Kesetimbangan Kimia

Pengertian Kesetimbangan

2

Kesetimbangan: Keadaan dimana tidak teramati lagi terjadinya perubhan

pada suatu sistem.

Kesetimbangan kimia terjadi jika:

• Laju dari kedua arah reaksi sama

• Konsentrasi dari reaktan dan produk konstan

Kesetimbangan fisis

H2O (l)

Kesetimbangan kimia

N2O4 (g)

H2O (g)

2NO2 (g)

3

N2O4 (g) 2NO2 (g)

= 4.63 x 10-3K = [NO2]

2

[N2O4]

aA + bB cC + dD

K = [C]c[D]d

[A]a[B]bLaw of Mass Action

constant

4

K >> 1

K << 1

Ke kanan Menuju produk

Ke kiri Menuju reaktan

Arah kesetimbangan

K = [C]c[D]d

[A]a[B]baA + bB cC + dD

Kesetimbangan Homogen

5

Kesetimbangan homogen

untuk reaksi yang memiliki spesi

yang bereasi berada dalam

satu fasa.

N2O4 (g) 2NO2 (g)

Kc = [NO2]

2

[N2O4]Kp =

NO2P2

N2O4P

aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g)

Kp = Kc(RT)Dn

Dn = mol gas produk – mol gas reaktan

= (c + d) – (a + b)

Umumnya

Kc Kp

Kesetimbangan Homogen

6

CH3COOH (aq) + H2O (l) CH3COO- (aq) + H3O+ (aq)

Kc =‘[CH3COO-][H3O

+]

[CH3COOH][H2O][H2O] = konstan

Kc = [CH3COO-][H3O

+]

[CH3COOH]= Kc [H2O]‘

Konstanta kesetimbangan tidak

dilibatkan dalam penerapan umum.

7

Konsentrasi kesetimbangan untuk reaksi antara karbon monoksida dan

gas klorin untuk membentuk COCl2 (g) pada 740C adalah [CO] = 0.012

M, [Cl2] = 0.054 M, dan [COCl2] = 0.14 M. Hitung konstanta

kesetimbangan Kc dan Kp.

CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g)

Kc = [COCl2]

[CO][Cl2]=

0.14

0.012 x 0.054= 220

Kp = Kc(RT)Dn

Dn = 1 – 2 = -1 R = 0.0821 T = 273 + 74 = 347 K

Kp = 220 x (0.0821 x 347)-1 = 7.7

8

Konstanta kesetimbangan Kp untuk reaksi

adalah 158 untuk 1000K. Berapa tekanan kesetibangan

dari O2 jika PNO = 0.400 atm dan PNO = 0.270 atm?2

2NO2 (g) 2NO (g) + O2 (g)

Kp = 2

PNO PO2

PNO2

2

PO2 = Kp

PNO2

2

PNO2

PO2= 158 x (0.400)2/(0.270)2 = 347 atm

Kesetimbangan Heterogen

9

Kesetimbangan heterogen terjadi pada reaksi yang memiliki

reaktan dan produk pada pasa yang berbeda.

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

Kc =‘[CaO][CO2]

[CaCO3]

[CaCO3] = konstan

[CaO] = konstan

Kc = [CO2] = Kc x‘[CaCO3]

[CaO]Kp = PCO2

The concentration of solids and pure liquids are not

included in the expression for the equilibrium constant.

10

Perhatikan kesetimbangan berikut pada 295 K:

Tekanan parsial masing-masing gas adalah 0.265 atm.

Hitunglah Kp dan Kc untuk reaksi tersebut?

NH4HS (s) NH3 (g) + H2S (g)

Kp = PNH3 H2S

P = 0.265 x 0.265 = 0.0702

Kp = Kc(RT)Dn

Kc = Kp(RT)-Dn

Dn = 2 – 0 = 2 T = 295 K

Kc = 0.0702 x (0.0821 x 295)-2 = 1.20 x 10-4

11

A + B C + D

C + D E + F

A + B E + F

Kc =‘[C][D]

[A][B]Kc =‘‘

[E][F]

[C][D]

[E][F]

[A][B]Kc =

Kc‘

Kc‘‘

Kc

Kc = Kc‘‘Kc‘ x

Jika suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai

penjumlahan dari dua atau lebih reaksi,

konstanta kesetimbangan dari semua reaksi

dinyatakan sebagai perkalian dari konstanta

kesetimbangan masing-masing reaksi.

