Kesetimbangan kimia bisa dikatakan sebagai suatu peristiwa dalam ciri reaksi kimia yang dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Dalam dunia industri, faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia tersebut banyak dimanfaatkan dengan tujuan mengoptimalkan produksi dalam industri tersebut.
Semua prinsip yang memungkinkan untuk meningkatkan hasil produksi semuanya akan dioptimalisasi. Tak hanya dalam industri bahkan dalam sistem pernapasan manusia juga memiliki sistem kesetimbangan kimia yang memanfaatkan faktor faktor tersebut.
Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia adalah merupakan suatu arti reaksi kimia yang terjadi dalam dua arah yakni ke arah produk dan ke arah reaktan.
Kedua arah reaksi itu terjadi secara setimbang dan terus menerus. Perubahan yang terjadi pada reaksi setimbang umumnya konstan dan tidak dapat dilihat secara makroskopis. Reaksi setimbang merupakan reaksi yang telah selesai karena tidak akan terjadi perubahan lagi secara signifikan.
Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia
Kesetimbangan kimia dapat terjadi dengan dipengaruhi oleh beberapa hal. Faktor ini sesuai dengan prinsip Le Chatelier yang menjelaskan tentang bagaimana suatu reaksi mencapai keadaan setimbang yang dinamis. Hal itu termasuk perubahan arah reaksi berdasarkan perubahan konsentrasi, tekanan, dan suhu.
Le Chatelier juga menjelaskan tentang katalis yang tidak akan berpengaruh ke dalam sistem kesetimbangan kimia. Prinsip Le Chatelier menjelaskan tentang aksi-reaksi dimana ketika terdapat suatu aksi yang mengganggu sistem kesetimbangan, makan kesetimbangan akan memberikan reaksi balik untuk mencapai kesetimbangannya kembali.
-
Perubahan Konsentrasi
Faktor pertama yang mempengaruhi kesetimbangan kimia adalah konsentrasi zat. Dapat dilihat dalam ilustrasi reaksi berikut.
A + 2 B ⇋ C + D
Dalam reaksi tersebut kita memiliki A dan B sebagai reaktan di sisi kiri dan juga C dan D sebagai produk di sisi kanan. Berdasarkan prinsip Le Chatelier, suatu kesetimbangan dapat bergerak dan bergeser secara dinamis untuk melawan adanya perubahan konsentrasi.
Artinya yaitu ketika suatu reaksi dalam kesetimbangan mengalami perubahan konsentrasi dari satu sisi, maka kesetimbangan akan bergeser berlawanan ke sisi yang lain.
Sebagai ilustrasi, jika dalam reaksi tersebut kita menambahkan konsentrasi A. Maka berdasarkan prinsip Le Chatelier, kesetimbangan akan bergeser ke arah produk (C dan D). Hal inilah yang diharapkan dari setiap reaksi sehingga menghasilkan produk secara optimal.
Namun ketika A berkurang konsentrasinya, hal itu akan mengubah sistem kesetimbangan sehingga akan bergeser ke arah kiri atau ke arah reaktan. Keadaan tersebut akan memperlambat produksi C dan D serta justru menghasilkan produk A dan B.
Pada suatu proses reaksi di industri, umumnya hal ini dapat dioptimalkan dengan mengurangi produk yang ada dalam sistem. Dalam contoh tersebut kita dapat mengurangi C ataupun D secara terus menerus ketika reaksi berlangsung.
Hal itu akan menjaga arah reaksi kesetimbangan untuk tetap berjalan ke arah produk dan tidak akan menyebabkan konsentrasi pada sisi produk berlebih.
Contoh optimalisasi faktor konsentrasi dalam sistem kesetimbangan digunakan pada reaksi sintesis kapur dengan bahan awal batu kapur. Kita dapat melihatnya dalam persamaan reaksi berikut.
Dalam reaksi pemecahan batu kapur tersebut terjadi sistem kesetimbangan yang memungkinkan reaksi berlangsung dalam dua arah. Industri kapur dapat mengoptimalkan produk dengan melalui faktor konsentrasi ini. Jika kita lihat produk yang dihasilkan dari reaksi tersebut adalah CaO dalam bentuk padatan dan juga gas karbon dioksida.
Untuk mengurangi konsentarsi pada sisi produk, biasanya gas karbon dioksida yang dihasilkan akan dibuang selama reaksi berlangsung. Hal ini tentu akan menyebabkan konsentrasi produk menjadi lebih rendah dan berdasarkan prinsip Le Chatelier akan membuat reaksi bergeser ke arah produk.
-
Perubahan Tekanan
Faktor selanjutnya yang mempengaruhi kesetimbangan kimia adalah adanya perubahan tekanan dalam sistem reaksi kesetimbangan tersebut. Tekanan juga berhubungan dengan volume sistem dimana semakin besar tekanan, maka volume sistem semakin kecil dan sebaliknya semakin rendah tekanan maka volume sistem semakin besar.
Sebagai ilustrasi kita masih menggunakan reaksi antara A dan B dalam menghasilkan produk C dan D namun dalam faktor tekanan ini umumnya zat yang terlibat berupa zat gas.
