Kesetimbangan homogen adalah kesetimbangan kimia di mana seluruh zat yang terlibat dalam persamaan reaksi mempunyai wujud sama.

Kesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan kimia di mana zat-zat yang terlibat dalam persamaan reaksi mempunyai wujud berbeda-beda.

Untuk reaksi

• I₂ (g) ⇌ 2I(g)

merupakan reaksi kesetimbangan homogen karena seluruh zat yang terlibat dalam reaksi memiliki wujud yang sama, yakni gas.

• CO(g) + 3H₂(g)  ⇌  CH₄(g) + H₂O(g)

merupakan reaksi kesetimbangan homogen karena seluruh zat yang terlibat dalam reaksi memiliki wujud yang sama, yakni gas.

• Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) ⇌ FeSCN²⁺(aq)  

merupakan reaksi kesetimbangan homogen karena seluruh zat yang terlibat dalam reaksi memiliki wujud yang sama, yakni larutan atau aqueous.

• 4FeS(s) + 7O₂(g) ⇌ 2Fe₂O₃(s) + 4SO₂(g)

merupakan reaksi kesetimbangan heterogen karena zat-zat yang terlibat dalam reaksi memiliki wujud yang berbeda, yakni zat FeS dan Fe₂O₃ yang memiliki wujud padatan, sedangkan O₂ dan SO₂ yang memiliki wujud gas.

• PCl₅ ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)

merupakan reaksi kesetimbangan homogen karena seluruh zat yang terlibat dalam reaksi memiliki wujud yang sama, yakni gas.

Jadi, yang merupakan reaksi kesetimbangan heterogen adalah reaksi 4FeS(s) + 7O₂(g) ⇌ 2Fe₂O₃(s) + 4SO₂(g).

Ada 3 syarat utama yang harus dipenuhi agar suatu reaksi dapat dikatakan reaksi kesetimbangan,yakni reaksinya berlangsung secara bolak balik, sistemnya tertutup, dan bersifat dinamis.

1. Reaksi bolak-balik

Salah satu syarat reaksi dalam keadaan setimbang adalah apabila reaksi berlangsung secara reversibel (bolak-balik). Pada reaksi bolak balik, laju reaksi pembentukan produk sama dengan laju penguraian reaktan. Reaksi yang berlangsung ke arah kanan (produk) akan berjalan semakin lambat karena jumlah reaktan semakin berkurang. Pada saat yang sama, mulai terjadi reaksi yang berlangsung ke arah kiri (reaktan) karena jumlah produknya semakin bertambah.

Suatu reaksi dapat menjadi reaksi kesetimbangan bila reaksi baliknya dapat dengan mudah berlangsung secara bersamaan, seperti yang terjadi pada proses penguapan air dan pengembunan air di dalam botol. Proses penguapan dan pengembunan dapat berlangsung dalam waktu yang bersamaan. Untuk pereaksi dan produk yang sifatnya homogen (fasa pereaksi dan hasil reaksinya sama), misalnya reaksi-reaksi gas atau larutan, reaksi akan lebih mudah berlangsung bolak-balik dibanding dengan reaksi yang heterogen. Umumnya reaksi heterogen dapat berlangsung bolak-balik pada suhu tinggi.

2. Sistem tertutup

Pada prinsipnya sistem tertutup yang dimaksud adalah tidak ada zat-zat yang keluar dari sistem. Jadi, semua reaktan dan produk berada di dalam sistem yang sama atau semua komponen yang terlibat dalam suatu reaksi tidak berubah. Misalnya pada reaksi pembentukan amonia dari gas nitrogen dan gas hidrogen. Ketiga komponen itu harus ada dalam 1 reaksi. Jika gas nitrogen atau gas hidrogen diambil dari sistem, maka tidak akan tercapai keadaan setimbang. Sistem tertutup bukan berarti reaksi harus terjadi dalam ruang (wadah) tertutup (meskipun diperlukan ruangan tertutup untuk reaksi yang melibatkan gas).

3. Bersifat Dinamis

Suatu reaksi dikatakan dalam keadaan setimbang apabila secara makroskopis tidak ada perubahan terhadap reaktan maupun produk. Artinya, sekilas reaksi dianggap sudah selesai karena reaktannya berkurang dan produknya sudah terbentuk. Akan tetapi secara mikroskopis, reaksi berlangsung terus-menerus (bersifat dinamis), baik ke arah produk maupun reaktan dengan laju reaksi pembentukan sama dengan laju penguraian. Pengurangan konsentrasi reaktan akan sebanding dengan pembentukan produk dan sebaliknya.

Jadi, suatu reaksi berada dalam keadaan setimbang apabila memenuhi syarat-syarat di bawah ini, kecuali reaksi terjadi di dalam wadah tertutup.

Ada 3 syarat utama yang harus dipenuhi agar suatu reaksi dapat dikatakan reaksi kesetimbangan,yakni reaksinya berlangsung secara bolak balik, sistemnya tertutup, dan bersifat dinamis.

1. Reaksi bolak-balik

Salah satu syarat reaksi dalam keadaan setimbang adalah apabila reaksi berlangsung secara reversibel (bolak-balik). Pada reaksi bolak balik, laju reaksi pembentukan produk sama dengan laju penguraian reaktan. Reaksi yang berlangsung ke arah kanan (produk) akan berjalan semakin lambat karena jumlah reaktan semakin berkurang. Pada saat yang sama, mulai terjadi reaksi yang berlangsung ke arah kiri (reaktan) karena jumlah produknya semakin bertambah.

2. Sistem tertutup

Pada prinsipnya sistem tertutup yang dimaksud adalah tidak ada zat-zat yang keluar dari sistem. Jadi, semua reaktan dan produk berada di dalam sistem yang sama atau semua komponen yang terlibat dalam suatu reaksi tidak berubah. Sistem tertutup bukan berarti reaksi harus terjadi dalam ruang (wadah) tertutup (meskipun diperlukan ruangan tertutup untuk reaksi yang melibatkan gas).

3. Bersifat dinamis

Suatu reaksi dikatakan dalam keadaan setimbang apabila secara makroskopis, tidak ada perubahan terhadap reaktan maupun produk. Artinya, sekilas reaksi dianggap sudah selesai karena reaktannya berkurang dan produknya sudah terbentuk. Akan tetapi secara mikroskopis, reaksi berlangsung terus menerus (bersifat dinamis), baik ke arah produk maupun reaktan dengan laju reaksi pembentukan sama dengan laju penguraian.

Untuk reaksi:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Pernyataan 1:

Jumlah mol masing-masing gas dalam kesetimbangan sama ⟶ salah, karena mol gas dalam kesetimbangan tidak harus sama. Suatu reaksi dikatakan setimbang apabila sudah tidak ada perubahan mol pada saat reaksi.

Pernyataan 2:

Laju pembentukan NH₃ sama dengan laju penguraiannya ⟶ benar, suatu reaksi dikatakan setimbang apabila laju pembentukan sama dengan laju penguraian.

Pernyataan 3:

Jumlah gas NH₃ pada saat setimbang dua kali lebih banyak dibandingkan jumlah gas N₂⟶ salah, karena tidak ada ketentuan berapa perbandingan mol gas dalam kesetimbangan. Suatu reaksi dikatakan setimbang apabila sudah tidak ada perubahan mol pada saat reaksi.

Pernyataan 4:

Komposisi gas-gas sudah tidak mengalami perubahan ⟶ benar, suatu reaksi dikatakan setimbang apabila sudah tidak ada perubahan mol atau komponen zat pada saat reaksi.

Jadi pernyataan yang benar adalah pernyataan (2) dan (4).

Diketahui:

• n N₂O₄ saat setimbang = 0,6 mol
• n NO₂ saat setimbang = 0,6 mol

Ditanyakan:

$\alpha?$

Dijawab:

NO₂ merupakan produk (pada awal reaksi belum ada dan dihasilkan pada saat bereaksi) sehingga mol NO₂ pada saat setimbang akan sama dengan mol NO₂ pada saat reaksi. Berdasarkan perbandingan koefisien, maka mol N₂O₄ pada saat reaksi adalah 0,3 mol.

Penjelasan di atas dapat diringkas sebagai berikut:

$\alpha=\frac{\text{mol yang terdisosiasi}}{\text{mol mula−mula}}\times100\%\$

$\alpha=\frac{0,3\ \text{mol}}{0,9\ \text{mol}}\times100\%$

$\alpha=33,34\%$

Jadi banyaknya N₂O₄ yang terurai adalah 33,34%.

Diketahui:

Perbandingan mol SO₃ : mol O₂ = 3 : 1

Ditanyakan:

$\alpha?$

Dijawab:

Perbandingan mol SO₃ : mol O₂ = 3 : 1

Misal mol O₂ pada saat setimbang = 1 mol, maka mol SO₃ pada saat setimbang = 3 mol

O₂ merupakan produk (pada awal reaksi belum ada dan dihasilkan pada saat bereaksi) sehingga mol O₂ pada saat setimbang akan sama dengan mol O₂ pada saat reaksi. Berdasarkan perbandingan koefisien, maka mol SO₂ dan SO₃ pada saat reaksi adalah 2 mol.

Penjelasan di atas dapat diringkas sebagai berikut.

$\alpha=\frac{\text{mol yang terdisosiasi}}{\text{mol mula−mula}}\times100\%\$

$\alpha=\frac{2\ \text{mol}}{5\ \text{mol}}\times100\%\ =\ 40\%\ \ \$

Jadi, derajat disosiasi SO₃ adalah 40%.

Reaksi reversible atau reaksi bolak balik adalah reaksi di mana zat pereaksi dapat bereaksi membentuk zat hasil dan zat hasil dapat bereaksi kembali membentuk zat pereaksi. Ciri-ciri dari reaksi bolak balik sebagai berikut.

• Reaksi ditulis dengan dua anak panah yang berlawanan (⇌).
• Reaksi berlangsung dari dua arah, yaitu dari kiri ke kanan dan dari kanan ke kiri.
• Reaksi tidak pernah berhenti karena komponen zat tidak pernah habis.
• Zat hasil reaksi dapat bereaksi kembali menjadi zat mula-mula.

Contoh reaksi bolak-balik adalah reaksi pembentukan ammonia dari nitrogen dan hidrogen.

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Reaksi irreversible atau reaksi satu arah yaitu zat pereaksi yang dapat berubah menjadi hasil, sedangkan zat hasil tidak dapat membentuk kembali zat pereaksi. Ciri-ciri reaksi satu arah sebagai berikut.

• Reaksi ditulis dengan satu anak panah
• Reaksi baru berhenti apabila salah satu atau semua reaktan habis.
• Reaksi berlangsung satu arah dari kiri ke kanan.
• Zat hasil reaksi tidak dapat dikembalikan seperti zat mula-mula.

Contoh reaksi satu arah pada pilihan jawaban antara lain:

*Reaksi fotosintesis pada tumbuhan

• CO₂(g) + H₂O(l) ⟶ C₆H₁₂O₆ + O₂(g)

*Reaksi pembakaran bahan bakar fosil

• bahan bakar fosil + O₂(g) ⟶ H₂O(l) + CO₂(g) + energi

*Reaksi pembentukan karbon dioksida dari karbon dan oksigen

• C(s) + O₂(g) ⟶ CO₂(g)

*Reaksi pembentukan garam dari natrium hidroksida dan asam klorida

NaOH(aq) + HCl(aq) ⟶ NaCl(aq) + H₂O(l) 

Jadi salah satu contoh reaksi bolak balik pada pilihan jawaban adalah reaksi pembentukan ammonia dari nitrogen dan hidrogen.

