Kesetimbangan kimia adalah situasi di mana rasio antara jumlah reaktan dan produk dalam reaksi kimia tetap konstan dari waktu ke waktu. Ini pertama kali dipelajari oleh ahli kimia Prancis Claude Louis Berthollet dalam bukunya tahun 1803 Essai de statique chimique .
Secara teoritis, semua reaksi kimia terjadi dalam dua arah: dari reaktan berubah menjadi produk dan dari produk berubah kembali menjadi reaktan. Namun, reaksi tertentu seperti pembakaran, hampir 100% dari reaktan diubah menjadi produk dan sebaliknya tidak diamati terjadi (atau setidaknya tidak pada skala terukur); Reaksi seperti itu disebut ireversibel.
Ada juga serangkaian reaksi di mana segera setelah sejumlah produk terbentuk, ini menimbulkan reaktan; Reaksi ini disebut reversibel.
Konsep kesetimbangan kimia secara praktis terbatas pada reaksi reversibel.
Contoh reaksi reversibel adalah produksi amonia (NH3), dari gas Hidrogen (H2) dan gas Nitrogen (N2), yang merupakan bagian dari proses Haber.
N 2 (g) + 3H 2 (g) <—-> 2NH 3 (g)
konstanta keseimbangan
Konstanta kesetimbangan secara kuantitatif mencerminkan keadaan kesetimbangan ganda untuk setiap reaksi. Mereka adalah ukuran tingkat yang lebih besar atau lebih kecil dari reaksi kimia.
Setelah kesetimbangan tercapai, rasio antara reaktan dan produk tidak harus 1 banding 1. Rasio ini dijelaskan melalui hubungan matematis yang ditunjukkan di bawah ini:
Diberikan reaksi umum:
aA + bB <—-> yY + zZ,
di mana A , B , Y dan Z mewakili spesies kimia yang terlibat dan a , b , y dan z koefisien stoikiometrinya masing-masing. Rumus yang menggambarkan proporsi dalam keseimbangan antara mereka dalam keseimbangan antara spesies yang terlibat adalah:
Tanda kurung mewakili nilai konsentrasi (biasanya dalam mol / L) spesies yang diwakili di dalamnya.
Kc adalah konsep yang disebut konstanta kesetimbangan reaksi. Setiap reaksi kesetimbangan memiliki konstanta, yang selalu memiliki nilai yang sama untuk suhu yang sama.
Secara umum, konstanta kesetimbangan dari setiap reaksi dihitung dengan membagi perkalian konsentrasi produk (masing-masing dinaikkan dengan koefisien stoikiometrinya masing-masing) dengan perkalian konsentrasi reaktan (masing-masing dinaikkan dengan stoikiometri relatifnya). koefisien).
Contohnya adalah pembentukan belerang trioksida (SO 3 ) dari gas oksigen (O2) dan belerang dioksida (SO 2 (g) ), yang merupakan tahapan dalam proses pembuatan asam sulfat:
2 SO 2 (g) + O 2 (g) <—-> 2 SO 3 (g)
Konstanta kesetimbangan reaksi ini diberikan oleh:
Dimungkinkan untuk menentukan secara eksperimental nilai konstanta kesetimbangan untuk suhu tertentu. Misalnya, konstanta reaksi ini pada suhu 1000 K adalah 0,0413 mol / L. Darinya, jika diketahui sejumlah produk yang awalnya ditambahkan ke dalam sistem pada suhu itu, adalah mungkin untuk menghitung dengan rumus konstan, berapa konsentrasi semua zat ketika kesetimbangan tercapai.