Kesetimbangan Kimia: Pengertian, Ciri, Hubungan Kc dan Kp, serta Contoh Soalnya

Sobat Pijar, kamu pernah nggak, sih, memperhatikan kalau sedang merebus air dan kamu tutup pancinya, ternyata kalau api dimatikan uap air perlahan-lahan akan kembali menjadi air, lho. Tahukah kamu, ternyata peristiwa tersebut merupakan salah satu contoh kesetimbangan kimia. 

Materi kesetimbangan kimia diajarkan di SMA kelas 11 dan merupakan salah satu materi yang penting. Dalam materi kesetimbangan kimia kelas 11 ini, kita akan sama-sama mempelajari ciri-ciri, jenis kesetimbangan kimia, tetapan keseimbangan, dan beberapa poin lainnya. Yuk, simak selengkapnya di bawah ini. 

Baca juga: Materi Laju Reaksi: Pengertian, Faktor yang Mempengaruhi, dan Contoh Soalnya

Pengertian Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia adalah saat reaktan dan produk berada dalam tingkat konsentrasi yang sama. Pada umumnya, hal ini terjadi saat reaksi ke depan berlangsung di laju yang sama dengan reaksi balik. Laju reaksi bisa maju maupun mundur, jumlahnya tidak nol, tapi sama. Dengan begitu, tidak ada perubahan bersih dalam konsentrasi reaktan dan produk. 

Konsep kesetimbangan kimia awalnya dikembangkan oleh Berthollet, seorang ilmuwan yang menemukan bahwa reaksi kimia bersifat reversibel. Menurutnya, setiap campuran reaksi ada pada kesetimbangan dan laju reaksi maju mundur. Jadi, bisa disimpulkan bahwa kesetimbangan kimia terjadi apabila kedua reaktan dan produk hadir dalam konsentrasi yang sama dan tidak akan berubah. Bahkan seiring perjalanan waktu, konsentrasinya pun tetap sama. 

Contoh kesetimbangan kimia yang dinamis di dalam kehidupan kita adalah proses memanaskan air di dalam panci yang tertutup. Begitu air sudah mencapai suhu 100 derajat Celcius, maka air akan berubah menjadi uap dan tertahan oleh tutup panci. Apabila kompor dimatikan, maka uap air akan kembali berubah menjadi air, sehingga jumlah air yang ada di dalam panci pun tidak habis. 

Faktor Kesetimbangan Kimia

Beberapa faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia adalah:

1. Volume: jika volume ditambahkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang koefisiennya lebih besar. Sebaliknya, jika volume berkurang maka pergeseran kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah koefisiennya kecil. 
2. Tekanan: jika tekanan diperbesar, maka kesetimbangan bergeser ke koefisien kecil. Sebaliknya jika tekanan jumlahnya makin besar, maka kesetimbangan bergeser ke koefisien reaksi besar. 
3. Suhu: jika suhu dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan senyawa yang menyerap endoterm. Sebaliknya, jika suhu menurun maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan senyawa yang melepas panas eksoterm. 
4. Konsentrasi: jika konsentrasi senyawa atau unsur di salah satu ruas bertambah, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan. Sebaliknya jika konsentrasi senyawa di salah satu ruas berkurang, maka kesetimbangan akan bergeser ke arahnya sendiri. 

Ciri-ciri Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: 

1. Reaksi berlangsung dua arah dan dalam ruang tertutup
2. Tidak terjadi perubahan makroskopis tapi perubahan terjadi secara mikroskopis
3. Laju reaksi ke kiri dan ke kanan sama besar. 

Tetapan Kesetimbangan

Tetapan keseimbangan merupakan angka yang menunjukkan perbandingan secara kuantitatif antara produk dengan reaktan. Penggunaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berlaku pada seluruh wujud benda, mulai dari benda cair, gas dan padat. Akan tetapi, khusus pada benda yang wujudnya gas akan dilakukan terhadap tekanan, bukan pada molaritas. 

Nah, umumnya reaksi kesetimbangan dapat dituliskan sebagai berikut. 

pA (g) + qB (g) ⇄ rC (g) + sD (g)

Jika terdapat aksi pada reaksi kesetimbangan, kesetimbangan akan bergeser dan komposisi zat-zat akan berubah untuk kembali mencapai kesetimbangan. Perbandingan hasil kali molaritas reaktan dengan hasil kali moralitas produk yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya disebut dengan tetapan kesetimbangan. Bentuk tetapan kesetimbangan bisa dituliskan sebagai berikut. 

$K = \frac{[C]^r \times [D]^s}{[A]^p \times [B]^q}$

Keterangan: 

K = tetapan kesetimbangan

A = molaritas zat A (M)

B = molaritas zat B (M)

C = molaritas zat C (M)

D = molaritas zat D (M)

Tetapan kesetimbangan kimia terbagi menjadi 2, yaitu tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc) dan tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (Kp). Berikut ini penjelasan lengkapnya:

Tetapan Kesetimbangan berdasarkan Konsentrasi (Kc)

Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi adalah penentuan nilai tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi zat (Kc) yang terlibat dalam reaksi dihitung berdasarkan molaritas zatnya (M). Nah, untuk menghitung tetapan nilai kesetimbangan berdasarkan konsentrasinya, kamu harus memperhatikan fase atau wujud zat yang terdapat dalam reaksinya, ya. 

Hal tersebut dikarenakan nilai tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi zat (Kc) hanya berlaku untuk fase gas (g) atau larutan (aq) saja, selain fase tersebut akan dihiraukan. Nah, kesetimbangan konsentrasi ini terbagi menjadi dua berdasarkan fasenya, yaitu reaksi kesetimbangan homogen dan heterogen. 

a. Reaksi Kesetimbangan Homogen 

Merupakan reaksi kesetimbangan yang di dalamnya terdapat zat-zat dalam wujud yang sama. Contohnya adalah kesetimbangan larutan dengan larutan. 

Contoh:

1. N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) 
2. 2SO3 (g) ⇄ 2SO2 (g) + O2 (g) 
3. 2HCl (g) + 1 2 O2 (g) ⇄ H2O(g) + Cl2 (g)

b. Reaksi Kesetimbangan Heterogen 

Merupakan reaksi kesetimbangan yang melibatkan zat dalam wujud yang berbeda. Misalnya zat padat dengan zat cair, zat padat dengan gas, dan zat padat dengan larutan. 

Contoh:

1. C (s) + H2O (g) ⇄ CO (g) + H2 (g) 
2. 2NaHCO3 (s) ⇄ Na2CO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g) 
3. HCO- (aq) + H2O (l) ⇄ CO3 2- (aq) + H3O+ (aq) 
4. Ag+ (aq) + Fe2+(aq) ⇄ Ag (s) + Fe3+(aq)

Tetapan Kesetimbangan berdasarkan Tekanan Parsial (Kp)

Salah satu cara menentukan tetapan kesetimbangan adalah dengan melihat tekanan parsialnya yang biasanya disebut dengan tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (Kp). Sama seperti tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi, kamu juga harus memperhatikan fase atau zat yang terlibat dalam reaksi tetapan kesetimbangannya. Jadi, dalam tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial (Kp), fase yang dibutuhkan hanya fase gas (g). 

Bentuk reaksi tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial adalah sebagai berikut. 

Kalau kita perhatikan bentuk reaksi di atas, terlihat bahwa hanya ada fase gas saja yang berlaku pada reaksi kesetimbangan tekanan parsial. Berdasarkan reaksi tersebut, berikut adalah bentuk persamaannya. 

$K_p = \frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b}$

Keterangan: 

PA = Tekanan Parsial Zat A

PB = Tekanan Parsial Zat B

PC = Tekanan Parsial Zat C

PD = Tekanan Parsial Zat D

Nah, untuk menghitung tekanan pada zat dalam persamaan tersebut adalah sebagai berikut. 

$PA = \frac{mol \space A}{mol \space total} \times P_{total}$

Hubungan Kc dan Kp

Kc dan Kp saling berhubungan karena Kp dapat ditentukan dari Kc suatu reaksi. Tetapan parsial gas bergantung pada konsentrasi gas di dalam ruangan. Dengan begitu, tetapan kesetimbangan parsial (Kp) dari gas dapat dihubungkan dengan tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc) dari gas tersebut. Untuk memahami hubungan Kc dan Kp dalam kesetimbangan kimia, berikut ini penjelasannya:

Rumus hubungan Kc dan Kp dengan persamaan reaksi adalah: 

$K_p = K_c \times (RT)Δⁿ$

Keterangan:

Kp: tetapan kesetimbangan tekanan gas

Kc: tetapan kesetimbangan konsentrasi

Δⁿ: selisih jumlah koefisien gas reaktan dan produk

R: tetapan gas = 0.082 L.atm/mol.K

T: suhu (°K = °C + 273).

Contoh Soal Kesetimbangan Kimia

Mau tahu seperti apa contoh soal kesetimbangan kimia kelas 11? Berikut ini adalah beberapa contoh soal kesetimbangan kimia beserta jawabannya:

1. Perhatikan persamaan disosiasi senyawa N₂O₄ berikut:

N₂O_4(g) ⇄ 2NO_2(g)

Sistem kesetimbangan tersebut memiliki nilai konstanta K_p sebesar 149,2. Berapa nilai K_c sistem kesetimbangan tersebut pada suhu 27°C ?

Jawab:

Mula-mula kita harus menghitung nilai n, selisih perbedaan jumlah molekul gas pada produk dan reaktan.

$Δn = 2 - 1 = 1$

Kemudian, substitusi nilai yang di dapat ke persamaan hubungan Kc dan Kp:

$K_p = K_c(RT)^{Δⁿ}$

$K_C = K_p (RT)^{-Δⁿ}$

$K_C = 149,2 \times (0,082 \times 300)^{-1}$

$K_C = 6,06$

2. Diketahui persamaan kesetimbangan berikut:

2A_(g) ⇄ B_(g) + 2C_(g)

Berapa nilai perbandingan $\frac{K_p}{K_c}$ dari persamaan reaksi kesetimbangan tersebut pada 25°C?

Jawab:

Hubungan antara kedua nilai konstanta kesetimbangan K_p dan K_c dapat dituliskan dalam persamaan berikut:

$K_p = K_c \times (RT)Δⁿ$

$\frac{K_p}{K_c} = (RT)Δⁿ$

Jadi, jawaban yang benar adalah 24,43

3. Titrasi kompleksometri adalah salah satu metode penentuan kadar suatu logam dalam sampel. Titrasi ini, membutuhkan larutan penyangga berupa ammonium klroida, NH₄Cl. Senyawa ini jika dalam udara terbuka dapat terurai dengan reaksi berikut:

2NH₄Cl_(s) ⇄ 2NH_3(g) + Cl_2(g)

Jika massa ammonium klorida yang digunakan adalah 107 gram dan tekanan amonia dan klorida adalah 2 atm, berapakah nilai K_p reaksi kesetimbangan di atas?

Jawab:

Reaksi kesetimbangan adalah reaksi yang berjalan dua arah dan ditandai dengan adanya panah reaksi dua arah. Hasil kali kesetimbangan pangkat koefisien untuk produk dibagi reaktan ditunjukkan dengan nilai K_c untuk fasa gas dan larutan serta K_p untuk fasa gas. Pada kasus di atas, ammonium klorida adalah padat sehingga jumlahnya tidak masuk perhitungan.

_____________________________________________________________

Baca juga: Konsep Termokimia - Hukum Kekekalan Energi, Persamaan Termokimia, dan Perubahan Entalpi

Ingin tahu lebih banyak tentang kesetimbangan kimia maupun pembahasan kimia dan mata pelajaran lainnya? Coba belajar bareng Pijar Belajar, yuk! Pijar Belajar adalah aplikasi bimbel online yang menyediakan berbagai konten pembelajaran untuk siswa SD, SMP, dan SMA. Jadi, pastinya ada banyak banget materi belajar yang bisa kamu akses.

Yuk, download Pijar Belajar sekarang atau klik banner di bawah ini!