kesetimbangan kimia
DESCRIPTION
Referensi : “ Prinsip-prinsip Kimia Modern” Penulis : Oxtoby , Gillis, Nachtrieb Prinsip dan Penerapan Dasar untuk Reaksi Fasa Gas. Kesetimbangan Kimia. Tetapan kesetimbangan Ketergantungan kesetimbangan pada kondisi Peranan dalam mengubah hasil reaksi. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
KESETIMBANGAN KIMIA
Referensi : “Prinsip-prinsip Kimia Modern”Penulis : Oxtoby, Gillis, Nachtrieb
Prinsip dan Penerapan Dasar untuk Reaksi Fasa Gas
Tetapan kesetimbangan Ketergantungan kesetimbangan pada
kondisi Peranan dalam mengubah hasil reaksi
1. SIFAT-SIFAT KESETIMBANGAN KIMIA
PENDEKATAN KESETIMBANGAN
Ilustrasi ion kobalt (II) dalam pelarut air yang juga mengandung ion klorida. Ion kobalt (II) dapat membentuk ion kompleks yang berbeda-beda, tergantung pada jumlah ion klorida yang ada
CoCl2.6H2O dilarutkan dalam air murni sehingga konsentrasinya 0.08 M akan dihasilkan larutan merah muda pucat yang berasal dari ion kompleks heksaaquakobalt (II) [Co(H2O)6]2+
Jika CoCl2.6H2O dilarutkan ke dalam 10 M HCl sehingga konsentrasinya menjadi 0.08 M larutan akan berwarna biru gelap akibat adanya ion kompleks tetraklorokobalt (II) [CoCl4)2-
Kompleks heksaaqua dapat diubah menjadi kompleks tetrakloro atau sebaliknya[Co(H2O)6]2+ + 4 Cl- [CoCl4)2- + 6 H2O
Jika ditambahkan konsentrat HCl ke dalam larutan merah muda [Co(H2O)6]2+
sampai mencapai konsentrasi kobalt (II) mencapai 0.044 M dan konsentrasi HCl menjadi 5.4 M maka hasilnya adalah larutan berwarna lembayung muda, mengandung 98% [Co(H2O)6]2+ dan 2 % [CoCl4)2-
Jika ditambahkan konsentrat HCl ke dalam larutan biru gelap [CoCl4)2-
sampai mencapai konsentrasi kobalt (II) mencapai 0.044 M dan konsentrasi HCl menjadi 5.4 M maka hasilnya adalah larutan berwarna lembayung muda, mengandung 98% [Co(H2O)6]2+ dan 2 % [CoCl4)2-
KARAKTERISTIK KEADAAN KESETIMBANGAN
A + B C + D Kesetimbangan kimia bukanlah
keadaan statis, meskipun sifat makroskopik seperti konsentrasi berhenti berubah
Laju pembentukan produk (C dan D) dari reaktan (A dan B) sama besar dengan laju pembentukan reaktan dari produk
Ada 4 aspek dasar keadaan kesetimbangan1. Keadaan kesetimbangan tidak menunjukkan
perubahan makroskopik yang nyata2. Keadaan kesetimbangan dicapai melalui
proses yang berlangsung spontan3. Keadaan kesetimbangan menunjukkan
keseimbangan dinamik antara proses maju atau balik
4. Keadaan keseimbangan adalah sama walaupun arah pendekatannya berbeda
HUKUM EMPIRIS AKSI MASSA
aA + bB cC + dD Berapapun konsentrasi awal reaktan yang dipilih pada
awal percobaan, nilai nisbah:[C]c
eq [D]deq
[A]aeq [B]b
eq
yang dihitung pada kesetimbangan hampir selalu sama Nisbah ini disebut tetapan kesetimbangan empiris
dengan lambang Kc
Dimensi Kc = (konsentrasi )c+d-a-b dan tidak berdimensi bila c+d = a+b
Persamaan ini juga terangkum dalam hukum aksi massa
Untuk fasa gas, jumlah reaktan dan produk dihitung dengan tekanan parsial Px
Kp =
