Kesetimbangan kimia Adalah - Sejarah, Karakteristik, Ciri, Syarat, Jenis, Faktor-faktor dan Contoh soal Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia

Dalam reaksi kimia, kesetimbangan kimia adalah keadaan saat kedua reaktan dan produk hadir dalam konsentrasi yang tidak memiliki kecenderungan lebih lanjut untuk berubah seiring berjalannya waktu.Biasanya, keadaan ini terjadi ketika reaksi ke depan berlangsung pada laju yang sama dengan reaksi balik. Laju pada reaksi maju dan mundur umumnya tidak nol, tapi sama. Dengan demikian, tidak ada perubahan bersih dalam konsentrasi reaktan dan produk. Keadaan seperti ini dikenal sebagai kesetimbangan dinamis.

 

Baca Juga: Kosakata Nama – Nama Bulan (القمر) Dalam Bahasa Arab dan Kalimatnya

 

Sejarah

Konsep kesetimbangan kimia dikembangkan setelah Berthollet (1803) menemukan bahwa beberapa reaksi kimia bersifat reversibel. Untuk setiap campuran reaksi yang ada pada kesetimbangan, laju pada reaksi maju dan mundur adalah sama. Dalam persamaan berikut ini panah menunjuk kedua arah menunjukkan kesetimbangan, A dan B adalah spesi reaktan kimia, S dan T adalah spesi produk, dan α, β, σ, dan τ adalah koefisien stoikiometri dari reaktan dan produk tersebut:

α A + β B σ S + τ T

Posisi konsentrasi kesetimbangan dari suatu reaksi dikatakan berada "jauh ke kanan" jika, pada kesetimbangan, hampir semua reaktan dikonsumsi. Sebaliknya posisi kesetimbangan dikatakan "jauh ke kiri" jika hampir tidak ada produk yang terbentuk dari reaktan.

Guldberg dan Waage (1865), membangun gagasan Berthollet, mengusulkan hukum aksi massa:

${\displaystyle {\mbox{laju reaksi maju}}=k_{+}\mathrm {A} ^{\alpha }\mathrm {B} ^{\beta }\,\!}$

${\displaystyle {\mbox{laju reaksi mundur}}=k_{-}\mathrm {S} ^{\sigma }\mathrm {T} ^{\tau }\,\!}$

dimana A, B, S dan T adalah massa aktif dan k₊ serta k₋ adalah konstanta laju. Karena pada kesetimbangan, laju maju dan mundur adalah sama:

${\displaystyle k_{+}\left\{\mathrm {A} \right\}^{\alpha }\left\{\mathrm {B} \right\}^{\beta }=k_{-}\left\{\mathrm {S} \right\}^{\sigma }\left\{\mathrm {T} \right\}^{\tau }\,}$

Dan rasio konstanta laju juga konstan, sekarang dikenal sebagai konstanta kesetimbangan.

${\displaystyle K_{c}={\frac {k_{+}}{k_{-}}}={\frac {\{\mathrm {S} \}^{\sigma }\{\mathrm {T} \}^{\tau }}{\{\mathrm {A} \}^{\alpha }\{\mathrm {B} \}^{\beta }}}}$

Berdasarkan konvensi, produk adalah pembilang.

Namun, hukum aksi massa hanya berlaku untuk reaksi satu tahap gabungan yang dilanjutkan melalui satu keadaan transisi ​​dan tidak berlaku secara umum karena persamaan laju tidak, secara umum, mengikuti reaksi stoikiometri seperti Guldberg dan Waage telah usulkan (lihat, misalnya, substitusi nukleofilik oleh S_N1 atau reaksi hidrogen dan bromin untuk membentuk hidrogen bromida). Kesetaraan laju reaksi ke depan dan ke belakang, bagaimanapun, adalah syarat kondisi yang diperlukan untuk keseimbangan kimiawi, meskipun tidak cukup untuk menjelaskan mengapa kesetimbangan terjadi.

Terlepas dari kegagalan derivasi ini, konstanta kesetimbangan untuk sebuah reaksi memang konstan, terlepas dari aktivitas berbagai spesies yang terlibat, meskipun hal itu bergantung pada suhu seperti yang diamati oleh persamaan van 't Hoff. Menambahkan katalis akan mempengaruhi reaksi maju maupun reaksi sebaliknya dengan cara yang sama dan tidak akan berpengaruh pada konstanta kesetimbangan. Katalis akan mempercepat kedua reaksi sehingga meningkatkan kecepatan di mana keseimbangan tercapai.

Meskipun konsentrasi kesetimbangan makroskopis konstan pada waktunya, reaksi terjadi pada tingkat molekul. Misalnya, dalam kasus asam asetat yang dilarutkan dalam air dan membentuk ion asetat dan hidronium,

CH₃CO₂H + H₂O ⇌ CH₃CO−2 + H₃O⁺

Sebuah proton dapat melompat dari satu molekul asam asetat ke molekul air dan kemudian ke anion asetat untuk membentuk molekul asam asetat lain dan membiarkan jumlah molekul asam asetat tidak berubah. Ini adalah contoh kesetimbangan dinamis. Kesetimbangan, seperti sisa termodinamika, adalah fenomena statistik, rata-rata perilaku mikroskopis.

