Materi 1: Kesetimbangan Dinamis

Belakangan ini, hipoksia menjadi sorotan setelah meningkatnya laporan kasus sesak napas yang muncul secara tiba-tiba di berbagai daerah. Kondisi kekurangan oksigen dalam jaringan tubuh ini bisa terjadi ketika seseorang berada di lingkungan dengan kadar oksigen rendah yang ditandai gangguan pernapasan, atau memiliki masalah pada sistem peredaran darah. Gejalanya dapat muncul secara cepat, mulai dari napas tersengal, pusing, hingga penurunan kesadaran. Fenomena ini tidak hanya penting dipahami dari sisi kesehatan, tetapi juga menarik jika dikaitkan dengan konsep kesetimbangan kimia di mana tubuh terus berupaya menyeimbangkan kadar oksigen dan hemoglobin melalui reaksi biokimia yang dinamis. Melalui kasus hipoksia, sobat Equi dapat melihat bagaimana konsep kesetimbangan kimia bekerja langsung dalam tubuh manusia, sehingga pembelajaran menjadi lebih hidup, kontekstual, dan dekat dengan pengalaman nyata.

Halo sobat Equi! Gimana kabarnya? Semoga selalu semangat belajar meskipun tugasnya makin banyak😅 Kali ini kita bakal bahas materi baru nih… yaitu Kesetimbangan Kimia!

Eits, tenang dulu… meskipun namanya “setimbang”, bukan berarti reaksinya diem aja kayak nunggu gebetan bales chat 😏 Justru reaksi kimia itu sibuk banget di balik layar, kayak dua tim yang saling dorong, tapi sama kuatnya. Jadi hasilnya? Seimbang, tapi nggak pernah benar-benar berhenti!

Kalian pernah buka tutup botol soda terus bunyinya udah nggak "cesss" lagi? Nah, itu semua berhubungan sama materi kita hari ini😄. Yuk, kita mulai seru-seruan bareng di dunia reaksi kimia yang diam-diam aktif banget ini! 🚀 Pelajari dan pahami materinya dengan baik ya!

Kesetimbangan Dinamis

Halo, sobat Equi! Pernah nggak sih kalian melihat dua orang di eskalator yang sedang berjalan? 🤔

Sobat Equi, coba bayangkan sebuah eskalator yang terus bergerak naik dan turun. Di atasnya, ada satu orang yang sedang berjalan. Kira-kira, apa yang akan terjadi? Pada kondisi tertentu, kedua orang tersebut bisa saja berada di posisi yang sejajar. Namun, untuk mempertahankan posisi agar tetap sejajar, mereka harus berjalan berlawanan arah dengan gerakan eskalator. Anehnya, meskipun mereka terus melangkah, posisi mereka terlihat seolah tidak berubah. Unik, bukan? 🤔

Dari fenomena tersebut, dapat diartikan bahwa … .

gerakan keduanya berhenti karena sudah tidak bergerak lagi

tidak ada perubahan apapun dalam sistem

kedua orang saling mengimbangi satu sama lain

hanya satu orang yang benar-benar bergerak

kedua orang saling meniadakan sehingga tidak ada efek yang tampak

Pembahasan: Fenomena dua orang yang berjalan di atas eskalator yang bergerak dapat diibaratkan seperti sistem kesetimbangan dinamis dalam kimia. Meskipun masing-masing orang terus berjalan, posisi mereka terlihat tetap sejajar karena gerakan mereka saling mengimbangi. Hal ini mirip dengan reaksi kimia yang mencapai kesetimbangan dinamis, yaitu kondisi di mana reaksi maju dan reaksi balik terjadi secara terus-menerus dengan laju yang sama.

Nah, tahukah kalian bahwa fenomena ini mirip sekali dengan apa yang terjadi dalam kesetimbangan kimia? Dalam reaksi kimia dua arah (reversibel), ada dua reaksi yang berlangsung secara bersamaan:

Reaksi balik: A + B → C + D

Reaksi balik: C + D → A + B

Ketika kecepatan (laju) kedua reaksi ini sama besar, maka meskipun reaksi masih terus berlangsung, jumlah zat tidak berubah. Peristiwa ini disebut kesetimbangan dinamis, di mana reaksi terus berlangsung, tetapi sistem tampak stabil. Persis seperti dua orang di eskalator tadi, keduanya bergerak, tetapi posisi relatifnya tetap.

Sebelum kita bahas lebih lanjut tentang Kesetimbangan Dinamis, yuk kenalan dulu sama konsep dasarnya!

Jadi, nggak semua reaksi kimia itu berakhir begitu aja setelah reaktan berubah jadi produk. Ada dua tipe reaksi yang perlu kita kenal dulu nih: reaksi searah dan reaksi dua arah.

