Yuk belajar tentang Tetapan Kesetimbangan!

Sebelumnya kita kenali dulu reaksi kimia. Pada umumnya kita mengenal reaksi kimia berlangsung satu arah.  Misalnya peristiwa perkaratan besi. Besi bereaksi dengan oksigen membentuk karat besi. Reaksi akan terus berlangsung dan akan berhenti bila besi habis dan berubah semua menjadi karat besi. Sedangkan karat  besi yang terbentuk tidak dapat berubah kembali menjadi besi. Reaksi kimia tersebut dapat digambarkan dalam persamaan reaksi berikut ini:

Fe  +   O₂   à Fe₂O₃

Reaksi seperti perkaratan besi diatas dikenal dengan istilah reaksi berkesudahan.

Sebagian besar reaksi kimia dalam kehidupan sehari-hari adalah reaksi berkesudahan. Tetapi tidak semua reaksi kimia berjalan satu arah. Ada juga reaksi yang berlangsung dua arah.

Reaksi kimia dikatakan berjalan dua arah apabila dalam reaksi tersebut, produk (hasil reaksi) dapat berubah menjadi reaktan kembali.

Kok bisa? 

Bisa saja. Coba perhatikan reaksi kimia terjadinya fotosintesis dan respirasi. Pada peristiwa fotosintesis, reaksi kimia yang terjadi adalah:

H₂O  + CO₂  à C₆H₁₂O₆  +    O₂

Sementara pada peristiwa respirasi/pernapasan, reaksi kimia yang terjadi adalah:

C₆H₁₂O₆  +    O₂     à   H₂O  + CO₂ 

Kalau diperhatikan dua reaksi diatas adalah reaksi yang saling berkebalikan. Keduanya bisa ditulis sebagai berikut,

H₂O  + CO₂    ßà   C₆H₁₂O₆  +    O₂

Reaksi seperti diatas disebut reaksi bolak balik

OK sekarang pembicaraan kita fokus pada reaksi bolak balik.

Di laboratorium, gas amoniak (NH3) dapat dibuat dengan mereaksikan gas nitrogen (N2) dan gas hidrogen (H2) sebagaimana reaksi berikut:

N2   +   H2 à  NH3

Tetapi gas NH3 yang sudah terbentuk dapat terurai kembali menjadi gas nitrogen (N2) dan gas hidrogen (H2) sebagaimana reaksi berikut:

NH3 à N2   +   H2

Kedua reaksi diatas dapat berlangsung bersamaan sehingga dapat ditulis dalam persamaan reaksi:

N2   +   H2 ßà  NH3

Dengan kata lain, reaksi diatas berlangsung bolak-balik. Reaksi ke kanan adalah reaksi pembentukan gas amonia (NH3). Sedang reaksi ke kiri adalah reaksi penguraian gas amonia (NH3). Fenomena penting dalam reaksi bolak balik adalah:

1.       Pada awal reaksi, reaksi pembentukan gas amonia berlangsung sangat cepat. Setelah itu kecepatan reaksi berangsur-angsur berkurang. Sebaliknya reaksi penguraian gas amonia berlangsung sangat lambat dan berangsur-angsur bertambah kecepatannya. Hingga suatu ketika   kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan reaksi ke kiri.  Keadaan seperti ini dinamakan keadaan setimbang.

2.       Pada reaksi ini reaktan akan terbentuk kembali sehingga tidak pernah habis. Sehingga dalam berbagai keadaan di dalam sistim selalu ada campuran gas N₂, H₂ dan NH₃.

3.       Komposisi gas-gas tersebut dalam keadaan setimbang (pada suhu tetap dan tidak ada pengurangan dan penambahan konsentrasi) tidak berubah.

Hubungan sederhana antara konsentrasi produk dan reaktan dinyatakan dalam hukum kesetimbangan yang berbunyi :

Perbandingan hasil kali konsentrasi produk reaksi yang dipangkatkan dengan koefisiennya terhadap hasil kali konsentrasi pereaksi yang dipangkatkan dengan koefisiennya adalah tetap.

Pada reaksi:

  N₂   +   3H₂ ßà  2NH₃

  [NH₃]²          

                             =   K

 [N₂] [ H₂]³

K bernilai tetap bila suhu sistim tidak berubah. K ini dikenal dengan tetapan kesetimbangan.

Ada dua macam tetapan kesetimbangan. Tetapan kesetimbangan yang diperhitungkan dari komposisi konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi dikenal sebagai Kc. Sedangkan tetapan kesetimbangan yang diperhitungkan dari tekanan parsial zat-zat yang terlibat dalam reaksi dikenal sebagai Kp.

Formulasi Kp untuk reaksi pembentukan gas amonia diatas adalah sebagai berikut:

  [P_NH3]²          

                             =   K

 [P_N2] [ P_H2]³

Dimana P_NH3 adalah tekanan parsial NH₃ ; P_N2 adalah tekanan parsial N₂ dan  P_H2 adalah tekanan parsial gas H₂

Bagaimana cara menentukan harga tetapan kesetimbangan?

Perhatikan soal berikut ini:

Sebanyak 10 mol gas N₂ dicampurkan dengan 40 mol gas H₂ dalam suatu ruangan 10 liter kemudian dipanaskan pada suhu 427 C sehingga bereaksi membentuk NH₃ menurut reaksi kesetimbangan :
      
                             N2   +    3H2     -->   2NH3

Dalam keadaan setimbang, terbentuk 10 mol NH₃. Apabila tekanan total campuran pada keadaan setimbang adalah 230 atm. tentukanlah harga tetapan kesetimbangan!

                      N2    +    3H2     -->   2NH3

Mula-mula	10 mol	20 mol
Reaksi	5 mol	15 mol	10 mol
Setimbang	5 mol	5 mol	10 mol

Menentukan Kc

  [NH₃]²          

                             =   Kc

 [N₂] [ H₂]³

Untuk menentukan tetapan kesetimbangan (Kc) komposisi yang digunakan adalah komposisi zat-zat dalam keadaan setimbang.

  [NH₃]  = 10/10 = 1M        

[N₂]  = 5/10 = 0,5 M

 [ H₂] = 5/10 = 0,5 M

  [1]²          

                             =    16

 [0,5] [ 0,5]³

Sedangkan   tetapan kesetimbangan (Kp) yang diperhitungkan dari tekanan parsial gas adalah sebagai berikut;

Kita harus menentukan tekanan parsial masing-masing gas. Untuk menghitung tekanan parsial kita harus menghitung jumlah total mol zat-zat yang terlibat reaksi. Dalam hal ini dengan cara menjumlahkan mol gas N2, H2 dan NH3 dalam keadaan setimbang = 5 + 5 + 10 = 20. Kemudian menghitung fraksi mol masing-masing gas (X_N2; X_H2 dan X_NH3).

Fraksi mol = mol gas/ mol total gas dalam kesetimbangan

X_N2 = 5/20 = 0,25

X_H2  = 5/20 = 0,25

X_NH3 = 10/20 = 0,5

Selanjutnya menghitung tekanan parsial masing-masing gas. Tekanan parsial gas diperoleh dengan cara mengalikan fraksi mol gas dengan tekanan total.

 (P_NH3)  =     0,5 x  230 = 115

( P_N2 ) = 0,25 x 230 = 57,5

( P_H2)  = 0,25 x 230 = 57,5

             (115)²          

Kp =                              =   0,0012

           ( 57,5 )( 575)³

untuk lebih lengkapnya, bisa klik di sini

tetapan kesetimbangan