Kesetimbangan Kimia

       

Kesetimbangan Kimia adalah keadaan yang terjadi jika laru reaksi ke kanan (maju) sama dengan laju reaksi ke kiri (balik). 

Kesetimbangan kimia ini memiliki ciri-ciri, yaitu: 

1.     Terjadi pada reaksi kimia reversible.

2.     Bersifat dinamis.

3.     Reaksi terus terjadi, meskipun terlihat berhenti. Hal tersebut juga dikatakan tidak terjadi perubahan secara makroskopis.

4.     Semua komponen tetap ada. 

5.     Dapat dikatakan sebagai kesetimbangan, apabila laju reaksi ke kanan sama dengan laju reaksi ke kiri, sehingga perbandingan konsentrasi reaktan dan produk tetap.

Adapun kesetimbangan kimia terbagi menjadi dua jenis, yaitu kesetimbangan statis dan kesetimbangan dinamis. Kesetimbangan statis berarti reaksi kimia yang terjadi hanya satu arah sehingga tidak bisa kembali seperti semula. 

Sedangkan kesetimbangan dinamis adalah kesetimbangan yang terjadi dua arah, artinya reaksi kimia yang sudah berbuah bisa kembali seperti semula.

Contoh sederhana dari kesetimbangan statis adalah ketika membakar kertas hingga menjadi abu. Kertas tersebut tidak mungkin berubah menjadi wujud awalnya setelah menjadi abu. 

Sementara kesetimbangan dinamis contoh sederhananya adalah ketika merebus air dan kemudian uap air yang dihasilkan akan berubah lagi menjadi air.  

Reaksi Irreversibel dan Reversibel

Coba lakukan kegiatan pembakaran kertas atau kayu. Apa yang terjadi jika kertas atau kayu dibakar? Kayu atau kertas yang dibakar akan menghasilkan arang dan abu. Arang dan abu tidak akan dapat kembali lagi menjadi kertas. Proses berubahnya kayu atau kertas menjadi arang dan abu dinamakan reaksi kimia yang berkesudahan atau reaksi satu arah, karena reaksi tersebut tidak dapat kembali seperti semula. Reaksi ini disebut juga reaksi irreversibel.

Apakah ada reaksi yang dapat balik? Dalam kehidupan sehari-hari sulit menemukan reaksi yang dapat balik. Proses-proses alami umumnya berlangsung searah, tidak dapat balik. Namun di laboratorium maupun dalam proses industri, banyak reaksi yang dapat balik. Reaksi yang dapat balik ini disebut reaksi reversibel.

Contoh reaksi reversibel sebagai berikut:

Jika campuran gas nitrogen dan hidrogen dipanaskan akan menghasilkan amonia:

N_2(g) + 3H_2(g)   2NH_3(g) ……(reaksi 1)

Sebaliknya, jika amonia dipanaskan akan terurai membentuk nitrogen dan hidrogen:

2NH_3(g)   N_2(g) + 3H_2(g) ……(reaksi 2)           

Apabila diperhatikan ternyata reaksi 1 di atas merupakan kebalikan dari reaksi 2. Kedua reaksi itu dapat digabung sebagai berikut:

N_2(g) + 3H_2(g)    ⇌   2NH_3(g)

Tanda  ⇌ dimaksudkan untuk menyatakan reaksi dapat balik. Reaksi ke kanan disebut reaksi maju, sedangkan reaksi ke kiri disebut reaksi balik.

Kesetimbangan Kimia

Suatu reaksi dapat digolongkan ke dalam reaksi kesetimbangan dinamis (equilibrium reaction) jika reaksi yang dapat balik (reversibel) berlangsung dengan kecepatan yang sama, baik kecepatan ke arah hasil reaksi maupun kecepatan ke arah pereaksi dan reaksinya tidak bergantung pada waktu.

Dalam sistem kesetimbangan dinamis, reaksi yang menuju hasil reaksi dan reaksi yang menuju pereaksi berlangsung secara bersamaan dengan laju yang sama sehingga konsentrasi masing-masing zat dalam sistem kesetimbangan tidak berubah (tetap). Jika kita dapat melihat sistem kesetimbangan dinamis secara molekuler, akan tampak partikel-partikel dalam sistem kesetimbangan tidak tetap sebagai pereaksi atau hasil reaksi, melainkan bereaksi terus dalam dua arah secara dinamis. Pereaksi akan berubah menjadi hasil reaksi diimbangi oleh hasil reaksi berubah menjadi pereaksi. Jadi, kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan dinamis karena secara mikroskopis zat-zat tersebut berubah setiap saat, tetapi secara makroskopis tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur, tidak ada perubahan wujud maupun perubahan konsentrasi masing-masing zat.

