Hubungan Kuantitatif Pereaksi dan Hasil
Hubungan Kuantitatif Pereaksi dan Hasil Reaksi. Sebelumnya
telah dijelaskan makna tetapan kesetimbangan secara kualitatif, yaitu
perbandingan konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam sistem reaksi
kesetimbangan dipangkatkan dengan koefisien reaksinya. Pada bagian ini,
Anda akan menentukan secara kuantitatif hubungan antara konsentrasi
pereaksi dan hasil reaksi dalam sistem reaksi kesetimbangan.
1. Penentuan Tetapan Kesetimbangan, Kc
Masih ingatkah Anda cara menentukan tetapan kesetimbangan untuk sistem reaksi yang homogen dan heterogen? Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
Masih ingatkah Anda cara menentukan tetapan kesetimbangan untuk sistem reaksi yang homogen dan heterogen? Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
N2(g) + 3H2(g) ⇆ 2NH3(g)
Dapatkah Anda menuliskan persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut? Berapakah nilai tetapan kesetimbangan
untuk reaksi tersebut? Untuk dapat menjawab pertanyaan ini, Anda harus
mengetahui konsentrasi molar masing-masing zat yang ada dalam keadaan
setimbang. Konsentrasi molar zat-zat dalam sistem kesetimbangan hanya
dapat diketahui dari hasil penyelidikan. Oleh karena itu, nilai tetapan kesetimbangan
hanya dapat diketahui setelah Anda melakukan penyelidikan ilmiah. Masih
ingatkah Anda dengan penyelidikan gangguan konsentrasi terhadap reaksi
kesetimbangan? Anda mereaksikan larutan Fe(NO3)3 dan larutan KSCN, dapat ditulis dalam bentuk persamaan ionnya:
Fe3+(aq) + SCN–(aq) ⇆ Fe(SCN)2+(aq)
Gambar 5.10 Pereaksi
A sebagian berubah menjadi B dan sisanya tetap sebagai A. Konsentrasi
molar pada keadaan kesetimbangan adalah [A] sisa dan [B] hasil reaksi.
Andaikan Anda mereaksikan Fe3+(aq) 0,1 M dan SCN– (aq) 0,5 M pada suhu tertentu. Setelah reaksi mencapai keadaan setimbang, diketahui bahwa konsentrasi Fe3+(aq)
dalam sistem menjadi 0,04 M. Apakah makna yang terkandung dalam hasil
penyelidikan ini? Untuk memahami makna yang terkandung dalam
penyelidikan Anda, simak diagram kesetimbangan pada Gambar 5.10. Konsentrasi awal masing-masing pereaksi adalah [Fe3+]0 = 0,1 M dan [SCN–]0 = 0,5 M. Setelah reaksi mencapai kesetimbangan masih tersisa 0,04 M. Artinya, tidak semua Fe3+ habis bereaksi. Konsentrasi Fe3+ sisa tiada lain adalah konsentrasi Fe3+ dalam keadaan kesetimbangan:
[Fe3+]kstb = 0,04 M, selebihnya telah berubah menjadi hasil reaksi, yaitu sebanyak [Fe3+]0 – [Fe3+]kstb = 0,06 M.
Berapa konsentrasi SCN– dan konsentrasi Fe(SCN)2+
yang berada dalam kesetimbangan? Jawaban ini dapat diketahui
berdasarkan koefisien reaksinya. Oleh karena rasio stoikiometri SCN– terhadap Fe3+ = 1:1 maka konsentrasi SCN– yang bereaksi dengan Fe3+ sama, yaitu 0,06 M sehingga konsentrasi SCN– dalam kesetimbangan [SCN–]kstb adalah 0,5 M – 0,06 atau M = 0,44 M. Konsentrasi Fe(SCN)2+ dalam kesetimbangan, juga dapat dihitung berdasarkan rasio stoikiometrinya, hasilnya: [Fe(SCN)2+]kstb = 0,06 M. Data hasil penyelidikan dapat diungkapkan ke dalam bentuk diagram kesetimbangan sebagai berikut.
Untuk memudahkan perhitungan, data konsentrasi masing-masing zat dapat juga ditabulasikan ke dalam tabel seperti berikut.