Berdasarkan prinsip Le Chatelier, suatu reaksi kesetimbangan akan bergeser ketika tekanan dinaikkan atau diturunkan. Kenaikan tekanan akan menyebabkan reaksi bergeser ke arah sisi yang memiliki jumlah mol zat lebih sedikit.
Sedangkan penurunan tekanan akan menyebabkan reaksi bergeser ke arah sisi dengan jumlah mol lebih banyak. Hal ini sangatlah masuk akal karena ketika tekanan dalam suatu sistem besar, maka akan lebih disukai jika zat yang berada dalam sistem tersebut lebih sedikit. Sedangkan ketika tekanan dalam sistem rendah, maka jumlah zat yang lebih banyak akan disukai.
Kita dapat menghitung jumlah mol dari menjumlahkan koesifisien masing masing zat yang berada dalam satu sisi. Sebagai contoh dalam reaksi di atas sisi reaktan atau sisi kiri memiliki jumlah mol 3 yang terdiri dari 1 mol A dan 2 mol B. Sedangkan sisi produk atau sisi kanan memiliki jumlah mol 2 dari 1 mol C dan 1 mol D.
Ketika tekanan dalam sistem kesetimbangan reaksi tersebut mengalami penurunan, maka reaksi akan bergeser ke arah reaktan dimana memiliki jumlah mol yang lebih tinggi. Sedangkan jika tekanan diperbesar maka akan membuat reaksi bergeser ke arah produk yang memiliki jumlah mol lebih sedikit.
Namun akan timbul pertanyaan bagaimana jika jumlah mol sisi reaktan dan produk adalah sama dalam suatu reaksi. Jawabannya yaitu pada kondisi tersebut, kenaikan ataupun penurunan tekanan tidak akan mempengaruhi kesetimbangan dalam reaksi tersebut.
Contoh penggunaan faktor tekanan ini adalah salah satunya terjadi pada sistem pernapasan manusia. Dalam kita bernapas, hemoglobin yang mengikat oksigen akan mengalami reaksi kesetimbangan dimana reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut.
Ketika kita berada di daerah dengan tekanan udara rendah seperti di pegunungan, maka kita akan merasa kesulitan untuk bernapas. Hal itu karena reaksi kesetimbangan antara hemoglobin dan oksigen bergeser ke arah kiri dimana jumlah mol lebih banyak.
Oleh karena itu pembentukan ikatan hemoglobin dan oksigen akan berkurang dan membuat kita merasa sulit untuk bernapas.
-
Perubahan Temperatur
Dalam faktor perubahan temperatur, kita akan memperhatikan satu variabel dalam reaksi yakni entalpi reaksi serta sifat dari reaksi itu sendiri apakah eksotermis atau endotermis. Tentu kita telah mengetahui bahwa reaksi eksotermis adalah reaksi yang melepaskan panas dari sistem ke lingkungan sehingga akan memiliki nilai entalpi negatif.
Sedangkan reaksi endotermis adalah reaksi yang akan menyerap panas dari lingkungan ke sistem sehingga nilai entalpi positif. Kita dapat melihat ilustrasi dalam contoh reaksi berikut.
Reaksi antara A dan B diatas merupakan reaksi eksotermis dimana kita melihat nilai entalpi negatif. Pada umumnya, nilai entalpi yang dituliskan dalam suatu reaksi adalah untuk reaksi yang berjalan ke arah produk. Sehingga reaksi eksotermis dalam kesetimbangan tersebut adalah reaksi yang berlangsung ke arah kanan atau ke arah produk dengan nilai entalpi -100 kJ/mol.
Berdasarkan prinsip Le Chatelier, suatu kesetimbangan akan bergeser dengan adanya perubahan temperatur. Ketika temperatur sistem dinaikkan, maka yang akan dilakukan oleh sistem tersebut untuk menjaga kesetimbangan adalah dengan bergeser ke arah endoterm.
Sedangkan ketika temperatur sistem diturunkan, maka reaksi akan bergeser ke arah eksoterm untuk menjaga kesetimbangan.
Hal itu juga sangat masuk akal karena ketika suhu dinaikkan, sistem kesetimbangan akan melawan dengan mengubah arah reaksi ke arah endoterm dimana dalam reaksi endoterm, panas akan diserap oleh sistem sehingga suhu akhir akan menjadi berkurang.
Sebaliknya terjadi jika suhu sistem diturunkan, maka untuk menaikkan suhu sistem tersebut kembali maka sistem akan menggeser reaksi ke arah eksoterm untuk menghasilkan panas sehingga suhu kembali seperti semula pada keadaan setimbang.
Contoh optimalisasi faktor temperatur adalah pada reaksi sintesis metanol dengan reaktan karbon dioksida dan gas hidrogen. Reaksi dapat dilihat dalam ilustrasi berikut.
Sesuai prinsip Le Chatelier dalam reaksi eksoterm tersebut, maka suhu yang rendah akan diterapkan ke dalam sistem kesetimbangan untuk membuat sistem reaksi bergeser ke arah produk. Hal itu tentu menguntungkan karena produksi metanol akan jauh lebih optimal.
Demikian artikel yang bisa kami sajtikan, tentang beragam faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia dan kegunaannya secara umum. Semoga postingan atas bahasan materi ini dapat membantu dan bermanfaat bagi semuanya.