Reaksi Kimia

1. Reaksi Ireversibel (Reaksi Searah)

Reaksi searah adalah reaksi yang berlangsung dari arah reaktan ke produk atau reaksi bergeser ke kanan. Produk tidak dapat bereaksi kembali menjadi zat-zat asalnya. Ciri-ciri dari reaksi searah sebagai berikut:

persamaan reaksi ditulis dengan satu anak panah ke arah kanan (→),
reaksi akan berhenti setelah salah satu atau semua reaktan habis,
produk tidak dapat terurai menjadi zat-zat reaktan, dan
reaksi berlangsung tuntas atau berkesudahan.

Contoh dari reaksi searah:

NaOH(aq) + HCl(l) → NaCl(aq) + H₂O(l)

Reaksi tersebut termasuk reaksi searah karena hanya berlangsung dari arah reaktan ke produk.

2. Reaksi Reversibel (Reaksi Dua Arah)

Reaksi dua arah adalah reaksi yang dapat berlangsung dari reaktan ke produk atau ke kanan dan juga sebaliknya dari produk ke reaktan atau ke kiri. Ciri-ciri dari reaksi dua arah sebagai berikut:

persamaan reaksi ditulis dengan dua anak panah dengan arah berlawanan (⇄)
reaksi ke arah produk disebut reaksi maju, reaksi ke arah reaktan disebut reaksi balik

Contoh dari reaksi dua arah:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇄ 2NH₃(g)

Reaksi tersebut berlangsung terus-menerus dan membentuk kesetimbangan. Reaksi ke arah kanan adalah reaksi pembentukan NH₃, sedangkan reaksi ke arah kiri adalah reaksi penguraian NH₃. Kedua reaksi ini disebut reaksi dapat balik atau reaksi reversibel. Artinya, reaksi dapat berlangsung dari pereaksi membentuk produk dan dari produk ke arah pereaksi kembali (reaksi bolak-balik)

Reaksi reversibel biasanya berlangsung pada sistem tertutup, di mana tidak terjadi perpindahan materi dari lingkungan ke sistem atau sebaliknya dengan kecepatan reaksi sama. Suatu reaksi kimia yang berlangsung ke kanan dan ke kiri dengan kecepatan sama, maka reaksi dikatakan berada dalam keadaan setimbang atau reaksi kesetimbangan, di mana suatu reaksi seolah-olah tampak berhenti. Dalam keadaan setimbang, jumlah reaktan dan produk tidak harus sama, asalkan laju reaksi ke kiri dan kekanan sama besar.

✨ Nah, itulah bedanya reaksi ireversibel dan reversibel!

Kesetimbangan Kimia

Untuk memahami lebih dalam, yuk kita pelajari lebih lanjut tentang jenis-jenis kesetimbangan dalam kimia! Secara umum kesetimbangan dalam reaksi kimia dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

Kesetimbangan Statis
Kesetimbangan statis terjadi ketika semua gaya yang bekerja pada objek bersifat seimbang, yaitu tidak ada gaya yang dihasilkan.
Kesetimbangan Dinamis
Kesetimbangan dinamis diperoleh ketika semua gaya yang bekerja pada objek bersifat seimbang, tapi objeknya sendiri bergerak.

Pada persamaan reaksi kesetimbangan kimia, setiap terjadi reaksi ke kanan, maka zat-zat produk akan bertambah, sementara zat-zat reaktan berkurang. Sebaliknya, reaksi juga dapat bergeser ke arah reaktan sehingga jumlah produk berkurang. Akibatnya terjadi lagi reaksi ke arah kanan. Demikian ini terjadi terus-menerus, sehingga secara mikroskopis terjadi reaksi bolak-balik (dua arah) pada reaksi kesetimbangan. Keadaan seperti ini dikatakan bahwa kesetimbangan bersifat dinamis. Keadaan dinamis hanya terjadi dalam sistem tertutup.

Hubungan antara konsentrasi reaktan dengan produk, misalnya pada reaksi kesetimbangan C(s) + H₂O(l) ⇄ CO(g) + H₂(g), dapat digambarkan dengan grafik berikut.

Kemungkinan (a)

Kemungkinan (a) terjadi pada saat kesetimbangan produk > konsentrasi reaktan. Di awal reaksi, konsentrasi reaktan maksimal, semakin lama semakin berkurang. Saat kesetimbangan tercapai konsentrasi reaktan tidak berubah, sementara konsentrasi produk yang semula nol semakin lama semakin bertambah hingga konstan pada saat kesetimbangan.

Kemungkinan (b)

Kemungkinan (b) terjadi jika pada saat kesetimbangan konsentrasi produk < konsentrasi reaktan. Namun tidak tertutup kemungkinan pada saat kesetimbangan konsentrasi reaktan = konsentrasi produk.