Diketahui:

• n HI awal = 3 mol
• n H₂ saat setimbang = 1 mol

Ditanyakan:

n HI yang bereaksi

Dijawab:

2HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g)

H₂ merupakan produk (pada awal reaksi belum ada dan dihasilkan pada saat bereaksi) sehingga mol H₂ pada saat setimbang akan sama dengan mol H₂ pada saat reaksi, yakni 1 mol. Berdasarkan perbandingan koefisien, maka mol HI pada saat reaksi adalah 2 mol.

Penjelasan di atas dapat diringkas sebagai berikut:

Jadi banyaknya gas HI yang bereaksi adalah 2 mol.

Laju reaksi menyatakan laju berkurangnya jumlah pereaksi atau laju bertambahnya jumlah hasil reaksi dalam satuan waktu. Satuan jumlah zat bermacam-macam, misalnya gram, mol, atau konsentrasi. Sedangkan satuan waktu digunakan detik, menit, jam, hari, ataupun tahun. Dalam reaksi kimia banyak digunakan zat kimia yang berupa larutan atau berupa gas dalam keadaan tertutup, sehingga dalam laju reaksi digunakan satuan konsentrasi (molaritas).

Berdasarkan persamaan reaksi berikut:

A + B ⇌ C

A dan B merupakan pereaksi sehingga akan mengalami pengurangan tiap satuan waktu. Sedangkan C merupakan hasil reaksi sehingga akan terus bertambah tiap satuan waktu. Interpretasi ini sesuai dengan daerah berwarna kuning.

Reaksi kesetimbangan adalah reaksi di mana zat-zat hasil reaksi dapat bereaksi kembali membentuk zat-zat pereaksi. Reaksi berlangsung 2 arah yang ditandai dengan panah bolak-balik.

Pada keadaaan setimbang, konsentrasi pereaksi dan konsentrasi produk tidak berubah (tetap) seiring bertambahnya waktu (Laju reaksi pereaksi = Laju pereaksi produk). Interpretasi ini sesuai dengan daerah berwarna abu.

Jadi berdasarkan grafik pada soal, pernyataan yang tepat adalah daerah berwarna kuning adalah grafik laju reaksi dan daerah berwarna abu adalah grafik kesetimbangan.

Diketahui:

• M awal Fe³⁺ = 0,5 M
• M awal SCN^- = 0,2 M
• M FeSCN²⁺ pada saat setimbang = 0,1 M

Ditanyakan:

M Fe³⁺ saat setimbang

Dijawab:

Untuk reaksi Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) ⇌ FeSCN²⁺(aq)  

FeSCN²⁺ merupakan produk (pada awal reaksi tidak ada ada dan dihasilkan pada saat bereaksi) sehingga mol FeSCN²⁺ pada saat setimbang akan sama dengan mol FeSCN²⁺ pada saat reaksi yakni 0,1 M. Berdasarkan perbandingan koefisien, maka mol Fe³⁺ dan SCN^- pada saat reaksi adalah 0,1 M.

Dari penjelasan di atas dapat diketahui M Fe³⁺

mol Fe³⁺ saat setimbang = mol awal Fe³⁺ $-$ mol Fe³⁺ yang bereaksi/terurai

mol Fe³⁺ saat setimbang = 0,5 M $-$ 0,1 M = 0, 4 M

Penjelasan di atas dapat diringkas sebagai berikut:

Jadi konsentrasi Fe³⁺ dalam kesetimbangan adalah 0,4 M.

Diketahui:

• n awal SO₂ = 3 mol
• n awal O₂ = 2 mol
• n O₂ yang bereaksi = 0,5 mol

Ditanyakan:

komposisi zat-zat pada keadaan setimbang

Dijawab:

Buat persamaan reaksi kesetimbangan dan tentukan mol mula-mula, mol reaksi, dan mol saat setimbang.

Jadi komposisi zat-zat pada keadaan setimbang SO₂ = 2 mol ; O₂ = 1,5 mol ; SO₃ = 1 mol.