Menentukan Kespontanan Reaksi Asam Basa dari Data-data Ka1, Ka2, Ka3

Untuk reaksi kesetimbangan peluang reaksi untuk pembentukan produk (ke arah kanan), atau sebaliknya, reaksi balik (ke arah kiri), dapat saja terjadi karena berbagai faktor. Bila tidak ada faktor dari luar reaksi kesetimbangan akan mempunyai kecenderungan ke kanan atau ke kiri, inilah yang dimaksud dengan kespontanan. Kespontanan reaksi ini dapat dilihat dari data atau hasil hitung tetapan kesetimbangan (K) reaksi tersebut. Bila K relatif besar ke arah tertentu maka reaksi ke arah tersebut bersifat spontan. Contoh soal terkait penentuan kespontanan reaksi ke arah tertentu (ke kiri atau ke kanan) dapat di hitung dengan menggunakan konsep seperti yang dibahas di catatan ini.

Ringkasan yang dapat dijadikan pedoman untuk bahasan ini:

Misal reaksi A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g) dengan tetapan kesetimbangan K

• Bila reaksi tersebut di kali dua dari jumlah semula, menjadi
  2A(g) + 2B(g) ⇌ 2C(g) + 2D(g)
  maka nilai tetapan kesetimbangannya menjadi K²
• Bila reaksi tersebut dijadikan separuh atau setengah dari semula
  ½A(g) + ½B(g) ⇌ ½C(g) + ½D(g)
  maka nilai  tetapan kesetimbangannya menjadi K^½ = √K
• Bila reaksi semula dibalik mejadi 
  C(g) + D(g) ⇌ A(g) + B(g)
  maka nilai  tetapan kesetimbangannya menjadi $\frac{1}{K}$
• Bila reaksi semula dibalik kemudian diubah menjadi setengahnya 
  ½C(g) + ½D(g) ⇌ ½A(g) + ½B(g)
  maka nilai  tetapan kesetimbangannya menjadi $\frac{1}{\sqrt{K}}$
• Bila reaksi merupakan hasil penjumlahan dari dua reaksi lain maka nilai K adalah hasil kali K dua reaksi tersebut.
  A(g) + X(g) ⇌ C(g)   dengan  tetapan kesetimbangan K₁
  B(g) ⇌ D(g) + X(g)   dengan  tetapan kesetimbangan K₂
  maka penjumlah dua reaksi tersebut menjadi
  A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g)  dengan K = K₁ × K₂
  
• Bila nilai hasil hitung K bereksponen (berpangkat) positif maka reaksi ke arah kanan dapat berlangsung secara spontan dengan kata lain reaksi cenderung bergeser ke arah kanan (produk).
  Sebaliknya bila nilai hasil hitung K bereksponen negatif maka reaksi ke arah kiri dapat berlangsung secara spontan dengan kata lain reaksi cenderung bergeser ke arah kiri (pereaksi).

Contoh Soal #1
Diketahui data K_a dan reaksi ionisasi beberapa asam berikut:

Reaksi ionisasi asam	Ka
H2CO3 ⇌ HCO3– + H+	4,2 × 10–7
CH3COOH ⇌ CH3COO– + H+	1,8 × 10–5
HNO2 ⇌ NO2– + H+	4,5 × 10–5
HSO4– ⇌ SO42– + H+	1,2 × 10–2

Berdasarkan data tersebut, di antara reaksi berikut yang dapat berlangsung spontan ke kanan adalah:
A. HNO₂ + CH₃COO^– ⇌ CH₃COOH + NO₂^–
B. SO₄^2– + HNO₂ ⇌ HSO₄^– + NO₂^–
C. CH₃COO^– + H₂CO₃ ⇌ HCO₃^– + CH₃COOH
D. NO₂^– + CH₃COOH ⇌ HNO₂ + CH₃COO^–
E. CH₃COOH + SO₄^2– ⇌ CH₃COO^– + HSO₄^–

Pembahasan Contoh Soal #1:
Menjumlahkan suatu reaksi = mengalikan nilai K, membalik persamaan reaksi berarti nilai K menjadi 1/K.
Dari alternatif jawaban maka diperoleh hasil hitung sebagai berikut.
Alternatif A:

HNO2 ⇌ H+ + NO2–	Ka = 4,5 × 10–5
CH3COO– + H+ ⇌ CH3COOH	1/Ka = 1/(1,8 × 10–5)
HNO2 + CH3COO– ⇌ CH3COOH + NO2–	K =  2,5 × 100

dan seterusnya, dengan ringkasan sebagai berikut.

A. 4,5 × 10^–5 : 1,8 × 10^–5 = 2,5 × 10⁰
B. 4,5 × 10^–5 : 1,2 × 10^–2 = 3,75 × 10^–3
C. 4,2 × 10^–7 : 1,8 × 10^–5 = 2,33 × 10^–2
D. 1,8 × 10^–5 : 4,5 × 10^–5 = 4,00 × 10^–1
E. 1,8 × 10^–5 : 1,2 × 10^–2 = 1,50 × 10^–3

Bila K bernilai besar (lihat eksponen positif atau tidak negatif) dibanding reaksi lain maka ini dianggap spontan ke kanan. Spontan ke kanan ini berarti pada reaksi kesetimbangan cenderung akan membentuk hasil reaksi (produk) lebih banyak dibanding bila nilai K lebih kecil. Jawaban yang paling tepat A.

---

Contoh Soal #2

Di antara reaksi kesetimbangan di bawah ini yang reaksi bergeser ke arah kiri (ke arah pereaksi) adalah….

Diketahui:
H₂C₂O₄ : K_a1 = 6,0 × 10^–2 dan K_a2 = 6,1 × 10^–5
H₃PO₄ : K_a1 = 7,5 × 10^–3; K_a2 = 6,2 × 10^–8; dan K_a3 = 4,2 × 10^–13

1. H₂C₂O₄(aq) + HPO₄^2–(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + H₂PO₄^–(aq)
2. H₂C₂O₄(aq) + PO₄^3–(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + HPO₄^2–(aq)
3. HC₂O₄^–(aq) + PO₄^3–(aq) ⇌ C₂O₄^2– (aq) + HPO₄^2–(aq)
4. C₂O₄^2–(aq) + H₃PO₄(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + H₂PO₄^–(aq)
5. HC₂O₄^–(aq) + H₃PO₄(aq) ⇌ H₂C₂O₄(aq) + H₂PO₄^–(aq)

Pembahasan Contoh Soal #2:

Analisis dan hitungan K untuk setiap opsi jawaban:

Opsi A.
Reaksi: H₂C₂O₄(aq) + HPO₄^2–(aq) ⇌ HC₂O₄^–(aq) + H₂PO₄^–(aq)
1. Gunakan persamaan reaksi-1 dari H₂C₂O₄.
2. Gunakan persamaan reaksi-2 dari H₃PO₄ dan membaliknya.

H₂C₂O₄(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + H⁺(aq)     → K_a1 H₂C₂O₄ 
HPO₄^2–(aq) + H⁺(aq) ⇌ H₂PO₄^–(aq)       → 1/K_a2 H₃PO₄
H₂C₂O₄(aq) + HPO₄^2–(aq) ⇌ HC₂O₄^–(aq) + H₂PO₄^–(aq)

K = K_a1 H₂C₂O₄  × 1/K_a2 H₃PO₄
K = [6,0 × 10^–2] × [1/(6,2 × 10^–8)]
K = 9,68 × 10⁵

Nilai K bereksponen positif (dalam hal ini 10 pangkat 5, reaksi cenderung bergeser ke kanan.

Opsi B.
Reaksi: H₂C₂O₄(aq) + PO₄^3–(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + HPO₄^2–(aq)
1. Gunakan persamaan reaksi-1 dari H₂C₂O₄.
2. Gunakan persamaan reaksi-3 dari H₃PO₄ dan membaliknya.

H₂C₂O₄(aq) ⇌ HC₂O₄^–(aq) + H⁺(aq)      → K_a1 H₂C₂O₄ 
PO₄^3–(aq) + H⁺(aq) ⇌ HPO₄^2–(aq)          → 1/K_a3 H₃PO₄
H₂C₂O₄(aq) + PO₄^3–(aq) ⇌ HC₂O₄^–(aq) + HPO₄^2–(aq)

K = K_a1 H₂C₂O₄  × 1/K_a3 H₃PO₄
K = [6,0 × 10^–2] × [1/(4,2 × 10^–13)]
K = 1,43 × 10¹¹
Nilai K bereksponen positif (dalam hal ini 10 pangkat 11), reaksi cenderung bergeser ke kanan.

Opsi C.
Reaksi: HC₂O₄^–(aq) + PO₄^3–(aq) ⇌ C₂O₄^2–(aq) + HPO₄^2–(aq)
1. Gunakan persamaan reaksi-2 dari H₂C₂O₄.
2. Gunakan persamaan reaksi-3 dari H₃PO₄ dan membaliknya.

HC₂O₄^–(aq) ⇌ C₂O₄^2–(aq) + H⁺(aq)        → K_a2 H₂C₂O₄ 
PO₄^3–(aq) + H⁺(aq) ⇌ HPO₄^2–(aq)          → 1/K_a3 H₃PO₄
HC₂O₄^–(aq) + PO₄^3–(aq) ⇌ C₂O₄^2–(aq) + HPO₄^2–(aq)

K = K_a2 H₂C₂O₄  × 1/K_a3 H₃PO₄
K = [6,1 × 10^–5] × [1/(4,2 × 10^–13)]
K = 1,45 × 10⁸
Nilai K bereksponen positif (dalam hal ini 10 pangkat 8), reaksi cenderung bergeser ke kanan.

Opsi D.
Reaksi: C₂O₄^2–(aq) + H₃PO₄(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + H₂PO₄^–(aq)
1. Gunakan persamaan reaksi-2 dari H₂C₂O₄ dan membaliknya.
2. Gunakan persamaan reaksi-1 dari H₃PO₄. 

C₂O₄^2–(aq) + H⁺(aq) ⇌ HC₂O₄^–(aq)        → 1/K_a2 H₂C₂O₄ 
H₃PO₄(aq) ⇌ H₂PO₄^–(aq) + H⁺(aq)        → K_a1 H₃PO₄
C₂O₄^2–(aq) + H₃PO₄(aq) ⇌ HC₂O₄^– (aq) + H₂PO₄^–(aq)

K = 1/K_a2 H₂C₂O₄ × K_a1 H₃PO₄ 
K = [1/(6,1 × 10^–5)] × [7,5 × 10^–3]
K = 1,23 × 10²
Nilai K bereksponen positif (dalam hal ini 10 pangkat 2), reaksi cenderung bergeser ke kanan.

Opsi E.
Reaksi: HC₂O₄^–(aq) + H₃PO₄(aq) ⇌ H₂C₂O₄(aq) + H₂PO₄^–(aq)
1. Gunakan persamaan reaksi-1 dari H₂C₂O₄ dan membaliknya.
2. Gunakan persamaan reaksi-1 dari H₃PO₄. 

HC₂O₄^–(aq) + H⁺(aq) ⇌ H₂C₂O₄(aq)      → 1/K_a1 H₂C₂O₄ 
H₃PO₄(aq) ⇌ H₂PO₄^–(aq) + H⁺(aq)        → K_a1 H₃PO₄
HC₂O₄^–(aq) + H₃PO₄(aq) ⇌ H₂C₂O₄(aq) + H₂PO₄^–(aq)

K = 1/K_a1 H₂C₂O₄ × K_a1 H₃PO₄
K = [1/(6,0 × 10^–2)] × [7,5 × 10^–3] 
K = 1,25 × 10^–1
Nilai K bereksponen negatif (dalam hal ini 10 pangkat –1), reaksi cenderung bergeser ke kiri.

Jawaban yang tepat E.

KSJSS, terima kasih.