Tabel 5.2 Contoh Tabulasi Data Sistem Kesetimbangan Fe3++ SCN– ⇆ FeSCN2+
| Spesi Kimia | Fe3+ | SCN– | FeSCN2 |
| Konsentrasi awal (M) | 0,1 | 0,5 | – |
| Konsentrasi yang berubah (M) | –0,06 | –0,06 | +0,06 |
| Konsentrasi kesetimbangan (M) | 0,04 | 0,44 | 0,06 |
Untuk menentukan nilai tetapan
kesetimbangan, nilai konsentrasi masing-masing spesi dalam keadaan
kesetimbangan dimasukkan ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan.
Kc= [FeSCN ] / ([Fe ][SCN− ] )
Kc= 0,06 / (0,04)(0,44) = 3,4
Dengan demikian, tetapan kesetimbangan hanya dapat ditentukan berdasarkan hasil penyelidikan yang dilakukan pada suhu tetap.
Contoh Menentukan Nilai Tetapan Kesetimbangan
Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
PCl5(g) ⇆ PCl3(g) + Cl2(g)
Jika konsentrasi awal PCl5 0,1 M dan setelah kesetimbangan tercapai ditemukan gas Cl2 0,025 M, berapakah tetapan kesetimbangan untuk sistem tersebut?
Jawab:
1. Gunakan rasio stoikiometri untuk menentukan:
konsentrasi PCl5 yang terurai dan PCl5 sisa.
konsentrasi PCl3 yang terbentuk.
konsentrasi PCl5 yang terurai dan PCl5 sisa.
konsentrasi PCl3 yang terbentuk.
2. Hitung tetapan kesetimbangannya.
Diagram reaksi kesetimbangan:
Diagram reaksi kesetimbangan:
Oleh karena koefisien reaksi sama (RS = 1 : 1) maka konsentrasi molar PCl5 terurai dan PCl3 terbentuk sama dengan konsentrasi Cl2 dalam kesetimbangan, yakni 0,025M. Konsentrasi PCl5 sisa adalah selisih [PCl5] awal dan [PCl5] terurai.
| PCl5 | PCl3 | Cl2 | |
| [Awal] /M | 0,1 | – | – |
| [Berubah] / M | –0,025 | +0,025 | +0,025 |
| [Setimbang]/M | 0,075 | 0,025 | 0,025 |
Setelah konsentrasi molar masing-masing
zat dalam keadaan kesetimbangan diketahui maka tetapan kesetimbangan
dapat dihitung, yaitu:
Kc = [PC5 ] / [PC3 ][Cl2 ] = 0,075 / [(0,025)(0,025)] = 120
Jadi, nilai Kc untuk reaksi
tersebut adalah 120. Pada uraian tersebut, sistem reaksi kesetimbangan
memiliki rasio stoikiometri atau koefisien reaksi yang sama. Bagaimana
jika koefisien reaksi dalam kesetimbangan berbeda? Simak contoh soal
berikut.
Contoh Menentukan Konsentrasi at dalam Kesetimbangan
Ke dalam reaktor dengan volume 10 L diisi 4 mol HI. Pada 400°C terbentuk reaksi kesetimbangan menurut persamaan berikut: 2HI(g) ⇆ H2(g) + I2(g). Berapakah konsentrasi masing-masing zat pada keadaan setimbang? Diketahui harga Kc= 0,695.
Jawab:
1. Hitung konsentrasi molar HI awal.
2. Buat diagram reaksi kesetimbangan. Sisipkan konsentrasi zat yang diketahui dan buat pemisalan untuk zat yang tidak diketahui, misalnya [x].
3. Tentukan konsentrasi molar HI terurai, HI sisa, serta H2 dan I2 yang terbentuk berdasarkan rasio stoikiometrinya.
• Konsentrasi awal [HI]0 = 4 mol/10 L = 0,4 M.
• Diagram reaksi kesetimbangannya:
2. Buat diagram reaksi kesetimbangan. Sisipkan konsentrasi zat yang diketahui dan buat pemisalan untuk zat yang tidak diketahui, misalnya [x].
3. Tentukan konsentrasi molar HI terurai, HI sisa, serta H2 dan I2 yang terbentuk berdasarkan rasio stoikiometrinya.
• Konsentrasi awal [HI]0 = 4 mol/10 L = 0,4 M.
• Diagram reaksi kesetimbangannya:
• Jika [HI] terurai 2x M maka [H2] dan [I2] terbentuk adalah x M, dan [HI] sisa = (0,4 – 2x) M.
