Makalah Kesetimbangan Kimia

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 CO_2(g) + 6 H₂O_(l) --> C₆H₁₂O_6(s) + 6 O_2(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.

Pada dasarnya, istilah kesetimbangan berhubungan dengan apa yang kita sebut ”keseimbangan kimia” akan tetapi, keseimbangan ini merupakan keseimbangan Mekanik. Ketika suatu reaksi kimia berlangsung dalam sebuah bejana yang mencegah masuk atau keluarnya zat-zat yang terlibat dalam reaksi tersebut. Maka besaran-besaran (kuantitas-kuantitas) dari komponen-komponen reaksi tersebut berubah ketika beberapa komponen tersebut digunakan dan komponen lainnya terbentuk. Setelah komposisinya tetap selama sistem tersebut tidak terganggu, sehingga sistem tersebut kemudian di katakan berada dalam keadan kesetimbangan atau lebih sederhana ”berada dalam kesetimbangan” dengan kata lain, sebuah reaksi kimia berada dalam kesetimbanagan ketika tidak ada kecenderungan kuantitas-kuantitas zat-zat peraksi dan zat hasil reaksi untuk berubah.

B. Rumusan Masalah

Dengan memperhatikan latar belakang tersebut, agar dalam penulisan ini memperoleh hasil yang diinginkan, maka  penulis mengemukakan beberapa rumusan masalah. Rumusan masalah tersebut adalah :

a.      Bagaimana konsep keadaan kesetimbangan kimia ?

b.      Apa perbedaaan kesetimbangan homogen dan heterogen ?

c.       Bagaimanakah penerapan kesetimbangan kimia dalam industri ?

d.      Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia ?

C. Tujuan dan Manfaat

Berdasarkan rumusan masalah di atas, maka tujuan dan manfaat dari penyusunan makalah ini adalah :

a.      Untuk menjelaskan keadaan kesetimbangan kimia

b.      Untuk mengetahui perbedaan kesetimbangan homogen dan heterogen dalam suatu reaksi kimia

c.       Untuk mengetahui perhitungan tetapan kesetimbangan suatu reaksi kimia

d.      Untuk mengetahui penerapan reaksi kesetimbangan di industri

e.      Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia adalah ilmu yang mempelajari semua proses yang dapat berlangsung dua arah, artinya proses atau reaksi yang dapat balik. Keadaan kesetimbangan kimia diperlihatkan pada contoh dibawah ini :

Ag⁺ + Fe²⁺ ↔ Ag + Fe³⁺

Tanda panah kedua arah yang berlawanan menunjukkan bahwa reaksi dapat dibalik atau terjadi reaksi yang setimbang. Saat keadaan setimbang, tidak akan terjadi perubahan secara makrokopis, artinya perubahan yang dapat diamati atau diukur, tetapi reaksi terus berlangsung dalam dua arah dengan kecepatan yang sama. Jadi kesetimbangan kimia bersifat dinamis, jika ion Ag⁺ dan Fe²⁺ dicampur, laju perubahan Ag⁺ dan Fe²⁺ setiap saat selalu berubah.

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 adalah 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.

Jadi kesetimbangan reaksi disebut juga dengan kesetimbangan dinamis. Kesetimbangan dinamis adalah pada keadaan-keadaan setimbang reaksi tidak diam (statis), tetapi terjadi dua reaksi berlawanan arah yang mempunyai laju reaksi sama. Pada keadaan tidak setimbang ini tidak terjadi lagi perubahan bersih dalam sistem reaksi. Misalnya  kesetimbangan dinamis yang diasumsikan dalam kehidupan sehari-hari.

Air dipanaskan dalam wadah tertutup sampai air menguap. Pada saat air menguap, uap air tertahan pada permukaan tutup wadah. Selanjutnya, uap air tersebut akan mengalami kondensasi,yaitu uap air menjadi cair kembali, kemudian jatuh ke dalam wadah. Pada wadah tersebut terjadi dua proses yang berlawanan arah, yaitu proses penguapan yang arahnya ke atas dan proses kondensasi yang arahnya ke bawah. Pada saat tertentu laju proses penguapan dan laju proses kondensasi akan sama. Hal itu dapat kita lihat volume air dalam wadah tersebut adalah tetap. Keadaan seperti itu disebut kesetimbangan dinamis.

B. Jenis Sistem Kesetimbangan

1.      Kesetimbangan Homogen

a.      Tetapan kesetimbangan

Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan yang hanya terdiri atas satu fasa atau reaksi dalam dimana semua spesies pereaksi ada dalam fase yang sama . Salah satu contoh kesetimbangan homogen yaitu :

H₂O + I₂ ↔ 2HI

2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃

Gas A dan B bereaksi membentuk C dan D. Pada saat setimbang, kecepatan reaksi pembentuk gas C dan D adalah sama dengan pembentukan gas A dan B. Reaksi ini dapat dinyatakan dengan persamaan :

A_(g) + B_(g) ↔ C_(g) + D_(g)

V₁ adalah kecepatan reaksi pembentukan gas C dan D. V₂ adalah kecepatan reaksi pembentukan gas A dan B.

