Beranda › Learning Hub › Kimia SMA › F.5 Kesetimbangan kimia
F.5

Kesetimbangan Kimia

Fase F · Kelas XI–XII

Banyak reaksi tidak berjalan sampai habis: pereaksi berubah menjadi produk, tetapi produk juga berubah kembali menjadi pereaksi. Pada keadaan setimbang kedua arah berlangsung sama cepat. Memahami kesetimbangan memungkinkan industri mengatur suhu dan tekanan agar hasilnya sebanyak mungkin — seperti pada pembuatan amonia untuk pupuk.

📋Capaian Pembelajaran

Fase F: menganalisis kesetimbangan kimia dan penerapannya. Sub materi: kesetimbangan dinamis, tetapan kesetimbangan (Kc dan Kp), hasil bagi reaksi (Q) untuk memprediksi arah reaksi, dan prinsip Le Chatelier tentang pengaruh konsentrasi, suhu, tekanan, dan volume. Kesetimbangan asam-basa dan kelarutan dibahas di halaman berikutnya.

🎯Yang perlu kamu kuasai

  • Menjelaskan reaksi reversibel dan kesetimbangan dinamis.
  • Menuliskan ungkapan Kc dan Kp, termasuk kesetimbangan heterogen.
  • Menghitung Kc dari data dan memakai Q untuk meramalkan arah reaksi.
  • Menerapkan asas Le Chatelier pada perubahan konsentrasi, tekanan, volume, dan suhu.
  • Menganalisis kondisi optimum proses Haber dan proses kontak.

📚Materi

1. Kesetimbangan dinamis

Pada sistem tertutup, reaksi reversibel mencapai keadaan ketika laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik. Konsentrasi semua zat menjadi tetap (tidak harus sama), tetapi reaksi tidak berhenti — kedua arah tetap berlangsung.

Grafik konsentrasi terhadap waktu: konsentrasi pereaksi turun dan konsentrasi produk naik, lalu keduanya mendatar setelah garis putus-putus bertanda setimbang.
Setelah setimbang, konsentrasi tetap tetapi reaksi maju dan balik tetap berlangsung.

2. Tetapan kesetimbangan

Untuk \( a\mathrm{A} + b\mathrm{B} \rightleftharpoons c\mathrm{C} + d\mathrm{D} \):

\[ K_c = \frac{[\mathrm{C}]^c[\mathrm{D}]^d}{[\mathrm{A}]^a[\mathrm{B}]^b} \]

Zat padat murni dan zat cair murni tidak dimasukkan ke dalam ungkapan K (kesetimbangan heterogen). Untuk gas dapat pula dipakai tekanan parsial (Kp), dengan \( K_p = K_c(RT)^{\Delta n} \), Δn = mol gas produk − mol gas pereaksi.

  • K besar → posisi kesetimbangan condong ke produk; K kecil → condong ke pereaksi.
  • Persamaan dibalik → K menjadi \( 1/K \); persamaan dikali 2 → K menjadi \( K^2 \).
  • Q dihitung seperti K tetapi dengan konsentrasi saat itu: Q < K → reaksi bergeser ke kanan; Q > K → ke kiri; Q = K → setimbang.

3. Asas Le Chatelier

Jika sistem setimbang diganggu, sistem bergeser untuk mengurangi pengaruh gangguan itu.

  • Konsentrasi: menambah pereaksi → bergeser ke produk; mengambil produk → bergeser ke produk.
  • Tekanan diperbesar / volume diperkecil: bergeser ke jumlah mol gas yang lebih kecil. Jika jumlah mol gas kiri dan kanan sama, tidak bergeser.
  • Suhu dinaikkan: bergeser ke arah reaksi endoterm. Hanya perubahan suhu yang mengubah nilai K.
  • Katalis: mempercepat tercapainya kesetimbangan, tetapi tidak menggeser posisinya.

4. Kesetimbangan dalam industri

Proses Haber–Bosch: \( \mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3} \), ΔH = −92 kJ. Tekanan tinggi (sekitar 150–250 atm) menggeser ke kanan (4 mol gas → 2 mol). Suhu rendah juga menguntungkan hasil, tetapi reaksinya terlalu lambat, sehingga dipakai suhu kompromi sekitar 400–450 °C dengan katalis besi. Amonia didinginkan dan dipisahkan agar kesetimbangan terus bergeser ke kanan.

Proses kontak: \( \mathrm{2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3} \), ΔH = −198 kJ, katalis V₂O₅, suhu sekitar 450 °C — tahap utama pembuatan asam sulfat.

✏️Contoh soal

Dalam wadah 1 L dimasukkan 1,0 mol H₂ dan 1,0 mol I₂. Pada keadaan setimbang terbentuk 1,6 mol HI: \( \mathrm{H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI} \). Tentukan Kc.

Tabel MRS (mula-mula, reaksi, setimbang):

H₂I₂2HI
Mula-mula1,01,00
Reaksi−0,8−0,8+1,6
Setimbang0,20,21,6
\[ K_c = \frac{(1{,}6)^2}{(0{,}2)(0{,}2)} = 64 \]
Periksa. Perubahan mol mengikuti koefisien 1 : 1 : 2. K besar sehingga kesetimbangan condong ke HI.
Jebakan. Memasukkan jumlah mol mula-mula ke dalam Kc. K selalu dihitung dari keadaan setimbang.

📝Latihan

Kerjakan di kertas, lalu buka jawabannya.

1. Tuliskan ungkapan Kc untuk CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g).
\( K_c = [\mathrm{CO_2}] \); zat padat tidak dimasukkan.
2. Pada N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (eksoterm), ke mana kesetimbangan bergeser jika suhu dinaikkan? Bagaimana nilai K?
Bergeser ke kiri (arah endoterm); nilai K mengecil.
3. Bagaimana pengaruh memperbesar tekanan pada H₂ + I₂ ⇌ 2HI?
Tidak bergeser, karena jumlah mol gas di kiri dan kanan sama (2 = 2).
4. Untuk suatu reaksi Kc = 4. Pada suatu saat Q = 10. Ke arah mana reaksi berlangsung?
Q > K, sehingga reaksi berlangsung ke kiri sampai Q = K.
5. Jika Kc untuk A ⇌ 2B adalah 0,25, berapa Kc untuk 2B ⇌ A?
\( 1/0{,}25 = 4 \).
6. Mengapa proses Haber tidak memakai suhu rendah walaupun suhu rendah menguntungkan hasil amonia?
Pada suhu rendah laju reaksi sangat lambat sehingga tidak ekonomis. Suhu sekitar 400–450 °C dengan katalis memberi laju yang cukup dengan hasil yang masih memadai.

🎯Latihan TKA untuk topik ini

Soal-soal berikut dari latihan TKA Kimia SMA menguji materi di halaman ini. Kerjakan langsung di halaman soal, lalu buka pembahasannya.

  • Paket 1 · Soal 24 PGK Kategori — Menganalisis pengaruh tekanan, suhu dan katalis terhadap kesetimbangan pada proses Haber-Bosch.
  • Paket 2 · Soal 24 PGK Kategori — Menganalisis pengaruh tekanan, suhu dan katalis terhadap kesetimbangan pada proses kontak.