KESETIMBANGAN KIMIA (BAGIAN 3)

 

  Seperti diketahui, sistem kesetimbangan kimia merupakan system kesetimbangan dinamis. Pada kesetimbangan dinamis, setiap komponen zat yang terlibat dalam reaksi kesetimbangan tetap ada dan tetap bereaksi dengan arah yang berlawanan dan laju reaksi yang sama. Lalu, bagaimanakah hubungan kuantitatif zat-zat tersebut pada keadaan kesetimbangan? Pada bagian ke tiga dari materi kesetimbangan ini kita akan mempelajari tentang Hubungan Kuantitatif zat-zat pada keadaan kesetimbangan.

1.       Kesetimbangan Homogen

Kesetimbangan homogen adalah system kesetimbangan yang terjadi antar zat-zat yang berfase sama. Bagaimanakah hubungan kuantitatif antar zat pada system kesetimbangan homogen? marilah kita pelajari melalui beberapa system kesetimbangan, seperti ditunjukkan pada ketiga tabel berikut:

Ketiga table di atas, menunjukkan kondisi zat – zat pada keadaan kesetimbangan. Perhatikanlah bagaimana hubungan kuantitatif (hubungan aljabar: perkalian, pembagian dan perpangkatan) antar zat dalam kondisi kesetimbangan di atas.

Dari ketiga jenis hubungan kuantitatif tersebut, pada kolom manakah yang memberikan angka yang tetap (konstan)? Bisakah, kalian menyatakan hubungan yang menghasilkan angka yang tetap tersebut dengan kalimat sendiri?

        Hubungan kuantitatif yang tetap antar zat-zat pada keadaan kesetimbangan menyatakan tetapan (konstanta) kesetimbangan. Hal ini sesuai dengan penemuan Cato Maximilian Guldberg (1836 – 1902) dan Peter Waage (1833 – 1900), dua orang ahli kimia Norwegia. Guldberg dan Waage menemukan bahwa, Dalam keadaan kesetimbangan, pada suhu dan tekanan tetap, hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dipangkatkan koefisiennya dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi dipangkatkan koefisiennya akan mempunyai harga yang tetap. Harga perbandingan ini disebut tetapan kesetimbangan (konstanta kesetimbangan), dengan lambang K.

Konstanta kesetimbangan ini dulu dikenal dengan istilah Hukum Aksi Massa, karena pada waktu itu belum dikenal istilah konsentrasi seperti yang saat ini kita gunakan, melainkan istilahnya adalah massa aktif. Setelah istilah massa aktif ini diganti dengan konsentrasi, maka Hukum Aksi Massa juga diganti dengan istilah Hukum Kesetimbangan.

Dari penjelasan di atas, maka secara umum untuk reaksi hipotetik berikut:

akan berlaku Hukum Kesetimbangan:

Dalam rumusan tetapan kesetimbangan (K), konsentrasi zat-zat ruas kanan ditempatkan sebagai pembilang (numerator) dan konsentrasi zat–zat ruas kiri ditempatkan sebagai penyebut (denominator). Hal ini dimaksudkan agar dengan melihat harga K, kita dapat mengetahui seberapa banyak hasil reaksi yang terbentuk. Ada dua kemungkinan yang dapat kita amati pada saat kesetimbangan tercapai:

a.   Zat-zat hasil reaksi (ruas kanan) lebih banyak dari zat-zat semula (ruas kiri). Hal ini ditandai oleh harga K > 1.

b.   Zat-zat hasil reaksi (ruas kanan) lebih sedikit dari zat-zat semula (ruas kiri). Hal ini ditandai oleh harga K < 1.

Harga tetapan kesetimbangan (K) dari suatu reaksi sangat bergantung pada suhu. Selama suhu tetap, harga K akan tetap. Jika suhu berubah, maka harga K juga berubah. Di samping itu, harga K tidak bisa dipisahkan dari persamaan reaksinya. Artinya, setiap system kesetimbangan kimia memiliki harga K yang berbeda walaupun system kesetimbangan tersebut beralngsung pada suhu yang sama. Misalnya, suatu kesetimbangan yang melibatkan gas-gas SO₂, O₂ dan SO₃ dapat kita tuliskan dalam tiga bentuk persamaan reaksi:

Ketiga persamaan reaksi di atas memiliki harga tetapan kesetimbangan sendiri–sendiri! (Coba Kalian tuliskan rumusan tetapan kesetimbangan untuk ketiga reaksi di atas!)

2.    Kesetimbangan Heterogen

Tetapan kesetimbangan yang kita bahas di atas adalah tetapan kesetimbangan untuk reaksi kesetimbangan homogen. Lalu, bagaimana jika system kesetimbangannya bersifat heterogeny? Misal system kesetimbangan berikut:

Jika kita tuliskan rumusan tetapan kesetimbangan (K) untuk reaksi di atas, maka kita memperoleh:

Masalahnya: bagaimana kita menyatakan konsentrasi dari zat padat seperti CaCO₃ dan CaO? Konsentrasi zat padat atau cairan biasanya dinyatakan sebagai kerapatan (densitas) per massa molekul relative (Mr). 

