p^2_{NH_3}}{p_{N_2} p^3_{H_2}}$

Hubungan antara K_p dan K_c adalah:

$K_p = K_c (RT)^{Delta n_g}$

di mana, R = tetapan gas universal, T = temperatur, dan Δn_g = jumlah mol produk gas – jumlah mol reaktan gas.

Dalam perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi heterogen (reaksi di mana terdapat lebih dari 1 fasa) yang melibatkan substansi dalam wujud cairan murni atau padatan murni, konsentrasi substansi cair dan padat tersebut diabaikan dan tidak ikut diperhitungkan. Contohnya:

CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

=> $K_c = [CO_2] (g); K_p = p_{CO_2}$

P₄(s) + 6Cl₂(g) ⇌ 4PCl₃(l)

=> $K_c = frac{1}{[Cl_2^6]}; K_p = frac{1}{p^6_{Cl_2}}$

Untuk mengetahui apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan dan memprediksikan arah reaksi, ditentukan nilai dari kuosien reaksi, Q_c, dengan mensubstitusikan nilai konsentrasi masing-masing substansi (produk dan reaktan) pada keadaan setimbang pada konstanta kesetimbangan kimia, K_c, dengan nilai konsentrasi awal masing-masing substansi pada keadaan reaksi tersebut.

Q_c = K_c , reaksi telah mencapai kesetimbangan. Jika Q_c = K_c, reaktan ⇌ produk

Q_c < K_c , reaksi akan berlangsung dari arah kiri ke kanan (pembentukan produk) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Q_c = K_c). Jika Q_c < K_c, reaktan → produk

Q_c > K_c , reaksi akan berlangsung dari arah kanan ke kiri (pembentukan reaktan) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Q_c = K_c). Jika Q_c > K_c, reaktan ← produk

Berikut beberapa hubungan Q dan hubungan K dari reaksi-reaksi yang berkaitan.

hubungan Q dan K pada persamaan reaksi kesetimbangan kimia

Contoh soal Kesetimbangan Kimia

Pada temperatur 430°C, tetapan kesetimbangan K_c untuk reaksi H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) adalah 54,3. Diketahui pada eksperimen dengan temperatur yang sama, konsentrasi awal H₂, I₂, dan HI berturut-turut adalah 0,00623 M, 0,00414 M, dan 0,0224 M. Hitunglah konsentrasi masing-masing spesi pada keadaan setimbang.

Jawab:

[H₂]₀ = 0,00623 M

[I₂]₀ = 0,00414 M

[HI]₀ = 0,0224 M

K_c = 54,3

Pertama, kita tentukan nilai kuosien reaksi, Q_c, untuk mengetahui apakah sistem telah setimbang atau belum, dan ke arah mana reaksi berlangsung jika belum setimbang.

contoh soal kesetimbangan kimia

Karena Q_c (19,5) < K_c (54,3), reaksi akan berlangsung dari arah kiri ke kanan hingga mencapai kesetimbangan. Jadi, konsentrasi H₂ dan I₂ akan berkurang dan konsentrasi HI akan bertambah sampai reaksi setimbang.

Selanjutnya, asumsikan bahwa konsentrasi H₂ berkurang sebanyak x hingga reaksi setimbang, lalu kita buat persamaan stoikiometri dengan MRS (Mula-mula, Reaksi, Setimbang).

pembahasan soal kesetimbangan kimia

materi pembahasan soal lanjutan

Dengan menyelesaikan persamaan kuadrat dalam bentuk $ax^2 + bx + c = 0$ dengan rumus $x = frac{-b pm sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$ diperoleh: x = 0,0114 M atau x = 0,00156 M.

Penyelesaian x = 0,0114 M tidak mungkin karena nilainya lebih besar dari konsentrasi awal H₂ dan I₂. Jadi, penyelesaian yang benar adalah x = 0,00156 M.

Jadi, pada kesetimbangan kimia tersebut, konsentrasi masing-masing spesi yaitu:

jawaban soal kesetimbangan kimia

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia

Asas Le Châtelier menyatakan bahwa bila pada sistem kimia yang berada dalam kesetimbangan diberi gangguan, maka sistem akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah reaksi yang dapat menghilangkan efek dari gangguan tersebut. Faktor-faktor (gangguan) yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia antara lain:

faktor faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia