analogi kesetimbangan dinamis

Konsep Kesetimbangan

Dinamis

Tujuan

Mempelajari konsep kesetimbangan dinamis

Membedakan proses reversible dan irreversible

Dasar teori

Ketika suatu reaksi kimia berlangsung, laju reaksi dan konsentrasi pereaksi pun 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 (kekiri) 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 reaksi 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.

Perhatikanlah kertas yang terbakar. Apakah hasil pembakaran kertas dapat diubah menjadi kertas seperi semula? Pengalaman menunjukkan bahwa proses itu tidak dapat dilakukan, bukan? Reaksi seperi itu kita golongkan sebagai reaksi yang berlangsung searah atau reaksi yang tidak dapat balik (Irreversible). Apakah ada reaksi yang dapat balik? dalam kehidupan sehari-hari sulit menemukan reaksi yang dapat balik. Proses-proses alami umumnya berlangsung searah, tidak dapat balik. Namun, di laboratorium maupun dalam proses industri, banyak reaksi yang dapat balik. Reaksi yang dapat balik kita sebut reaksi reversible.

Reaksi reversible dan Reaksi Irreversible

·         Reaksi reversible

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 (kekiri) 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 reaksi 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.

Dalam kehidupan sehari-hari sulit untuk menemukan reaksi yang dapat balik. Proses-proses alami umumnya berlangsung searah, tidak dapat balik. Namun, di laboratorium maupun dalam proses industri, banyak reaksi yang dapat balik. Reaksi yang dapat balik kita sebut reaksi reversible. Sebagai contoh seperti pada proses pembuatan ammonia, ammonia (NH3) merupakan salah satu zat kimia yang paling banyak diproduksi. Ammonia terutama digunakan untuk bahan pembuatan pupuk, seperti urea. Penggunaan ammonia yang lain, yaitu untuk membuat resin, bahan mesiu, dan berbagai senyawa nitrogen lainnya. Di bidang industri, ammonia dibuat dari gas nitrogen dan hidrogen. Gas nitrogen dapat diperoleh dari udara yang sudah direaksikan sedemikian rupa hingga didapatkan gas nitrogen, sedangkan gas hidrogen  didapat dari gas alam. Jika campuran gas nitrogen dan hydrogen dipanaskan maka akan menghasilkan gas ammonia dengan persamaan termokimia dari reaksi pembuatan ammonia dapat dinyatakan sebagai :

N2(g) + 3H2(g)                       2NH3(g)

Sebaliknya, jika ammonia tersebut dipanaskan maka akan terurai kembali menjadi gas nitrogen dan hydrogen dengan reaksi :

2NH3(g)                      N2(g) + 3H2(g)

Dan jika diperhatikan, reaksi kedua merupakan kebalikan dari reaksi pertama. Sehingga kedua reaksi dapat di gabung menjadi :

 

N2(g) + 3H2(g)                 2NH3(g)

Tanda               menandakan bahwa reaksi yang berlangsung dapat terjadi secara dua arah dan dikenal dengan reaksi dapat balik atau reversible. Reaksi dapat balik yang  berlangsung dalam sistem tertutup akan berakhir dalam keadaan setimbang.

·         Reaksi irreversible

Perhatikanlah kertas yang terbakar. Apakah hasil pembakaran kertas dapat diubah menjadi kertas seperti semula? Pengalaman menunjukkan bahwa proses itu tidak dapat dilakukan, bukan? Reaksi seperti itu kita golongkan sebagai reaksi yang berlangsung searah atau reaksi yang tidak dapat balik (Irreversible) karena reaksi yang terbentuk tidak dapat kembali ke keadaan semula seperti sebelum terjadinya reaksi.

Keadaaan setimbang

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 reaksi 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.

N2(g) + 3H2(g)                       2NH3(g)

Pada reaksi diatas , menunjukan bahwa 1 mol nitrogen bereaksi dengan 3 mol hidrogen  akan membentuk 2 mol ammonia. Akan tetapi, dari sebuah percobaan diketahui bahwa hasil yang seperti dituliskan tidak pernah tercapai. Yang berarti, jika 1 mol nitrogen direaksikan dengan 3 mol hydrogen ternyata tidak dapat menghasilkan 2 mol ammonia , tetapi selalu kurang dari 2 mol.

Mengapa hal demikian dapat terjadi ?

Ternyata pada reaksi tersebut masih belum tuntas sepenuhnya, karena reaksi terlihat seperti berhenti setelah sebagian nitrogen dan hydrogen bereaksi. Reaksi akan berakhir dengan suatu campuran yang mengandung NH3, N2, dan H2. Dan keadaan seperti itulah yang disebut dengan keadaan setimbang.

Kesetimbangan homogen dan heterogen

Berdasarkan fasa reaktan dan produk suatu reaksi, reaksi kesetimbangan dibedakan menjadi kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.

• Kesetimbangan homogen adalah reaksi kesetimbangan yang memiliki fasa reaktan dan produk sama. Misal: reaktan berwujud gas dan produk juga berwujud gas.
• Kesetimbangan heterogen adalah reaksi kesetimbangan yang memiliki fasa reaktan dan produk tidak sama. Misal: reaktan berwujud padat dan produk berwujud gas.

Hukum kesetimbangan menyatakan jika reaksi sudah mencapai kesetimbangan, konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah lagi.

Alat dan bahan

Kertas ( dapat menggunakan segala jenis kertas )

Korek api

Gunting

2 buah pipa( sedotan dengan ukuran dan diameter yang sama

Larutan aquades yang sudah di berikan pewarna

2 buah botol

Gelas

Penggaris

Kertas label

Prosedur kerja

Percobaan pertama ( perbakaran kertas ) :

1. Menyiapkan kertas (dapat menggunakan segala macam jenis kertas, seperti : Koran, polio, Hvs, dan lainnya) dan mengukurnya dengan penggaris.
2. Menggunting kertas dengan panjang 5x3 cm dan 10x5 cm.
3. Membakar ujung kertas dengan menggunakan korek api lalu meletakannya ke dalam wadah (gelas), biarkan hingga seluruh kertas terbakar sepenuhnya. Mengamati serta mencatat waktu yang dibutuhkan untuk membakar kertas sepenuhnya apa yang terjadi. ( hati-hati pada saat membakar kertas karena prosesnya berlangsung cukup cepat )

Percobaan kedua (memindahkan larutan sebagai analogi)  :

1. Memberikan tanda 1 dan 2 pada dua buah gelas, sedangkan A dan B pada pipa( sedotan ) yang akan digunakan.
2. Mengisi aquades yang sudah dicampurkan dengan pewarna ke dalam botol 1 setinggi 5 cm, sedangkan  pada botol 2 biarkan dalam keadaan kosong.
3. Dengan menggunakan pipa 1, pindahkan larutan berwarna yang ada pada botol A ke dalam botol B. Pada saat yang bersamaan lakukan hal yang sama pada botol B dengan menggunakan pipa 2. Catatlah ketinggian cairan pada kedua botol setelah :

a.       Pipa yang berisi larutan berwarna dikeluarkan dari tabung.

b.      Cairan dari pipa dituangkan ke dalam tabung.

Cara memindahkan larutan :

a.       Pipa dimasukan kedalam botol dengan posisi jari menutup ujung pipa bagian atas.

b.      Setelah pipa masuk ke dalam botol yang berisi larutan, ujung pipa bagian atas biarkan terbuka agar larutan dalam botol dapat naik ke dalam pipa.

c.       Tutup kembali unjung pipa bagian atas dengan jari agar larutan tertahan, angkat dan keluarkan pipa dari dalam botol. Kemudian pindahkan pipa ke dalam botol yang lain dan biarkan lautan keluar dari dalam pipa dengan cara melepaskan jari yang menutup bagian atas pipa.

4. Ulangi prosedur (3) hingga tinggi cairan pada kedua botol tidak mengalami perubahan lagi.

Tabel hasil pengamatan

Percobaan pertama :

No	Kertas yang di gunakan	Waktu (s)	Keterangan
1	Kertas dengan ukuran 5x3 cm	9,79	Kertas berubah menjadi abu
2	Kertas dengan ukuran 10x5 cm	10,85	Kertas berubah menjadi abu

Percobaan ke dua :

Setiap pemindahan ke 20	Ketinggian larutan pada botol A (cm)		Ketinggian larutan pada botol B (cm)
	Setelah pipa dikeluarkan dari tabung	Setelah larutan dituangkan kedalam tabung	Setelah pipa dikeluarkan dari tabung	Setelah larutan dituangkan kedalam tabung
0 (keadaan semula)	5	5	0	0
1	4,1	4,2	0,7	0,8
2	3,6	3,7	1,2	1,3
3	3,2	3,3	1,6	1,7
4	2,9	3	1,9	2
5	2,7	2,8	2,1	2,2
6	2,5	2,6	2,3	2,4
7	2,5	2,6	2,3	2,4
8	2,5	2,6	2,3	2,4

Keadaan mula-mula :

Botol: A (5 cm) dan B (0 cm)

Pemindahan ke 20 (setelah larutan dituangkan kedalam tabung) :

Pertama                                                           Ke-2

        

Botol: A (4,2 cm) dan B (0,8 cm)                   Botol: A (3,7cm) dan B (1,3cm)

Ke-3                                                                Ke-4

       

Botol: A (3,3 cm) dan B (1,7 cm)                   Botol: A ( 3 cm) dan B ( 2 cm)

Ke-5                                                                Ke-6

   

Botol: A (2,8 cm) dan B (2,2 cm)                   Botol: A (2,6cm) dan B (2,4cm)

Ke-7                                                                Ke-8

    

Botol: A (2,6 cm) dan B (2,4 cm)                   Botol: A (2,6cm) dan B (2,4cm)

Pertanyaan

1. Termasuk jenis reaksi apakah proses pembakaran kertas ? jelaskan !
2. Mengapa terdapat perbedaan waktu yang didapat saat proses pembakaran ?
3. Pada pemindahan keberapa ketinggian larutan pada kedua botol tidak berubah lagi dan mengapa hal tersebut dapat terjadi meski pemindahan masih tetap dilanjutkan ?
4. Saat ketinggian tidak berubah lagi, botol manakah yang memiliki ketinggian larutan yang lebih tinggi ? jelaskan !
5. Bagaimanakah ketinggian akhir cairan pada kedua tabung, jika diameter tabung atau pipanya sama ?

Jawaban pertanyaan

1. Proses pembakaran kertas termasuk dalam reaksi irreversible, karena pada proses tersebut produk yang di hasilkan yaitu berupa abu tidak dapat dikembalikan kebentuk semulanya yaitu kertas. Karena itulah proses pembakaran kertas termasuk dalam reaksi irreversible atau tidak dapat balik.
2. Perbedaan waktu dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran pada kertas, sehingga waktu yang diperlukan agar kertas terbakar semua juga menjadi berbeda.
3. Ketinggian larutan tidak berubah lagi setelah pemindahan ke-20 yang ke 6,7 dan 8. Ketinggian tidak berubah karena konsentrasi produk (botol B) dan konsentrasi pereaksi (botol B) sudah mencapai kesetimbangan. Tanda bahwa suatu reaksi sudah mencapai suatu kesetimbangan adalah konsentrasi pereaksi dan konsentrasi produknya tidak bereaksi lagi atau berhenti dan dalam percobaan ini tinggi larutan tidak akan berubah meskipun pemindahan dilanjutkan.
4. Ketika tinggi larutan sudah tidak berubah, botol A lah yang lebih tinggi larutannya daripada botol B, hal ini dapat terjadi karena adanya perbedaan diameter atau pun tebal botol dan juga dari perbedaan pipa yang di gunakan , meskipun terlihat sama namun jika di ukur kembali maka aka nada selisih dari kedua alat yang digunakan. Karena itulah terdapat perbedaan tinggi larutan antara botol A dengan botol B.
5. Jika menggunakan botol atau pun pipa yang memiliki diameter dan ketebalan yang sama, maka tinggi larutan pada kedua botol akan sama karena larutan akan terdistribusi secara merata kepada masing-masing botol.

