fbpx

Konstanta Kesetimbangan – Rumus, Soal dan Jawaban

Konstanta Kesetimbangan

Konstanta kesetimbangan dari suatu reaksi kimia adalah nilai dari hasil bagi reaksinya pada kesetimbangan kimia, suatu keadaan yang didekati oleh sistem kimia dinamis setelah waktu yang cukup telah berlalu di mana komposisinya tidak memiliki kecenderungan terukur terhadap perubahan lebih lanjut.

Untuk satu set kondisi reaksi tertentu, konstanta kesetimbangan tidak bergantung terhadap konsentrasi analitis awal dari spesi reaktan dan produk dalam campuran.

Dengan demikian, dengan adanya konsentrasi awal dari suatu sistem, nilai konstanta kesetimbangan yang diketahui dapat digunakan untuk menentukan komposisi sistem pada kesetimbangan.

Apa yang dapat mempengaruhi parameter reaksi pada konstanta kesetimbangan?

Yang dapat mempengaruhi parameter reaksi seperti suhu, pelarut, dan kekuatan ionik dapat mempengaruhi nilai konstanta kesetimbangan.

Pengetahuan mengenai konstanta kesetimbangan sangat penting untuk memahami berbagai macam sistem kimia, serta proses biokimia seperti transportasi oksigen oleh hemoglobin dalam darah dan homeostasis asam–basa dalam tubuh manusia.

Jenis konstanta kesetimbangan

Konstanta kestabilan, konstanta pembentukan, konstanta pengikatan, konstanta asosiasi, dan konstanta disosiasi semuanya merupakan jenis konstanta kesetimbangan.

Konstanta kesetimbangan, K, dapat dinyatakan sebagai rasio dari perkalian konsentrasi reaktan-reaktan dibagi perkalian konsentrasi produk-produk, di mana konsentrasi dari masing-masing substansi dipangkatkan koefisien stoikiometri dalam persamaan reaksi setara.

rumus kesetimbangan kimia

Konstanta kesetimbangan reaksi homogen

Dalam perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi homogen (semua substansi dalam reaksi berfasa sama), konsentrasi substansi dalam sistem larutan dapat dinyatakan dalam konsentrasi molar, sehingga K dapat juga ditulis Kc.

Untuk reaksi homogen dalam fasa gas

Konsentrasi substansi dalam wujud gas dapat dinyatakan sebagai tekanan parsial substansi, dan simbol konstanta kesetimbangannya menjadi Kp. Sebagai contoh, hukum kesetimbangan kimia untuk reaksi berikut dapat ditulis dalam 2 bentuk:

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

atau

K_c = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} atau K_p = \frac{p^2_{NH_3}}{p_{N_2} p^3_{H_2}}

Hubungan antara Kp dan Kc adalah:

K_p = K_c (RT)^{\Delta n_g}

di mana, R = tetapan gas universal, T = temperatur, dan Δng = jumlah mol produk gas – jumlah mol reaktan gas.

Dalam perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi heterogen (reaksi di mana terdapat lebih dari 1 fasa) yang melibatkan substansi dalam wujud cairan murni atau padatan murni, konsentrasi substansi cair dan padat tersebut diabaikan dan tidak ikut diperhitungkan. Contohnya:

CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
=> K_c = [CO_2] (g); K_p = p_{CO_2}

P4(s) + 6Cl2(g) ⇌ 4PCl3(l)
=> K_c = \frac{1}{[Cl_2^6]}; K_p = \frac{1}{p^6_{Cl_2}}

Apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan dan memprediksikan arah reaksi?

Untuk mengetahui apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan dan memprediksikan arah reaksi, ditentukan nilai dari kuosien reaksi, Qc, dengan mensubstitusikan nilai konsentrasi masing-masing substansi (produk dan reaktan) pada keadaan setimbang pada konstanta kesetimbangan kimia, Kc, dengan nilai konsentrasi awal masing-masing substansi pada keadaan reaksi tersebut.