12

N2O4 (g) 2NO2 (g)

= 4.63 x 10-3K = [NO2]

2

[N2O4]

2NO2 (g) N2O4 (g)

K = [N2O4]

[NO2]2

‘ =1

K= 216

Jika persamaan untuk untuk reaksi

reversibel ditulis dengan arah sebaliknya,

konstanta kesetimbangannya menjadi

resiprokal dari konstanta kesetimbangan

semula.

Menyatakan KonstantaKesetimbangan

13

1. Konsentrasi dari spesi dalam reaksi dinyatakan dalam M. Untuk fasa gas

konsentrasi dinyatakan dalam M atau atm.

2. Konsentrasi padatan murni, cairan murni, dan pelarut tidak dinyatakan dalam

ungkapan konstanta kesetimbangan.

3. Konstanta kesetimbangan merupakan nilai yang tidak punya dimensi.

4. Nilai konstanta kesetimbangan harus menyertakan persamaan reaksi dan

temperaturnya.

5. Jika reaksi dinyatakan sebagai perjumlahan dari dua atau lebih reaksi,

konstanta kesetimbangan untuk reaksi keseluruhan dinyatakan sebagai

perkalian dari konstanta kesetimbangan reaksi masing-masing.

Kinetika Kimia danKesetimbangan

14

A + 2B AB2

kf

kr

ratef = kf [A][B]2

rater = kr [AB2]

Kesetimbangan

ratef = rater

kf [A][B]2 = kr [AB2]

kf

kr

[AB2]

[A][B]2= Kc =

Quosien Reaksi (Qc)

15

Quosien reaksi (Qc) dinyatakan dengan pensubsitusian konsentrasi awal dari

reaktan dan produk seperti halnya persamaan konstatan kesetimbangan (Kc).

IF

• Qc > Kc system proceeds from right to left to reach equilibrium

• Qc = Kc the system is at equilibrium

• Qc < Kc system proceeds from left to right to reach equilibrium

Contoh

16

• Untuk reaksi: H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g), nilai Kc adalah 54 pada 425,4 oC. Jika terdapat campuran sebagai berikut, ramalkan arah reaksi:

[H2] = 4,25 x 10-3M; [I2] = 3,97 x 10-1 M; [HI] = 9,83 x 10-2M.

• Jawab: karena nilai Q < Kc, dan sistem bukan dalam kesetimbangan, maka reaksi akan berlangsung ke arah pembentukan produk.

2 2 2

3 1

2 2

[HI] (9,83x10 )Q

[H ][I ] (4,25x10 )(3,97x10 )

= 5,73

−

− −= =

Calculating EquilibriumConcentrations

17

At 12800C the equilibrium constant (Kc) for the reaction

Is 1.1 x 10-3. If the initial concentrations are [Br2] = 0.063 M and [Br] =

0.012 M, calculate the concentrations of these species at equilibrium.

Br2 (g) 2Br (g)

Br2 (g) 2Br (g)

Let x be the change in concentration of Br2

Initial (M)

Change (M)

Equilibrium (M)

0.063 0.012

-x +2x

0.063 - x 0.012 + 2x

[Br]2

[Br2]Kc =

Kc = (0.012 + 2x)2

0.063 - x= 1.1 x 10-3

Solve for x

18

Kc = (0.012 + 2x)2

0.063 - x= 1.1 x 10-3

4x2 + 0.048x + 0.000144 = 0.0000693 – 0.0011x

4x2 + 0.0491x + 0.0000747 = 0

ax2 + bx + c =0

-b ± b2 – 4ac2a

x =

Br2 (g) 2Br (g)

Initial (M)

Change (M)

Equilibrium (M)

0.063 0.012

-x +2x

0.063 - x 0.012 + 2x

x = -0.00178x = -0.0105

At equilibrium, [Br] = 0.012 + 2x = -0.009 M or 0.00844 M

At equilibrium, [Br2] = 0.062 – x = 0.0648 M

LE CHÂTELIER’S PRINCIPLE

19

Jika suatu gangguan terjadi pada sistem kesetimbangan, sistem akan

menyesuaikan untuk merespon gangguan tersebut menghasilkan

keadaan kesetimbangan baru.

