ARTIKEL KESEIMBANGAN KIMIA



A. Kesetimbangan Kimia (equilibrium)

Kesetimbangan kimia adalah keadaan reaksi bolak-balik dimana laju reaksi reaktan dan produk sama dan konsentrasi keduanya tetap. Kesetimbangan kimia hanya terjadi pada reaksi bolak-balik dimana laju terbentuknya reaktan sama dengan laju terbentuknya produk. Reaksi akan terjadi terus menerus secara mikroskopis sehingga disebut kesetimbangan dinamis.
  • JENIS REAKSI KIMIA BERDASARKAN ARAHNYA:
Reaksi Reversible: Reaksi yang berjalan bolak – balik, dan berjalan terus - menerus
Reaksi Ireversible: Reaksi yang hanya berjalan searah dan hanya terjadi satu kali
  • CIRI-CIRI KEADAAN SETIMBANG
Ciri-ciri keadaan suatu reaksi bolak-balik dikatan setimbang sebagai berikut:
1. Terjadi dalam wadah tertutup, pada suhu dan tekanan tetap.
2. Reaksinya berlangsung terus-menerus (reversible) dalam dua arah yang berlawanan.
3. Laju reaksi ke reaktan sama dengan laju reaksi ke produk.
4. Konsentrasi produk dan reaktan tetap.
5. Terjadi secara mikroskopis pada tingkat partikel zat.
  • FAKTOR PERGESERAN KESETIMBANGAN KIMIA: 
Pergeseran kesetimbangan dipengaruhi beberapa factor diantaranya Konsentrasi zat, Volume, Tekanan, Suhu.
  1. Konsentrasi Zat: 
Jika konsentrasi salah satu zat ditambah, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser dari arah (menjauhi) zat yang ditambah konsentrasinya.

Contoh : Pada persamaan reaksi berikut.
N2(g) + 3H2(g)            <==> 2NH3 (g)                       H = -92 kJ
Apabila konsentrasi N2 ditambah maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kanan, karena bila konsentrasi zat ditambah maka reaksi kesetimbangan akan bergeser dari arah yang ditambah konsentrasinya.

  1.  Suhu
Apabila temperatur sistem dinaikkan maka reaksi kesetimbangan bergeser ke arah reaksi yang membutuhkan kalor (endoterm).
Apabila temperatur sistem dikurangi maka rekasi kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang melepaskan kalor (eksoterm).
Contoh : Pada persamaan reaksi
[A] + [B] <==> [C]     H = -X
[C] merupakan reaksi eksoterm (melepaskan kalor) dan [A] + [B] merupakan reaksi endoterm (membutuhkan kalor).
Apabila temperatur dinaikkan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kiri karena jika temperatur sistem dinaikkan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang membutuhkan kalor (endoterm).

  1. Volume dan Tekanan:
Apabila tekanan pada sistem ditambah/volume diperkecil maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah molekul yang lebih kecil. Sifat volume dan tekanan dalam kesetimbangan adalah bertolak belakang.
Contoh : Pada persamaan reaksi berikut
N2(g) + 3H2(g)  <==> 2NH3 (g)         H = -92 kJ
Jumlah mol reaktan = 1 + 3 = 4
Jumlah mol produk = 2
Apabila tekanan pada sistem ditambah maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kanan, karena jika tekanan ditambah maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah molekul yang lebih kecil yakni 2.



  • JENIS KESETIMBANGAN
  1. Kesetimbangan Homogen
Reaksi Kesetimbangan Homogen merupakan reaksi kesetimbangan dimana semua fasa senyawa yang bereaksi sama. Contoh :
1. N2(g) + 3H2(g)  D 2NH3(g)
2. H2O(aq) D H+(aq) + OH-(aq)
3. CH3COOH(aq) D CH3COO-(aq) + H+(aq)

  1. Kesetimbangan Heterogen
Reaksi Kesetimbangan Heterogen adalah reaksi kesetimbangan dimana fasa reaktan dan produk memiliki fasa yang berbeda. Contoh:
1. CaCO3(s) D CaO(s) + CO3(g)
2. Ag2CrO4(s) D Ag2+(aq) + CrO42-(aq)
3. 2 C(s) + O2(g) D 2CO(g)
  • MENENTUKAN KONSTANTA KESETIMBANGAN BERDASARKAN KONSENTRASI DAN TEKANAN
A.Berdasarkan Konsentrasi (Kc)
Rumus tetapan kesetimbangan KC secara garis besar merupakan perbandingan (hasil bagi) antara konsentrasi molar ([ ]) zat-zat ruas kanan dengan konsentrasi molar zat ruas kiri yang dipangkatkan dengan koefisiennya. Karena fasa padat (s) dan cair (l) tidak memiliki konsentrasi, maka kedua fasa ini tidak dilibatkan dalam rumus tetapan kesetimbangan KC (diberi nilai=1). Perlu diingat: tanda kurung siku ([  ]) merupakan simbol untuk konsentrasi molar zat.


B. Berdasarkan Tekanan (Kp)
  • Tetapan Kesetimbangan Parsial
Tetapan kesetimbangan parsial adalah perbandingan dari hasil kali tekanan pasrsial produk berpangkat kofisiennya masing-masing dengan tekanan pasrsial  reaktan berpangkat kofisiennya masing-masing. Tetapan kestimbangan parsial disimbolkan "Kp".
Ket :
p = tekanan parsial

Ket:
pX = tekanan parsial yang dicari
nX = mol dari zat yang dicari tekanan parsialnya
En = total mol sistem
Ep = total tekanan parsial sistem

B. Keseimbangan Elektokimia
Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dan reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia di karakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Dengan kata lain adalah cabang ilmu kimia yang berhubungan dengan arus listrik dan potensi.
Metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sama/ berbeda dalam suatu sistem elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Secara garis besar, sel elektrokimia dapat digolongkan menjadi dua:
1.    Sel Galvani (Reaksi kimia menghasilkan daya gerak listrik)
2.    Sel Elektrolisis (Daya gerak listrik menghasilkan reaksi kimia)
            Sel elektrolisis merupakan pemanfaatan arus listrik untuk menghasilkan reaksi redoks. Oleh karena itu, elektrolisis adalah proses penguraian suatu senyawa dengan pengaliran arus listrik yang melaluinya. Dalam elektrolisis terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Sel elektrolisis merupakan kebalikan dari sel volta karena listrik digunakan untuk melangsungkan reaksi redoks tak spontan. Proses elektrolisis dimulai dengan masuknya elektron dari arus listrik searah kedalam larutan melalui kutub negatif.

A.       Sel Galvani.
http://tatangsma.com/wp-content/uploads/2015/07/Sel-Volta.jpg
Pada gambar di atas, logam Zn akan mengalami oksidasi, sedangkan logam Cu akan mengalami reduksi. Reaksi kimianya adalah :
Zn → Zn2+ + 2 e                                            E0=      +0,76 volt
Cu2+ + 2 e → Cu                                            E0 =     +0,34 volt 
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu,                                Esel=    +1,1 Volt.
Fungsi dari jembatan garam adalah untuk menetralkan kelebihan anion dan kation pada larutan dan untuk menutup rangkaian sehingga reaksi dapat berlangsung terus-menerus.
·         *   Prinsip-prinsip Sel Volta atau Sel Galvani:
a.    Gerakan elektron dalam sirkuit eksternal akibat adanya reaksi redoks.
b.    Terjadi perubahan energi kimia energi listrik
c.    Pada anoda, elektron adalah produk dari reaksi oksidasi (anoda kutub negatif)
d.   Pada katoda, elektron adalah reaktan dari reaksi reduksi (katoda kutub positif)
e.    Arus elektron mengalir dari anoda ke katoda, arus listrik mengalir dari katoda anoda.
f.     Jembatan garam menyetimbangkan ion-ion dalam larutan.

·         *   Konsep-Konsep Sel Volta
a.    Deret Volta :
Li, K, Ba, Ca,Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni. Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Makin ke kanan, mudah direduksi atau sukar dioksidasi. Makin ke kiri mudah dioksidasi, makin aktif dan sukar direduksi.
b.    Notasi Sel
Contoh : Zn/Zn+2//Cu+2/Cu
Dimana :
/                         =   potensial ½ sel
//                        =   potensial sambungan sel (jembatan garam)

B.   Sel Elektrolisa
http://tatangsma.com/wp-content/uploads/2015/07/Sel-elektrolisis.jpg
Sel elektrolisis adalah arus listrik yang menimbulkan reaksi redoks. Pada sel elektrolisis, katoda akan tereduksi dan anoda yang akan teroksidasi. Pada katoda, terdapat 2 kemungkinan zat yang ada, yaitu:
  • Kation (K+)
  • Air (H2O) (bisa ada atau tidak ada tergantung dari apa yang disebutkan, cairan atau lelehan).
Pada anoda, terdapat 3 (tiga) kemungkinan zat yang ada, yaitu :
  • Anion (A-)
  • Air (H2O) (bisa ada atau tidak ada tergantung dari apa yang disebutkan, cairan atau lelehan)
  • Elektroda. Elektroda ada dua macam, antara lain inert (tidak mudah bereaksi, seperti Platina (Pt), emas (Aurum/Au), dan karbon (C)) dan tidak inert (mudah bereaksi, zat lainnya selain Pt, C, dan Au).
Ada berbagai macam reaksi pada sel elektrolisis, yaitu :
1)   Reaksi yang terjadi pada katoda
Ø Jika kation merupakan logam golongan IA (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), IIA (Be, Mg, Cr, Sr, Ba, Ra), Al dan Mn.
Ø Jika kationnya berupa H+.
Ø Jika kation berupa logam lain, maka reaksinya (nama logam)x+ + xe → (nama logam)
2)   Reaksi yang terjadi pada anoda
Ø. Jika elektroda inert (Pt, C, dan Au), ada 3 macam reaksi :
Ø  Jika anionnya sisa asam oksi (misalnya NO3-, SO42-), maka reaksinya 2 H20 → 4H+ + O2 + 4 e
Ø  Jika anionnya OH-, maka reaksinya 4 OH- → 2H20 + O2 + 4 e
Ø  Jika anionnya berupa halida (F-, Cl-, Br-), maka reaksinya adalah 2 X(halida) → X (halida)2 + 2 e
Ø. Jika elektroda tak inert (selain tiga macam di atas), maka reaksinya Lx+ + xe

