MANFAAT DAN APLIKASI TETAPAN KESETIMBANGAN

MANFAAT DAN APLIKASI TETAPAN KESETIMBANGAN

Persamaan tetapan keseimbangan

Ungkapan hukum kesetimbangan kita sebut persamaan tetapan kesetimbangan. Persamaan tetapan kesetimbangan sesuai dengan stoikiometri reaksi. Secara umum untuk reaksi:

mA + nB ↔ pC + qD

persamaan tetapan keseimbangannya adalah:

Persamaan tetapan kesetimbangan hanya mengandung komponen yang konsentrasi atau tekannya berubah selama reaksi berlangsung. Hal seperti ini tidak terjadi pada zat padat murni atau zat cair murni. Oleh karena itu, zat padat murni maupun zat cair murni tidak disertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

Tekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi. Dari persamaan ideal yaitu:

Maka tekanan gas:

Besaran n/v = konsentrasi gas.

Untuk kesetimbangan,

mA_(g) + nB_(g) ↔ pC_(g) + qD_(g)

persamaan Kp adalah

Misal, ∆n = (p + q) – (m + n), maka

Dengan ∆n = selisih jumlah pangkat pembilang dengan jumlah pangkat penyebut.

Manfaat tetapan keseimbangan

1.      Memberi informasi tentang ketuntasan reaksi

Seperti diketahui, K_c atau K_p adalah nisbah konsentrasi atau tekanan parsial pada keadaan setimbang, zat disebelah kanan (produk) menjadi pembilang sedangkan zat disebelah kiri (pereaksi) menjadi penyebut. Jadi, harga K_c atau K_p yang sangat besar menunjukkan bahwa reaksi kekanan berlangsung sempurna atau hampir sempurna. Sebaliknya, harga K_c atau K_p yang sangat kecil menunjukkan bahwa reaksi kekanan tidak berlangsung besar-besaran.

Contoh:

2H_2(g) + O_2(g) ↔ 2H₂O_(g)          Kc = 3 x 10⁸¹ pada 25℃

Reaksi ini dapat dianggap berlangsung tuntas ke kanan.

½N_2(g) + ½O_2(g) ↔ NO_(g)         kc = 1 x 10^-15 pada 25℃

Reaksi ini hanya dapat membentuk sedikit sekali NO.

2.      Memperkirakan komposisi keseimbangan

Manfaat lain dari tetapan keseimbangan adalah untuk menentukan komposisi kesetimbangan. Apabila zat-zat pereaksi dicampurkan pada suhu dan volume ruangan yang tertentu, maka komposisi kesetimbangan dapat diperkirakan berdasarkan nilai tetapan kesetimbangannya.

Contoh:

Reaksi kesetimbangan:

N₂O_4(g) ↔ 2NO_2(g)

Mempunyai nilai Kc = 4 pada suhu T °K. Jika dalam ruangan 10 liter, dipanaskan 2 mol N₂O₄ pada suhu T, tentukanlah susunan campuran setelah mencapai keseimbangan!.

Jawab:

Soal-soal yang berkaitan dengan tetapan keseimbangan umumnya diselesaikan dengan menggunakan matriks keseimbangan. Misalkan jumlah N₂O₄ yang terurai sebanyak x mol. Komposisi kesetimbangan kemudian ditentukan menggunakan matriks kesetimbangan. Oleh karena nilai tetapan kesetimbangan diketahui, maka nilai x dapat ditentukan.

		N2O4(g)	↔	2NO2(g)
Mula-mula	:	2 mol
Reaksi	:	-x mol		+2x mol
Setimbang	:	(2-x) mol		2x mol

Oleh karena nilai Kc diketahui = 4, maka

Jadi, susunan kesetimbangan adalah sebagai berikut:

N₂O₄ = 2 – x = 2 – 1,7 = 0,3 mol

NO₂ = 2x = 2 x 1,7 mol = 3,4 mol

3.      Meramalkan arah reaksi

Apabila zar pada ruas kiri dan ruas kanan dari suatu reaksi kesetimbangan dicampurkan kedalam suatu wadah reaksi, maka sangat mungkin bahwa campuran tidak seimbang. Reaksi harus berlangsung kekanan atau kekiri sampai mencapai kesetimbangan. Dalam hal seperti ini, arah reaksi dapat ditentukan dengan memeriksa nilai kuosien reaksi (Qc). Kuosien reaksi adalah nisbah konsentrasi yang bentuknya sama dengan persamaan Kc.

Jika Qc < Kc berarti reaksi bersih berlangsung kekanan sampai Qc = Kc.

Jika Qc > Kc berarti reaksi bersih berlangsung kekiri sampai Qc = Kc.

Jika Qc = Kc berarti campuran setimbang.

Kondisi reaksi menentukan hasil reaksi kesetimbangan dalam industri

Banyak pembuatan zat kimia yang didasarkan pada reaksi kesetimbangan. Agar efisien, kondisi reaksi haruslah diusahakan sedemikian rupa sehingga menggeser kesetimbangan ke arah produk dan meminimalkan reaksi balik. Pada bagian berikut kita akan membahas bagaimana prinsip kesetimbangan diterapkan pada pembuatan asam sulfat.

1.      Belerang dibakar dengan udara membentuk belerang dioksida.

S_(s) + O_2(g) → SO_3(g)

2.      Belerang dioksidasi lebih lanjut menjadi belerang trioksida.

2SO_2(g) + O_2(g) ↔ 2SO_3(g)

3.      Belerang trioksida dilarutkan dalam asam sulfat pekat membentuk asam pirosulfat.

H₂SO_4(aq) + SO_3(g) → H₂S₂O_7(l)

4.      Asam pirosulfat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat.

H₂S₂O_7(l) + H₂O_(l) → H₂SO_4(aq)

Tahap paling penting dalam proses pembuatan asam sulfat adalah reaksi belerang dioksidasi menjadi belerang trioksida. Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan yang bersifat eksoterm serta reaksi hanya dapat berlangsung baik pada suhu tinggi. Akan tetapi, pada suhu tinggi justru kesetimbangan bergeser ke kiri. Pada proses kontak digunakan suhu sekitar 500℃ dan katalis V₂O₅. Sebenarnya tekanan besar akan menguntungkan produksi SO_3, tetapi penambahan tekanan ternyata tidak diimbangi penambahan hasil yang memadai. Oleh karena itu, pada proses kontak tidak digunakan tekanan besar melainkan tekanan normal 1 atm.

Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1994. Kimia Fisika Jilid I Edisi  keempat. Jakarta: Erlangga.Roisyatul Habibah (15630060)

Purba, Michael. 2007. Kimia Untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.