PERGESERAN KESETIMBANGAN
Kompetensi Dasar
3.9 Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan dan penerapannya dalam industri
4.9 Merancang, melakukan, dan menyimpulkan serta menyajikan hasil percobaan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan
Indikator Pencapaian Kompetensi Dasar
1. Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan berdasarkan Azas Le Chatelier
2. Menerapkan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan berdasarkan Azas Le Chatelier dalam industri
Materi Pembelajaran
PETA KONSEP
1. Azas Le Chatelier
Azas Le Chatelier adalah azas yang digunakan untuk memprediksi pengaruh perubahan kondisi pada kesetimbangan kimia. Azas Le Chatelier berbunyi:
“Jika suatu sistem kesetimbangan menerima suatu aksi, maka sistem tersebut akan mengadakan suatu reaksi sehingga pengaruh aksi menjadi sekecil-kecilnya”
Cara sistem melakukan reaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan. Pergeseran ke kiri artinya laju reaksi ke arah kiri menjadi lebih besar dan pergeseran ke kanan artinya laju reaksi ke kanan menjadi lebih besar.
Dalam ilmu kimia, Azas Le Chatelier digunakan untuk memanipulasi hasil dari reaksi bolak-balik (reversibel) bahkan bisa juga untuk memperbanyak produk reaksi. Asas Le Chatelier hanya berlaku untuk kesetimbangan dinamis.
Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat adanya aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran kesetimbangan (Martin S. Silberberg, 2000).
2. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pergeseran Kesetimbangan
Jika ke dalam sistem reaksi yang berada dalam keadaan kesetimbangan diberi gangguan, misalnya konsentrasi atau suhunya diubah, apa yang terjadi?.
Menurut Le Chatelier, jika sistem yang berada dalam keadaan kesetimbangan diganggu, sistem akan berusaha mengurangi gangguan dengan cara menggeser posisi kesetimbangan, baik ke arah pereaksi maupun hasil reaksi sehingga gangguan tersebut minimum dan tercapai keadaan kesetimbangan yang baru. Hal- hal apa sajakah yang dapat mempengaruhi kesetimbangan?
a. Jika pada suatu sistem kesetimbangan, konsentrasi salah satu komponen dalam sistem ditambah maka kesetimbangan akan bergeser dari arah penambahan itu, dan bila salah satu komponen dikurangi maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan itu. Sesuai dengan azas Le Chatelier (Reaksi = – aksi), jika konsentrasi salah satu komponen tersebut diperbesar, maka reaksi sistem akan mengurangi komponen tersebut. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu komponen diperkecil, maka reaksi sistem adalah menambah komponen itu.
b. Pengaruh Tekanan dan Volume
Konsentrasi gas dalam sebuah ruang, berbanding lurus dengan tekanan , sehingga penambahan tekanan menurunkan volume dan memperbesar konsentrasi semua komponen. Karena tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas, maka untuk mengurangi tekanan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya molekul gas lebih kecil. Sebaliknya, jika tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka sistem akan bereaksi dengan menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya molekul gas lebih besar.
c. Pengaruh Perubahan Suhu
Perubahan suhu terkait dengan pelepasan atau penyerapan kalor. Pada reaksi kesetimbangan, apabila reaksi ke kanan menyerap kalor (reaksi endoterm), maka reaksi ke kiri akan melepas kalor (reaksi eksoterm).
Berdasarkan Asas Le Chatelier:
Apabila suhu reaksi dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang menyerap kalor (reaksi edoterm)
Apabila suhu reaksi diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang melepas kalor (reaksi eksoterm)
Gambar 1 pergeseran kesetimbangan pada reaksi endoterm dan eksoterm
(sumber: rinosafrizal.com)
Contoh :
Pada reaksii kesetimbangan PCl3 (g) + Cl2 (g) ⇌ PCl5
(g) H = + a kJ
(g) H = + a kJ
Ke arah manakah reaksi akan bergeser apabila:
a. Gas Cl2 ditambahkan ke dalam campuran
b. Gas PCl5 ditambahkan ke dalam campuran
c. Suhu dinaikkan
d. Tekanan diperbesar
Jawab:
a. Penambahan gas Cl2 akan menggeser reaksi ke kanan
b. Penambahan gas PCl5 akan menggeser reaksi ke kiri
c. Peningkatan suhu akan menggeser reaksi ke arah endoterm, yaitu ke arah kanan
d. Tekanan diperbesar akan menggeser kea rah yang jumlah koefisien lebih kecil
yaitu ke arah kanan
3. Penerapan Kesetimbangan dalam Industri
Dalam industri yang melibatan reaksi kesetimbangan kimia, produk reaksi yang dihasilkan tidak akan bertambah ketika sIstem telah mencapai kesetimbangan. Produk reaksi akan kembali dihasilkan, jika dilakukan perubahan konsentrasi, perubahan suhu, atau perubahan tekanan dan volume. Pada bagian ini akan dibahas bagaimana proses produksi amonia (NH3) dan asam sulfat (H2SO4) dalam industrI. Kedua bahan kimia tersebut dalam proses pembuatannya melibatkan reaksi kesetimbangan, yang merupakan tahap paling menentukan untuk kecepatan produksi.