v POTENSIAL SEL STANDAR.
Ø  Potensial Sel Standar
Potensial sel adalah Gaya yang dibutuhkan untuk mendorong elektron melalui sirkuit eksternal.
Elektroda tersusun dari elektroda itu sendiri dan bahan kimia (reagents) yang terlibat. Sel elektrokimia umumnya tersusun atas dua elektroda. Setiap elektroda disebut sebagai setengah sel (half cell). Reaksi yang terjadi pada tiap elektroda disebut reaksi setengah sel atau reaksi elektroda.
Bila elektroda pengukur mempunyai nilai lebih besar dari elektroda hidrogen (bernilai positif), maka elektroda tersebut mempunyai kecenderungan untuk tereduksi (bersifat oksidator). Sedangkan bila elektroda pengukur mempunyai nilai lebih kecil dari elektroda hidrogen (bernilai negatif), maka elektroda tersebut mempunyai kecenderungan untuk teroksidasi (bersifat reduktor). Karena reaksi setengah sel pada elektroda ditulis dalam bentuk reduksi, maka nilai potensial elektroda standar juga dapat disebut potensial reduksi standar.
       Potensial sel tergantung pada suhu, konsentrasi ion dan tekanan parsial gas dalam sel; Potensial sel standar E0 sel : potensial pada 250C, konsentrasi ion 1 M dan tekanan parsial 1 atm.
Potensial sel standar dihitung dengan menggunakan potensial-potensial standar zat-zat yang mengalami redoks.
  • Diagram/ notasi sel dilambangkan :
E0sel = E0red - E0oks
Dik      : E0oks = potensial standar zat yang mengalami oksidasi
  E0red = potensial standar zat yang mengalami reduksi
            Kanan dan kiri disini hanya berhubungan dengan notasi sel, tidak berhubungan dengan susunan fisik sel tersebut di laboratorium. Jadi yang diukur di laboratorium dengan potensiometer adalah emf dari sel sebagai volta atau sel galvani, dengan emf > 0.
Contoh :
Diketahui data:
Pb2+  +  2e                   E0 = - 0,76 volt
In3+    +  3e                   E0 = - 0,34 volt
Tentukan:
  1. E0 sel ?
Pembahasan :
E0 sel
E0sel = E0reduksi - E0oksidasi
            = - 0,34 – (- 0,76)
            = + 0,44 volt
Jika potensial elektroda berharga positif, artinya elektroda tersebut lebih mudah mengalami reduksi daripada H+, dan jika potensial elektroda berharga negatif artinya elektroda tersebut lebih sulit untuk mengalami reduksi dibandingkan dengan H+. Jadi, potensial elektroda berharga positif, berarti elektroda tersebut lebih mudah mengalami reduksi daripada H+.

v  POTENSIAL REDUKSI STANDAR DAN KOMPOSISI
Arus listrik yang terjadi pada sel volta disebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif ke elektroda positif. Hal ini disebabkan karena perbedaan potensial antara kedua elektroda. Andaikan kita mengukur perbedaan potensial (ΔV ) antara dua elektroda dengan menggunakan potensiometer ketika arus listrik yang dihasilkan mengalir sampai habis. Maka akan diperoleh nilai limit atau perbedaan potensial saat arus listriknya nol yang disebut sebagai potensial sel ( E0sel  )
Perbedaan potensial yang diamati bervariasi dengan jenis bahan elektroda dan konsentrasi serta temperatur larutan elektrolit. Sebagai contoh untuk sel daniell, bila diukur dengan potensiometer beda potensial pada suhu 250C saat konsentrasi ion Zn 2+ dan Cu2+ sama adalah 1,10V. Bila elektroda Cu/Cu2+ dalam sel daniell diganti dengan elektroda Ag/Ag+ potensial sel adalah 1,56V. Jadi dengan berbagai kombinasi elektroda dapat menghasilkan nilai potensial sel yang sangat bervariasi. Jadi alat potensiometer digunakan untuk mengukur perbedaan potensial antara dua elektroda sedangkan untuk mengukur nilai potensial mutlak untuk suatu elektroda tidak bisa dilakukan.
Oleh karena itu, diperlukan suatu elektroda yang dipakai sebagai standar atau pembanding dengan elektroda-elektroda yang lainny. Dan telah ditentukan yang digunakan sebagai elektroda standar adalah elektroda hidrogen. Elektroda hidrogen terdiri dari gas H2 dengan tekanan 1 atm yang dialirkan melalui sekeping logam platina ( Pt ) yang dilapisi serbuk Pt harus pada suhu 250C dalam larutan asam ( H+ ) 1M. Berdasarkan perjanjian elektroda hidrogen diberi nilai potensial 0,00Volt.
Potensial sel yang terdiri atas pasangan elektroda hidrogen / standar ( H/H+ ) dan elektroda Zn/Zn2+ adalah -0,76V. Bila elektroda Zn/Zn2+ diganti dengan Cu/Cu2+ maka besar potensialnya selnya menjadi +0,34V.
H2 + Zn2+ à 2H+ + Zn              E0 = -0,76V
H2 + Cu2+ à 2H+ + Cu             E0 = +0,34V