Nilai x dapat ditentukan dari persamaan tetapan kesetimbangan, yaitu:
Nilai x dapat ditentukan dari persamaan tetapan kesetimbangan, yaitu:
Kc= [H2 ][I2 ] / [HI]2 atau 0,695= [(x)(x)] / [(0,4-2x)2]
Jika nilai x1 diambil maka
konsentrasi HI yang terurai 2(0,5) = 1,0 M, sedangkan konsentrasi HI
awal lebih kecil, yakni 0,4 M (tidak realistik).
Oleh karena itu, nilai x yang mewakili penguraian HI adalah x2 = 0,124.
Dengan demikian, konsentrasi masing-masing zat dalam kesetimbangan adalah
[H2] = x = 0,124 M; [I2] = x = 0,124 M;
[HI] = 0,4 – 2x = 0,152 M
Oleh karena itu, nilai x yang mewakili penguraian HI adalah x2 = 0,124.
Dengan demikian, konsentrasi masing-masing zat dalam kesetimbangan adalah
[H2] = x = 0,124 M; [I2] = x = 0,124 M;
[HI] = 0,4 – 2x = 0,152 M
2. Manipulasi Tetapan Kesetimbangan
Jika reaksi yang berada dalam kesetimbangan dipelajari dari arah sebaliknya atau konsentrasi molar zat-zat yang bereaksi digandakan dengan faktor tertentu, bagaimana nilai tetapan kesetimbangannya? Semua manipulasi ini akan memengaruhi nilai tetapan kesetimbangan.
Jika reaksi yang berada dalam kesetimbangan dipelajari dari arah sebaliknya atau konsentrasi molar zat-zat yang bereaksi digandakan dengan faktor tertentu, bagaimana nilai tetapan kesetimbangannya? Semua manipulasi ini akan memengaruhi nilai tetapan kesetimbangan.
a. Pembalikan Arah Reaksi Kesetimbangan
Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikaji dari arah yang berlawanan maka nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan kebalikkan dari tetapan semula.
Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikaji dari arah yang berlawanan maka nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan kebalikkan dari tetapan semula.
Contoh:
Tinjau sistem reaksi kesetimbangan berikut.
PCl3(g)+Cl2(g) ⇆ PCl5(g)
Persamaan untuk tetapan kesetimbangannya:
Kc = [PCl5] / ([PCl3][Cl2])
Jika dipelajari dari arah sebaliknya, PCl5(g) ⇆ PCl3(g)+Cl2(g)
Maka persamaan tetapan kesetimbangannya:
Kc = [PCl3][Cl2] / [PCl5]
Tinjau sistem reaksi kesetimbangan berikut.
PCl3(g)+Cl2(g) ⇆ PCl5(g)
Persamaan untuk tetapan kesetimbangannya:
Kc = [PCl5] / ([PCl3][Cl2])
Jika dipelajari dari arah sebaliknya, PCl5(g) ⇆ PCl3(g)+Cl2(g)
Maka persamaan tetapan kesetimbangannya:
Kc = [PCl3][Cl2] / [PCl5]
b. Perkalian dengan Faktor Tertentu
Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikalikan dengan faktor tertentu, nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan pangkat dari faktor pengali. Perhatikan contoh berikut:
Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikalikan dengan faktor tertentu, nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan pangkat dari faktor pengali. Perhatikan contoh berikut:
SO2(g)+ ½ O2(g) ⇆ SO3(g) (A)
Jika persamaan dikalikan dengan faktor 2 maka persamaan reaksi kesetimbangan menjadi:
2SO2(g)+O2(g) ⇆ 2SO3(g) (B)
Persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi (A) dan (B) berturut-turut sebagai berikut.
KcA = [SO3] / ([SO2][O2]½ dan KcB = [SO3]2 / ([SO2]2[O2]) = (KcA)2
Secara umum dapat dutulis sebagai Kc=(Kc )n, n sebagai faktor pengali.
c. Penjumlahan Reaksi Kesetimbangan
Dua atau lebih persaman reaksi kesetimbangan dapat dijumlahkan menjadi satu persamaan. Hal ini dapat dilakukan jika zat-zat dalam sistem reaksi mengandung unsur-unsur yang sama. Perhatikan contoh berikut.
