ANALISIS KONSEP KESETIMBANGAN KIMIA

Standar kompetensi :    Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari dan industri.

Kompetensi dasar :3.1 Mendeskripsikan pengertian laju reaksi dengan melakukan percobaan tentang faktor-faktor yang mempengauhi laju reaksi.

3.2 Memahami teori tumbukan (tabrakan)untuk menjelaskan faktor-faktor penentu laju, orde reaksi dan terapannya dalam kehidupan sehari-hari.

3.3 Menjelaskan keseimbangan dan faktor yang mempengaruhi pergeseran arak keseimbangan dengan melakukan percobaan.

3.4 Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dengan hasil reaksi dari suatu raksi keseimbangan.

3.5 Menjelaskan peranaan prinsip keseimbangan dalam kehidupan sehari-hari dan industry.

A.    ANALISIS KONSEP KESETIMBANGAN KIMIA

Label Konsep	Definisi Konsep	Atribut Kritis	AtributVariabel	Hirarki Konsep			Jenis Konsep	Contoh	Non Contoh
				Superordinat	Koordinat	Subordinat
Kesetimbangan kimia	Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaaan dimana laju reaksi maju dan reaksi balik sama besar dan konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah seiring berjalannya waktu.	-       Kesetimbangan kimia -       Laju reaksi maju dan reaksi balik sama besar -       Konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah	-     Laju reaksi -     konsentrasi	-	-	Kesetimbangan dinamis	Abstrak	N2(g)  + 3H­2(g)­↔ 2NH2(g)	CH3COOH(aq)à CH3COO-(aq) + H+(aq)
Kesetimbangan dinamis	Kesetimbangan dinamis adalah keadaan dimana reaksi berlangsung terus-menerus dan kecepatan membentuk zat produk sama dengan kecepatan menguraikan zat pereaksi. Pada kesetimbangan dinamis, terjadi proses perubahan terus-menerus kea rah reaksi pembentukan produk dan pembentukan kembali reaktan secara bersamaan sehingga konsentrasi produk dan reaktan tidak lagi berubah	-       Kesetimbangan dinamis -       Reaksi berlangsung terus-menerus -       Kecepatan -       Produk -       Pereaksi -       Proses perubahan terus-menerus ke arah pembentukan produk dan pembentukan kembali reaktan secara bersamaan -       Konsentrasi produk dan reaktan tidak lagi berubah	-     Kecepatan -     Konsentrasi produk -     Konsentrasi reaktan	Kesetimbangan kimia	-	-     Kesetimbangan homogen -     Kesetimbangan heterogen -     Tetapan kesetimbangan -     Pergeseran kesetimbangan	Abstrak	H2O(l)↔ H2O(g) Proses ini terjadi ketika air dipanaskan dalam wadah tertutup	NaCl(aq)à Na+(aq) + Cl-(aq)
Kesetimbangan homogen	Kesetimbangan homogen merupakan reaksireversibel yang melibatkan reaktan dan produk yang fasanya sama.	-     Kesetimbangan homogen -     Reaksi reversibel -     Reaktan -     Produk -     Fasa yang sama	-     Reaktan -     Produk -     Fasazat	Kesetimbangandinamis	-     Kesetimbangan heterogen -     Tetapan kesetimbangan -     Pergeseran kesetimbangan	-	Abstrak	2NO2(g)↔ N2O4(g)	CaCO3(s)↔CaO(s) + CO2(g)
Kesetimbangan heterogen	Kesetimbangan heterogen merupakan reaksi reversibel yang melibatkan rektan dan produk yang fasanya berbeda.	-     Kesetimbangan heterogen -     Reaksi reversibel -     Reaktan -     Produk -     Fasa yang berbeda	-     Reaktan -     Produk -     Fasa zat	Kesetimbangan dinamis	-     Kesetimbangan homogen -     Tetapan kesetimbangan -     Pergeseran kesetimbangan	-	Abstrak	CaCO3(s)↔ CaO(s) + CO2(g)	2NO2(g)↔ N2O4(g)
