Definisi reaksi kimia tidak hanya dapat terjadi dalam satu arah melainkan juga dalam dua arah yang disebut dengan kesetimbangan. Adanya kesetimbangan ini tentu akan sangat berpengaruh dalam reaksi tersebut seperti pada reaktan maupun pada produk reaksi yang dihasilkan.
Prinsip reaksi kesetimbangan ini banyak diterapkan dalam industri yang melibatkan reaksi kimia di dalamnya. Tentu adanya kesetimbangan ini dapat menjadi keuntungan bagi suatu industri dalam memproduksi sesuatu.
Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia adalah suatu ciri reaksi kimia yang terjadi dalam dua arah atau disebut dengan reaksi reversibel. Adanya reaksi dalam dua arah akan mengakibatkan jumlah reaktan dan produk yang terbentuk menjadi tidak selalu tetap namun selalu berubah.
Dalam reaksi setimbang, suatu reaktan akan bereaksi menjadi produk dan kemudian produk tersebut juga dapat saling bereaksi menghasilkan reaktan kembali. Proses tersebut merupakan reaksi dua arah yang berlangsung terus menerus sehingga dikatakan setimbang.
Dalam keadaan ini, dapat juga dikatakan bahwa reaksi telah selesai atau mencapai konversi maksimum reaktan menjadi produk.
Reaksi setimbang memiliki beberapa ciri dimana yang pertama yaitu reaksi terjadi dalam dua arah atau bersifat dinamis dengan laju reaksi ke arah kanan dan ke arah kiri nilainya sama. Kemudian kesetimbangan dapat tercapai jika sistem dalam keadaan tertutup.
Jika kita amati menggunakan mata, maka tidak akan terlihat adanya perubahan. Hal itu karena perubahan tidak terjadi secara makroskopis, melainkan secara mikroskopis dan hanya dalam jumlah yang sangat kecil.
Banyak faktor yang dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia sesuai dengan prinsip Le Chatelier yaitu;
- Konsentrasi
- Tekanan atau volume
- Suhu
Semakin tinggi konsentrasi suatu zat, maka akan menyebabkan reaksi bergeser ke arah berlawanan dari zat tersebut. Faktor ini sangat sering dimanfaatkan dalam dunia industri untuk tujuan menghasilkan produk yang optimal.
Kemudian tekanan atau volume dimana kedua hal ini saling bertolak belakang. Semakin besar tekanan atau semakin kecil volume, maka suatu reaksi setimbang akan cenderung bergeser ke arah zat yang jumlah molnya lebih sedikit dan sebaliknya.
Faktor selanjutnya yaitu suhu dimana semakin tinggi suhu, maka suatu reaksi setimbang akan bergeser ke arah reaksi endoterm. Sebaliknya ketika suhu diturunkan maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi eksoterm.
Contoh Kesetimbangan Kimia
Adapun untuk contoh soal dan jawaban serta pembahasan dalam keseimbangan kimia, antara lain;
-
Hemoglobin dan Oksigen
Dalam sistem pernapasan manusia ternyata juga memiliki prinsip dari reaksi kesetimbangan. Pertama yaitu dalam hemoglobin dan oksigen. Seperti yang kita tahu bahwa hemoglobin merupakan suatu zat pembawa sifat oksigen yang ada dalam darah.
Hemoglobin ini adalah suatu kompleks protein dengan kandungan logam besi dan ligan porfirin. Setiap molekul hemoglobin dapat mengikat empat oksigen dan mengalami kondisi kesetimbangan antara interaksi hemoglobin-oksigen yang sesuai dengan persamaan reaksi berikut.
Hb + 4 O2 ⇋ Hb(O2)4
Ketika kita berada di tempat dengan tekanan yang rendah seperti di gunung atau dataran tinggi, maka akan menyebabkan pengikatan oksigen menjadi lebih lambat. Hal ini tentu sesuai dengan ciri reaksi kesetimbangan seperti prinsip Le Chatelier dimana ketika tekanan rendah maka reaksi akan cenderung bergeser ke arah yang jumlah molnya lebih banyak.
Dalam hal ini sisi kiri atau sisi reaktan memiliki jumlah mol lebih banyak yakni empat dibandingkan satu pada sisi kanan atau produk. Akibatnya, reaksi cenderung akan memisahkan oksigen dan hemoglobin sehingga oksigen menjadi sulit untuk diikat hemoglobin.
Hal ini tentu berbahaya jika orang yang secara fisik belum terbiasa dengan kondisi tersebut. Bahkan beberapa kasus orang membutuhkan bantuan oksigen untuk dapat memenuhi kebutuhan oksigennya di daerah dengan tekanan udara rendah.
Namun bagi yang telah terbiasa tentu hal itu bukan menjadi masalah. Ketika orang telah terbiasa dalam kondisi tersebut, maka tubuh manusia juga akan beradaptasi. Secara otomatis tubuh akan memproduksi hemoglobin dengan jumlah yang lebih banyak jika berada dalam kondisi tersebut.
Akibatnya, sesuai ciri kesetimbangan dan prinsip Le Chatelier bahwa jika konsentrasi salah satu zat ditambah, maka reaksi akan bergeser ke arah yang berlawanan. Dalam hal ini jika hemoglobin bertambah banyak, maka otomatis reaksi akan bergeser ke arah berlawanan yakni ke arah kanan atau arah produk. Hal ini tentu dapat membantu hemoglobin dalam bereaksi dengan oksigen.
-
Hemoglobin dan Karbon Monoksida
Selain kesetimbangan hemoglobin dengan oksigen, ternyata terdapat juga kesetimbangan antara hemoglobin dengan karbon monoksida.
