Penggunaan "Asas Le Chatelier" dalam reaksi kesetimbangan kimia beserta contohnya

TeoriKimia - Pada artikel kali ini kita akan membahas pengertian reaksi kesetimbangan kimia lengkap dengan contoh soal dan penerapannya dalam kehidupan sehari - hari. Bila kita ingin melakukan eksperimen reaksi kimia maka biasanya kita bebas memilih berapa konsentrasi awal pereaksi. Jika reaksi telah berlangsung maka jumlah pereaksi di perlukan dan jumlah hasil reaksi yang terbentuk tergantung pada stoikiometri reaksi. Bila kesetimbangan telah tercapai maka terdapat campuran pereaksi dan hasil reaksi, dan konsentrasi itu disebut konsentrasi kesetimbangan. Ungkapan yang mengbubungkan konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi disebut hukum kesetimbangan atau ungkapan kesetimbangan.

Contohnya adalah reaksi antara H₂ dan N₂ membentuk NH₃,

3H₂(g) + N₂(g)       --->         2NH₃(g)

Reaksi ini merupakan kesetimbangan paling penting karena menggunakan N₂ dari atmosfar membentuk pupuk dan bahan kimia lainnya. Tetapan kesetimbangan pada reaksi diatas dapat dirumuskan sebagai berikut

        (NH₃)₂           

 ———-———— = Kc = 6,00.10`2 (pada kesetimbangan)

  (H₂) ₃ (N₂)

Hukum kesetimbangan ini salalu tetap pada temperatur tertentu. Bila temperatur berbeda maka nilai konstanta kesetimbangan akan berbeda. Satu kegunaan hukum kesetimbangan yaitu dapat memperkirakan stoikiometri reaksi. Jadi eksponen pada konsentrasi NH₃, H₂ dan N₂di dalam hukum kesetimbangan sama dengan koefisien persamaan kesetimbangan.

A.    Konstanta Kesetimbangan (Kc)

Konstanta kesetimbangan adalah besaran yang harus dihitung dari data eksperiman. Ada dua metoda untuk menentukan konstanta kesetimbangan ini ;

1. Malalui energi bebas standar (∆G).
2. Pengukuran langsung konsentrasi kesetimbangan.

Dengan mengetahui nilai konstanta kesetimbangan maka kita dapat menghitung konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi dalam suatu sistem setimbang. Tetapi tanpa menghitung pun, besarnya K memberikan informasi kualitatif yang sangat berguna mengenai ke arah mana reaksi akan ber1angsung sempurna. Contohnya, reaksi

A ;===  f B

dimana dapat ditulis,

(B)

 ———-———— = Kc

(A)

Bila harga Kc = 10, maka ini bararti bahwa dalam kesetimbangan,

(B) = 10. (A)

Jadi konsentrasi (B) sepuluh kali lebih besar dari pada A. Dengan kata lain posisi kasetimbangan adalah pada arah pembentukan hasil reaksi.

B.     Asas Le Chatelier

Setelah mengetahui tentang kesetimbangan dan mengungkapkannya secara kuantitatif dalam rumusan konstanta kesetimbangan maka dapat dilakukam perhitungan matematis terhadap sistem kesetimbangan tersebut. Namun ternyata kita dapat memperkirakan arah pergerakan kesetimbangan sesuai dengan asas Le Chatelier.

Prinsip Le Chatelier menyatakan bahwa bila suatu sistsm setimbang dinamik mendapat gangguan yang mengganggu kesetimbangan maka sistem akan berubah sedemikian hingga gangguan berkurang dan jika mungkin kembali ke keadaan setimbang

Pada asas Le Chatelier dipengaruhi beberapa faktor yakni perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil, perubahan suhu reaksi, perubahan takanan atau volume reaksi, penambaham gas inert dan penambahan katalis.

Henry louis Le chatelier

1.      Perubahan Konsentrasi Pereaksi dan Hasil Reaksi

Perhatikan reaksi,

H₂(g) + I₂(g)         2HI(g)

dengan konstanta kesetimbangan,

(HI)2

Kc = ———-————

(H2) (I2)

Bila H₂ ditambah pada campuram reaksi yang berada dalam kesetimbangan maka konsentrasi H₂bertambah sehingga harga Qc < Kc, berarti kesetimbangan belum tercapai. Berdasarkan prinsip Le Chatelier gangguan H₂ dapat direduksi dengan mengeliminasi H₂. Eliminasi H₂ terjadi melalui reaksi pembentukan HI dengan I₂. Akibatnya posisi kesetimbangan bergeser ke kanan. 

Bila kesetimbangan tercapai lagi, maka konsentrasi HI dan juga H₂ lebih besar dari sebelumnya, tetapi konsentrasi I₂ menjadi lebih kecil. Sistem tidak pernah dapat mengatasi secara sempurna pengaruh penambahan atau pengurangan pereaksi atau hasil reaksi, sehingga konsentrasi akhir semua zat berbeda dari keadaan awal.

Selain penambahan pereaksi, prinsip Le Chatelierjuga dapat digunakan memperkirakan pengaruh pengurangan pereaksi atau hasil reaksi pada posisi kesetimbangan. Contohnya, jika I₂ dikurangi dari campuran reaksi yang telah setimbang maka HI akan terdekomposisi untuk menggantikan I₂. Jadi posisi kesetimbangan bergeser ke kiri.