[PC]ceq [PD]d
eq
[PA]aeq [PB]b
eq
Kp mempunyai dimensi (tekanan)c+d-a-b dan tidak berdimensi untuk reaksi-reaksi dimana a + b = c + d
Hukum aksi massa empiris bermakna 1. Nilai KC atau KP merupakan sifat hakiki yang
sudah melekat pada reaksi kimia itu sendiri, dan tidak tergantung pada konsentrasi awal spesifik dari reaktan dan produk
2. Magnitudo KC atau KP memberikan informasi langsung tentang sifat dasar keadaan atau posisi kesetimbangan reaksi. Jika tetapan kesetimbangan amat besar, maka pada kesetimbangan, konsentrasi/tekanan parsial produk akan lebih besar daripada konsentrasi/tekanan parsial reaktan
2. GAMBARAN TERMODINAMIKA KEADAAN KESETIMBANGAN
Termodinamika memandang reaksi kimia sebagai “aliran” spontan atom dari reaktan menuju produk yang berlangsung pada T dan P tetap dan mengharuskan ∆G < 0 agar proses dapat terjadi
Pada keadaan kesetimbangan, ∆G = 0; artinya, tidak akan ada lagi kecendrungan untuk reaksi berjalan ke depan atau sebaliknya
REAKSI ANTARA GAS IDEAL
Ketergantungan Energi Bebas Gibss dari suatu gas pada Tekanan∆G = ∆(H – TS) = ∆H - T∆S = -T∆S pada T tetap (sehingga ∆H = 0)∆S = nR ln(V2/V1) = nR ln(P1/P2) = nR ln(P2/P1)
sehingga ∆G = nRT ln(P2/P1)
bila P1 = Pref = 1 atm sebagai keadaan acuan untuk gas, maka ∆G = nRT ln(P/Pref) = nRT ln P
Persamaan Kesetimbangan untuk Reaksi dalam Fasa Gas
3 NO(g) N2O(g) + NO2(g)Jika semua tekanan parsialnya 1 atm, maka ∆G untuk reaksi ini hanya ∆G0 pada 25oCJika tekanannya bukan 1 atm, maka ∆G harus dihitung menggunakan 3 langkahpertama, tekanan parsial reaktan (3 mol NO) diubah dari nilai awalnya (PNO) ke tekanan acuan Pref = 1 atm∆G1 = 3 RT ln (Pref/PNO) = RT ln (Pref/PNO)3
kedua, reaksi berlangsung dengan semua reaktan dan produk berada pada tekanan parsial Pref = 1 atm
∆G2 = ∆G0
ketiga, tekanan parsial produk diubah dari Pref = 1 atm menjadi PN2O dan PNO2
∆G3 = RT ln (PN2O/Pref) + RT ln (PNO2/Pref)
∆G3 = RT ln [(PN2O/Pref) (PNO2/Pref)]
perubahan energi bebas Gibbs keseluruhan ∆G adalah jumlah untuk ketiga langkah ini∆G = ∆G1 + ∆G2 +∆G3
∆G = ∆G0 + RT ln [(PN2O/Pref) (PNO2
/Pref)]
(PNO/Pref)
ketika reaksi mencapai keseimbangan, ∆G = 0, sehingga
-∆G0 = RT ln [(PN2O/Pref) (PNO2
/Pref)]
(PNO/Pref)
Nisbah tekanan parsial dilambangkan oleh K(T) dan dinamakan tetapan kesetimbangan termodinamik untuk reaksi sehingga -∆G0 = RT ln K(T) untuk rumus umum aA +bB cC + dD
-∆G0 = RT ln [(PC/Pref) (PD/Pref)
]
(PA/Pref) (PB/Pref)
-∆G0 = RT ln K
REAKSI DALAM LARUTAN IDEAL
Perubahan energi Gibbs untuk n mol zat terlarut sebagai larutan ideal yang konsentrasinya berubah dari c1 menjadi c2
∆G = nRT ln (c2/c1)
∆G= ∆G0 + RT ln [
(PC/Pref) (PD/Pref)]
(PA/Pref) (PB/Pref)
jika ∆G = 0 maka ∆G0 = -RT ln K
3. PERHITUNGAN KESETIMBANGAN UNTUK REAKSI FASA GAS
MENGEVALUASI TETAPAN KESETIMBANGAN DARI DATA REAKSI
Lihat contoh 9.3 CO(g) + Cl2(g)
COCl2(g)
tekanan parsial awal 0.06 1.10 0perubahan tekanan parsial ? ? ?tekanan parsial kesetimbangan ? ? ?
Lihat contoh 9.3 CO(g) + Cl2(g)
COCl2(g)
tekanan parsial awal 0.06 1.10 0perubahan tekanan parsial -0.10 -0.10 +0.10tekanan parsial kesetimbangan 0.50 1.00 0.10
HUBUNGAN ANTARA PERSAMAAN KESETIMBANGAN
Lihat halaman 2712 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
P2H2O = K1
P2
H2
PO2
2 H2O(g) 2 H2(g) + O2(g) )
P2H2
PO2 = K2
P2
H2O
Reaksi K1 merupakan kebalikan K2 sehingga hasil kali keduanya (K1K2) = 0
HUBUNGAN ANTARA PERSAMAAN KESETIMBANGAN
Lihat halaman 2712 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
P2H2O = K1
P2
H2
PO2
2 H2O(g) 2 H2(g) + O2(g) )
P2H2
PO2 = K2
P2
H2O
Reaksi K1 merupakan kebalikan K2 sehingga hasil kali keduanya (K1K2) = 0
Lihat halaman 2712 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
P2H2O = K1
P2
H2
PO2
H2(g) + ½ O2(g) H2O(g) PH2O
= K3
PH2
P½ O2
Perbandingan K1 dan K3 adalahK1 = K3½
Lihat halaman 2712 BrCl(g) Cl2(g) + Br2(g) PBr2 PCl2 = K1 = 0.45
P2
BrCl
Br2(g) + I2(g) 2 IBr(g) P2IBr = K2 = 0.051
P
Br2 P
I2
BrCl(g) + I2(g) 2 IBr(g) + Cl2(g) P2IBr PI2 = K3 = 0.023
P
BrCl P
I2
reaksi 3 = reaksi 1 + reaksi 2K3 = K1*K2
PERHITUNGAN KOMPOSISI KESETIMBANGAN BILA K DIKETAHUI
Lihat contoh 9.5P0
H2 = 1.320 atm x (600/400 K) = 1.980 atm
P0I2 = 1.320 atm x (600/400 K) = 1.980 atm
H2(g) + I2(g) 2HI2(g)
tekanan parsial awal 1.980 1.710 0perubahan tekanan parsial -x -x +2xtekanan parsial kesetimbangan 1.980-x 1.710-x 2x
2x = 92.6
(1.980 – x) (1.710 – x)88.6x2 – 341.694x + 313.525 = 0dihitung dengan rumus kuadrat
x = -b√b2-4ac
2(a)x = 1.5044 atm atau 2.3522 atm
yang berarti fisik hanya akar 1PHI = 2x = 3.0088 = 3.01 atm
PH2 = 1.980 – x = 0.4756 = 0.48 atm
PI2 = 1.710 – x = 0.2056 = 0.21 atm
persentase yang tidak bereaksi
= 0.2056
x 100% = 12 %
1.710yang bereaksi = 88%
PERHITUNGAN KESETIMBANGAN YANG MELIBATKAN KONSENTRASI GAS
Hubungan tekanan dengan kosentrasi
[A] =
nA = PA
V RT
PA = RT [A] Pada persamaan aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)
(RT[C]/Pref)c (RT[D]/Pref)d = K
(RT[A]/Pref)a (RT[B]/Pref)b
[C]c [D]d = K (RT/Pref)
a+b-c-d
[A]a [B]b
4. MAGNITUDO K DAN ARAH PERUBAHAN
K >> 1 reaksi bergerak jauh ke arah produk
K << 1 reaksi tersebut tetap tinggal di reaktan
MAGNITUDO TETAPAN KESETIMBANGAN Hubungan tetapan Gibbs dengan
tetapan kesetimbangan
ln K = -∆G0
= ∆S0
- ∆H0
RT R RT Sehingga
K = exp [-∆G0RT] = exp [-∆S0/R] exp [-∆H0 /RT]
Nilai K akan besar jika ∆S0 positif dan besar, serta jika nilai ∆H0 negarif dan besar. Meningkatnya keacakan dan ketidakteraturan (∆S0 > 0) dan menurunnya entalpi (∆H0 < 0) akan menyebabkan nilai K besar. Jika ∆H0 dan ∆S0 mempunyai nilai yang sama, nilai K merupakan kompromi antara satu pengaruh yang menaikkan K dan pengaruh lainnya yang menurunkannya. Dengan demikian, faktor yang sama yang menyebabkan reaksi spontan dengan membuat ∆G0 negatif juga menyebabkan nilai K besar jika dapat membuat nilai ∆G0 besar dan bertanda negatif
ARAH PERUBAHAN DAN KUOSIEN REAKSI
K = [(PC/Pref) (PD/Pref)
]
(PA/Pref) (PB/Pref)
Jika tekanan diukur pada keadaan kesetimbangan. Jika diukur jauh dari keadaan kesetimbangan, disebut dengan kuosien reaksi, dilambangkan dengan Q
Q = [(PC/Pref) (PD/Pref)
]
(PA/Pref) (PB/Pref) kondisi ketidakseimbangan
Hubungannya dengan tetapan Gibbs dan tetapan kesetimbangan∆G = ∆G0 + RT ln Q∆G = -RT ln K + RT ln Q ∆G = RT ln (Q/K)Jika Q < K, sehingga ∆G < 0 sehingga reaksi akan berlangsung spontan kiri ke kanan. Jika Q > K, maka ∆G > 0 dan reaksi kanan ke kiri
PENGARUH LUAR PADA K: PRINSIP LE CHÂTELIER