(a) N2(g) + O2(g) ⇆ 2NO(g) K1
(b) 2NO(g) + O2(g) ⇆ 2NO2(g) K2
(c) N2(g) + 2O2(g) ⇆ 2NO2(g) K3
Dua atau lebih persaman reaksi kesetimbangan dapat dijumlahkan menjadi satu persamaan. Hal ini dapat dilakukan jika zat-zat dalam sistem reaksi mengandung unsur-unsur yang sama. Perhatikan contoh berikut.
(a) N2(g) + O2(g) ⇆ 2NO(g) K1
(b) 2NO(g) + O2(g) ⇆ 2NO2(g) K2
(c) N2(g) + 2O2(g) ⇆ 2NO2(g) K3
Persamaan tetapan kesetimbangan untuk ketiga sistem reaksi di atas adalah
(a) K1 = [NO2]2 / ([N2][O2])
(b) K2= [NO2]2 / ([NO]2[O2])
(c) K3= [NO2]2 / ([N2][O2]2)
(a) K1 = [NO2]2 / ([N2][O2])
(b) K2= [NO2]2 / ([NO]2[O2])
(c) K3= [NO2]2 / ([N2][O2]2)
Untuk mengetahui hubungan antara K1, K2, K3 dapat dilakukan perkalian antara K1 dan K2.
K1 x K2 = [NO2]2 / ([N2][O2]) x [NO2]2 / ([NO]2[O2]) = [NO2]2 / ([N2][O2]2)
Hasil perkalian K1 dan K2 tiada lain adalah persamaan tetapan untuk K3. Dengan demikian, harga K3 merupakan hasil perkalian K1 dan K2.
Contoh Memanipulasi Tetapan Kesetimbangan
Tentukan nilai Kc untuk reaksi kesetimbangan:
½ N2(g) + ½ O2 (g) + ½ Br2 (g) ⇆ NOBr(g)
Diketahui:
(a) 2NO(g) ⇆ N2(g) + O2(g) K(a) = 24
(b) NO(g) + ½ Br2(g) ⇆ NOBr(g) K(b)= 1,4
½ N2(g) + ½ O2 (g) + ½ Br2 (g) ⇆ NOBr(g)
Diketahui:
(a) 2NO(g) ⇆ N2(g) + O2(g) K(a) = 24
(b) NO(g) + ½ Br2(g) ⇆ NOBr(g) K(b)= 1,4
Jawab:
Bentuk persamaan reaksi yang ditanyakan adalah setengah dan kebalikan dari persamaan (a), serta penjumlahan dengan persamaan (b).
½ N2(g) + ½ O2(g) ⇆ NO(g)
NO(g) + ½ Br2(g) ⇆ NOBr(g)
½ N2(g) + ½ O2(g) + ½ Br2(g) ⇆ NOBr(g)
Perkalian dengan faktor ½ dan pembalikan arah reaksi (a) menghasilkan tetapan kesetimbangan:
Kc = 1 / (K(a)) ½ = 0,2
Bentuk persamaan reaksi yang ditanyakan adalah setengah dan kebalikan dari persamaan (a), serta penjumlahan dengan persamaan (b).
½ N2(g) + ½ O2(g) ⇆ NO(g)
NO(g) + ½ Br2(g) ⇆ NOBr(g)
½ N2(g) + ½ O2(g) + ½ Br2(g) ⇆ NOBr(g)
Perkalian dengan faktor ½ dan pembalikan arah reaksi (a) menghasilkan tetapan kesetimbangan:
Kc = 1 / (K(a)) ½ = 0,2
Penjumlahan dengan reaksi (b) menghasilkan tetapan kesetimbangan berikut:
Kc = K(a) × K(b)
= 0,2 ×1,4 = 0,28
Jadi, nilai tetapan kesetimbangan(Kc) untuk reaksi pembentukan NOBr dari unsurunsurnya adalah 0,28.