Pergeseran kesetimbangan	Pergeseran kesetimbangan adalah perubahan dari keadaan kesetimbangan semula kekeadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya aksi atau pengaruh dari luar.	-      Pergeseran kesetimbangan -      Perubahan keadaan kesetimbangan -      Keadaan semula -      Keadaan baru -      pengaruh dari luar	-     Konsentrasi -     Suhu -     Volume -     Tekanan	Kesetimbangan dinamis	-     Kesetimbangan homogen -     Kesetimbangan heterogen -     Tetapankesetimbangan	Asas Le Chatelier	Abstrak contoh konkrit	N2(g)  + 3H­2(g)­↔ 2NH2(g) Kesetimbangan akan bergeser dengan adanya pengaruh suhu, tekanan, volume, konsentrasi	NaCl(aq)à Na+(aq) + Cl-(aq)
Asas Le Chatelier	Asas Le Chatelier merupakan aturan umum yang membantu memprediksi ke arah mana reaksi kesetimbangan akan bergeser bila terjadi perubahan konsentrasi, tekanan, suhu dan  volume.	-     Asas Le Chatelier -     Arah reaksi -     Perubahan konsentrasi -     Perubahan tekanan -     Perubahan suhu -     Perubahan volume	-      Konsentrasi -     Tekanan -     Suhu -     Volume	Pergeseran kesetimbangan	-	-     Faktorsuhu -     Faktorkonsentrasi -     Faktor volume -     Faktor tekanan	Konsep berdasarkan prinsip	N2(g) + 3H2(g) ↔2NH3(g)∆H= -92,4 kJ Suhu dinaikan reaksi bergeser ke kiri. Tekanan diperbesar reaksi bergeser ke kanan.	NaOH(aq) à Na+(aq) + OH-(aq)
Tetapan kesetimbangan (K)	Tetapan kesetimbangan menyatakan ukuran terjadinya kesetimbangan dinamis. K dihitung dari perkalian konsentrasi zat-zat produk dipangkatkan dengan koefisiennya dan dibagi dengan konsentrasi zat-zat reaktan dipangkatkan koefisiennya.	-     Tetapan kesetimbangan -     Ukuran terjadinya kesetimbangan dinamis -     Perkalian konsentrasi produk -     Dipangkatkan koefisiennya -     Dibagi dengan konsentrasi reaktan -     Dipangkatkan koefisiennya	-     Kesetimbangan -     Konsentrasi produk -     Konsentrasi reaktan -     Koefisien reaksi -     suhu	Hukum Aksi-Massa	-     Kesetimbangan homogen -     Kesetimbangan heterogen -     Pergeseran kesetimbangan	-      Kc -     Kp	Konsep berdasarkan prinsip	aA + bB ↔ cC + dD K=	CH3COOH(aq) + NaOH(aq)↔ CH3COONa(aq) + H2O(l)
Kc	Kc merupakan tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi.	-      Kc -      Tetapan kesetimbangan -      Berdasarkan konsentrasi	Konsentrasi	Tetapan kesetimbangan	Kp	-	Konsep yang menyatakan ukuran atribut	aA + bB ↔ cC + dD Kc=	aA + bB ↔ cC + dD Kp=
Kp	Kp merupakan tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan.	-      Kp -      Tetapan kesetimbangan -      Berdasarkan tekanan	Tekanan	Tetapan kesetimbangan	Kc	-	Konsep yang menyatakan ukuran atribut	aA + bB ↔ cC + dD Kp=	aA + bB ↔ cC + dD Kc=
Kesetimbangan dalam industri	Kesetimbangan dalam industry merupakan prinsip kesetimbangan yang diterapkan dalam bidang industry.	Kesetimbangan dalam industri	-     Reaktan -     Produk	Kesetimbangan kimia	Kesetimbangan dinamis	-     Proses Haber Bosch	Abstrak contoh konkrit	2SO2(g) + O2(g)↔ 2SO3(g) Dalam industri asam sulfat menggunakan bahan belerang oksida yang dioksidasi menjadi belerang trioksida sesuai reaksi	N2(g) + 3H2(g) ↔2NH3(g)∆H= -92,4 kJ Amonia dibuat dari gas nitrogen dan hidrogen (katalis Pt)
Proses Haber Bosch	Proses Haber Bosch merupakan proses pembuatan ammonia yang ditemukan oleh Fritz Haber	-     Proses Haber Bosch -     Pembuatan ammonia -     Fritz Haber	Ammonia	Kesetimbangan dalam industri	Proses kontak	-	Konsep yang menyatakan nama proses	N2(g) + 3H2(g) ↔2NH3(g)∆H= -92,4 kJ Amonia dibuat dari gas nitrogen dan hidrogen (katalis Pt)	2SO2(g) + O2(g)↔ 2SO3(g) Dalam industri asam sulfat menggunakan bahan belerang oksida yang dioksidasi menjadi belerang trioksida sesuai reaksi