Prinsip Henri Le ChâtelierSebuah sistem dalam kesetimbangan yang mengalami suatu tegangan akan bereaksi sedemikian rupa sehingga cenderung melawan pengaruh tersebut
Pengaruh perubahan konsentrasi reaktan dan produk
Pengaruh perubahan volume Pengaruh perubahan suhu
Pengaruh perubahan konsentrasi reaktan dan produk (lihat gambar 9.6)Penambahan reaktan menurunkan kuosien reaksi dan netto berlangsung ke arah maju, dengan mengubah sebagian reaktan menjadi produk, sampai Q menjadi sama kembali dengan K. Sistem secara parsial melawan pengaruh luar (kenaikan jumlah salah satu reaktan) dan mencapai keadaan kesetimbangan baru. Jika produk ditambahkan ke dalam campuran dalam keadaan kesetimbangan, Q untuk sementara akan lebih besar dari K dan reaksi balik netto berlangsung, sebagian melawan pengaruh tegangan dengan mengurangi konsentrasi produk
Reaksi pembentuk HIH2(g) + I2(g) 2 HI(g)
Ketika HI dibuat dari unsur-unsurnya, iodin adalah reaktan yang jauh lebih mahal dari pada hidrogen. Oleh karena itu ditambahkan hidrogen ke campuran untuk menjamin agar reaksi iodin berlangsung sempurna. Jika produk diambil pada keadaan seimbang, reaksi juga akan bergerak maju untuk mengkompensasi secara parsial dengan menaikkan tekanan parsial produk.
Pengaruh Pengubahan Volume2 P2(g) P4(g)
Penurunan volume sistem gas akan menaikkan tekanan total, dan sistem menanggapi, sedemikian rupa dengan menurunkan tekanan total. Kenaikan volume cenderung menghasilkan reaktan.Jika tidak ada perubahan dalam jumlah total molekul-molekul fasa gas di dua ruas persamaan, maka perubahan volume tidak berpengaruh pada kesetimbangan
Pengaruh Perubahan SuhuMenaikkan suhu campuran kesetimbangan dengan menambahkan panas menyebabkan reaksi berlangsung sedemikian rupa sehingga menyerap panas yang ditambahkan. Kesetimbangan dalam reaksi endotermik bergeser dari kiri ke kanan, sedangkan reaksi endotermik bergeser dari kanan ke kiri dengan produk yang bereaksi untuk menghasilkan reaktan.tetapan kesetimbangan untuk reaksi endotermik naik dengan naiknya suhu, sedangkan untuk reaksi eksotermik turun dengan naiknya suhu
Memaksimalkan Hasil Reaksi
5. KETERGANTUNGAN TETAPAN KESETIMBANGAN TERHADAP SUHU: PENJELASAN TERMODINAMIKA
Ketergantungan tetapan kesetimbangan terhadap suhu ditentukan oleh persamaan-RT ln K = ∆G0 = ∆H0 - T ∆S0 Jika ∆H0 dan ∆S0 tidak tergantung, maka semua ketergantungan suhu dari K terletak pada faktor T.
ln K = - ∆G0
= - ∆H0
+ ∆S0
RT RT R
Persamaan van’t Hoff
ln [ K2 ] = -
∆H0 [
1 – 1
]
K1 R T2 T1
Pengaruh perubahan suhu terhadap tetapan kesetimbangan tergantung pada tanda ∆H0. Jika ∆H0 negatif (reaksi eksotermik, melepaskan energi berupa panas), maka menaikkan suhu akan menurunkan K. Jika ∆H0 positif (reaksi endotermik, dengan mengambil energi berupa panas), maka menaikkan suhu akan menaikkan K
TERIMA KASIH
Tugas Kesetimbangan KimiaHal 286 – 289Nomor 7, 9, 11, 15, 17, 19, 25, 27, 33, 35, 37, 39, 41, 43
Tugas Proses SpontanHal 254 – 256Nomor 1, 2, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 31, 33, 35, 37
SEKALI LAGI TERIMA KASIH
Tugas Proses Termodinamika dan TermokimiaHal 218 – 221Latihan kumulatif metanol sebagai pengganti bahan bakar3, 5, 11, 12, 23, 24, 25
Tugas Larutan Hal 182-183Nomor 33, 35, 37, 41, 43, 47
ONES MORE
Tugas Wujud Gas Hal 122 – 124Nomor 13, 15, 19, 20, 21, 25, 27, 29, 31, 37, 39
Tugas Ikatan KimiaHal 84 – 85Konsep dan keterampilan Nomor 1, 2, 4, 5, 9, 10, 11
TERAKHIR MI INI TERIMA KASIH Slide PPT dan Hasil
Diskusi (Pertanyaan dan Jawabannya secara lengkap + pustaka)