Karena besarnya potensial elektroda hidrogen =0,00V maka potensial reduksi  ( E0red ) zn dan Cu dapat ditentukan  :
Zn2+ +2e à Zn              E0 = -0,76V     disingkat E0red Zn = -0,76V
Cu2+ +2e à Cu             E0 = +0,34V    disingkat E0red Cu = +0,34V
Potensial reduksi ( E0red ) menunjukkan kecenderungan untuk menerima elektron.jadi berdasarkan nilai potensial eletroda diatas, potensial elektroda Zn bernilai negatif ( - ) menunjukkan bahwa Zn/Zn2+ lebih sukar untuk menerima elektron/direduksi dibanding dengan H/H+ dan Cu bernilai positif ( + ) menunjukkan bahwa Cu/Cu2+ lebih mudah untuk menerima elektron/direduksi dibanding dengan H/H+
Semakin sukar untuk direduksi berarti semakin mudah untuk dioksidasi dan sebaliknya semakin mudah direduksi berarti semakin sukar dioksidasi. Karena besar potensial oksidasi  ( E0oks ) berlawanan dengan potensial reduksi ( E0red )
Zn à Zn2+ + 2e          E0 = +0,76V                disingkat ( E0oks )Zn = +0,76V
Cu à Cu2+ + 2e          E0 = -0,34V                 disingkat ( E0oks )Cu = -0,34V

Potensial sel volta
Potensial sel volta dapat ditentukan dengan percobaan dengan menggunakan potensiometer/voltmeter dan secara teoritis potensial sel dapat dihitung berdasarkan perbedaan potensial reduksi ( E0red ) kedua elektroda atau penjumlahan potensial oksidasi pada anoda dengan potensial reduksi pada katoda.
Sebagai contoh pada sel daniel :
Zn2+ +2e à Zn                       E0 = -0,76V
Cu2+ +2e à Cu                       E0 = +0,34V
Yang mempunyai harga potensial reduksi ( E0red ) lebih kecil akan di oksidasi dan yang potensial reduksi ( E0red )  lebih besar akan direduksi .

Anoda ( oksidasi )                   : Zn à Zn2+ + 2e                    E0 = +0,76V   
Katoda ( reduksi )                   : Cu2+ + 2e à Cu                    E0 = -0,34V

Reaksi total ( redoks )             : Zn + Cu2+ à Zn2+ + Cu        E0 = +1,10V

Secara singkat dapat dihitung :
Nilai E0red yang lebih kecil akan dioksidasi dan yang lebih besar akan direduksi. Maka Zn akan dioksidasi dan Cu akan direduksi.
E0oks Zn = +0,76V
E0red Cu = +0,34V

E0sel = E0oks + E0red =  0,76 V + 0,34V = 1,10V

Nilai potensial sel ( E0sel ) yang positif menunjukkan bahwa reaksi tersebut dapat berlangsung secara spontan.
Maka sebaliknya reaksi :
Cu + Zn2+ à Cu2+ + Zn          E0= -1,10V
Nilai potensial sel ( E0sel ) nya negatif menunjukkan bahwa dalam keadaan normal tidak akan terjadi reaksi. Reaksi dapat terjadi bila ada suplai elektron dari luar/dialiri listrik yang akan dibahas pada elektrolisis.