Pada saat setimbang :

K =

Harga K adalah tetap pada temperatur tertentu yang sama. Untuk reaksi pada temperatur tetap, secara umum dinyatakan dengan persamaan :

mA + nB ↔ pC + qD

K_c =

b.      Hubungan Kp dan Kc

Persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis sebagai berikut :

P = ( n/V ) RT

Karena ( n/V ) = konsentrasi (C), maka P = CRT

Untuk reaksi A_(g) + B_(g) ↔ C_(g) + D_(g)

Harga Kp menjadi :

Kp = Kc x (RT)^∆n

c.       Prinsip Le Chatelier

Seorang kimiawan berkebangsaan Perancis, pada tahun 1884, 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).

1.      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. 

2.      Pengaruh tekanan dan volume

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.  

Contoh : 2SO_2(g) + O_2(g) ↔ 2SO_3(g)

Pada temperatur tetap, apabila tekanan dinaikkan, kesetimbangan akan bergeseer ke arah hasil reaksi sehingga volume akan berkurang dan mengurangi kenaikan tekanan. Bila tekanan diturunkan kesetimbangan bergeser ke arah pereaksi atau ke arah jumlah molekul yang banyak.

3.      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.

4.      Katalis 

Katalis hanya berfungsi untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan kimia. Dalam suatu sistem kesetimbangan, suatu katalis menaikkan kecepatan reaksi maju dan reaksi balik dengan sam kuatnya. Suatu katalis tidak mengubah kuantitas relatif yang ada dalam kesetimbangan, nilai tetapan kesetimbangan tidaklah berubah. Katalis mempengaruhi laju reaksi maju sama besar dengan reaksi balik.

2.      Kesetimbangan Heterogen

Sistem kesetimbangan heterogen adalah suatu sistem kesetimbangan yang komponen zatnya mempunyai fasa berbeda atau lebih dari satu. Contoh :

CaCO_3(p) ↔ CaO_(p) + CO_2(g)

2BaO_2(g) ↔ 2BaO_(p) + O_2(g)

Harga tetapan kesetimbangan  tekanan atau Kp = P

CuO_(p) + H_2(g)  ↔ Cu_(p)   + H₂O_(g)

Adalah

Misal :

2SO_2(g) + O₂ ↔ 2SO_3(g)  

Kuantitas yang diperoleh melalui pemasukan harga konsentrasi awal spesies-spesies ke dalam pernyataan konstanta kesetimbangan disebut hasil bagi reaksi (Qc). Untuk menentukan arah pergeseran reaksi untuk mencapai kesetimbangan, kita harus membandingkan harga Qc dan Kc. Ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi :

1.  Qc > Kc harga perbandingan konsentrasi awal produk terhadap reaktan adalah cukup besar. Untuk mencapai kesetimbangan maka produk harus berubah menjadi reaktan. Proses berjalan dari ke kiri.

2.  Qc = Kc konsentrasi mula-mula adalah sama dengan konsentrasi pada kesetimbangan berarti telah tercapai kesetimbangan.

3.  Qc < Kc harga perbandingan konsentrasi awal produk terhadap reaktan adalah cukup kecil. Untuk mencapai kesetimbangan maka reaktan harus berubah menjadi produk. Proses berjalan dari ke kanan.

C. Penerapan Reaksi Kesetimbangan di Industri

1.      Pembentukan Amonia dengan proses Haber-Bosch

Proses Haber Bosch dalam bidang industri contohnya pada pembuatan amonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting bagi kehidupan, teutama sebagai bahan pembuatan pupuk dan sebagai pelarut yang baik untuk berbagai senyawa ionik dan senyawa polar. Amonia dibuat berdasarkan reaksi antara gas nitrogen dengan hidrogen.

2.      Pembentukan Belerang Trioksida (SO₃) pada proses kontak

2SO_2(g) + O_2(g) ↔ 2SO_3(g) + 42.000 kal

Reaksi ini menyerupai sintesis amonia karena reaksi yang terjadi adalah eksoterm dan terjadi penurunan volume. Untuk mengatasi SO₃ yang optimum operasi/reaksi dilakukan pada temperatur rendah, tekanan tinggi, dan gas oksigen atau SO₂ berlebihan, tetapi proses tidak ekonomis karena laju reaksinya rendah.