  • Qc = Kc , reaksi telah mencapai kesetimbangan. Jika Qc = Kc, reaktan ⇌ produk
  • Qc < Kc , reaksi akan berlangsung dari arah kiri ke kanan (pembentukan produk) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Qc = Kc). Jika Qc < Kc, reaktan → produk
  • Qc > Kc , reaksi akan berlangsung dari arah kanan ke kiri (pembentukan reaktan) hingga mencapai kesetimbangan kimia (Qc = Kc). Jika Qc > Kc, reaktan ← produk

Definisi dan Sifat Dasar Konstanta Kesetimbangan

Untuk suatu sistem yang mengalami reaksi dapat-balik (reversible) yang dijelaskan melalui persamaan reaksi

suatu konstanta kesetimbangan dinamis, dinyatakan sebagai K, didefinisikan sebagai nilai hasil bagi reaksi Qt ketika reaksi maju dan mundur terjadi pada laju yang sama. Pada kesetimbangan kimia, komposisi kimia campuran tidak berubah seiring waktu dan perubahan energi bebas Gibbs  untuk reaksi tersebut adalah nol.

Jika komposisi campuran pada kesetimbangan diubah dengan penambahan beberapa pereaksi, posisi kesetimbangan baru akan tercapai, dengan waktu yang cukup.

Suatu konstanta kesetimbangan yang terkait dengan komposisi campuran pada kesetimbangan melalui 

di mana {X} menyatakan aktivitas termodinamika dari pereaksi X pada kesetimbangan, [X] menyatakan konsentrasinya, dan γ adalah koefisien aktivitasnya. Jika diasumsikan bahwa persamaan koefisien aktivitas, , adalah konstan dalam berbagai kondisi eksperimen, seperti pH, maka konstanta kesetimbangan dapat diturunkan sebagai persamaan konsentrasi.

Suatu konstanta kesetimbangan terkait dengan energi bebas Gibbs perubahan reaksi standar  melalui

,

di mana R adalah konstanta gas universalT adalah suhu dalam Kelvin, dan ln adalah logaritma alami. Ekspresi ini menunjukkan bahwa  haruslah merupakan angka murni dan tidak berdimensi, karena logaritma hanya dapat diterapkan pada angka murni.

 haruslah angka murni pula. Di sisi lain, persamaan reaksi pada kesetimbangan

.

memang memiliki dimensi konsentrasi yang dinaikkan ke beberapa kekuatan (lihat #Dimensionalitas, di bawah). Persamaan reaksi seperti itu sering disebut, dalam literatur biokimia, sebagai konstanta kesetimbangan.

Untuk campuran kesetimbangan gas, konstanta kesetimbangan dapat didefinisikan dalam tekanan parsial atau fugasitas.

Suatu konstanta kesetimbangan memiliki keterkaitan dengan konstanta laju reaksi maju dan mundur, kf dan kr pada reaksi yang terlibat dalam kesetimbangan yang terjangkau.

Nilai koefisien aktivitas yang tidak diketahui

Variasi log Kc asam asetat dengan kekuatan ionik

Sangat jarang untuk nilai koefisien aktivitas telah ditentukan secara eksperimen untuk sistem pada kesetimbangan. Ada tiga opsi untuk menghadapi situasi di mana nilai koefisien aktivitas tidak diketahui dari pengukuran eksperimen.

  1. Gunakan koefisien aktivitas yang dihitung, bersama dengan konsentrasi reaktan. Untuk perkiraan kesetimbangan dalam larutan perkiraan dari koefisien aktivitas spesies bermuatan dapat diperoleh dengan menggunakan teori Debye–Hückel, suatu versi perpanjangan, atau teori SIT. Untuk spesi tak bermuatan, koefisien aktivitas γ0 kebanyakan mengikuti model “salting-out“:

log10 γ0 = bI di mana I merupakan kekuatan ionik.

  1. Asumsikan bahwa koefisien aktivitas semuanya sama dengan 1. Hal ini dapat diterima ketika semua konsentrasi sangat rendah.
  2. Untuk kesetimbangan dalam larutan gunakan medium dengan kekuatan ionik yang tinggi. Akibatnya hal ini mengubah keadaan standar karena mengacu pada medium. Koefisien aktivitas dalam keadaan standar, menurut definisi, sama dengan 1. Nilai dari konstanta kesetimbangan yang ditentukan dengan cara ini bergantung pada kekuatan ionik. Ketika konstanta yang dipublikasikan mengacu pada kekuatan ionik selain yang diperlukan untuk aplikasi tertentu, mereka dapat disesuaikan dengan cara teori ion spesifik (SIT) dan teori lainnya.