• Perubahan dalam Konsentrasi

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

Add

NH3

Equilibrium

shifts left to

offset stress

LE CHÂTELIER’S PRINCIPLE

• Perubahan konsentrasi

Change Shifts the Equilibrium

Penambahan konsentrasi produk left

Pengurangan konsentrasi produk right

Pengurangan konsentrasi reaktan

Penambnahan konsentrasi reaktan right

left

aA + bB cC + dD

LE CHÂTELIER’S PRINCIPLE

• Perubahan dalam tekanan (pressure) dan volume

A (g) + B (g) C (g)

Change Shifts the Equilibrium

Increase pressure Side with fewest moles of gas

Decrease pressure Side with most moles of gas

Decrease volume

Increase volume Side with most moles of gas

Side with fewest moles of gas

LE CHÂTELIER’S PRINCIPLE

• Perubahan Temperatur

Change Exothermic Rx

Increase temperature K decreases

Decrease temperature K increases

Endothermic Rx

K increases

K decreases

Perubahan Temperatur

23

• Perubahan temperatur biasanya akan mengubah nilai tetapan kesetimbangan

• Nilai Kc dapat berkurang atau bertambah dengan kenaikan temperatur

• Arah dan derajat perubahan reaksi bergantung pada reaksi spesifik (eksoterm atau endoterm). Kenaikan temperatur akan bergeser ke arah reaksi endotem.

T, oC Kp

649 2,7 x 10o

760 6,3 x 101

871 8,2 x 102

982 6,8 x 103

T, oC Kp

227 9,0 x 10-2

427 8,1 x 10-5

627 1,3 x 10-6

827 9,7 x 10-8

Hubungan Temperatur dengan TetapanKesetimbangan K

24

Dengan menghubungkan Hukum II Termodinamika mengenai energi bebas Gibbs dan kaitannya dengan persamaan gas ideal, maka diperoleh hubungan:

DG = RTln(Q/K) = RTlnQ – RTlnK

Dengan memilih nilai Q pada keadaan standar, pada saat semuakonsentrasi 1 M (atau tekanan 1 atm), maka nilai ln Q = 0 dan DG = DG0, sehingga:

DGo = - RTlnK

Pada setiap kondisi selain sistem kesetimbangan, kespontanan reaksi dapatpula ditentukan:

DG = DGo + RTlnQ

Jadi, jika Q<K, lnQ/K < 0, reaksi bergeser ke kanan (DG <0)

Jika Q>K, lnQ/K > 0, reaksi bergeser ke kiri (DG>0)

Jika Q = K, lnQ/K = 0, reaksi dalam kesetimbangan (DG = 0)

Hubungan Temperatur dengan TetapanKesetimbangan K

25

• Dengan menggabungkan persamaan DGo = -RTlnK dengan DGo = DHo-TDS, diperoleh persamaan van’t Hoff yang menunjukkan hubungan antara K dengan termperatur.

• Temperatur naik akan menaikkan nilai Kc untuk sistem dengan DHrks positif (endoterm).

• Temperatur naik akan menurunkan nilai Kc untuk sistem dengan DHrks negatif (eksoterm)

0

rks2

1 2 1

HK 1 1ln

K R T T

D= − −

lnK

1/T

Endoterm

Eksoterm

LE CHÂTELIER’S PRINCIPLE

uncatalyzed catalyzed

Katalis menurunkan Ea untuk reaksi sejalan dan terbalik

Katalis tidak merubah konstanta kesetimbangan atau mempercepat kesetimbangan

• Penambahan Katalis• Tidak merubah K

• Tidak mempercepat posisi dari sebuah sistem kesetimbangan

• Sistem akan mencapai kesetimbangan lebih cepat

LE CHÂTELIER’S PRINCIPLE

Perubahan

Percepatan

Kesetimbangan

Perubahan Konstanta

Kesetimbangan

Concentration yes no

Pressure yes no

Volume yes no

Temperature yes yes

Catalyst no no