Hb + 4 CO ⇋ Hb(CO) 4
Seperti yang kita tahu bahwa CO merupakan gas beracun yang dapat menyebabkan kematian bagi manusia. Hal itu dikarenakan hemoglobin memiliki kekuatan afinitas yang lebih besar terhadap gas CO dibandingkan gas O2. Oleh karena itu jika dalam suatu sistem terdapat gas CO dan gas O2 maka hemoglobin akan lebih mengikat CO.
Hal itu akan menyebabkan sistem tubuh kita menjadi kekurangan oksigen dan jika hal itu tidak segera ditangani maka akan menyebabkan kematian.
-
Produksi Kapur dari Batu Kapur
Selanjutnya adalah contoh dalam industri pembuatan kapur dengan bahan batu kapur. Prinsip reaksi kesetimbangan sangat berpengaruh dalam produksi ini. Berikut ini adalah gambaran reaksi pembentukan kapur dari batu kapur.
CaCO3 (s) ⇋ CaO (s) + CO2 (g) (ΔH = +178 kJ/mol)
Dalam reaksi kita tentu sudah mengetahui bahwa reaksi tersebut merupakan suatu sistem reaksi kesetimbangan dengan adanya dua arah reaksi. Berdasarkan prinsip Le Chatelier, penambahan temperatur akan mengubah kesetimbangan untuk bergeser ke arah endoterm.
Dalam reaksi tersebut, endoterm berada di arah reaksi ke kanan yang ditunjukkan melalui entalpi reaksi dengan nilai positif. Sedangkan eksoterm berada di arah sebaliknya yakni ke arah reaktan atau kiri. Ketika suhu dinaikkan, reaksi akan bergeser ke arah produk sehingga mempercepat jalannya reaksi.
Selanjutnya gas karbon dioksida yang terbentuk pada produk akan langsung dibuang sehingga hal itu tidak akan menambah konsentrasi dari produk. Kita tahu bahwa semakin tinggi konsentrasi maka reaksi akan bergerak ke arah sebaliknya.
Dalam kondisi tersebut, gas karbon dioksida yang terbentuk tidak akan mempengaruhi reaksi karena akan langsung dibuang. Keuntungannya adalah ketika gas selalu dibuang, maka tekanan sistem akan menjadi rendah. Seperti ciri dari reaksi kesetimbangan bahwa semakin rendah tekanan sistem, maka reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol yang lebih banyak.
Dalam hal ini reaksi akan bergeser ke arah produk dengan jumlah mol yang lebih banyak. Ini menjadi keuntungan bagi industri untuk menghasilkan kapur dengan optimal.
-
Sintesis Amonia Melalui Proses Haber-Bosch
Amonia merupakan salah satu sifat bahan kimia yang banyak digunakan dalam berbagai bidang. Pembuatan amonia dalam industri menggunakan proses yang bernama Haber Bosch. Proses ini ternyata melibatkan prinsip Le Chatelier dan prinsip kesetimbangan reaksi kimia.
Berikut ini adalah reaksi yang terjadi dalam proses Haber Bosch, antara lain;
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇋ 2 NH3 (g) (ΔH = -92 kJ/mol)
Jika kita lihat reaksi tersebut berbeda dengan proses pembuatan kapur dari batu kapur. Reaksi Haber Bosch ini memiliki entalpi dengan nilai negatif yang menandakan bahwa reaksi ini bersifat eksotermis. Akibatnya, semakin tinggi suhu reaksi akan menyebabkan reaksi bergeser ke arah endoterm yang mana adalah arah sebaliknya atau ke arah reaktan.
Hal ini tentu tidak diinginkan karena akan menimbulkan kerugian bagi industri tersebut. Maka dari itu, reaksi Haber Bosch ini dilakukan pada suhu rendah dengan tujuan supaya kesetimbangan bergeser ke arah eksoterm atau produk sehingga akan lebih optimal.
Prinsip Le Chatelier lain yang diterapkan dalam produksi amonia yakni penggunaan tekanan tinggi. Seperti yang kita tahu bahwa semakin tinggi tekanan, maka reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah molnya lebih sedikit. Dalam hal ini, sisi reaktan memiliki jumlah mol 4 sedangkan produk memiliki jumlah mol 2. Oleh karena itu tekanan tinggi akan menyebabkan reaksi bergeser ke arah produk dan mempercepat jalannya reaksi pembentukan.
-
Produksi Metanol
Prinsip reaksi kesetimbangan memang sangat banyak digunakan dalam industri pembuatan bahan kimia. Hal itu karena dalam produksinya memang membutuhkan reaksi reaksi kesetimbangan. Contoh lainnya yaitu dalam produksi metanol dimana reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
CO2 (g) + 2 H2 (g) ⇋ CH3OH (g) (ΔH = -90 kJ/mol)
Dalam produksi metanol, kondisi yang dibutuhkan untuk mencapai hasil optimum hampir sama seperti dalam proses Haber Bosch pembuatan amonia.
Hal itu karena reaksi yang juga hampir sama dimana reaksi terjadi secara eksotermis dan kemudian jumlah mol produk lebih sedikit dibandingkan jumlah mol reaktan. Optimalisasi dapat dilakukan pada besar tekanan yang digunakan serta besar suhu yang digunakan dalam reaksi pembuatan metanol tersebut.
Demikian artikel lengkap yang bisa kami sejatikan pada pembaca, tentang materi dalam contoh kesetimbangan kimia di berbagai bidang. Semoga saja melalui postingan ini dapat membantu dan bermanfaat bagi kalian yang membutuhkan.
