TINJAUAN
KEPUSTAKAAN
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. Ciri-ciri kesetimbangan kimia antara
lain :
- 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, dan
- tidak terjadi perubahan yang
sifatnya dapat diukur maupun diamati (Oxtoby, 2001).
Reaksi
yang berlangsung setimbang bersifat dinamis, artinya reaksinya berlangsung
terus-menerus dalam dua arah yang berlawanan dan dengan laju reaksi yang sama.
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 yang naik 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. Karena kesetimbangan bersifat dinamis, maka
suatu reaksi yang berada dalam keadaan setimbang dapat mengalami gangguan oleh
faktor-faktor tertentu yang mengakibatkan terjadi pergeseran
kesetimbangan (Sukardjo, 1997).
Suatu
sistem dalam keadaan setimbang cendrung mempertahankan kesetimbangannya,
sehingga bila ada pengaruh dari luar maka sistem tersebut akan berubah
sedemikian rupa agar segera diperoleh keadaan kesetimbangan lagi. Seorang
kimiawan berkebangsaan Perancis, Henri Le Chatelier, menemukan bahwa jika
reaksi kimia yang setimbang menerima perubahaan keadaan (menerima aksi dari
luar), reaksi tersebut akan menuju pada kesetimbangan baru dengan suatu
pergeseran tertentu untuk mengatasi perubahan yang diterima
(melakukan reaksi sebagai respon terhadap perubahan yang diterima).
Hal ini disebut Prinsip Le Chatelier (Stephen, 2002)
Pengaruh
konsentrasi terhadap kesetimbangan digambarkan dalam pernyataan berikut. Jika
konsentrasi salah satu zat ditambah, maka sistem akan bergeser dari arah zat
tersebut. Namun apabila konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka sistem akan
bergeser ke arah zat tersebut (Purwoko, 2006).
Secara
kualitatif pengaruh suhu dalam kesetimbangan kimia terkait langsung dengan
jenis reaksi eksoterm atau reaksi endoterm. Reaksi eksotermis adalah reaksi
bersifat spontan, tidak memerlukan energi melainkan justru menghasilkan energi
(∆H reaksi negatif), sedangkan reaksi endotermis adalah reaksi yang membutuhkan
energi/ kalor untuk bisa bereaksi(∆H reaksi positif). Sistem
kesetimbangan yang bersifat eksotermis ke arah kanan dan endotermis ke arah
kiri. Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan bergeser ke kiri yaitu reaksi yang
bersifat endotermis. Sebaliknya bila suhu reaksi diturunkan maka reaksi akan
bergeser ke kanan yaitu reaksi yang bersifat eksotermis. 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 endotermis. Begitu juga sebaliknya (Keenan,
1984).
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.
Dengan demikian, dengan meningkatkan tekanan akan (mengurangi
volume ruangan) pada campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya
bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling
sedikit. Sebaliknya, menurunkan tekanan (memperbesar volume
ruangan) pada campuran yang setimbang menyebabkan reaksinya
bergeser ke sisi yang mengandung jumlah molekul gas yang paling banyak.
Sementara untuk reaksi yang tidak mengalami perubahan jumlah molekul
gas (mol reaktan = mol produk), faktor tekanan dan volume tidak
mempengaruhi kesetimbangan kimia (Firman, 2007)
Untuk
mempercepat proses kesetimbangan kimia,sering dipergunakan zat tambahan lain
yaitu katalisator. Dalam sistem kesetimbangan, katalisator tidak mempengaruhi
letak kesetimbangan, katalisator hanya berperan mempercepat reaksi yang
berlangsung, mempercepat terjadinya keadaan setimbang, pada akhir reaksi
katalisator akan terbentuk kembali. Katalis tidak dapat
menggeser kesetimbangan kimia (Chang, 2003).
Banyak
reaksi-reaksi kimia yang berjalan tidak sempurna artinya reaksi-reaksi tersebut
berjalan sampai pada suatu titik dan akhirnya berhenti dengan meninggalkan
zat-zat yang tidak bereaksi. Pada temperatur, tekanan dan konsentrasi tertentu,
titik pada saat reaksi tersebut berhenti sama. Hubungan antara konsentrasi
peraksi dan hasil reaksi tetap. Pada saat ini reaksi
dalam keadaan setimbang. Pada saat setimbang, kecepatan reaksi ke kanan sama
dengan kecepatan reaksi ke kiri. Kesetimbangan disini merupakan kesetimbangan
dinamis, bukan kesetimbangan statis. Jadi sebenarnya reaksi masih ada tetapi
karena kecepatannya sama, seakan-akan reaksi berhenti. Atas dasar ini dapat
dianggap hampir semua reaksi berhenti pada kesetimbangan. Untuk reaksi
sempurna, kesetimbangan sangat berat disebelah kanan. Untuk reaksi yang sangat
berat di sebelah kanan. (Sukardjo, 1997:220).