Kemungkinan (c)

Kemungkinan (c) tercapai jika pada saat kesetimbangan V₁ = V₂.

Ciri-Ciri Kesetimbangan Kimia

Reaksi berlangsung terus-menerus dengan dua arah
Terjadi pada ruang tertutup, suhu, dan tekanan tetap
Kecepatan reaksi ke arah produk sama dengan kecepatan reaksi ke arah reaktan
Tidak terjadi perubahan makroskopis tetapi terjadi perubahan secara mikroskopis
Setiap komponen tetap ada

Jenis Reaksi Kesetimbangan

Berdasarkan wujud zat-zat dalam keadaan setimbang, reaksi kesetimbangan kimia dibedakan menjadi dua, yaitu kesetimbangan homogen dan heterogen. Silahkan kalian cermati penjelasan berikut ini.

Kesetimbangan Homogen

Kesetimbangan homogen yaitu kesetimbangan kimia di mana zat-zat yang berada dalam keadaan setimbang mempunyai wujud zat yang sama (satu fase), misalnya gas atau larutan.

Contoh:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇄ 2NH₃(g)

Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan heterogen yaitu kesetimbangan kimia dimana zat-zat yang berada dalam keadaan setimbang mempunyai wujud zat yang berbeda (dua fase atau lebih), misalnya gas, padat, cair dan larutan.

Contoh:

Kesetimbangan antara gas dan cair

Reaksi: H₂O(g) ⇄ H₂O(l)

Kesetimbangan antara gas dan padat

Reaksi: Fe₃O₄(s) + 4CO(g) ⇄ 3Fe(s) + 4CO₂(g)

Kesetimbangan antara larutan dan cair

Reaksi: HCO^-(aq) + H₂O(l) ⇄ CO₃^2-(aq) + H₃O⁺(aq)

Kesetimbangan antara larutan dan padat

Reaksi: Ag⁺(aq) + Fe²⁺(aq) ⇄ Ag(s) + Fe³⁺(aq)

Kesetimbangan antara padat, cair, dan gas

Reaksi:2NaHCO₃(s) ⇄ Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g)

Latihan Soal!

Perbedaan fundamental antara kesetimbangan statis dan kesetimbangan dinamis terletak pada… .

kesetimbangan statis terjadi pada reaksi irreversibel, dinamis terjadi pada reaksi reversibel

kesetimbangan dinamis hanya melibatkan zat cair dan gas, sedangkan statis melibatkan zat padat saja

kesetimbangan statis membutuhkan katalis agar dapat tercapai lebih cepat

Pada kesetimbangan statis, perubahan makroskopis dan mikroskopis telah berhenti

Pembahasan: Pada kesetimbangan statis, baik perubahan yang terlihat (makroskopis) maupun aktivitas di tingkat molekuler (mikroskopis) telah berhenti sepenuhnya. Sebaliknya, pada kesetimbangan dinamis (yang terjadi pada reaksi kimia), perubahan makroskopis berhenti, tetapi aktivitas mikroskopis (reaksi maju dan balik) masih berlangsung terus-menerus dengan laju yang sama.

Contoh paling tepat yang menggambarkan konsep kesetimbangan statis adalah… .

larutan garam jenuh di mana laju pelarutan sama dengan laju kristalisasi

penguapan air dalam wadah tertutup di mana laju penguapan sama dengan laju kondensasi

sistem yang memiliki suhu konstan karena laju pelepasan kalor sama dengan laju penyerapan kalor

sebuah balok kayu yang terletak diam di atas permukaan lantai yang datar

Pembahasan: Balok berada dalam kesetimbangan gaya ( ΣF = 0), dan tidak ada pergerakan atau perubahan di tingkat mikroskopis; ini adalah statis.

Contoh paling tepat yang menggambarkan konsep kesetimbangan statis adalah… .

kecepatan reaksi maju sama dengan nol, tetapi reaksi balik masih terjadi

kecepatan pembentukan produk jauh lebih besar daripada kecepatan penguraiannya

kecepatan reaksi maju sama dengan kecepatan reaksi balik, dan keduanya tidak nol

kecepatan penguraian reaktan sudah mencapai nol, sehingga reaksi balik berhenti

Pembahasan: Pengamatan bahwa konsentrasi tampak konstan adalah ciri makroskopis dari kesetimbangan. Namun, karena kesetimbangan ini adalah dinamis (berlangsung terus) konsentrasi reaktan dan produk hanya bisa tetap konstan jika zat yang hilang karena reaksi maju segera digantikan oleh zat yang terbentuk dari reaksi balik, dan sebaliknya. Ini berarti laju kedua reaksi harus sama. Selain itu, laju tersebut tidak nol (tidak berhenti), yang menjamin sifat dinamisnya.

Materi Selanjutnya