Kesetimbangan kimia
Kali
ini, kita akan mempelajari pengertian kesetimbangan kimia, contoh aplikasi
kesetimbangan kimia dalam industri, menentukan dan menghitung besarnya
konstanta kesetimbangan kimia, mempelajari berbagai jenis kesetimbangan kimia,
memanipulasi persamaan kesetimbangan kimia, serta mengkaji faktor-faktor yang
dapat menggeser kesetimbangan kimia.
Salah satu proses yang sangat
berguna dalam industri kimia adalah proses
Haber, yaitu sintesis gas amonia dari gas nitrogen dan gas hidrogen.
Reaksi kimia yang terjadi dalam proses
Haber adalah sebagai berikut :
N2(g) + 3 H2(g) ——-> 2 NH3(g)
Dengan cara penulisan ini, reaksi kimia menunjukkan bahwa gas hidrogen dan gas nitrogen bereaksi untuk menghasilkan gas amonia, dan hal ini akan terus berlangsung sampai salah satu atau kedua reaktannya habis. Tetapi, sesungguhnya, hal ini tidak sepenuhnya benar.
Apabila reaksi ini dilakukan dalam ruang tertutup (sebab reaktan maupun gas sama-sama berbentuk gas), gas nitrogen dan gas hidrogen akan bereaksi membentuk gas amonia. Namun, sebagian dari gas amonia tersebut akan segera terurai menjadi gas nitrogen dan gas hidrogen kembali, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan reaksi berikut :
2 NH3(g) ——-> N2(g) + 3 H2(g)
Oleh sebab itu, di dalam ruang tertutup tersebut, sesungguhnya terjadi dua reaksi yang saling berlawanan, yaitu gas nitrogen dan gas hidrogen bergabung menghasilkan gas amonia dan gas amonia terurai menghasilkan gas nitrogen dan gas hidrogen. Kedua reaksi tersebut dapat dituliskan secara bersamaan dengan menggunakan dua mata anak panah sebagai berikut :
N2(g) + 3 H2(g) <——> 2 NH3(g)
Gas nitrogen dan gas hidrogen diletakkan di sisi kiri karena bahan itulah yang mula-mula dimasukkan ke dalam tempat reaksi. Kedua reaksi tersebut terjadi dengan kecepatan yang berbeda. Namun, cepat atau lambat, kecepatan kedua reaksi tersebut akan sama dan jumlah relatif dari gas nitrogen, gas hidrogen, dan gas amonia menjadi tetap (konstan). Ini merupakan contoh kesetimbangan kimia.
Kesetimbangan kimia dinamis tercapai pada saat dua reaksi kimia yang berlawanan terjadi pada tempat dan waktu yang sama dengan laju reaksi yang sama. Ketika sistem mencapai kesetimbangan, jumlah masing-masing spesi kimia menjadi konstan (tidak perlu sama).
Kadang-kadang, terdapat banyak produk (spesi kimia yang ada di sisi kanan tanda panah bolak-balik) ketika reaksi mencapai kesetimbangan. Tetapi, kadang-kadang, produknya justru sangat sedikit. Jumlah relatif dari produk dan reaktan dalam kesetimbangan dapat ditentukan dengan menggunakan konstanta kesetimbangan kimia (K) untuk reaksi tersebut.
Secara umum, untuk reaksi kesetimbangan hipotetis berikut :
N2(g) + 3 H2(g) ——-> 2 NH3(g)
Dengan cara penulisan ini, reaksi kimia menunjukkan bahwa gas hidrogen dan gas nitrogen bereaksi untuk menghasilkan gas amonia, dan hal ini akan terus berlangsung sampai salah satu atau kedua reaktannya habis. Tetapi, sesungguhnya, hal ini tidak sepenuhnya benar.
Apabila reaksi ini dilakukan dalam ruang tertutup (sebab reaktan maupun gas sama-sama berbentuk gas), gas nitrogen dan gas hidrogen akan bereaksi membentuk gas amonia. Namun, sebagian dari gas amonia tersebut akan segera terurai menjadi gas nitrogen dan gas hidrogen kembali, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan reaksi berikut :
2 NH3(g) ——-> N2(g) + 3 H2(g)
Oleh sebab itu, di dalam ruang tertutup tersebut, sesungguhnya terjadi dua reaksi yang saling berlawanan, yaitu gas nitrogen dan gas hidrogen bergabung menghasilkan gas amonia dan gas amonia terurai menghasilkan gas nitrogen dan gas hidrogen. Kedua reaksi tersebut dapat dituliskan secara bersamaan dengan menggunakan dua mata anak panah sebagai berikut :
N2(g) + 3 H2(g) <——> 2 NH3(g)
Gas nitrogen dan gas hidrogen diletakkan di sisi kiri karena bahan itulah yang mula-mula dimasukkan ke dalam tempat reaksi. Kedua reaksi tersebut terjadi dengan kecepatan yang berbeda. Namun, cepat atau lambat, kecepatan kedua reaksi tersebut akan sama dan jumlah relatif dari gas nitrogen, gas hidrogen, dan gas amonia menjadi tetap (konstan). Ini merupakan contoh kesetimbangan kimia.