Setengah reaksi reduksi ( pada katoda )
E0red ( volt )
Li+(aq) + e- à Li(s)
-3,04
K+(aq) + e- à K(s)
-2,92
Ca2+(aq) + 2e- à Ca(s)
-2,76
Na+(aq) + e- à Na(s)
-2,71
Mg2+(aq) + 2e- à Mg(s)
-2,38
Al3+(aq) +3e- à Al(s)
-1,66
Zn2+(aq) + 2e- à Zn(s)
-0,76
Cr3+(aq) + 3e- à Cr(s)
-0,74
Fe2+(aq) + 2e- à Fe (s)
-0,41
Cd2+(aq) + 2e- à Cd (s)
-0,40
Ni2+(aq) + 2e- à Ni (s)
-0,23
Sn2+(aq) + 2e- à Sn (s)
-0,14
Pb2+(aq) + 2e- à Pb (s)
-0,13
Fe3+(aq) + 3e- à Fe (s)
-0,04
2H+(aq) + 2e- à H2 (g)
0,00
Sn4+(aq) + 2e- à Sn2+ (aq)
0,15
Cu2+(aq) + e- à Cu2+ (aq)
0,16
ClO4-(aq) + H2O(l) + 2e- à ClO3-(aq) + 2OH-(aq)
0,17
AgCl(s) + e- à Ag(s) + Cl-(aq)
0,22
Cu2+(aq) + 2e- à Cu(s)
0,34
ClO3-(aq) + H2O(l) + 2e- à ClO2-(aq) + 2OH-(aq)
0,35
IO-(aq) + H2O(l) +2e-à I-(aq) + 2OH-(aq)
0,49
Cu+(aq) + e- à Cu (s)
0,52
I 2 (s) + 2e- à 2I- (aq)
0,54
ClO2-(aq) + H2O(l) + 2e- à ClO-(aq) + 2OH-(aq)
0,59
Fe3+(aq) + 2e- à Fe2+(aq)
0,77
Hg22+(aq)  + 2e- à 2Hg(l)
0,80
Ag+(aq) + e- à Ag (s)
0,80
Hg2+(aq) + 2e- à Hg(l)
0,85
ClO-(aq) + H2O(l) + 2e- → Cl-(aq) + 2OH-(aq)
0,90
2Hg2+(aq) + 2e- → Hg22+(aq)
0,90
NO3-(aq) + 4H+(aq) + 3e- → NO(g) + 2H2O(l)
0,96
Br2(l) + 2e- → 2Br-(aq)
1,07
O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)
1,23
Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)
1,33
Cl2(g) + 2e- → 2Cl-(aq)
1,36
Ce4+(aq) + e- → Ce3+(aq)
1,44
MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5e- → Mn2+(aq) + 4H2O(l)
1.49
H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e- → 2H2O(l)
1.78
Co3+(aq) + e- → Co2+(aq)
1.82
S2O82-(aq) + 2e- → 2SO42-(aq)
2.01
O3(g) + 2H+(aq) + 2e- → O2(g) + H2O(l)
2.07
F2(g) + 2e- → 2F-(aq)
2.87

Deret volta:

K-Ba-Sr-Ca-Na-Mg-Al-Zn-Cr-Fe-Ni-Sn-Pb-H-Cu-Hg-Ag-Pt-Au

Semakin ke kanan semakin mudah direduksi yang berarti semakin mudah menerima elektron dan merupakan oksidator (penyebab zat lain mengalami oksidasi).
Semakin ke kiri semakin mudah dioksidasi yang berarti semakin mudah melepas elektron dan merupakan reduktor (penyebab zat lain mengalami reduksi).
  • Logam di sebelah kiri dapat bereaksi dengan ion logam di sebelah kanannya :
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
  • Logam di sebelah kanan tidak dapat bereaksi dengan ion logam di sebelah kirinya :
Cu + Zn2+ → tidak bereaksi




DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisik Jilid I. Terjemahan Irma I. Kartohadiprojo. Jakarta: Erlangga.
Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisik. Edisi Keempat. Jilid II. Terjemahan Irma I. Kartohadiprojo. Jakarta : Erlangga.
Dogra, S.K. dan S. Dogra. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Terjemahaan Umar Mansyur. Jakarta : Universitas Indonesia.
Keenam, Charles W. Donald C. Kleinfelter Jesse H. Wood. 1996. Kimia Untuk Universitas. Edisi Keenam. Jilid I. Terjemahan Aloysius Hadyana Pudjaatmaka. Jakarta : Erlangga.
Sukardjo. 1997. Kimia Fisika. Jakarta ; PT. Rineka Cipta. 


NAMA : Khaerul Anwar

NIM       : 13630029

KELAS  : Kimia A


Tidak ada komentar

Diberdayakan oleh Blogger.