Prinsip Le Châtelier (1884) memberi gambaran tentang perilaku suatu sistem kesetimbangan saat perubahan kondisi reaksinya terjadi. Jika kesetimbangan dinamis terganggu dengan mengubah kondisinya, posisi kesetimbangan bergerak untuk membalikkan sebagian perubahan. Misalnya, menambahkan lebih banyak S dari luar akan menyebabkan kelebihan produk, dan sistem akan mencoba untuk melawannya dengan meningkatkan reaksi balik dan mendorong titik kesetimbangan ke belakang (meskipun konstanta kesetimbangan akan tetap sama).

Jika asam mineral ditambahkan ke dalam campuran asam asetat, meningkatkan konsentrasi ion hidronium, jumlah disosiasi harus berkurang saat reaksi digerakkan ke kiri sesuai dengan prinsip ini. Hal ini juga dapat disimpulkan dari ekspresi konstanta kesetimbangan untuk reaksi:

${\displaystyle K={\frac {{\ce {\{CH3CO2^-\}\{H3O+\}}}}{{\ce {\{CH3CO2H\}}}}}}$

Jika {H₃O⁺} bertambah {CH₃CO₂H} harus bertambah dan CH₃CO−2 harus berkurang. H₂O dilepaskan, karena pelarut dan konsentrasinya tetap tinggi dan hampir konstan.

Versi kuantitatif diberikan oleh hasil bagi reaksi.

J. W. Gibbs menyarankan pada tahun 1873 bahwa kesetimbangan tercapai saat energi bebas Gibbs dari sistem bernilai minimum (dengan anggapan reaksi dilakukan pada suhu dan tekanan konstan). Apa artinya ini adalah turunan dari energi Gibbs berkenaan dengan koordinat reaksi (ukuran reaksi yang telah terjadi, mulai dari nol untuk semua reaktan sampai maksimum untuk semua produk) lenyap, menandakan titik stasioner. Turunan ini disebut reaksi energi Gibbs (atau perubahan energi) dan sesuai dengan perbedaan antara potensial kimia dari reaktan dan produk pada komposisi campuran reaksi. Kriteria ini diperlukan dan cukup. Jika campuran tidak berada pada kesetimbangan, pembebasan kelebihan energi Gibbs (atau energi bebas Helmholtz pada volume reaksi konstan) adalah "kekuatan penggerak" untuk komposisi campuran agar berubah sampai tercapai kesetimbangan. Konstanta kesetimbangan dapat dikaitkan dengan energi bebas Gibbs standar untuk reaksi dengan persamaan

${\displaystyle \Delta _{r}G^{\ominus }=-RT\ln K_{\mathrm {eq} }}$

Dimana R adalah tetapan gas ideal dan T adalah suhu.

Bila reaktan dilarutkan dalam medium dengan kekuatan ion tinggi; hasil koefisien aktivitas dapat dianggap konstan. Dalam hal ini hasil bagi konsentrasi, K_c,

${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[\mathrm {S} ]^{\sigma }[\mathrm {T} ]^{\tau }}{[\mathrm {A} ]^{\alpha }[\mathrm {B} ]^{\beta }}}}$

dimana [A] adalah konsentrasi A, dan lain-lain, tidak bergantung pada konsentrasi analitis reaktan. Untuk alasan ini, konstanta kesetimbangan untuk larutan biasanya ditentukan di media dengan kekuatan ion tinggi. K_c bervariasi dengan kekuatan ion, suhu dan tekanan (atau volume). Juga K_p untuk gas bergantung pada tekanan parsial.

 

 

 Karakteristik

Ada beberapa karakteristik dari kesetimbangan kimia. Pertama, konsentrasi masing-masing reaktan dan produk menjadi konstan di titik keseimbangan. Kedua, bersifat dinamis. Artinya, kesetimbangan pada laju reaksi maju sama dengan laju reaksi mundur.Ketiga, ini hanya dapat diperoleh di wadah tertutup. Keempat, katalis tidak mengubah keadaan setimbang, tapi mengubah waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan.Karakteristik yang terakhir adalah kesetimbangan kimia dapat dicapai dari dua arah.

 

Ciri Dari Kesetimpangan Kimia

Untuk mengetahui apa keadaan keseimbangan reaksi, sifat-sifat keadaan keseimbangan harus diketahui. Properti saldo adalah sebagai berikut:

• Reaksi berlangsung di ruang tertutup atau wadah dengan suhu dan tekanan konstan.
• Ini adalah reaksi dinamis (terjadi terus menerus).
• Reaksi terjadi dalam dua arah yang berlawanan.
• Laju reaksi terhadap reaktan adalah sama dengan laju reaksi terhadap produk.
• Produk dan reaktan memiliki konsentrasi yang sama.
• Merupakan reaksi mikroskopis (reaksi pada tingkat partikel zat).