Pembentukan konsep

Berdasarkan dari hasil pengamatan dan data yang sudah didapat pada percobaan , maka :

• Pada percobaan pertama yaitu proses pembakaran kertas termasuk ke dalam reaksi irreversible, mengapa ? karena produk yang dihasilkan berupa abu tidak dapat kembali menjadi kertas seperti keadaan semula, sehingga reaksi berlangsung satu arah atau tidak dapat balik. Serta waktu yang dibutuhkan oleh kertas agar habis terbakar berbeda karena adanya perbedaan ukuran kertas.

• Pada percobaan kedua yaitu memindahkan larutan didapat data yang menunjukan perbedaan tinggi larutan setelah dipindahkan secara bersamaan. Dan ketika larutan dari masing-masing pipa dipindahkan ke dalam botol yang berbeda dan setelah dijumlahkan ternyata tinggi kedua larutan akan sama dengan keadaan semula, saya ambil contoh pada pemindahan larutan ke-3 dengan tinggi larutan pada botol A terhadap botol B dan di dapat :

A = 3,3 cm dan B = 1,7  yang jika tinggi kedua larutan di jumlahkan maka hasilnya akan sama dengan keadaan mula-mula yaitu: 3,3cm + 1,7cm= 5cm.

Dan keadaan inilah yang dapat dikatakan dengan Keadaan Setimbang dengan reaksi reversible yaitu dimana jumlah  pereaksi sama dengan produk atau mula-mula sama dengan akhir meskipun percobaan dilakukan terus menerus hasil yang di dapat tetap akan sama.

Konsep yang di dapat

Reaksi irreversible adalah suatu reaksi yang hanya berjalan satu arah karena produk yang sudah terbentuk tidak dapat dikembalikan seperti keadaan semual dan karena itu juga reaksi ini disebut dengan reaksi tidak dapat balik.

Reaksi reversible adalah suatu reaksi dimana produk reaksi yang terjadi akan bereaksi membentuk kembali pereaksi. ketika reaksi berlangsung laju reaksi ke depan (ke kanan), sedangkan laju reaksi sebaliknya kebelakang (kekiri) bertambah, sebab konsentrasi pereaksi berkurang dan konsentrasi produk reaksi semakin bertambah dan karena itulah reaksi ini juga disebut dengan reaksi bolak-balik.

Keadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana zat-zat pereaksi dan hasil reaksi terdapat secara bersama-sama , tetapi tidak ada lagi perubahan yang dapat diamati. Yang dengan kata lain , campuran masih mengandung zat-zat pereaksi namun reaksi seolah-olah sudah berhenti. Dikatakan seolah-olah sudah berhenti karena ternyata reaksi tetap  atau masih berlangsung namun dalam tingkat mikroskpis.

Dan kesimpulan yang didapat :

• Reaksi irreversible adalah sebuah reaksi tidak dapat balik (satu arah)
• Reaksi reversible adalah sebuah reaksi bolak-balik (dua arah)

Dan ciri – ciri kesetimbangan kimia :

• Reaksinya berlangsung terus –menerus (dinamis) didalam dua arah yang berlawanan.
• Cepat lambatnya suatu reaksi tergantung pada laju reaksinya. Semakin besar laju reaksi, semakin cepat reaksi mencapai kesetimbangan begitu juga sebaliknya.
• Laju reaksi maju ( kearah kanan/produk) sama dengan laju reaksi balik  

( kearah kiri/pereaksi)

• Semua komponen yang terlibat dalam reaksi tetap ada.
• Tidak terjadi perubahan yang bersifat makroskopis (yang dapat diukur /teramati) dan perubahan yang terjadi hanya bersifat  mikrokopis

Daftar pustaka

Depdikbud.1981. Petunjuk Praktikum Ilmu Kimia. Jakarta : Depdikbud

Herron, J . Dudley, et.al.1993. Chemistry. Massachusets: D.C. Heath Company

O’Connor,P.R.,et.al.1982. Chemistry,Experiments and Principles.   Massachusets: D.C.Heath Company.

Ramsden,Eileen.1994. Key Science Chemistry. Cheltenham : Stanley Thorn            Publisher Ltd.