Kesetimbangan kimia dinamis tercapai pada saat dua reaksi kimia yang berlawanan terjadi pada tempat dan waktu yang sama dengan laju reaksi yang sama. Ketika sistem mencapai kesetimbangan, jumlah masing-masing spesi kimia menjadi konstan (tidak perlu sama).
Kadang-kadang, terdapat banyak produk (spesi kimia yang ada di sisi kanan tanda panah bolak-balik) ketika reaksi mencapai kesetimbangan. Tetapi, kadang-kadang, produknya justru sangat sedikit. Jumlah relatif dari produk dan reaktan dalam kesetimbangan dapat ditentukan dengan menggunakan konstanta kesetimbangan kimia (K) untuk reaksi tersebut.
Secara umum, untuk reaksi kesetimbangan hipotetis berikut :
a A + b B <——> c C + d D
Huruf besar menunjukkan spesi kimia
dalam kesetimbangan kimia dan
huruf kecil menyatakan koefisien reaksi pada reaksi kimia setara. Konstanta kesetimbangan kimia (Keq) secara matematis dapat
dinyatakan dalam persamaan berikut :
Keq = [C]c
[D]d / [A]a [B]b
Persamaan Keq dirumuskan oleh dua ahli kimia berkebangsaan
Norwegia, yaitu Cato Guldberg
dan Peter Waage, pada tahun
1864. Persamaan ini merupakan pernyataan matematis dari hukum aksi massa (law
of mass action), yang menyatakan bahwa pada reaksi reversibel (bolak-balik, dua arah)
yang mencapai keadaan kesetimbangan pada
temperatur tertentu, perbandingan konsentrasi reaktan dan produk memiliki nilai
tertentu (konstan), yaitu Keq
(konstanta kesetimbangan kimia).
Bagian pembilang mengandung produk
dari kedua spesi kimia yang berada di sisi kanan persamaan dengan masing-masing
spesi kimia dipangkatkan dengan koefisien reaksinya dalam persamaan reaksi
berimbang. Penyebutnya juga sama, tetapi digunakan spesi kimia yang berada di
sebelah kiri persamaan reaksi. Oleh karena satuan yang digunakan dalam konstanta kesetimbangan kimia adalah konsentrasi
(molaritas), para ahli kimia menggunakan notasi Kc sebagai pengganti Keq.
Nilai angka dari konstanta kesetimbangan kimia memberikan
petunjuk tentang jumlah relatif dari produk dan reaktan. Nilai Kc juga memberikan petunjuk
apakah kesetimbangan cenderung
ke arah reaktan atau produk. Apabila nilai Kc jauh melebihi satu (Kc >> 1), kesetimbangan
akan cenderung ke kanan (produk), sehingga jumlah produk lebih besar
dibandingkan reaktan. Sebaliknya, apabila nilai Kc jauh di bawah satu (Kc << 1), kesetimbangan
akan cenderung ke kiri (reaktan), sehingga jumlah reaktan lebih besar
dibandingkan reaktan.
Konsep kesetimbangan kimia sangat berguna dalam ilmu kimia. Konstanta kesetimbangan kimia digunakan dalam menyelesaikan berbagai permasalahan stoikiometri yang melibatkan sistem kesetimbangan. Dalam menggunakan Kc, konsentrasi reaktan dan produk saat kesetimbangan dilibatkan. Berdasarkan fasa spesi kimia yang terlibat dalam reaksi, sistem kesetimbangan dapat dibedakan menjadi dua, antara lain :
Konsep kesetimbangan kimia sangat berguna dalam ilmu kimia. Konstanta kesetimbangan kimia digunakan dalam menyelesaikan berbagai permasalahan stoikiometri yang melibatkan sistem kesetimbangan. Dalam menggunakan Kc, konsentrasi reaktan dan produk saat kesetimbangan dilibatkan. Berdasarkan fasa spesi kimia yang terlibat dalam reaksi, sistem kesetimbangan dapat dibedakan menjadi dua, antara lain :
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]
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 :
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
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]
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 :
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
Kp = PCO2
Baik nilai Kc
maupun 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 :
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’’
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’
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
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).
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.
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.
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 :
a.
Konsentrasi reaktan atau produk
b.
Suhu
c.
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.
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 :
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.
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.
Termokimia
Termokimia dapat didefinisikan
sebagai bagian ilmu kimia yang mempelajari dinamika atau perubahan reaksi kimia
dengan mengamati panas/termal nya saja.Salah satu terapan ilmu ini dalam
kehidupan sehari-hari ialah reaksi kimia dalam tubuh kita dimana produksi dari
energi-energi yang dibutuhkan atau dikeluarkan untuk semua tugas yang kita lakukan.