Keadaan setimbang dinamis dapat dianalogikan sebagai seseorang yang berjalan di eskalator, tetapi arahnya berlawanan dengan arah eskalator. Eskalator bergerak ke bawah dan orang tersebut bergerak ke atas dengan kecepatan yang sama. Akibatnya, orang tersebut seperti berjalan di tempat. Secara makroskopis, kedudukan orang tersebut tidak berubah sebab tidak bergeser dari posisinya, tetapi secara mikroskopis terjadi perubahan terus-menerus, seperti ditunjukkan oleh gerakan eskalator yang diimbangi oleh gerakan orang tersebut dengan kecepatan yang sama (perhatikan gambar 3).

Gambar 3. Seseorang yang naik eskalator dengan arah berlawanan akan terlihat seperti

berjalan di tempat

Persamaan kimia untuk reaksi kesetimbangan dinyatakan dengan dua arah anak panah, misalnya pada reaksi pembentukan amonia, persamaan reaksi kimianya ditulis sebagai berikut:

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

Perhatikan kembali reaksi pembentukan amonia di atas. Jika konsentrasi masing-masing zat dalam sistem diukur, kemudian hasilnya dituangkan ke dalam bentuk grafik hubungan antara konsentrasi zat dan waktu reaksi maka kurva yang terbentuk seperti pada gambar 4 berikut:

Gambar 4. Grafik perubahan konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi menuju keadaan

setimbang untuk reaksi: N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

Konsentrasi N₂ dan H₂ (pereaksi) turun, konsentrasi NH₃ (hasil reaksi) naik. Pada keadaan setimbang konsentrasi masing-masing zat tetap.

Gambar 5. Grafik perubahan laju reaksi terhadap waktu pada reaksi bolak-balik: 

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

v₁ = laju reaksi dari reaktan ke produk

v₂ = laju reaksi dari produk ke reaktan

Kesetimbangan tercapai pada saat v₁ = v₂

Kesetimbangan kimia hanya dapat berlangsung dalam sistem tertutup. Sementara itu, pada umumnya proses alami berlangsung dalam sistem terbuka. Sebagaimana kita saksikan, berbagai proses alami, seperti perkaratan logam, pembusukan, dan pembakaran, merupakan reaksi yang berlangsung searah. Akan tetapi, jika sistemnya kita perbesar, misalnya mencakup atmosfir secara keseluruhan, kita dapat melihat berbagai kesetimbangan. Misalnya kesetimbangan yang mengatur komposisi atmosfir yang relatif konstan dari waktu ke waktu. Proses kesetimbangan juga terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Darah manusia, sebagai contoh, mempunyai suatu sistem yang mengatur pH tetap sekitar 7,4. Hal ini penting, karena perubahan kecil saja pada pH darah akan menggangu fungsinya, misalnya dalam pengikatan oksigen.

Kesetimbangan Homogen dan Heterogen

Suatu kesetimbangan seringkali terdapat dalam fase yang berlainan. Sebagaimana kita ketahui bahwa fase atau wujud zat secara garis besar ada 3 macam, yaitu padat, cair, dan gas. Berdasarkan wujud zat tersebut, kesetimbangan dapat dibedakan menjadi 2, yaitu:

1. Kesetimbangan Homogen

Homogen mempunyai arti serba sama, sehingga yang dimaksud dengan kesetimbangan homogen adalah kesetimbangan dimana komponennya (produk dan reaktan) dalam fasa yang sama. Perhatikan contoh persamaan reaksi berikut:

ü  2SO_2(g)  +  O_2(g)  ⇌  2SO_3(g)

ü  H₂O_(l)  ⇌ H⁺_(aq) + OH^-_(aq)   

ü  Fe³⁺_(aq) + SCN^-_(aq)  ⇌ Fe(SCN)²⁺_(aq)

2. Kesetimbangan Heterogen

Heterogen berarti beraneka ragam, sehingga kesetimbangan dikatakan heterogen jika dalam kesetimbangan terdapat lebih dari satu jenis fasa zat, baik produk maupun reaktan. Perhatikan contoh persamaan reaksi berikut:

ü  CO_2(g)  + H₂O_(l) ⇌ H₂CO_3(aq)

ü  CaCO_3(s) ⇌ CaO_(s) + CO_2(g)           

Dalam kesetimbangan heterogen, zat yang dalam fasa padat tidak diikutsertakan dalam perhitungan tetapan kesetimbangan. Fasa padat dianggap memiliki molaritas yang tetap.