Dimensionalitas

Setiap konstanta kesetimbangan, K, haruslah tidak berdimensi. Suatu konstanta kesetimbangan berhubungan dengan dengan energi bebas Gibbs perubahan reaksi standar melalui persamaan

Hal ini menunjukkan bahwa K haruslah angka murni sehingga logaritma dapat diturunkan. Dalam kasus kesetimbangan sederhana, rumusnya:

konstanta kesetimbangan termodinamis didefinisikan dalam aktivitas termodinamika, {AB}, {A} dan {B}, dari spesi dalam kesetimbangan satu sama lain.

Sekarang, setiap istilah aktivitas dapat dinyatakan sebagai perkalian konsentrasi  dan koefisien aktivitasnya. Maka,

Di mana setiap koefisien aktivitas memiliki dimensi 1/konsentrasi, K tetap tak berdimensi. Namun, ketika hasil bagi koefisien ditetapkan sama dengan 1, K muncul dengan dimensi 1/konsentrasi.

Inilah yang biasanya terjadi dalam praktek ketika konstanta kesetimbangan dihitung sebagai hasil bagi nilai konsentrasi. Asumsi yang mendasari praktek ini adalah bahwa hasil bagi aktivitas bernilai konstan di bawah kondisi di mana nilai konstanta kesetimbangan ditentukan. Kondisi yang ada biasanya dicapai dengan menjaga suhu reaksi tetap dan dengan menggunakan medium dengan kekuatan ionik yang relatif tinggi sebagai pelarut.

Hal ini tidak biasa, khususnya dalam teks-teks yang berkaitan dengan kesetimbangan biokimia, untuk melihat nilai yang dikutip dengan dimensi. Pembenaran untuk praktek ini adalah skala konsentrasi yang digunakan juga bisa dalam mol dm−3 atau mmol dm−3, sehingga satuan konsentrasi harus dinyatakan berurutan untuk menghindari kerancuan.

Dalam kesetimbangan umum antara dua pereaksi dapat dinyatakan sebagai

dalam kasus dimana konstanta kesetimbangan didefinisikan, dalam hal nilai konsentrasi numerik, maka

Dimensi yang terlihat dari nilai K ini adalah konsentrasi1−p−q; hal ini mungkin dapat ditulis sebagai M(1−p−q) atau mM(1−p−q), di mana simbol M menyatakan konsentrasi molar (1 M = 1 mol dm−3)

Contoh Soal dan Jawaban Konstanta Kesetimbangan

Soal Nomor 1: Dalam kesetimbangan: A (g) + B (g) ⇌ C (g) + D (g)
Ketika 1 mol masing-masing reaktan dicampur, terbentuk 0,6 mol setiap produk, berapakah nilai tetapan kesetimbangan reaksi tersebut jika volume wadah tertutup adalah 1 L?

Jawaban dan pembahasan:

Reaksi : A(g) + B(g) C(g) + D(g)
Awal : 1mol 1 mol
Bereaksi : -0,6 mol -0,6 mol +0,6 mol +0,6 mol
Kesetimbangan : 0,4 mol 0,4 mol 0,6 mol 0,6 mol

∴ Kc=[C][D][A][B]=0,6×0,60,4×0,4=0,360,16=2,25

Soal Nomor 2: Reaksi disosiasi gas H2S dalam air ditulis sebagai:
(i)   H2S (aq) ⇌ H+ (aq) + HS (aq)
(ii)  HS (aq) ⇌ H+ (aq) + S2– (aq)
(iii) H2S (aq) ⇌ 2H+ (aq) + S2– (aq)
Tetapan disosiasi dari ionisasi berturut-turut K1, K2 dan K3. Tentukan hubungan antara K3dengan K1 dan K2.

Jawaban dan pembahasan:

Nilai K dari suatu hasil penjumlahan dua reaksi atau lebih dapat dihitung dengan mengalikan masing-masing nilai K reaksi yang dijumlahkan itu.