Pembakaran dari bahan bakar seperti minyak dan batu bara dipakai untuk
pembangkit listrik. Bensin yang dibakar dalam mesin mobil akan menghasilkan
kekuatan yang menyebabkan mobil berjalan. Bila kita mempunyai kompor gas
berarti kita membakar gas metan (komponen utama dari gas alam) yang
menghasilkan panas untuk memasak. Dan melalui urutan reaksi yang disebut
metabolisme, makanan yang dimakan akan menghasilkan energi yang kita perlukan
untuk tubuh agar berfungsi.
Hampir semua reaksi kimia selalu ada
energi yang diambil atau dikeluarkan.Mari kita periksa terjadinya hal ini dan
bagaimana kita mengetahui adanya perubahan energi.
Peristiwa termokimia
Ø
Misalkan kita akan melakukan reaksi
kimia dalam suatu tempat tertutup sehingga tak ada panas yang dapat keluar atau
masuk kedalam campuran reaksi tersebut. Atau reaksi dilakukan sedemikian rupa
sehingga energi total tetap sama. Juga misalkan energi potensial dari hasil reaksi
lebih rendah dari energi potensial pereaksi sehingga waktu reaksi terjadi ada
penurunan energi potensial. Tetapi energi ini tak dapat hilang begitu saja
karena energi total (kinetik dan potensial) harus tetap konstan. Sebab itu,
bila energi potensialnya turun, maka energi kinetiknya harus naik berarti
energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Penambahan jumlah energi
kinetik akan menyebabkan harga rata-rata energi kinetik dari molekulmolekul
naik, yang kita lihat sebagai kenaikan temperatur dari campuran reaksi.
Campuran reaksi menjadi panas.
Kebanyakan reaksi kimia tidaklah
tertutup dari dunia luar.Bila campuran reaksi menjadi panas seperti digambarkan
dibawah, panas dapat mengalir ke sekelilingnya.Setiap perubahan yang dapat
melepaskan energi ke sekelilingnya seperti ini disebut perubahan eksoterm.
Perhatikan bahwa bila terjadi reaksi eksoterm, temperatur dari campuran reaksi
akan naik dan energi potensial dari zat-zat kimia yang bersangkutan akan turun.
Kadang-kadang perubahan kimia
terjadi dimana ada kenaikan energi potensial dari zat-zat bersangkutan. Bila
hal ini terjadi, maka energi kinetiknya akan turun sehingga temperaturnya juga
turun. Bila sistem tidak tertutup di sekelilingnya, panas dapat mengalir ke
campuran reaksi dan perubahannya disebut perubahan endoterm. Perhatikan bahwa
bila terjadi suatu reaksi endoterm, temperatur dari campuran reaksi akan turun
dan energi potensial dari zat-zat yang ikut dalam reaksi akan naik.
Pengukuran
Energi Dalam Reaksi Kimia
Satuan
internasional standar untuk energi yaitu Joule (J) diturunkan dari energi
kinetik. Satu joule = 1 kgm2/s2. Setara dengan jumlah
energi yang dipunyai suatu benda dengan massa 2 kg dan kecepatan 1 m/detik
(bila dalam satuan Inggris, benda dengan massa 4,4 lb dan kecepatan 197 ft/menit
atau 2,2 mile/jam).
1 J = 1 kg m2/s2
Satuan energi yang lebih kecil yang
dipakai dalam fisika disebut erg yang harganya = 1×10-7 J. Dalam
mengacu pada energi yang terlibat dalam reaksi antara pereaksi dengan ukuran
molekul biasanya digantikan satuan yang lebih besar yaitu kilojoule (kJ). Satu
kilojoule = 1000 joule (1 kJ = 1000J).
Semua bentuk energi dapat diubah
keseluruhannya ke panas dan bila seorang ahli kimia mengukur energi, biasanya
dalam bentuk kalor.Cara yang biasa digunakan untuk menyatakan panas disebut
kalori (singkatan kal).Definisinya berasal dari pengaruh panas pada suhu
benda.Mula-mula kalori didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk
menaikkan temperatur 1 gram air dengan suhu asal 150C sebesar 10C.Kilokalori
(kkal) seperti juga kilojoule merupakan satuan yang lebih sesuai untuk
menyatakan perubahan energi dalam reaksi kimia.Satuan kilokalori juga digunakan
untuk menyatakan energi yang terdapat dalam makanan.
Dengan diterimanya SI, sekarang juga
joule (atau kilojoule) lebih disukai dan kalori didefinisi ulang dalam satuan
SI. Sekarang kalori dan kilokalori didefinisikan secara eksak sebagai berikut :
1 kal = 4,184 J
1 kkal = 4,184 kJ
Tidak ada komentar:
Posting Komentar