Umumnya
reaksi-reaksi kimia tersebut berlangsung dalam arah bolak-balik (reversible),
dan hanya sebagian kecil saja yang berlangsung satu arah. . Pada awal proses
bolak-balik, reaksi berlangsung ke arah pembentukan produk, segera setelah
terbentuk molekul produk maka terjadi reaksi sebaliknya, yaitu
pembentukan molekul reaktan dari molekul produk. . Ketika laju reaksi ke
kanan dan ke kiri sama dan konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah maka
kesetimbangan reaksi tercapai. Ketika suatu reaksi kimia berlangsung, laju
reaksi dan konsentrasi pereaksipun berkurang. Beberapa waktu kemudian reaksi
dapat berkesudahan, artinya semua pereaksi habis bereaksi. Namun banyak
reaksi tidak berkesudahan dan pada seperangkat kondisi tertentu, konsentrasi
pereaksi dan produk reaksi menjadi tetap. Reaksi yang demikian disebut reaksi
reversibel dan mencapai kesetimbangan. Pada reaksi semacam ini produk reaksi
yang terjadi akan bereaksi membentuk kembali pereaksi. ketika reaksi
berlangsung laju reaksi ke depan (ke kanan), sedangkan laju reaksi sebaliknya
kebelakang (ke kiri) bertambah, sebab konsentrasi pereaksi berkurang dan
konsentrasi produk reaksi semakin bertambah.(Stephen,2002 : 96).
Umumnya suatu reaksi kimia yang
berlangsung spontan akan terus berlangsung sampai dicapai keadaan kesetimbangan
dinamis. Berbagai hasil percobaan menunjukkan bahwa dalam suatu reaksi kimia,
perubahan reaktan menjadi produk pada umumnya tidak sempurna, meskipun reaksi
dilakukan dalam waktu yang relatif lama. Umumnya pada permulaan reaksi
berlangsung, reaktan mempunyai laju reaksi tertentu. Kemudian setelah reaksi
berlangsung konsentrasi akan semakin berkurang sampai akhirnya menjadi konstan.
Keadaan kesetimbangan dinamis akan dicapai apabila dua proses yang berlawanan
arah berlangsung dengan laju reaksi yang sama dan konsentrasi tidak lagi
mengalami perubahan atau tidak ada gangguan dari luar. Untuk reaksi
yang tidak berjalan, kesetimbangan sangat berat disebelah kiri. Kesetimbangan
dibagi menjadi homogen dan heterogen. Homogen bila kesetimbangan terdapat pada
satu fase (gas, cairan tunggal, fase padat tunggal). Heterogen bila
kesetimbangan terdapat dalam lebih dari satu fase (gas, padat, gas cairan,
padat cairan atau padat-padat) (Sukardjo, 1997:220).
Kesetimbangan
kimia dalah proses dinamis ketika reaksi kedepan dan reaksi balik terjadi pada
laju yang sama tetapi pada arah yang berlawanan. Konsentrasi pada setiap zat
tinggal tetap pada suhu konstan. Banyak reaksi kimia tidak sampai berakhir, dan
mencapai satu titik ketika konsentrasi zat-zat bereaksi dan produk tidak lagi
berubah dengan berubahnya waktu. Molekul-molekul tetap berubah dari
pereaksi menjadi produk dan dari produk menjadi preaksi, tetapi tanpa perubahan
netto konsentrasinya (Stephen,2002 : 96).
Kebanyakan
reaksi kimia berlangsung secara reversible (dua arah). Ketika reaksi itu baru
mulai, proses reversible hanya berlangsung kearah pembentukan produk, namun
ketika molekul produk telah terbentuk maka proses sebaiknya yaitu pembentukan
molekul reaktan dari molekul produk mulai berjalan. Kesetimbangan kimia
tercapai bila kecepatan reaksi tekanan (molekul produk) telah sama dengan
kecepatan reaksi ke kiri (pembentukan molekul reaktan) dan konsentrasi reaktan
maupun konsentrasi produk tidak berubah-rubah lagi (konstan). Jadi,
kesetimbangan kimia merupakan proses yang dinamis (Purwoko, 2006 : 169).
Tanda
“[ ]” adalah konsentrasi kesetimbangan. Kecepatan reaksi kimia pada suhu
konstan sebanding dengan hasil kali konsentrasi zat yang bereaksi. Reaksi kimia
bergerak menuju kesetimbangan yang dinamis, dimana terdapat reaktan dan produk,
tetapi kedudukannya tidak lagi mempunyai kecenderungan untuk berubah.
Kadang-kadang konsentrasi produk jauh lebih besar daripada konsentrasi reaktan
yang belum bereaksi di dalam campuran kesetimbangan, sehingga reaksi dikatakan
reaksi yang “sempurna”. G N Lewis memperkenalkan besaran termodinamika baru
yaitu keaktifan yang bisa dipakai sebagai ganti konsentrasi. Sangat memudahkan
jika keaktifan dianggap sebagai perkalian antara konsentrasi zat yang dimaksud
dengan suatu koefisien keaktifan (Syukri,1999:75).
Dalam
suatu sistem kesetimbangan, suatu katalis menaikkan kecepatan reaksi maju dan
reaksi balik dengan sama kuatnya. Suatu katalis tidak mengubah kuantitas
relatif yang ada dalam kesetimbangan nilai tetapan kesetimbangan tidaklah
berubah. Katalis memang mengubah waktu yang diperlukan untuk mencapai
kesetimbangan. Reaksi yang memerlukan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu
untuk mencapai kesetimbangan, dapat mencapainya dalam beberapa menit dengan
hadirnya katalis. Lagi pula, reaksi yang berlangsung dengan laju yang sesuai
hanya pada temperatur yang sangat tinggi, dapat berjalan dengan cepat pada
temperatur yang jauh lebih rendah bila digunakan katalis. Ini terutama penting
jika temperatur tinggi mengurangi rendeman dari produk-produk yang diinginkan
(Keenan,1984:593).
Salah
satu kegunaan konstanta kesetimbangan kimia adalah memprediksi
arah reaksi. Untuk mempelajari kecenderungan arah reaksi, digunakan
besaran Qc, yaitu hasil perkalian
konsentrasi awal produk dibagi hasil perkalian
konsentrasi awalreaktan yang masing-masing dipangkatkan
dengan koefisien reaksinya. Jika nilai Qcdibandingkan
dengan nilai Kc, terdapat tiga kemungkinan hubungan yang
terjadi, antara lain :
1. Qc <
Kc
Sistem reaksi
reversibel kelebihan reaktan dan kekurangan produk. Untuk mencapai kesetimbangan,
sejumlah reaktan diubah menjadi produk. Akibatnya, reaksi cenderung ke arah
produk (ke kanan).
2. Qc =
Kc
Sistem berada dalam
keadaan kesetimbangan. Laju reaksi, baik ke arah reaktan maupun
produk, sama.
3. Qc >
Kc
Sistem reaksi
reversibel kelebihan produk dan kekurangan reaktan. Untuk
mencapai kesetimbangan, sejumlah produk diubah menjadi reaktan.
Akibatnya, reaksi cenderung ke arah reaktan (ke kiri). (Syukri,1999:75).
Tahun 1884 Henri Louis
Le Chatelier berhasil menjelaskan pengaruh faktor luar terhadap kesetimbangan,
yang dikenal dengan azas Le Chatelier, yang berbunyi
“ Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi) maka
sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi
tersebut.”
Perubahan
dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat
adanya aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran
kesetimbangan. Pengaruh konsentrasi terhadap pergeseran
kesetimbangan adalahApabila dalam sistem kesetimbangan konsentrasi salah
satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan
dari zat tersebut. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka
kesetimbangan akan bergeser ke pihak zat tersebut. Pengaruh volume
dan tekanan terhadap pergeseran kesetimbangan adalahPengaruh volume dan
tekanan hanya berpengaruh pada zat yang berwujud gas. Dan jumlah koefisien
pereaksi tidak sama dengan jumlah koefisien hasil reaksi. Jika tekanan
diperbesar/ volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah
koefisien reaksi yang kecil. Jika tekanan di perkecil/ volume diperbesar,
kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi yang
besar. Pengaruh suhu terhadap pergeseran kesetimbangan adalah menurut
Vant Haff, bila pada sistem kesetimbangan suhu dinaikkan, maka
kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah yang membutuhkan kalor (ke arah
reaksi endoterm). Bila suatu reaksi kesetimbangan suhu diturunkan, maka
kesetimbangan akan bergeser ke arah yang membebaskan kalor (ke arah reaksi
eksoterm). Dari beberapa faktor di atas, hanya perubahan
temperatur (suhu) reaksiyang dapat mengubah nilai konstanta
kesetimbangan (Kc maupun Kp).
Perubahan konsentrasi, tekanan, dan volume hanya mengubah konsentrasi spesi
kimia saat kesetimbangan, tidak mengubah nilai K.
Katalis hanya mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan, tidak
dapat menggeser kesetimbangan kimia (Purwoko, 2006 : 169).
DAFTAR
PUSTAKA
Chang,
R. 2004. Kimia Dasar, Edisi Ketiga, Jilid 2. Erlangga :
Jakarta.
Firman,
H. 2007. Penelitian Pendidikan Kimia. Jurusan Kimia FMIPA UPI
: Bandung.
Oxtoby,
D. W. 2001. Prinsip-Prinsip Kimia Modern, Edisi Kesepuluh, Jilid 1. Erlangga
: Jakarta.
Purwoko,
A. A. 2006. Kimia Dasar 1. Mataram University Press : Mataram.
Stephen,
B. 2002. Istilah Kimia Umum. Erlangga : Jakarta.
Sukardjo.
1997. Kimia Fisika. Rineka Cipta : Yogyakarta.
Bresnick,
Stephen. 2002. Intisari Kimia umum. Jakarta : Erlangga.
Keenan,
dkk. 1984. Kimia untuk universitas. Jakarta : Erlangga.
Sukardjo.
1997. Kimia Fisika. Yogyakarta : Rineka Cipta.
Syukri.
1999. Kimia Dasar 1. Bandung : ITB.