Konsentrasi zat padat dan zat cair murni tidak berubah oleh adanya perubahan suhu sehingga rasio jumlah zat terhadap volumenya tetap. Atau dapat dikatakan bahwa kerapatan dan massa molekul relative pada dasarnya merupakan suatu tetapan, sehingga:

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan, bahwa secara garis besar untuk system kesetimbangan heterogeny yang terdiri atas fasa gas atau larutan dengan zat padat dan cairan, maka yang dimasukkan dalam rumusan tetapan kesetimbangan hanya konsentrasi dari gas atau larutan saja. Namun perlu diingat pula bahwa tanpa adanya zat padat atau zat cair tersebut tidak akan terjadi keadaan kesetimbangan (contoh pada reaksi penguraian CaCO₃ di atas, bahwa kesetimbangan tidak akan terjadi tanpa adanya CaCO₃ dan CaO)

3.    Perhitungan Tetapan Kesetimbangan

Tetapan kesetimbangan dapat dihitung berdasarkan data konsentrasi zat-zat pada keadaan setimbang atau berdasarkan data tekanan parsial gas-gas pada kesetimbangan. Tetapan kesetimbangan yang dihitung berdasarkan konsentrasi diberi lambang Kc, sedangkan yang dihitung berdasarkan data tekanan parsial gas diberi lambang Kp.

a.        Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc)

Dalam menentukan harga Kc, terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan, diantaranya:

1)       Data knsentrasi zat yang dimasukkan ke dalam rumusan tetapan kesetimbangan adalah konsentrasi zat pada keadaan setimbang. Bila system belum mencapai kesetimbangan, maka konsentrasi pada saat kesetimbangan harus ditentukan terlebih dahulu.

2)       Konsentrasi zat dinyatakan dalam molaritas (mol/Liter)

3)       Konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi pada kesetimbangan ditentukan sebagai berikut:

(a)     Konsentrasi pereaksi = konsentrasi awal dikurangi konsentrasi yang terurai

(b)     Konsentrasi produk = konsentrasi zat yang terbentuk dari zat yang terurai

Sebagai patokan, perhatikan diagram untuk reaksi kesetimbangan berikut ini:

Dengan berpatokan pada diagram di atas, maka soal-soal kesetimbangan dapat diselesaikan menurut urutan langkah berikut:

1)       Masukkan data jumlah mol zat-zat ke dalam diagram

2)       Lengkapi angka-angka tadi berdasarkan perbandingan koefisien reaksi

3)       Lengkapi jumlah mol masing-masing zat pada kesetimbangan (e, f, g, h)

4)   Tentukan konsentrasi e, f, g, h dengan membaginya dengan volume ruang (liter)

5)  Masukkan konsentrasi e, f, g, h pada rumusan Kc yang sesuai untuk menentukan Kcnya.

Untuk lebih jelasnya, pelajari contoh-contoh soal di bawah ini!

b.    Derajat Dissosiasi

Dissosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana. Derajat dissosiasi merupakan perbandingan antara jumlah mol zat yang terurai dengan jumlah mol zat mula-mula. Derajat dissosiasi diberi lambang a. 

c.              Tetapan Kesetimbangan Tekanan Gas (Kp)

Campuran homogen gas-gas dalam suatu ruangan akan menimbulkan tekanan tertentu. Tekanan tersebut merupakan tekanan total yang ditimbulkan oleh campuran gas-gas tersebut. Selain, tekanan total, ada pula tekanan parsial,  yaitu tekanan yang ditimbulkan oleh salah satu gas dari gas-gas yang bercampur dalam ruangan tadi.

Tekanan total, pada dasarnya merupakan jumlah dari tekanan parsial gas-gas yang membentuk campuran. Dengan demikian:

P_total = P_A + P_B + P_C + …

Dengan P_A ,P_B ,P_C , adalah tekanan parsial gas A, B dan C.

Dari persamaan gas ideal: PV = nRT , dapat disimpulkan bahwa pada suhu dan volume yang konstan tekanan parsial berbanding lurus dengan jumlah mol gas. Artinya, semakin besar jumlah mol gas, maka tekanan parsialnya juga semakin tinggi. 

Untuk reaksi kesetimbangan gas-gas, tetapan kesetimbangan selain dapat ditentukan berdasarkan data konsentrasi, juga dapat ditentukan berdasarkan data tekanan parsial gas-gasnya. Tetapan kesetimbangan yang dihitung berdasarkan tekanan parsial gas ini, di beri lambang Kp. Untuk reaksi kesetimbangan:

Tekanan parsial gas berbanding lurus dengan konsentrasinya. Hubungan antara tekanan dan konsentrasi gas dapat dilihat dari persamaan gas:

Pelajari contoh-contoh soal berikut untuk menambah pemahaman Kalian mengenai tetapan kesetimbangan ini

Daftar Referensi/ Pustaka:

Haris Watoni, dkk, 2018, Kimia Untuk Siswa SMA/MA Kelas XI, Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu-ilmu Alam, Cetakan XI, Penerbit Yrama Widya, Bandung

Unggul Sudarmo, 2018 , Kimia Untuk SMA/MA Kelas XI, Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu-ilmu Alam, Penerbit Erlangga, Jakarta

Yuliadi, S.Pd, 2008, Memahami Kimia SMK, Untuk Kelas XI Semester 1 dan 2, Kelompok Teknologi, Kesehatan dan Pertanian, Edisi I, CV. Arfino Raya, Bandung

Naskah Asli Dari Kesetimbangan Kimia Bagain 3 dapat Didownload di SINI