 

Syarat Dari Kesetimpangan Kimia

• Dalam bentuk reaksi bolak-balik: reaksi yang dapat digambarkan sebagai reaksi seimbang, mencapai tingkat keseimbangan yang berbeda ketika, pada saat yang sama, reaksi balik dapat dengan mudah terjadi.
• Be Dynamic: Reaksi kesetimbangan adalah aspek yang tidak statis tetapi dinamis. Ini berarti bahwa reaksi mikroskopis berlangsung terus menerus dalam dua arah dan berlangsung pada laju yang sama.
• Dilakukan dalam sistem tertutup: Keseimbangan kimia ini hanya dapat terjadi dalam sistem tertutup. Sistem tertutup ini adalah sistem reaksi kimia di mana berbagai zat yang memiliki reaksi atau zat yang dihasilkan oleh reaksi tidak meninggalkan sistem.

 

Jenis Dari Kesetimbangan Kimia

Keseimbangan Heterogen
Keseimbangan heterogen adalah sistem di mana reaktan dan produk berada dalam fase yang berbeda. Dalam hal ini, fase yang dimaksud adalah bahwa fase tersebut mungkin dalam bentuk fase padat, cair, gas dan larut. Namun, dalam sistem kesetimbangan ini, fase padat dan cairan murni (cair) dapat diabaikan.

Keseimbangan Homogen
Kesetimbangan homogen adalah suatu bentuk zat yang terlibat dalam suatu reaksi di mana setiap partisipasi memiliki nilai yang sama.
Dengan demikian, semua konsentrasi zat yang digunakan untuk menentukan konstanta kesetimbangan adalah sama. Namun, dalam kesetimbangan homogen ini, juga harus diperhitungkan bahwa hanya gas dan larutan yang merupakan salah satu faktor yang juga mempengaruhi konstanta kesetimbangan.

 

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Keseimbangan Kimia

Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia

1. Perubahan Konsentrasi

Berdasarkan prinsip Le Chatelier, penambahan reaktan ke sistem kesetimbangan menggeser reaksi ke kanan (ke produk) dan sebaliknya, untuk mengurangi konsentrasi reaktan yang menggeser reaksi ke kiri (ke reaktan).

Hal yang sama berlaku untuk produk. Ketika konsentrasi produk meningkat, reaksi bergeser ke arah reaktan, dan pengurangan produk menggeser reaksi ke arah produk. Di sektor industri, faktor ini dapat digunakan untuk mencapai tingkat konversi produk yang tinggi dan efisien dengan mengarahkan respons terhadap produk atau produk yang tepat.

2. Perubahan Tekanan

Perubahan tekanan atau volume dalam sistem juga mengganggu sistem keseimbangan yang terbentuk.
Ketika tekanan sistem meningkat atau volume berkurang, keseimbangan bergeser dengan sedikit mol ke samping, dan ketika tekanan menurun atau volume meningkat, keseimbangan bergeser dengan lebih banyak mol ke samping.
Dalam hal ini, koefisien reaksi sangat berpengaruh karena koefisien menentukan jumlah mol suatu zat.

3. perubahan Suhu

Efek suhu dalam sistem yang seimbang terkait dengan panas reaksi, dan pada reaksi endotermik panas diserap oleh reaksi untuk memberikan nilai entalpi reaksi positif.

Ketika suhu sistem meningkat, keseimbangan bergeser ke sisi yang merupakan reaksi endotermik atau menyerap panas. Ketika suhu diturunkan, reaksi bergeser ke sisi yang merupakan reaksi endotermik atau panas dilepaskan.

 

Rumus Umum Kesetimbangan Kimia

Persamaan atau rumus kesetimbangan kimia adalah sebagai berikut:

Kesetimbangan Heterogen

Bentuk zat-zat yang terlibat dalam reaksi di kesetimbangan heterogen ini berbeda, maka yang diambil dalam menentukan tetapan kesetimbangan adalah konsentrasi zat yang tetapan kesetimbangannya dipengaruhi adalah larutan dan gas.

Kesetimbangan Homogen

Di kesetimbangan homogen ini bentuk zat-zat yang terlibat pada reaksi adalah sama, jadi semua konsentrasi zat yang digunakan untuk menentukan tetapan kesetimbangan. Tetapi yang harus diingat bahwa yang mempengaruhi dalam tetapan kesetimbangan hanya berupa gas dan larutan saja.

 

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.

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).

Dengan menyelesaikan persamaan kuadrat dalam bentuk dengan rumus 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:

 

Baca Juga: Pengertian Uang - Jenis Nilai Uang, Manfaat Nilai Uang Dan Teori Uang Statis

 

Demikianlah telah dijelaskan tentang Kesetimbangan Kimia : Pengertian, Hukum, Rumus, Contoh Soal, semoga dapat menambah wawasan dan pengetahuan kalian. Terimakasih telah berkunjung dan jangan lupa untuk membaca artikel lainnya.

Penelusuran yang terkait dengan Kesetimpangan Kimia

• tetapan kesetimbangan kimia
• teori kesetimbangan kimia
• faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia
• hukum kesetimbangan kimia
• pergeseran kesetimbangan kimia
• contoh soal kesetimbangan kimia
• laporan kesetimbangan kimia
• mengapa kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan