Slametra's Blog

Pada umumnya reaksi-reaksi kimia tersebut berlangsung dalam arah bolak-balik (reversible), dan hanya sebagian kecil saja yang berlangsung satu arah. Pada awal proses bolak-balik, reaksi berlangsung ke arah pembentukan produk, segera setelah terbentuk molekul produk maka terjadi reaksi sebaliknya, yaitu pembentukan molekul reaktan dari molekul produk.

Ketika laju reaksi ke kanan dan ke kiri sama dan konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah maka kesetimbangan reaksi tercapai. Ketika suatu reaksi kimia berlangsung, laju reaksi dan konsentrasi pereaksipun berkurang. Beberapa waktu kemudian reaksi dapat berkesudahan, artinya semua pereaksi habis bereaksi. Namun banyak reaksi tidak berkesudahan dan pada seperangkat kondisi tertentu, konsentrasi pereaksi dan produk reaksi menjadi tetap.
Reaksi yang demikian disebut reaksi reversibel dan mencapai kesetimbangan. Pada reaksi semacam ini produk reaksi yang terjadi akan bereaksi membentuk kembali pereaksi. ketika reaksi berlangsung laju reaksi ke depan (ke kanan), sedangkan laju reaksi sebaliknya kebelakang (ke kiri) bertambah, sebab konsentrasi pereaksi berkurang dan konsentrasi produk reaksi semakin bertambah.

Pada umumnya suatu reaksi kimia yang berlangsung spontan akan terus berlangsung sampai dicapai keadaan kesetimbangan dinamis. Berbagai hasil percobaan menunjukkan bahwa dalam suatu reaks kimia, perubahan reaktan menjadi produk pada umumnya tidak sempurna, meskipun reaksi dilakukan dalam waktu yang relatif lama.

Umumnya pada permulaan reaksi berlangsung, reaktan mempunyai laju reaksi tertentu. Kemudian setelah reaksi berlangsung konsentrasi akan semakin berkurang sampai akhirnya menjadi konstan. Keadaan kesetimbangan dinamis akan dicapai apabila dua proses yang berlawanan arah berlangsung dengan laju reaksi yang sama dan konsentrasi tidak lagi mengalami perubahan atau tidak ada gangguan
dari luar.

Sebagai contoh keadaan kesetimbangan dinamis, kita perhatikan reaksi penguraian (dissosiasi) gas N2O4 sebagai berikut :
N2O4 (g) <====> 2 NO2 (g)
Tak berwarna<====> merah-coklat

Andaikan sejumlah mol gas N2O4 dimasukkan ke dalam suatu bejana tertutup. Mula-mula dengan segera gas N2O4 yang tidak berwarna tersebut terdisosiasi menjadi NO2 yang berwarna merah coklat. Akan tetapi setiap dua molekul NO2 dengan mudah bergabung menjadi molekul zat N2O4 kembali. Mula–mula laju reaksi disosiasi N2O4 berlangsung relatif lebih cepat daripada laju reaksi pembentukan N2O4.

Namun laju reaksi pembentukan N2O4 juga makin lama makin bertambah besar sesuai dengan pertambahan jumlah NO2 yang terbentuk. Pada suatu saat laju reaksi disosiasi N2O4 sama dengan laju reaksi pembentukan N2O4. maka Keadaan inilah yang disebut Keadaan kesetimbangan.

Proses penguraian yang dibahas di atas, secara diagramatis dapat digambarkan sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 1 berikut :

Pada keadaan kesetimbangan, jumlah molekul NO2 dan N2O4 tetap. Oleh karena itu ketika keadaan kesetimbangan tercapai tidak terjadi perubahan sifat makroskopis zat. Akan tetapi reaksi penguraian dan pembentukan N2O4 tetap berlangsung secara terus menerus tidak kunjung berhenti.

Jadi, pada keadaan kesetimbangan dinamis, sekalipun secara makroskopis tidak terjadi perubahan, tetapi secara mikroskopis tetap terjadi perubahan yang terus menerus. Contoh lain dari reaksi kesetimbangan dinamis misalnya dalam dunia industri, amonia dibuat dari gas nitrogen dan gas hidrogen menurut persamaan adalah:
N2(g) + 3H2(g) —–> 2NH3(g) Delta H = -92 kJ

Stokiometri reaksi menunjukkan bahwa dalam suatu ruangan tertutup 1 mol gas nitrogen dipanaskan bersama 3 mol gas hidrogen. membentuk 2 mol amonia. Akan tetapi, dari percobaan diketahui bahwa hasil seperti itu tidak pernah dicapai. Pada awalnya, hanya terjadi satu reaksi yaitu pembentukan amonia.

Mengapa hal itu terjadi, ternyata reaksi berlangsung tidak tuntas. Reaksi “seperti berhenti“ setelah sebagian nitrogen dan hidrogen bereaksi. Reaksi berakhir dengan suatu campuran yang mengandung NH3, N2, dan H2. Keadaan seperti itu disebut keadaan setimbang.

