Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan

Jika suatu sistem kesetimbangan diganggu, maka sistem tersebut akan mengalami perubahan untuk mengurangi gangguan yang diberikan. 

Hal ini pertama kali dikemukakan ahli kimia Prancis Henry Louis Le Chatelier (1850–1936) pada tahun 1888 dan dikenal sebagai asas Le Chatelier.

1. PERUBAHAN KONSENTRASI

Dalam suatu sistem kesetimbangan, bila konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan dengan zat yang konsentrasinya diperbesar. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu zat diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah zat yang konsentrasinya diperkecil.

Pada suhu tetap, perubahan konsentrasi dalam kesetimbangan tidak mempengaruhi nilai Kc, artinya nilai Kc tidak berubah. Nilai Kc akan berubah jika suhu berubah. Penambahan atau pengurangan konsentrasi pada suhu tetap hanya akan mengubah konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam kesetimbangan dengan menggeser arah kesetimbangan sampai tercapai keadaan setimbang lagi.

Contoh Soal
Perhatikan reaksipembentukan amoniak berikut.
N2(g) + 3H2(g)  ↔  2NH3(g)
Ke arah mana kesetimbangan akan bergeser jika:
a. ditambah gas N2 dan H2
b. ditambah gas NH3

Penyelesaian

a. ditambah gas N2 dan H2
Bila ditambahkan sejumlah gas N2 dan H2 maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan yakni ke arah pembentukan gas NH3.

 
b. ditambah gas NH3
Sebaliknya bila dalam kesetimbangan ditambah gas NH3 maka reaksi akan bergeser ke arah kiri yakni ke arah pembentukan gas N2 dan H2.

UJI KOMPETENSI
1. Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
4NH3(g) + 7O2(g) ↔ 4NO2(g) + 6H2O(l)
Ke arah mana kesetimbangan akan bergeser jika:
(a) Ditambahkan gas NH3 dan O2
(b) Ditambahkan gas NO2 dan H2O
(c) Mengurangi cairan H2O

2. Ion besi(III) (Fe3+) berwarna kuning muda bereaksi dengan ion tiosianat (SCN-) yang tidak berwarna membentuk ion tiosianobesi(III) yang berwarna merah darah, sesuai reaksi kesetimbangan berikut.

Fe3+(aq)  +  SCN-(aq) ↔ [FeSCN]2+(aq)

Tentukan arah pergeseran kesetimbangan dan bagaimana perubahan warna larutan, jika:

(a) ditambah larutan NaSCN (ion SCN-)
(b) ditambah larutan Fe(NO3)3 (ion Fe3+)
(c) konsentrasi Fe3+ dikurangi dengan cara menambah asam oksalat (H2C2O4)

2. PERUBAHAN VOLUME DAN TEKANAN

Sesuai dengan hukum Boyle (P1.V1=P2.V2) volume berbanding terbalik dengan tekanan. 

Jika volume bejana diperbesar maka tekanan akan diperkecil, begitupun sebaliknya bila volume bejana diperkecil maka tekanan akan diperbesar, seperti yang ditunjukan pada Gambar.

Berdasarkan gambar di atas dapat disimpulkan bahwa bila volume bejana diperkecil dengan menaikan tekanan maka konsentrasi zat akan meningkat.

Begitupun sebaliknya jika volume bejana diperbesar dengan mengurangi tekanan maka konsentrasi zat akan berkurang atau mengecil.

Tekanan suatu gas tidak bergantung pada jenis gas tetapi bergantung pada jumlah molekul. Jumlah molekul gas dalam reaksi kesetimbangan berbanding lurus dengan koefisien reaksi. Oleh karena itu, perubahan volume dan tekanan terhadap pergeseran kesetimbangan dapat dirangkum sebagai berikut.

1. Reaksi kesetimbangan yang jumlah koefisien reaktan dan produk sama, maka perubahan volume dan tekanan tidak menggeser letak kesetimbangan. 

Contoh:
1H2(g) + 1I2(g) ↔ 2HI(g)
⚡ Jumlah koefisien reaksi di ruas kanan =  2
⚡Jumlah koefisien reaksi di ruas kiri     =  1 + 1 = 2

Karena jumlah koefisien pada kedua ruas sama maka perubahan volume dan tekanan tidak mempengaruhi kesetimbangan.

2. Reaksi kesetimbangan yang jumlah koefisien reakan dan produk tidak sama, maka perubahan volume dan tekanan akan mempengaruhi letak kesetimbangan.

