28 Kesetimbangan
Reaksi bolak-balik yang “berhenti di tengah”. Banyak soal cukup dijawab kualitatif (arah geser) tanpa hitungan rumit — itulah yang hasil-tinggi.
28.1 Tetapan kesetimbangan
Untuk \(\ce{aA + bB <=> cC + dD}\): \[ K_c = \frac{[\ce{C}]^c[\ce{D}]^d}{[\ce{A}]^a[\ce{B}]^b} \]
Padatan murni dan cairan murni tidak masuk ke dalam \(K\). Untuk dekomposisi padat, hanya gas yang dihitung (lihat Soal 22).
28.2 Hubungan \(K_p\) dan \(K_c\)
\[ K_p = K_c (RT)^{\Delta n}, \qquad \Delta n = \text{mol gas produk} - \text{mol gas reaktan} \]
28.3 Asas Le Chatelier (paling sering ditanya)
Sistem melawan gangguan. Hafal tiga aturan:
| Gangguan | Geser ke… |
|---|---|
| Tambah reaktan | produk (kanan) |
| Tambah produk | reaktan (kiri) |
| Naikkan suhu (reaksi eksoterm) | reaktan (kiri) |
| Naikkan suhu (reaksi endoterm) | produk (kanan) |
| Perkecil volume / naikkan tekanan | sisi dengan mol gas lebih sedikit |
| Tambah gas inert (volume tetap) | tidak bergeser |
28.4 Contoh kualitatif
\(\ce{N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)}\), eksoterm. Untuk menambah \(\ce{NH3}\): - Perkecil volume → geser ke kanan (4 mol gas → 2 mol gas) ✓ - Turunkan suhu → geser ke kanan (eksoterm) ✓
28.5 Mengapa penting
Banyak soal kesetimbangan bisa dijawab hanya dengan aturan geser — cepat, tanpa hitung.
28.6 Aljabar tetapan kesetimbangan (menggabungkan reaksi)
Kalau sebuah reaksi disusun dari beberapa reaksi lain, tetapan \(K\)-nya bukan dijumlah — ikuti aturan ini (mirip hukum Hess, tapi dikalikan, bukan ditambah):
| Yang kamu lakukan pada reaksi | Efek ke \(K\) |
|---|---|
| Membalik reaksi | \(K \to 1/K\) |
| Mengalikan koefisien dengan \(n\) | \(K \to K^{n}\) |
| Menjumlahkan dua reaksi | \(K_\text{total} = K_1 \times K_2\) |
Aturan ini juga dipakai saat menggabungkan jenis tetapan yang berbeda (\(K_{sp}\), \(K_f\), \(K_a\), \(K_w\)) untuk reaksi gabungan.
Contoh — bikin reaksi target dari potongan. Diberi \[\ce{N2 + O2 <=> 2NO} \quad K_1, \qquad \ce{2NO + Br2 <=> 2NOBr} \quad K_2.\] Cari \(K\) untuk \(\ce{1/2 N2 + 1/2 O2 + 1/2 Br2 <=> NOBr}\).
- Jumlahkan R1 + R2 dulu: \(\ce{N2 + O2 + Br2 <=> 2NOBr}\), dengan \(K = K_1 K_2\).
- Bagi semua koefisien dengan 2 (sama dengan pangkat \(\tfrac12\)): \(K_\text{target} = (K_1 K_2)^{1/2} = \sqrt{K_1 K_2}\).
Contoh — gabung \(K_{sp}\), \(K_f\), \(K_a\). Pelarutan \(\ce{AgCl}\) oleh sianida: \[\ce{AgCl(s) + 2CN- <=> Ag(CN)2^- + Cl-}\] disusun dari \(\ce{AgCl <=> Ag+ + Cl-}\;(K_{sp})\) dan \(\ce{Ag+ + 2CN- <=> Ag(CN)2^-}\;(K_f)\). Keduanya dijumlahkan, jadi \[K = K_{sp}\times K_f .\] Karena \(K_f\) sangat besar, \(K \gg 1\): endapan larut hampir total. (Inti yang sama dipakai saat \(\ce{CN-}\) “menyedot” ion logam pada soal sel volta — konsentrasi ion bebas anjlok.)
28.7 Tabel ICE: menghitung \(K\) dari keadaan setimbang
Untuk reaksi dengan angka, susun baris Initial, Change, Equilibrium (mula-mula / berubah / setimbang). Misal \(\ce{A + B <=> C}\), mula-mula \([\ce{A}]=[\ce{B}]=m_0\) dan terbentuk \(x\) mol \(\ce{C}\):
| \(\ce{A}\) | \(\ce{B}\) | \(\ce{C}\) | |
|---|---|---|---|
| I | \(m_0\) | \(m_0\) | \(0\) |
| C | \(-x\) | \(-x\) | \(+x\) |
| E | \(m_0-x\) | \(m_0-x\) | \(x\) |
\[ K = \frac{[\ce{C}]}{[\ce{A}][\ce{B}]} = \frac{x}{(m_0-x)^2}. \]
Jumlah total partikel terlarut juga ikut berubah: dari \(2m_0\) menjadi \((m_0-x)+(m_0-x)+x = 2m_0 - x\) — berguna kalau soal menyambung ke sifat koligatif (\(\Delta T_f = K_f\,m_\text{total}\), dengan \(m_\text{total}\) memakai jumlah baris E).
28.8 \(K_p\) kuantitatif untuk dekomposisi padat
Padatan tidak masuk \(K_p\), jadi yang dihitung hanya tekanan parsial gas, dan tekanan parsial sebanding dengan mol gas.
Satu jenis gas. \(\ce{CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g)}\): cuma satu gas, jadi \(K_p = P_{\ce{CO2}}\). Kalau berangkat dari padatan murni dan total tekanan \(P\), maka \(P_{\ce{CO2}}=P\).
Dua gas dari satu padat. \(\ce{NH4HS(s) <=> NH3(g) + H2S(g)}\): tiap satuan yang terurai memberi 1 \(\ce{NH3}\) + 1 \(\ce{H2S}\), jadi \(P_{\ce{NH3}}=P_{\ce{H2S}}=\tfrac{P}{2}\) dan \[K_p = P_{\ce{NH3}}\,P_{\ce{H2S}} = \left(\tfrac{P}{2}\right)^2 = \tfrac{P^2}{4}.\]
Gas yang sama muncul dari dua reaksi. Trik kuncinya: nyatakan semua tekanan lewat satu variabel dengan stoikiometri. Misal \(\ce{X(s) <=> A(g) + 2B(g)}\) dan \(\ce{Y(s) <=> 3B(g)}\) berbagi gas \(\ce{B}\). Dari reaksi X, tiap A melahirkan 2 B, jadi sumbangan B dari X \(= 2P_A\). Tambahkan sumbangan B dari Y, baru susun \(K_p\) tiap reaksi memakai tekanan parsial total tiap gas. Sekali semua \(P\) ditulis dalam satu variabel, tinggal selesaikan persamaannya.
- \(\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}\). Perkecil volume → geser ke mana? (kanan, 3→2 mol gas)
- Reaksi endoterm, suhu dinaikkan → ke mana? (produk)
- Apakah padatan masuk ekspresi \(K\)? (tidak)