Seperti telah disebutkan di atas, amonia dapat pula terurai membentuk nitrogen dan hidrogen. Oleh karena itu, segera setelah terbentuk sebagian amonia akan terurai kembali gas nitrogen dan gas hidrogen seperti pada persamaan reaksi:
2NH3(g) —–> N2(g) + 3H2(g)

Selanjutnya, kedua reaksi tersebut akan berlangsung secara bersamaan (simultan) menurut reaksi dapat terjadi dua arah sebagai berikut :
N2(g) + 3H2(g) <====> 2NH3(g)

Misalkan laju reaksi kekanan v1 dan laju reaksi balik v2. Sebagaimana telah dipelajari dalam bab sebelumnya yaitu laju reaksi, bahwa nilai v1 bergantung pada konsentrasi N2 dan H2, sedangkan nilai v2 bergantung pada konsentrasi NH3. pada awal reaksi, v1 mempunyai nilai maksimum, sedangkan v2 = 0 (karena NH3 belum ada).

Selanjutnya seiring dengan berkurangnya konsentrasi N2 dan H2, nilai v1 makin lama makin kecil. Sebaliknya, dengan bertambahnya konsentrasi NH3, nilai v2 makin lama makin besar. Pada suatu saat, laju reaksi maju (v1) menjadi sama dengan laju reaksi balik (v2).

Hal itu berarti bahwa laju menghilangnya suatu komponen sama dengan laju pembentukan komponen itu. Berarti, sejak v1 = v2, jumlah masingmasing komponen tidak berubah terhadap waktu oleh karena itu tidak ada perubahan yang dapat diamati terhadap waktu.

Oleh karena itu tidak ada perubahan yang dapat diamati atau diukur (sifat makroskopis tidak berubah), reaksi seolah-olah telah berhenti. Keadaan seperti itu disebut keadaan setimbang (kesetimbangan). Akan tetapi, percobaan menunjukkan bahwa dalam keadaan setimbang reaksi tetap berlangsung pada tingkat molekul (tingkat mikroskopis). Oleh karena itu, keseimbangan kimia disebut Kesetimbangan dinamis.

Perubahan v1 dan v2 terhadap waktu ditunjukkan pada Gambar 2.

Sedangkan perubahan konsentrasi N2, H2, dan NH3 terhadap waktu diberikan pada Gambar 3.

Pada kondisi ini konsentrasi N2 dan H2 (pereaksi) turun, konsentrasi NH3 (hasil reaksi) naik. Pada keadaan setimbang konsentrasi masing-masing zat tetap.

Waktu untuk mencapai keadaan setimbanga umumnya berbeda dari suatu reaksi ke reaksi yang lain. Ada reaksi yang mencapai kesetimbangan begitu zat-zat pereaksi dicampurkan, misalnya :
Fe3+(aq) + SCN-(aq) <====>FeSCN2+(aq)
2CrO4 + 2H+(aq) Cr2O7 <====> Cr2O72-(aq) + H2O(l)

Akan tetapi ada banyak reaksi yang memerlukan waktu lebih lama untuk mencapai keadaan setimbang. Misalnya, reaksi gas nitrogen dengan gas hidrogen membentuk amonia: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) memerlukan waktu berhari-hari untuk mencapai kesetimbangan, meskipun dilakukan pada suhu 500oC.

Cepat lambatnya suatu reaksi mencapai kesetimbangan bergantung pada laju reaksinya. Semakin besar laju reaksi, semakin cepat kesetimbangan tercapai. Berdasarkan gambar 4 terlihat bahwa :
1. Pada awal konsentrasi berubah dengan cepat
2. Pada waktu t, konsentrasi tidak berubah karena sistem berada dalam keadaan kesetimbangan.
3. Laju perubahan konsentrasi berkurang ketika reaksi berlangsung sampai mencapai nol, ketika sistem mencapai kesetimbangan.

Secara garis besar Kesetimbangan kimia hanya dapat berlangsung dalam sistem tertutup. Sementara itu, pada umumnya proses alami berlangsung dalam sistem terbuka. Sebagaimana kita saksikan, berbagai proses alami, seperti perkaratan logam, pembusukan, dan pembakaran merupakan reaksi yang berlangsung searah. Akan tetapi, jika sistemnya kita perbesar misalnya mencakup atmosfir secara keseluruhan, kita dapat melihat berbagai keseimbangan. Misalnya kesetimbangan yang mengatur komposisi atmosfir yang relatif konstan dari waktu ke waktu.

Proses kesetimbangan juga dapat terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Darah manusia, sebagi contoh, mempunyai suatu sistem yang mengatur pH tetap sekitar 7,4. Hal itu sangat penting, karena perubahan kecil saja pada pH darah akan mengganggu fungsinya, misalnya dalam kegiatan pengikatan logam.