Jika volume diperbesar atau tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke ruas yang jumlah koefisien reaksi paling besar, sebaliknya bila volume diperkecil atau tekanan diperbesar kesetimbangan akan bergeser ke ruas yang jumlah koefisien reaksi paling kecil.

Contoh :
1N2(g) + 3H2(g)  ↔  2NH3(g)
⚡ Jumlah koefisien reaksi di ruas kanan = 2
⚡ Jumlah koefisien reaksi di ruas kiri     = 1 + 3 = 4

Pada reaksi di atas, jika volume diperbesar atau tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan N2 dan H2 (ke arah reaktan) karena jumlah koefisiennya lebih besar.

Jika volume diperkecil atau tekanan diperbesar maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan NH3 (ke arah produk) karena jumlah koefisiennya lebih kecil.

Perlu diperhatikan bahwa perubahan tekanan atau volume tidak berpengaruh pada zat yang berwujud padat dan cairan. Oleh sebab itu, untuk menentukan arah pergeseran kesetimbangan, koefisien zat yang berwujud padat atau cairan tidak perlu dihitung.

Contoh reaksi kesetimbangan karbon yang berlangsug pada suhu tinggi berikut.

C(s) + 1H2O(g) ↔  1CO(g) + 1H2(g)
⚡ Jumlah koefisien reaksi di ruas kanan = 1 + 1 = 2
⚡ Jumlah koefisien reaksi di ruas kiri = 1 (hanya koefisien H2O)

Reaksi di atas, jika volume campuran diperbesar atau tekanan diperkecil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan (ke arah pembentukan CO dan H2). 

Jika volume diperkecil atau tekanan diperbesar kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri (ke arah pembentukan C dan H2O).

Tekanan dapat juga diperbesar dengan cara memasukan gas inert atau gas lembam seperti gas mulia. Penambahan ini menyebabkan tekanan total kesetimbangan meningkat karena masing-masing komponen memiliki tekanan parsial. 

Walaupun tekanan meningkat tetapi tidak menggeser letak kesetimbangan karena gas inert tidak bereaksi dengan zat-zat dalam bejana sehingga komposisi masing-masing komponen tetap. 

Dalam sistem kesetimbangan yang menggunakan pelarut air, penambahan air dalam jumlah yang cukup dapat mengakibatkan terjadinya pergeseran kesetimbangan.

Hal ini disebabkan penambahan air dalam jumlah banyak dapat memperbesar volume campuran, sehingga kesetimbangan bergeser ke sisi yang jumlah koefisiennya terbesar.

UJI KOMPETENSI
1. Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
N2(g) + 2O2(g) ↔ 2NO2(g)
Ke arah manakah kesetimbangan akan bergeser bila:
(a) volume diperbesar dan tekanan diperkecil
(b) volume diperkecil dan tekanan diperbesar

2. Reaksi penguraian fosfor tetraklorida sebagai berikut.
PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g)
Ramallah arah pergeseran kesetimbangannya jika:
(a) volume diperbesar dan tekanan diperkecil
(b) volume diperkecil dan tekanan diperbesar

3. Perhatikan reaksi pembakaran gas metana berikut.
2CH4(g) + 4O2(g) ↔ 2CO2(g) + 4H2O(l) 

Prediksilah arah pergeseran kesetimbangan pada reaksi di atas, jika:
(a) volume diperbesar dan tekanan diperkecil
(b) volume diperkecil dan tekanan diperbesar

4. Perhatikan reaksi kesetimbangan pembakaran gas H2 berikut.
2H2(g) + O2(g) ↔ 2H2O(g)

Jika tekanan diperbesar dengan cara menambahkan gas helium (He), maka ke arah manakah kesetimbangan tersebut akan bergeser?

3. PERUBAHAN SUHU

Bila pada suatu sistem kesetimbangan terjadi perubahan suhu, maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan.

Perubahan suhu berkaitan dengan penyerapan dan pelepasan kalor sehingga pergeseran kesetimbangan dapat diprediksi berdasarkan nilai perubahan entalpi (∆H). 

Pada reaksi yang berlangsung eksoterm (∆H= -), jika temperatur dinaikan kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri (ke arah reaktan). Hal ini menyebabkan nilai tetapan kesetimbangan (Kc) turun.

Begitupun sebaliknya jika temperatur diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan (ke arah produk). Hal ini menyebabkan nilai tetapan kesetimbangan (Kc) meningkat atau naik.

Contoh:
   2NO2(g)   ↔  N2O4(g)       ∆H = -58 kJ/mol
NO2 berwarna coklat tua sedangkan N2O4  tidak berwarna. 

Berdasarkan nilai ∆H reaksi di atas dapat diketahui bahwa reaksi berlangsung secara eksotermis. Oleh sebab itu, bila suhu dinaikan kesetimbangan akan bergeser ke kiri yakni ke arah pembentukan gas NO2. 

Namun bila suhu diturunkan reaksi akan bergeser ke kanan yakni ke arah pembentukan gas N2O4.

Pergeseran ini dapat dibuktikan dengan memperhatikan gambar berikut ini.

(A) Bohlam yang berisi gas N2O4 da NO2 dalam keadaan setimbang.

(B) Ketika Gambar (A) dimasukan ke dalam air panas (suhu dinaikan). Warna menjadi coklat tua mengindikasikan kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan gas NO2.

(C) Ketika Gambar (A) dimasukan ke dalam air dingin (suhu diturunkan). Warna menjadi coklat muda mengindikasikan kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan gas N2O4. Jika gambar (A) dimasukan ke dalam air es maka bohlam akan menjadi tidak berwarna.

(Gambar dikutip dari Raymond Chang. 2010. Chemistry : halaman 642)

Sedangkan pada reaksi yang berlangsung endoterm (∆H= +), jika temperatur dinaikan kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan (ke arah produk). Hal ini menyebabkan nilai tetapan kesetimbangan (Kc) meningkat atau naik.

Begitupun sebaliknya jika temperatur diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri (ke arah reaktan). Hal ini menyebabkan nilai tetapan kesetimbangan (Kc) turun.

Contoh:
N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g)    ∆H = +180.5 kJ

Berdasarkan  ∆H reaksi di atas dapat diketahui bahwa reaksi berlangsung secara endoterm. Oleh sebab itu, jika suhu dinaikan kesetimbangan akan bergeser ke kanan yakni ke arah pembentukan gas NO. 

Bila suhu diturunkan kesetimbangan reaksi akan bergeser ke kiri yakni ke arah pembentukan gas N2 dan O2.

UJI KOMPETENSI

1. Reaksi penguraian uap air sebagai berikut.

2H2O(g) ↔ 2H2(g) + O2(g)ΔH = +484 kJ

Ke arah manakah kesetimbangan akan bergeser jika:

a)  suhu reaksi dinaikkan
b)  suhu reaksi diturunkan

2. Perhatikan reaksi pembakaran gas metana berikut.
CH4(g) + 2O2(g) ↔ CO2(g) + 2H2O(l)  ∆H = -890 kJ

Prediksilah arah pergeseran kesetimbangan pada reaksi di atas, jika:

a) suhu reaksi dinaikkan
b) suhu reaksi diturunkan

4. KATALIS

Dalam reaksi kimia sering ditambahkan zat lain untuk mempercepat terbentuk zat yang diinginkan. Zat yang ditambahkan untuk mempercepat suatu reaksi disebut katalisator atau katalis. 

Dengan adanya katalis, reaksi yang memerlukan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu bahkan bertahun-tahun dapat tercapai dalam beberapa menit saja.

Dalam sistem kesetimbangan penambahan katalis tidak menggeser letak kesetimbangan, artinya penambahan katalis tidak mengganggu kesetimbangan sehingga tetapan kesetimbangan tidak berubah. 

Katalis hanya untuk mempercepat terbentuknya produk atau mempercepat tercapainya kesetimbangan.

UJI KOMPETENSI
1. Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut:
CaCO3(s) + 2HCl(aq) ↔ CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)

Ramalkan arah peregeseran kesetimbangan jika:
(a) ditambah kristal CaCO3
(b) ditambah larutan HCl
(c) ditambah larutan CaCl2
(d) ditambah gas CO2
(e) diencerkan dengan cara menambah air

2. Diketahui reaksi kesetimbangan sebagai berikut.
4NH3(g) + 5O2(g) ↔ 4NO(g) + 6H2O(g) (H° = -905.6 kJ

Cara apa saja yang dapat dilakukan untuk menggeser kesetimbangan tersebut ke kanan (produk).

3. Katalis platina (Pt) dapat digunakan dalam katalitik converter pada automobil untuk mempercepat oksidasi gas karbonmonoksida sesuai reaksi berikut:

2CO(g)  +  O2(g) ↔ 2CO2(g)   ∆H° = -566 kJ

Dianggap dalam wadah tempat piston bergerak terdapat kesetimbangan gas CO, O2, dan CO2.  Jumlah CO akan mengalami peningkatan, penurunan, ataukah akan tetap, jika

(a) suhu dinaikan
(b) tekanan diturunkan dengan menaikan volume campuran gas
(c) ditambah Pt
(d) ditambah gas argon
(e) ditambah gas O2