Kesetimbangan Kimia: Pengertian, Rumus, & Soal

Tahukah kalian bagaimana proses pembuatan amoniak?

Dalam prosesnya, ada beberapa aturan yang harus diterapkan supaya amoniak yang dihasilkan maksimal. Salah satunya adalah dengan memperbesar tekanan.

Bagaimana hal tersebut dapat terjadi?

Kalian akan mengetahuinya setelah mempelajari bab kesetimbangan kimia berikut ini. 

Reaksi Kesetimbangan

Dalam reaksi kesetimbangan, terdapat reaksi satu arah (irreversibel) dan reaksi bolak-balik (reversibel).

Reaksi irreversibel disebut juga reaksi berkesudahan, dimana reaksi berlangsung dari kiri ke kanan dalam persamaan kimia dan apabila salah satu reaktan habis maka reaksi akan berhenti.

Dalam penulisannya dilambangkan dengan arah panah ke kanan. Contohnya adalah reaksi pembentukan natrium klorida (NaCl).

Reaksi :  Pereaksi (reaktan)  → hasil reaksi (produk)

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Sedangkan reaksi reversibel adalah reaksi yang dapat berlangsung dari dua arah, baik dari kiri ke kanan maupun dari kanan ke kiri.

Artinya setelah reaktan menghasilkan produk, produk tersebut dapat bereaksi kembali membentuk reaktan (reaksi dapat balik) secara mikroskopis (sedikit demi sedikit).

Reaksi reversibel ini nantinya akan mencapai keadaan setimbang apabila kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri.

Dalam penulisannya dilambagkan dengan arah panah bolak-balik. Contohnya adalah reaksi pembentukan gas amoniak (NH₃).

Reaksi :  Pereaksi (reaktan) ⇄ hasil reaksi (produk)

N₂ (g)  +  3H₂ (g) ⇄ 2NH₃ (g)

Berdasarkan wujud zat dalam reaksi setimbang, kesetimbangan terbagi menjadi dua, yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.

Kesetimbangan homogen adalah reaksi setimbang dimana zat-zat yang bereaksi baik reaktan maupun produk memiliki wujud yang sama (satu fase).

Contoh reaksi kesetimbangan homogen sebagai berikut.

Reaksi : CH₃COOH (aq) ⇄ CH₃COO^– (aq) + H⁺ (aq)

Sedangkan kesetimbangan heterogen adalah reaksi setimbang dimana zat-zat yang bereaksi memiliki wujud yang berbeda (dua fase atau lebih).

Contoh reaksi kesetimbangan heterogen sebagai berikut.

Reaksi : 2NaHCO₃ (s) ⇄ Na₂CO₃ (s) + CO₂ (g) + H₂O (g)

Kesetimbangan kimia bersifat dinamis dimana reaksi berlangsung terus menerus pada ruang tertutup dengan suhu dan tekanan tetap, serta proses perubahan konsentrasi secara mikroskopis.

Baca juga Gas Mulia.

Pergeseran Kesetimbangan

Berdasarkan Asas Le Chatelier yang berbunyi “Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi), sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi tersebut”, kesetimbangan dapat bergeser apabila diberi suatu perlakuan.

Berikut ini adalah faktor-faktor yang memengaruhi kesetimbangan.

1. Perubahan Konsentrasi

Apabila dalam konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dari zat tersebut. Namun apabila konsentrasi salah satu zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah zat tersebut.

2. Perubahan Volume dan Tekanan

Apabila volume diperbesar = tekanan diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang jumlah koefisien reaksinya besar. Sedangkan apabila volume diperkecil = tekanan diperbesar, maka kesetimbangan akan  bergeser ke arah zat yang jumlah koefisiennya kecil.

3. Perubahan Suhu

Apabila suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm (membutuhkan kalor). Sedangkan apabila suhu diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm (membebaskan kalor).

