KESEIMBANGAN KIMIA

KESEIMBANGAN KIMIAKEADAAN SETIMBANG SECARA TERMODINAMIKA 1. Pengertian Kesetimbangan Kimia Untuk reaksi kimia umum : Suatu reaksi kimia dikatakan seimbang apabila reaksi pembentukan dan reaksi penguraian pada reaksi tersebut berlangsung dengan kecepatan yang sama sehingga tidak ada lagi perubahan dalam sistem tersebut. Atau dengan kata lain suatu sistem dikatakan seimbang apabila konsentrasi reaktan diambil sedikit, maka sistem akan berubah, namun kemudian akan kembali lagi mempertahankan keadaan seimbangnya. Reaksi harus berlangsung pada sistem tertutup. Artinya reaksi itu harus berlangsung dalam sistem yang tidak memungkinkan hilangnya produk/reaktan keluar dari sistem sehingga dalam sistem tertutup hanya terjadi perubahan secara kimiawi, tidak terjadi perubahan dalam hal tingkat energi dan materi. Sehingga dalam sistem tertutup hanya terjadi perubahan secara kimiawi, tidak terjadi perubahan dalam hal tingkat energi dan materi. Sehingga ada istilah keseimbangan dinamika. Keseimbangan dinamika hanya terjadi pada tingkat molekulernya, perubahan tetap terjadi namun selisih lajunya sangat kecil sekali. Bila sistem merupakan sistem terbuka dan salah satu produk berbentuk gas, maka keseimbangan tidak pernah akan dapat dicapai karena reaksi kebalikan akan selalu lebih kecil daripada reaksi pembentukan. Salah satu ciri yang menunjukkan bahwa sistem mencapai keseimbangan adalah adanya sifat-sifat tertentu yang menjadi konstan dan dapat di ukur. 2. Kesetimbangan Dalam Sistem Tertutup Hukum II : dSt 0 dSsist + dSling 0 dSsist + ( dSsist Untuk proses reversibel dSsist = Maka -dqrev -dq dq dqrev 0 Hukum I : dU = dq + dw dU = dq PdV dq = dU + PdV ; dimana dalam keadaan isobar (dP=0) Maka dq = dH dimana dqrev = TdS

Dari gabungan hukum I & II termodinamika tersebut maka dapat disimpulkan setiap proses dalam sistem tertutup berlaku hubungan : dq dqrev 0 atau dU + PdV TdS 0 Untuk kondisi-kondisi tertentu, syarat-syarat keseimbangan : (dU)V,S = 0 (dS)V,U = 0 (d(U-TS))T,V = 0 Tetapi syarat keseimbangan yang lebih umum dan sering digunakan yaitu : (dG)T,P = 0 Pada suatu sistem keseimbangan, produknya lama kelamaan akan bertambah yang akan diikuti dengan berkurangnya reaktan sehingga koefisien reaksi untuk produknya positif dan reaktannya negatif. Antara reaksi reversibel dengan reaksi kesetimbangan itu berbeda. Hal ini dikarenakan karena jika reaksi reversibel itu pada keadaan tertentu akan membentuk produk dan pada keadaan terurai kembali menjadi reaktan, sehingga reaksi reversibel hanya mengalami perubahan dalam reaksi bolak-balik. Sedangkan pada reaksi keseimbangan, reaksi itu harus mencapai parameter-parameter yang digunakan untuk menunjukkan keseimbangan seperti yang telah disebutkan pada syarat-syarat keseimbangan di atas. Reaksi reversibel padat mencapai keadaan setimbang jika laju pembentukan produk sama dengan laju penguraian produk menajdi reaktan kembali. 3. Konstanta/Tetapan Kesetimbangan Untuk reaksi setimbang : n11 + n22 n33 + n44 Greaksi = Gproduk - Greaktan Karena i = i + RT ln Xi Sehingga dihasilkan G = G + RT ln K Atau G = (n33 + n44 - n11 - n22) + RT ln

TAHAP-TAHAP DASAR Untuk reaksi umum

Kita dapat tunjukkan reaksi tersebut dalam 3 tahap Awal Pencampuran Jika A dan B pertama kali dicampurkan bersama, dan C belum terbentuk atau hampir terbentuk. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut

Bersamaan dengan dimulainya reaksi, maka sejumlah C mulai terbentuk Daerah Kinetic Bersamaan dengan terbentuknya C, reaksi balik juga mulai terjadi

Secara keseluruhan, produk C masih mengalami pertambahan jumlah. Dengan semakin dekatnya pada daerah kesetimbangan, laju ke arah produk menjadi semakin lambat. Daerah Kesetimbangan Suatu titik dimana kecepatan reaksi pada arah yang berlawanan sama

Jadi tidak ada perubahan konsentrasi dari setiap komponen pada daerah kesetimbangan/pada saat setimbang. KURVA KESETIMBANGAN

Kurva tersebut dapat dicapai dengan mengasumsikan bahwa suhu dan tekanan telah dibuat tetap. Bila kedua besaran itu tidak dibuat tetap, maka waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan setimbang akan berbeda. Asumsi yang juga harus dipenuhi adalah reaksi berlangsung dalan suatu sistem tertutup. UNGKAPAN TETAPAN KESETIMBANGAN KONSENTRASI

Kesetimbangan homogen Kesetimbangan yang melibatkan satu fasa Contoh: Semua komponen berada dalam fasa gas.

Pada suhu tetap : aA + bB xX + yY pada TC. Pada keadaan seimbang, banyaknya masing-masing reaktan dan produk sudah tak berubah lagi sehingga:

Persamaan di atas disebut dengan hokum keseimbangan. Dimana bunyi dari hokum keseimbangan itu yaitu, hasil kali produk dipangkatkan koefisien reaksinya dibagi dengan hasil reaktan dipangkatkan koefisien reaksi. Hokum keseimbangan ini nilainya selalu tetap pada suhu yang tertentu. Jika reaktan dan produk dinyatakan dalam konsentrasi yaitu dalam satuan Untuk reaksi umum : , maka K sering dituliskan dengan symbol Kc.

Kesetimbangan dapat diungkapkan sebagai berikut :

Kc [ ]n

= Tetapan kesetimbangan homogen = konsetrasi molar berpangkat koefisiennya dalam persamaan reaksi yang setimbang

Kesetimbangan Heterogen Kesetimbangan yang melibatkan beberapa fasa

Ungkapan kesetimbangan untuk sistem jenis ini, tidak termasuk konsentrasi dari padatan murni (atau cairan).

Kita tidak memasukkan padatan murni dan cairan sebab konsentrasinya tidak bervariasi. Nilainilainya tidak dimasukkan dalam nilai K.

Selama temperatur konstan dan padatan masih ada, jumlah padatan yang ada tidak berpengaruh terhadap kesetimbangan. Menuliskan Ungkapan Kesetimbangan Konsentrasi : Setarakan persamaan reaksi kesetimbangan. Taruh produk sebagai pembilang dan pereaksi sebagai penyebut. Keluarkan fasa padat dan fasa cair dari ungkapan kesetimbangan. Pangkat setiap konsentrasi setiap komponen harus sama dengan koefisien komponen tersebut dalam reaksi kesetimbangan

Contoh: Bagaimana ungkapan kesetimbangan berikut ?

(NH4)2CO3 adalah padatan Kita tuliskan [NH3]2 sebab koefisien untuk NH3(g) adalah 2

Nilai Kc suatu reaksi dapat digunakan untuk menghitung Kc reaksi kimia lain bila reaksi-reaksi kimia itu mengandung spesies yang sama. Contoh: 1. 2NO2 (g) 2NO(g) + O2 (g) 2. NO2 (g) NO(g) + O2 (g) 3. 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) Jawaban :

Kc = 1,8 x 10-6 Kc = ? Kc = ?

T = 184C T = 184C T = 184C

(

(

(

Dari persamaan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa bila reaksi dibalik maka nilai Kc akan menjadi 1/ konstanta semula. Bila koefisien dibagi 2 maka nilai Kc akan menjadi Kc semula dipangkatkan dengan 1/ bilangan pembagi. Makna dari nilai Kc ini yaitu,perbandingan jumlah konsentrasi dari reaktan dengan praduk pada keadaan seimbang. Misalnya, nilai Kc sebesar reaktan. UNGKAPAN TETAPAN KESETIMBANGAN TEKANAN PARSIAL Untuk kesetimbangan yang melibatkan gas, tekanan parsial dapat digunakan untuk menggantikan konsentrasi maka pada keseimbangan terdapat 1 produk dari 4

( (

( (

, dimana ( (( ( ( (

= MRT sehingga :

( (

(

(

UNGKAPAN TETAPAN KESETIMBANGAN FRAKSI MOL Dalam sebuah reaksi kesetimbangan, tentu kita mengetahui bahwa tetapan kesetimbangan (K) menyatakan arah reaksi kesetimbangan tersebut berlangsung. Ada beberapa tetapan kesetimbangan yang kita ketahui, yaitu Kc dan Kp. Sekarang kita akan mencari tahu hubungan masing masing tetapan tersebut. Perlu diingat lagi bahwa gas disini dianggap sebagai gas ideal. Sehingga berlaku persamaan: PV=nRT Sebuah reaksi homogen dalam 1 Liter wadah: 2A(g) + B(g) C(g) + 3D(g)

Pernyataan Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc ; C = Concentration)

Sehingga dapat kita rumuskan bahwa Kc adalah:

Hubungan Kc dengan Kp (Kp adalah Tetapan Kesetimbangan Tekanan Gas ; P = Pressure) ( (( (

( (( (

(

Sehingga dapat kita rumusukan hubungan Kp dan Kc adalah: (

Hubungan Kp dengan Kx (Kx adalah Tetapan Kesetimbangan Fraksi ; X = Fraksi Mol) Seperti yang kita ketahui bahwa pada saat kesetimbangan tercapai, tekanan suatu wadah sama dengan total dari tekanan parsial setiap gas yang ada. Seperti yang dinyatakan dibawah untuk reaksi kesetimbangan kita:

( , dengan Maka, Dengan XA ( Fraksi mol A ) :

Atau (

Atau (

Sehingga P total dapat kita nyatakan dalam: (

(

)

Dari persamaan persamaan diatas, dapat kita cari hubungan antara Kp dengan Kx:

Kp

( (

( (

Kp

( (

( (

Kp Kp

( (

( (

(

(

Sehingga hubungan Kp dan Kx dapat kita nyatakan dalam: ( Hubungan Kc dengan Kx ( ( .(1) .(2)

Gabungan persamaan (1) dan (2) ( (

(

)

(

)