B.    NARASI KESETIMBANGAN KIMIA

1)      Kesetimbangan Kimia

Pada reaksi yang berlangsung bolak balik, ada saat dimana laju terbentuknya produk sama dengan laju terurainya kembali produk menjadi reaktan. Pada keadaan ini, biasanya tidak terlihat lagi ada perubahan. Keadaan reaksi dengan laju reaksi maju (ke kanan) sama dengan laju reaksi baliknya (ke kiri) dinamakan keadaan setimbang. Reaksi yang berada dalam keadaan setimbang disebut Sistem Kesetimbangan.Perhatikan reaksi berikut.

Laju reaksi kekanan

CuSO₄.5H₂O                CuSO₄+ 5H₂O      Laju reaksi ke kanan = laju reaksi ke kiri

Laju reaksi kekiri

CuSO₄+ 5H₂O                CuSO₄.5H₂O

Ciri-Ciri Kesetimbangan kimia

• Hanya terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap
• Reaksinya berlangsung terus-menerus (dinamis) dalam dua arah yang berlawanan
• Laju reaksi maju (ke kanan) sama dengan laju reaksi balik (ke kiri)
• Semua komponen yang terlibat dalam reaksi tetap ada
• Tidak terjadi perubahan yang sifatnya dapat diukur maupun diamati.

2)      Kesetimbangan dinamis

Reaksi yang berlangsung setimbang bersifat dinamis, artinya reaksinya berlangsung terus-menerus dalam dua arah yang berlawanan dan dengan laju reaksi yang sama. Dalam keadaan ini reaksi tidak berhenti tetapi berlangsung terus menerus. Contoh kesetimbangan dinamis dalam kehidupan sehari-hari dapat digambarkan pada proses penguapan air. Bila air dipanaskan dalam wadah tertutup rapat, airnya lama kelamaan akan habis berubah menjadi uap air. Tetapi belum sempat habis, uap air yangnaik ke atas mengalami kejenuhan sehingga akan jatuh kembali menjadi embun. Apabila dibiarkan terus-menerus, kecepatan menguapnya air akan sama dengan kecepatan mengembunnya uap air menjadi air. Pada saat itu, tercapai keadaan setimbang dimana tidak nampak lagi adanya perubahan ketinggian air dalam wadah tertutup tersebut.

Terdapat dua jenis kesetimbangan, yaitu kesetimbangan homogen merupakan reaksireversibel yang melibatkan reaktan dan produk yang fasanya sama. Dankesetimbangan heterogen merupakan reaksi reversibel yang melibatkan rektan dan produk yang fasanya berbeda.

3)      Reaksi kesetimbangan

Menurut asas Le Chatelier berbunyi: “bila pada suatu sistem kesetimbangan diadakan suatu aksi, maka sistem akan mengadakan perubahan-perubahan sedemikian, sehingga pengaruh aksi menjadi sekecil-kecilnya”. Factor yang dapat mengganggu kesetimbangan adalah: perubahan konsentrasi, tekanan, volume, suhu, sedangakan katalis tidak menggeser letak kesetimbangan.