H2S (aq) ⇌ H+ (aq) + HS (aq) ,  K1
HS (aq) ⇌ H+ (aq) + S2– (aq) , K2
H2S (aq) ⇌ 2H+ (aq) + S2– (aq) , K3

K3 =  K1 × K2

Soal Nomor 3: Sebanyak 0,041 mol gas NO dan 1,60 g gas bromin (Ar Br = 80) ditempatkan dalam wadah tertutup dengan volume 1 L, Reaksi yang terjadi dan membentuk kesetimbangan: 

2NO(g) + Br2(g) ⇌ 2NOBr(g)
Pada temperatur 25 °C dalam keadaan kesetimbangan NOBr pada reaksi tersebut terukur 0,4 atm. Tentukan nilai Kp?

Jawaban dan pembahasan:

Penentuan tekanan awal NO
P = nRT/V
P =  (0,041 mol) (0,082 L atm mol¯1 K¯1) ((25+273) K) ] / 1 L
P = 1,00 atm

Penentuan tekanan awal Br2
P = nRT/V
P =  (1,6/160 mol) (0,082 L atm mol¯1 K¯1) (298 K) ] / 1 L
P = 0,24 atm

Reaksi : 2NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g)
Awal : 1,00 atm 0,24 atm
Bereaksi : -0,40 atm -0,20 atm +0,40 atm
Kesetimbangan : 0,60 atm 0,04 atm 0,40 atm

Kp=(PNOBr)2(PNO)2×(PBr2)
Kp=0,4020,62×0,04
Kp=11,11

Soal Nomor 4: Tetapan kesetimbangan Kp untuk reaksi CO(g) + H2O(g) ⇌ CO2(g) + H2(g) adalah 4,0 pada temperatur tertentu. Jika pada reaksi kesetimbangan kita dapati jumlah ekimolar (jumlah zat yang sebanding) antara CO dan H2O yaitu 1 mol maka jumlah CO2 dan H2 adalah….

Jawaban dan pembahasan:

Reaksi : CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
Kesetimbangan : 1 mol 1 mol y mol y mol

Dari reaksi tersebut diketahui jumlah pereaksi dan hasil reaksi adalah seimbang, oleh karena itu Kp = Kc dan volume pada sistem dapat diabaikan dalam perhitungan tetapan kesetimbangan.

Kp = Kc = [CO2][H2][CO][H2O]
Kp =    4 = y×y1×1
Kp =    4 = y2
Kp =    y = 2
Jadi jumlah CO2 dan H2 masing-masing 2 mol.

Soal Nomor 5: Diketahui data Ka dan reaksi ionisasi beberapa asam berikut:

Reaksi ionisasi asam

Ka

H2CO3 ⇌ HCO3 + H+

4,2 × 10–7

CH3COOH ⇌ CH3COO + H+

1,8 × 10–5

HNO2 ⇌ NO2 + H+

4,5 × 10–5

HSO4 ⇌ SO42– + H+

1,2 × 10–2

Berdasarkan data tersebut, di antara reaksi berikut yang dapat berlangsung spontan ke kanan adalah:
A. HNO2 + CH3COO ⇌ CH3COOH + NO2
B. SO42– + HNO2 ⇌ HSO4 + NO2
C. CH3COO + H2CO3 ⇌ HCO3 + CH3COOH
D. NO2 + CH3COOH ⇌ HNO2 + CH3COO
E. CH3COOH + SO42– ⇌ CH3COO + HSO4

Jawaban dan pembahasan:

Menjumlahkan suatu reaksi = mengalikan nilai K, membalik persamaan reaksi berarti nilai K menjadi 1/K.
Dari alternatif jawaban maka diperoleh hasil hitung sebagai berikut.
Alternatif A:

HNO2 ⇌ H+ + NO2   Ka = 4,5 × 10–5
CH3COO + H⇌ CH3COOH   1/Ka = 1/(1,8 × 10–5)
HNO2 + CH3COO ⇌ CH3COOH + NO2    K =  2,5 × 100

dan seterusnya, dengan ringkasan sebagai berikut.