4. Pengaruh Katalis

Katalisator tidak merubah letak kesetimbangan karena harga kesetimbangan Kc tetap. Namun katalisator dapat mempercepat tercapainya kesetimbangan baik reaksi dari kiri ke kanan maupun sebaliknya dengan kecepatan yang sama besar.

Baca juga Sifat Koligatif Larutan.

Tetapan Kesetimbangan

Tetapan kesetimbangan kimia (K) merupakan perbandingan hasil kali data produk dengan hasil kali data reaktan yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya.

Tetapan kesetimbangan ini memiliki harga yang tetap. Dalam bab ini akan dibahas tentang tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc) dan tetapan kesetimbangan tekanan (Kp).

1. Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc)

Tetapan ini berdasarkan data konsentrasi reaktan dan produk. Dalam perhitungannya, harga Kc tergantung dari apakah reaksi itu merupakan reaksi kesetimbangan homogen atau heterogen.

Dalam reaksi kesetimbangan homogen, berlaku  rumus sebagai berikut.

pA (g) + qB (g) ⇄ rC (g) + sD (g)

Sedangkan dalam reaksi kesetimbangan heterogen, berlaku rumus sebagai berikut.

pA (g) + qB (s) ⇄ rC (g) + sD (g)

Pada reaksi heterogen, ada beberapa ketentuan dalam memperhitungkan harga Kc, antara lain ;

1. Fase gas dan padat, penentu Kc adalah fase gas
2. Fase gas dan cair, penentu Kc adalah fase gas
3. Fase padat dan larutan, penentu Kc adalah fase gas
4. Fase gas, cair, dan padat, penentu Kc adalah fase gas

2. Tetapan Kesetimbangan Tekanan (Kp)

Tetapan ini berdasarkan data tekanan reaktan dan produk. Dalam perhitungannya, harga Kp hanya tergantung dari zat yang memiliki fase gas, baik pada reaksi homogen maupun heterogen.

Rumus Kp adalah sebagai berikut.

pA (g) + qB (g) ⇄ rC (g) + sD (g)

dimana :

• P_A = tekanan parsial zat A
• P_B = tekanan parsial zat B
• P_C = tekanan parsial zat C
• P_D = tekanan parsial zat D

Dari perhitungan Kc dan Kp di atas, terdapat hubungan di antara keduanya. Hal tersebut diperoleh berdasarkan persamaan gas ideal, dimana

P . V = n . R . T ↔ P = ⁿ/_v . R . T ↔ P = M . R . T

Jadi, berdasarkan reaksi kesetimbangan berikut:

pA (g) + qB (g) ⇄ rC (g) + sD (g), diperoleh

Kp = Kc . (R.T)^(r+s)-(p+q)

Baca juga Elektrolisis.

Contoh Soal Kesetimbangan Kimia

1. Berikut ini reaksi pembuatan NH₃ menurut proses Haber Bosch.

N₂ (g) + 3H₂ (g) ⇄ 2NH₃ (g), ∆H = -188,19 kJ

Supaya produk NH3 dihasilkan secara maksimal, maka perlakuan yang benar adalah …

2. 5 mol gas PCl₃ dan 5 mol gas Cl₂ dibutuhkan untuk membentuk 3 mol gas PCl₅. Diketahui tekanan total sebesar 2,1 atm. Tentukan harga Kp.

Pembahasan

Persamaan Reaksi : PCl₃ (g) + Cl₂ (g) ⇄ PCl₅ (g)

Perhitungan :

	PCl3 (g)	+	Cl2 (g)	⇄	PCl5 (g)
Mula-mula	5 mol		5 mol		–
Saat reaksi	3 mol		3 mol		3 mol
Akhir reaksi	2 mol		2 mol		3 mol

mol total = mol PCl₃ + mol Cl₂ + mol PCl₅

mol total = 2 mol + 2 mol + 3 mol

mol total = 7 mol

Jadi, harga Kp untuk reaksi kesetimbangan tersebut adalah 2,5.

Demikian pembahasan mengenai kesetimbangan kimia. Semoga dapat bermanfaat. Baca juga Korosi.