a. Pembuatan Amonia (NH3) menurut proses Haber-Bosch
Nitrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar 78% volume. Walaupun demikian, senyawa nitrogen tidak terdapat banyak di alam. Satu-satunya sumber alam yang penting ialah NaNO3 yang disebut Sendawa Chili. Sementara itu, kebutuhan senyawa nitrogen semakin banyak, misalnya untuk industri pupuk, dan bahan peledak. Oleh karena itu, proses sintesis senyawa nitrogen, fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode yang utama adalah mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia. Selanjutnya amonia dapat diubah menjadi senyawa nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam nitrat.
Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman. Perhatikan skema proses Haber Bosch
Gambar 2 Skema Proses Haber Bosch
Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500°C sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Peranan katalisator dalam industri amonia juga sangat diperlukan untuk mempercepat terjadinya kesetimbangan. Tentunya kalian masih ingat dengan katalisator bukan? Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat reaksi tetapi zat tersebut tidak ikut bereaksi. Untuk mengurangi reaksi balik, amonia yang terbentuk harus segera dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia. Keadaan reaksi untuk menghasilkan NH3 sebanyak-banyaknya disebut kondisi optimum. Kondisi optimum pada industri amoniak dilakukan pada suhu 600°C dan tekanan ruangan 1000 atm. (www.kkppbumn.depkeu.go.id)
b. Pembuatan Asam Sulfat
Asam sulfat merupakan bahan industri kimia yang penting, yaitu digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan pupuk. Proses pembuatan asam sulfat (H2SO4)sebenarnya ada dua cara, yaitu dengan proses kamar timbal dan proses kontak. Proses kamar timbal sudah lama ditinggalkan karena kurang menguntungkan. Proses kontak menghasilkan asam sulfat mencapai kadar 99% dan biayanya lebih murah.
Gambar 3 Skema Pembuatan Asam Sulfat
Pembuatan asam sulfat di industri dikembangkan melalui proses kontak, meliputi 3 tahap yaitu
1. Pembentukan belerang dioksida, persamaan reaksinya adalah
S(s) + O2(g) → SO2(g)
2. Pembentukan belerang trioksida, persamaan reaksinya adalah
SO2(g) + O2(g)
⇌ SO3 (g) ΔH = –196 kJ
⇌ SO3 (g) ΔH = –196 kJ
3. Pembentukan asam sulfat, melalui zat antara, yaitu asam pirosulfat.
Persamaan reaksinya adalah
SO3(g) + H2SO4(aq) → H2S2O7(aq)
H2S2O7(aq) + ½ O2(g) → 2H2SO4(aq)
Tahap penting dalam proses ini adalah reaksi (2). Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. Sama seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya berlangsung baik pada suhu tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi justrkesetimbangan bergeser ke kiri. Untuk memperbanyak hasil harus memperhatikan azas Le Chatelier
• Reaksi tersebut menyangkut tiga partikel pereaksi (2 partikel SO2 dan 1 partikel gas O2 untuk menghasilkan 2 partikel SO3. Jadi, perlu dilakukan pada tekanan tinggi.
• Reaksi ke kanan adalah reaksi eksoterm ( ∆H = – 196 kJ), berarti harus dilakukan pada suhu rendah. Masalahnya, pada suhu rendah reaksinya menjadi lambat. Seperti pada pembuatan amonia, permasalahan ini dapat diatasi dengan penambahan katalis V2O5. Dari penelitian didapat kondisi optimum untuk proses industri asam sulfat adalah pada suhu antar 400 C – 450°C dan tekanan 1 atm.
Latihan
Pada hidrolisis ester menurut reaksi:
CO2(g) + H2(g) ⇌ CO(g) + H2(g) ∆H = +41,2 kJ
ke arah mana kesetimbangan akan bergeser, jika pada suhu tetap:
a. ditambah gas hidrogen dan pengaruhnya terhadap konsentrasi CO2
b. suhu dinaikkan
c. tekanan diperbesar
DAFTAR PUSTAKA
Sudarmo, Unggul. 2014, Kimia untuk SMA /MA kelas XI, Surakarta, Erlangga
Myranthika, Fadillah Okty, M.Pd.2020, Modul Pembelajaran SMA Kimia Kelas XI,Kemendikbud
Sunarya, Yayan, dan Setiabudi, 2009. Muda dn Aktif Belajar Kimia Untuk Kelas XI sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Ilmu Pengetahuan Alam, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta
https://www.zenius.net/prologmateri/kimia/a/908/Asas-Le-Chatelier
https://rinosafrizal.com/faktor-yang-mempengaruhi-kesetimbangan-kimia/
https://materiipa.com/reaksi-kesetimbangan-kimia https://beatpaperplane.blogspot.com/2012/10/kesetimbangan-kimia-dalam-industri.html