A. 4,5 × 10–5 : 1,8 × 10–5 = 2,5 × 100
B. 4,5 × 10–5 : 1,2 × 10–2 = 3,75 × 10–3
C. 4,2 × 10–7 : 1,8 × 10–5 = 2,33 × 10–2
D. 1,8 × 10–5 : 4,5 × 10–5 = 4,00 × 10–1
E. 1,8 × 10–5 : 1,2 × 10–2 = 1,50 × 10–3
Bila K bernilai besar (lihat eksponen tidak negatif) dibanding reaksi lain maka ini dianggap spontan ke kanan. Spontan ke kanan ini berarti pada reaksi kesetimbangan cenderung akan membentuk hasil reaksi lebih banyak dibanding bila nikai K lebih kecil. Jawaban yang paling tepat A.

Soal Nomor 6: Tetapan kesetimbangan reaksi H2 + I2 ⇌ 2HI adalah 50 pada 600 K, tentukan  tetapan kesetimbangan untuk HI ⇌ ½ H2 + ½ I2

Jawaban dan pembahasan:

Untuk reaksi: H2 + I2 ⇌ 2HI
➡ Kc = [HI]2[H2][I2]=50
Untuk reaksi: HI ⇌ ½ H2 + ½ I2
➡  K’c = [H2]1/2[I2]1/2[HI]=1Kc−−√=150−−√=0,141


Soal Nomor 7: 2 mol PCl5 dimasukkan ke dalam wadah 2 L dan dipanasi pada suhu 250 °C untuk mencapai keadaan setimbang, ketika 60% PCl5 terurai menjadai PCl3 dan Cl2. Nilai  tetapan kesetimbangan, Kc, untuk reaksi PCl5 (g) ⇌ PCl3 (g) + Cl2 (g) adalah…

Jawaban dan pembahasan:

PCl5 yang terdisosiasi hanya 60%  = 60% × 2 mol = 1,20 mol

Reaksi : PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g)
Awal : 2,00 mol
Bereaksi : -1,20 mol +1,20 mol +1,20 mol
Kesetimbangan : 0,80 mol 1,20 mol 1,20 mol
Konsentrasi
Saat Setimbang
: 0,80 mol/2 L
0,40 M
1,20 mol/2 L
0,60 M
1,20 mol/2 L
0,60 M

Kc = [PCl3][Cl2][PCl5]=0,60×0,600,40=0,90

Soal Nomor 8: Nilai  tetapan kesetimbangan untuk reaksi N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 adalah K,  tetapan kesetimbangan untuk 12 N2 + 32 H2 ⇌ NH3 akan menjadi….

Jawaban dan pembahasan:

Untuk reaksi:
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
Kc = K =[NH3]2[N2][H2]3
Serupa dengan persamaan itu maka
12N2 + 32 H2 ⇌ NH3
K’c =[NH3]1[N2]1/2[H2]3/2
Jadi K’c2 = Kc = K → K’c = K−−√


Soal Nomor 9: Mari kita anggap kesetimbangan gas-gas berikut beserta  tetapan kesetimbangannya pada suhu 298 K
SO2(g) + 12O2(g)⇌ SO3 (g), K1
dan
2SO3 (g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g) , K2
Maka hubungan  K1 dan  K2 adalah….

Jawaban dan pembahasan:

Kc untuk reaksi SO2(g) + 12O2(g)⇌ SO3 (g)
Kc = K1 =[SO3][SO2][O2]1/2 …(i)
Serupa dengan persamaan itu maka Kc’ untuk reaksi
2SO3 (g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g)
K’c = K2
K’c = [SO2]2[O2][SO3]2 …(ii)
Dari persamaan (i) dan (ii) diperoleh hubungan  K2 =  1K21

Apakah Anda memiliki sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan Anda sekarang juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com

Apakah Anda memiliki sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan atau jasa Anda sekarang juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com

Cara daftar pasang iklan gratis

3 Langkah super mudah: tulis iklan Anda, beri foto & terbitkan! semuanya di Toko Pinter

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar jika Anda mengunduh aplikasi kita!

Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!

Sumber bacaan: Purdue University, ThoughtCo

                                    

Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz |Matematika|IPA | Geografi & Sejarah|Info Unik|Lainnya


By | 2019-04-07T16:54:02+07:00 Maret 26th, 2019|Matematika|0 Comments

Leave A Comment