3.      Pembentukan Nitrogen Oksida ( Proses Birkland-Eyde )

N₂ + O_2(g) ↔ 2NO – 43.250 kal

Reaksi pembentukan NO merupakan reaksi eksoterm, maka jika temperatur dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah penyerapan kalor atau ke arah reaksi endoterm. Dengan demikian, pembentukan NO akan bertambah pada kenaikan temperatur. Selain itu, hasil NO semakin bertambah bila gas N₂ dan O₂ berlebihan.

4.      Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak

Asam sulfat digunakan pada industri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum baja dilapisi timah atau seng. Pada pembuatan zat warna, obat-obatan; pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisis; pada industri tekstil, cat, plastik, akumulator, bahan peledak, dan lain-lain. Pendeknya, banyaknya pemakaian asam sulfat di suatu negara telah dipakai sebagai ukuran kemakmuran negara tersebut.

D. Kesetimbangan Dinamis dalam Kehidupan Sehari-Hari

Dalam kehidupan sehari-hari banyak hal  di alam yang mengalami kesetimbangan dinamis. Contoh beberapa proses yang termasuk ke dalam proses kesetimbangan dinamis yaitu sebagai berikut :

·         Proses pemanasan air dalam wadah tertutup

·         Proses pelarutan zat padat dalam air, misalnya garam AgCl dilarutkan dalam air sehingga padatan AgCl sebagian melarut ke dalam air. Pada waktu AgCl sudah melarut, terjadi lagi reaksi pembentukan padatan AgCl yang disebut proses pengendapan. Hal itu berarti dalam sistem terjadi dua proses yang berlawanan arah, yaitu proses pelarutan AgCl yang arahnya kekanan dan proses pengendapan AgCl yang arahnya kekiri. Pada saat tertentu laju proses pelarutan (V₁) akan sama dengan laju proses pengendapan (V₂). Keadaan seperti itu disebut kesetimbangan dinamis. Pada keadaan setimbang V1=V2. Hal itu dapat dituliskan sebgai berikut.

AgCl _(g) ⇋   Ag⁺  +  Cl^-  

·         Proes penguapan air dari permukaan bumi dengan proses turunnya hujan merupakan kesetimbangan dinamis. Jika dalam kurun waktu tertentu jumlah air yang menguap dari permukaan bumi sama dengan jumlah air yang jatuh ke permukaan bumi melalui turunnya hujan, maka kesetimbangan air di alam dapat dipertahankan. Akan tetapi, kenyataan yang dihadapi oleh manusia pada masa sekarang ini sangat berbeda dengan kesetimbangan dinamis yang kita bicarakan sebelumnya musim kemarau berkepanjangan mengakibatkan banyak tanaman mengalami kekeringan, lalu mati sehingga manusia menderita kelaparan. Sebaliknya hujan yang terus menerus menyebabkan bencana banjir yang mengakibatkan banyak manusia meninggal dan banyak rumah yang hanyut terbawa arus banjir.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Kesetimbangan akan terjadi bila suatu reaksi kimia dapat berlangsung dua arah. Pada saat kesetimbangan tercapai, kecepatan reaksi ke kiri adalah sama dengan kecepatan reaksi ke kanan. Sistem kesetimbangan homogen terjadi bila dalam sistem terdapat satu fasa. Sedangkan jika fasa komponen zat lebih dari satu atau berbeda disebut kesetimbangan heterogen.

     Kp atau Kc merupakan tetapan pada temperatur tertentu yang tetap dan hanya berlaku untuk gas. Dengan demikian, kesetimbangan reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi, tekanan, volume, dan temperatur. Pengaruh konsentrasi, tekanan, volume, dan temperatur pada kesetimbangan dijelaskan menurut Le Chatelier, maka pada sistem akan timbul reaksi yang berusaha untuk menetralkan aksi tersebut, sehingga harga tetapan kesetmbangan tetap.

Pada kesetimbangan heterogen, apabila fas azat adalah padat dan gas, maka harga Kp hanya tergantung pada fasa gas, karena harga aktivitas zat padat adalah : Pengaruh konsentrasi, tekanan, dan temperatur pada kesetimbangan heterogen adalah sama dengan pengaruhnya kesetimbangan homogen.

Penerapan sistem kesetimbangan dalam proses industri pada kondisi-kondisi tertentu (konsentrasi, tekanan, katalis, dan temperatur) dilakukan agar proses dapat dilakukan secara ekonomis. Salah satu proses yang mengguanakan prinsip sistem kesetimbangan dalam reaksi adalah proses Haber-Bosch dalam pembentukan amonia.

                                                           

DAFTAR PUSTAKA

http://andellaforester.blogspot.com

http://anaistianah.blogspot.com

Junaidi, Robert, dkk. 2013. Modul Kimia Fisika.Palembang : Politeknik Negeri

     Sriwijaya

http://velahumaira.blogspot.com