4)      Tetapan kesetimbangan (K)

Bila dalam keadaan setimbang maka hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dipangkatkan koefesiennya dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat pareaksi dipangkatkan koefisiennya akan mempunyai harga yang tetap. Jika sistem kesetimbangan dinyatakan dengan persamaan:

aA + bB         cC + dD

maka hukum kesetimbangan menyatakan :

K_c=

K_c  merupakan tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi dalam satuan molar. Bila zat-zat yang dalam keadaan setimbang semua berwujud gas, maka konsentrasi zat dapat dinyatakan dalam molaritas dan dalam tekanan parsial K_p, subscript p menunjukan bahwa tetapan kesetimbangan dihitung dengan menggunakan tekanan parsial gas-gas yang berada dalam keadaan setimbang.

5)      Ada tiga faktor yang dapat mengubah kesetimbangan kimia, antara lain:

a.       Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kesetimbangan

Perhatikan reaksi pembentukan gas amonia berikut:

N_2(g)+ 3H_2(g)    2NH_3(g)  ∆H = -92 kJ

Aksi yang diberikan	Arah pergeseran
N2ditambah N2dikurangi	Ke kanan(produk bertambah) Ke kiri(produk berubah menjadi reaktan)
H2ditambah H2dikurangi	Ke kanan(produk bertambah) Ke kiri(produk berubah menjadi reaktan)
NH3ditambah NH3dikurangi	Ke kiri(produk berubah menjadi reaktan) Ke kanan(produk bertambah)

b.      Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kesetimbangan

Secara kualitatif pengaruh suhu dalam kesetimbangan kimia terkait langsung dengan jenis reaksi eksoterm atau reaksi endoterm. Reaksi eksothermis adalah reaksi bersifat spontan, tidak memerlukan energi melainkan justru menghasilkan energi(H reaksi negatif), sedangkan Reaksi endothermis adalah reaksi yang membutuhkan energi/ kalor untuk  bisa bereaksi(H positif). Sistem kesetimbangan yang bersifat eksothermis ke arah kanan dan endothermis ke arah kiri.

Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan bergeser ke kiri yaitu reaksi yang bersifatendothermis. Sebaliknya bila suhu reaksi diturunkan maka reaksi akan bergeser ke kanan yaitu reaksiyang bersifat eksothermis. Menaikan suhu, sama artinya kita meningkatkan kalor atau menambah energi ke dalam sistem, kondisi ini memaksa kalor yang diterima sistem akan dipergunakan, oleh sebab itu reaksi semakin bergerak menuju arah reaksi endoterm. Begitu juga sebaliknya.

c.       Pengaruh Perubahan Tekanan atau Volume Terhadap Kesetimbangan

Pada proses Haber Reaksi terjadi dalam ruangan tertutup dan semua spesi adalah gas. Sehingga Perubahan tekanan dan volume hanya berpengaruh pada sistem kesetimbangan antara fasa gas dengan gas.Sedang sistem kesetimbangan yang melibatkan fasa cair atau padat, perubahan tekanan dan volum dianggap tidak ada.

Menurut hukum gas ideal, bahwa tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol gas dan berbanding terbalik dengan volum. Jika tekanan diperbesar maka jumlah mol juga bertambah, dan  volume akan mengecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molnya lebih kecil. Begitu juga sebaliknya jika tekanan diperkecil maka jumlah mol juga akan kecil, dan  volume akan besar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molnya lebih besar.

Perhatikan reaksi berikut:

N_2(g)+ 3H_2(g)      2NH_3(g)      ∆H = -92 kJ

• Jika tekanan diperbesar (volume mengecil) maka kesetimbangan akan bergeser ke arahkanan, sebab jumlah molnya lebih kecil yaitu 2 mol.
• Jika tekanan dikurangi (volume bertambah) , maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri,karena jumlah molnya lebih besar yaitu 4 mol.