3. Tetapan Kesetimbangan dalam Bentuk Tekanan Parsial ( p)
Pada topik sebelumnya, Anda sudah mengenal istilah tekanan parsial, yaitu tekanan salah satu komponen sistem yang terdapat dalam campuran gas. Selain dengan konsentrasi molar, tetapan kesetimbangan untuk sistem reaksi yang melibatkan gas dapat dinyatakan dengan tekanan parsial masing-masing komponen gas. Simak sistem reaksi kesetimbangan berikut:
Pada topik sebelumnya, Anda sudah mengenal istilah tekanan parsial, yaitu tekanan salah satu komponen sistem yang terdapat dalam campuran gas. Selain dengan konsentrasi molar, tetapan kesetimbangan untuk sistem reaksi yang melibatkan gas dapat dinyatakan dengan tekanan parsial masing-masing komponen gas. Simak sistem reaksi kesetimbangan berikut:
N2(g) + 3H2(g) ⇆ 2NH3(g)
Bagaimanakah persamaan tetapan
kesetimbangan untuk reaksi tersebut yang diungkapkan dalam bentuk
tekanan parsial komponen gas? Pada dasarnya tetapan kesetimbangan dalam
bentuk tekanan parsial tidak berbeda dengan tetapan kesetimbangan dalam
konsentrasi molar. Dalam bentuk tekanan parsial diungkapkan sebagai
berikut.
Kp adalah tetapan kesetimbangan dalam bentuk tekanan parsial. PNH3 ,PN2 ,PH2 adalah tekanan parsial masing-masing komponen gas dalam kesetimbangan yang dipangkatkan dengan koefisien reaksinya.
Contoh Menentukan Tekanan Parsial Gas dalam Sistem Kesetimbangan
Uap HCl dapat bereaksi dengan uap amonia menurut persamaan:
Uap HCl dapat bereaksi dengan uap amonia menurut persamaan:
HCl(g) + NH3(g) ⇆ NH4Cl(s)
Jika nilai Kp = 0,15, berapakah tekanan parsial komponen gas dalam sistem kesetimbangan tersebut?
Jawab:
1. Lakukan pemisalan untuk menentukan tekanan parsial masing-masing komponen.
2. Hitung tekanan parsial masing-masing komponen gas menggunakan tetapan kesetimbangan.
Oleh karena NH4Cl zat murni, tidak perlu dihitung dalam tetapan kesetimbangan.
Koefisien reaksi HCl dan NH3 sama sehingga tekanan parsialnya juga sama, misalnya x atm.
Persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi ini adalah sebagai berikut.
Kp = 1 / PHCl PNH3 = 1 / (x)(x) atau x2 = (0,15)-1 , x = 2,58
Dengan demikian, tekanan parsial HCl dan NH3 besarnya sama yaitu 2,58 atm.
1. Lakukan pemisalan untuk menentukan tekanan parsial masing-masing komponen.
2. Hitung tekanan parsial masing-masing komponen gas menggunakan tetapan kesetimbangan.
Oleh karena NH4Cl zat murni, tidak perlu dihitung dalam tetapan kesetimbangan.
Koefisien reaksi HCl dan NH3 sama sehingga tekanan parsialnya juga sama, misalnya x atm.
Persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi ini adalah sebagai berikut.
Kp = 1 / PHCl PNH3 = 1 / (x)(x) atau x2 = (0,15)-1 , x = 2,58
Dengan demikian, tekanan parsial HCl dan NH3 besarnya sama yaitu 2,58 atm.
4. Hubungan Kp dan Kc
Dalam reaksi kesetimbangan yang melibatkan gas, nilai K dan Kc dapat sama atau beda. Tinjau persamaan reaksi hipotetik berikut.
Dalam reaksi kesetimbangan yang melibatkan gas, nilai K dan Kc dapat sama atau beda. Tinjau persamaan reaksi hipotetik berikut.
α A +β B ⇆ γ C + δ D
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut dalam bentuk tekanan parsial dan konsentrasi molar adalah sebagai berikut.
Bagaimanakah hubungan antara K dan Kc dalam
sistem reaksi yang sama? Apakah memiliki nilai yang sama atau beda?
Masih ingatkah Anda tentang persamaan gas ideal yang berguna untuk
menentukan volume molar gas nonstandar? Persamaan tersebut dapat
menujukkan hubungan tekanan dan konsentrasi molar gas. Persamaannya
adalah PV = nRT. Persamaan ini dapat diubah menjadi:
P=(n/V) RT atau P=[C]RT
Tekanan parsial A dapat ditulis sebagai: PA = [A] RT.
Dengan memasukkan persamaan tekanan parsial komponen gas ke dalam persamaan Kp , diperoleh:
Dengan memasukkan persamaan tekanan parsial komponen gas ke dalam persamaan Kp , diperoleh:
Kp = KC(RT)Δn, Δn adalah selisih koefisien reaksi.
No comments:
Post a Comment