Dengan penambahan zat, maka posisi reaksi bergeser kearah zat yang tidak mengalami penambahan sedangkan bila zat dikurangi maka posisi reaksi bergeser ke arah dari mana zat dikurangi.

2. Pengaruh temperatur pada posisi kesetimbangan

Harga konstanta kesetimbangan, Kc, konstan bila temperatur sistem konstan. Tidak seperti konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi, temparatur selain mempangaruhi posisi kesetimbangan juga mempengaruhi nilai konstanta kesetimbangan itu sendiri. Perhatikan reaksi eksotermik pembentukan N₂O₄dari NO₂.

Persamaan reaksinya adalah,

NO₂(g)                      N₂O₄(g) + 58,8 kJ

dimana panas reaksi sebesar 58,8 kJ dinyatakan sebagai hasil reaksi. Bila temparatur kesetimbangan akan diturunkan dengan menempatkan campuran reaksi dalam es maka berdasarkan prinsip Le Chatelier sistem akan berubah untuk mengganti panas akibat pandinginan. 

Karena reaksi pembentukan N₂O₄ adalah reaksi eksoterm maka posisi kesetimbangan bergeser ke kanan. Dan bila kesetimbangan telah tercapai kembali maka konsentrasi N₂O₄akan lebih tinggi dan NO₂ lebih rendah. Jadi penggantian panas yang hilang dapat dilakukan dengan perubahan NO₂ menjadi N₂O₄sehingga konsentrasinya lebih tinggi dan NO₂ lebih rendah dibandingkan sebalum ada gangguan.

Penurunan temperatur menyebabkan posisi kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm sedangkan bila temperatur dinaikkan bergeser ke arah reaksi endoterm.

Pada kesetimbangan NO₂  N₂O₄, perubahan temperatur kesetimbangan menyebabkan perubahan konsentrasi pereaksi dan hasil setelah kesetimbangan tercapai kembali. Tetapi dalam hal ini, perubahan konsentrasi terjadi bukan karena penambahan atau pengurangan zat atau perubahan volum. Dengan demikian jika konsentrasi berubah maka konstanta kesetimbangan juga akan berubah. Jadi dengan penurunan temperatur, pada reaksi eksoterm seperti dekomposisi NO₂, bila kesetimbangan tercapai pada temperatur yang lebih rendah maka,

Kc(Tl) < Kc(T2) dimana Tl > T2

Jadi, pada reaksi eksoterm, konstanta kesetimbangan lebih besar bila temperatur diturunkan.

3. Pengaruh perubahan tekanan dan volume pada posisi kesetimbangan.

Pada temperatur konstan, perubaban volume sistem l juga menyebabkan perubahan tekanan, demikian juga sebaliknya. Jika tekanan luar sistem meningkat maka volumenya makin kecil. 

Pada sistem reaksi berfasa padat dan cair, dimana cairan dan padatan sebenarnya adalah bersifat incompressible, maka bila reaksi banya melibatkan fasa ini perubaban tekanan luar tidak akan mengubah volume sistem. Dengan kata lain, sistem seperti ini tidak merespon adanya perubahan tekanan luar. Dengan demikian, gangguan tekanan luar tidak mempengaruhi kesetimbangan. Bila reaksi melibatkan gas, yang bersifat sangat compresible, perubahan tekanan akan menyebabkan perubaban volume yang dapat mengganggu kesetimbangan.

Jika pada saat setimbang tiba-tiba tekanan dinaikkan dengan pengecilan volume tempat reaksi maka sistem berusaha mengurangi gangguan dengan penurunan tekanan. tetapi bagaimana hal ini dapat dilakukan? Kita mengetahui bahwa tekanan gas sebenarnya adalah disebabkan oleh tumbukan antara molekul dengan dinding tabung, dan ini pada temperatur tertentu. Berarti bila jumlah molekul besar maka tekanan juga besar. Pada reaksi pembentukan NH₃maka jumlah molekul gas akan menurun karena 4 molekul gas pereaksi menghasilkan 2 molekul gas NH₃. Dengan demikian penurunan tekanan sistem dapat dilakukan jika posisi kesetimbangan bergeser kekanan.

Penurunan volume campuran gas (kenaikan tekanan) yang berada dalam kesetimbangan akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah jumlah molekul paling kecil.

4. Penambahan gas"inert"

Jika suatu gas inert (tidak ikut bereaksi) ditambahkan pada tabung reaksi yang mengandung gas-gas yang ada pada keadaan setimbang, akan menyebabkan kenaikan tekanan total sistem. Tetapi kenaikan tekanan total ini tidak akan mempengaruhi posisi kesetimbangan karena tekanan parsial atau konsentrasi zat yang telah ada tidak berubah.

5. Pengaruh katalis pada posisi kesetimbangan

Katalis adalah zat yang dapat menaikkan kecepatan reaksi kimia, dan jumlah katalis tidak berubah. Fungsi katalis yaitu dapat mengubah jalannya reaksi, tetapi karena keadaan awal dan akhir reaksi adalah sama maka katalis tidak mempengaruhi perubahan energi bebas reaksi. Karena perubahan energi bebas menentukan besarnya konstanta kesetimbangan maka karena energi bebas tidak berubah berarti juga bahwa katalis tidak dapat mengubah harga K.