Slide 1

Kesetimbangan KimiaReferensi : Prinsip-prinsip Kimia ModernPenulis : Oxtoby, Gillis, NachtriebPrinsip dan Penerapan Dasar untuk Reaksi Fasa GasTetapan kesetimbanganKetergantungan kesetimbangan pada kondisiPeranan dalam mengubah hasil reaksi

1. Sifat-sifat kesetimbangan kimiaPendekatan kesetimbanganIlustrasi 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 adaCoCl2.6H2O 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 H2OJika 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 KesetimbanganA + B C + DKesetimbangan kimia bukanlah keadaan statis, meskipun sifat makroskopik seperti konsentrasi berhenti berubahLaju pembentukan produk (C dan D) dari reaktan (A dan B) sama besar dengan laju pembentukan reaktan dari produkAda 4 aspek dasar keadaan kesetimbanganKeadaan kesetimbangan tidak menunjukkan perubahan makroskopik yang nyataKeadaan kesetimbangan dicapai melalui proses yang berlangsung spontanKeadaan kesetimbangan menunjukkan keseimbangan dinamik antara proses maju atau balikKeadaan keseimbangan adalah sama walaupun arah pendekatannya berbedaHukum empiris aksi massaaA + bBcC + dDBerapapun konsentrasi awal reaktan yang dipilih pada awal percobaan, nilai nisbah:[C]ceq [D]deq[A]aeq [B]beqyang dihitung pada kesetimbangan hampir selalu samaNisbah ini disebut tetapan kesetimbangan empiris dengan lambang KcDimensi Kc = (konsentrasi )c+d-a-b dan tidak berdimensi bila c+d = a+bPersamaan ini juga terangkum dalam hukum aksi massaUntuk fasa gas, jumlah reaktan dan produk dihitung dengan tekanan parsial Px Kp = [PC]ceq [PD]deq[PA]aeq [PB]beqKp mempunyai dimensi (tekanan)c+d-a-b dan tidak berdimensi untuk reaksi-reaksi dimana a + b = c + d

Hukum aksi massa empiris bermakna 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 produkMagnitudo 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 reaktan2. Gambaran termodinamika keadaan kesetimbanganTermodinamika 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 terjadiPada keadaan kesetimbangan, G = 0; artinya, tidak akan ada lagi kecendrungan untuk reaksi berjalan ke depan atau sebaliknyaReaksi antara gas idealKetergantungan Energi Bebas Gibss dari suatu gas pada TekananG = (H TS) = H - TS = -TS 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 PPersamaan Kesetimbangan untuk Reaksi dalam Fasa Gas3 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 atmG1 = 3 RT ln (Pref/PNO) = RT ln (Pref/PNO)3kedua, reaksi berlangsung dengan semua reaktan dan produk berada pada tekanan parsial Pref = 1 atmG2 = G0ketiga, tekanan parsial produk diubah dari Pref = 1 atm menjadi PN2O dan PNO2G3 = 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 iniG = 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 idealPerubahan energi Gibbs untuk n mol zat terlarut sebagai larutan ideal yang konsentrasinya berubah dari c1 menjadi c2G = 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 gasMengevaluasi tetapan kesetimbangan dari data reaksiLihat 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 0.10Hubungan antara persamaan kesetimbanganLihat halaman 2712 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) P2H2O = K1 P2H2 PO2 2 H2O(g) 2 H2(g) + O2(g) ) P2H2PO2 = K2 P2H2OReaksi K1 merupakan kebalikan K2 sehingga hasil kali keduanya (K1K2) = 0

Hubungan antara persamaan kesetimbanganLihat halaman 2712 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) P2H2O = K1 P2H2 PO2 2 H2O(g) 2 H2(g) + O2(g) ) P2H2PO2 = K2 P2H2OReaksi K1 merupakan kebalikan K2 sehingga hasil kali keduanya (K1K2) = 0

Lihat halaman 2712 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) P2H2O = K1 P2H2 PO2H2(g) + O2(g) H2O(g) PH2O = K3 PH2 P O2Perbandingan K1 dan K3 adalahK1 = K3

Lihat halaman 2712 BrCl(g) Cl2(g) + Br2(g) PBr2 PCl2 = K1 = 0.45 P2BrClBr2(g) + I2(g) 2 IBr(g) P2IBr = K2 = 0.051 PBr2 PI2BrCl(g) + I2(g) 2 IBr(g) + Cl2(g) P2IBr PI2 = K3 = 0.023 PBrCl PI2reaksi 3 = reaksi 1 + reaksi 2K3 = K1*K2Perhitungan komposisi kesetimbangan bila K diketahui Lihat contoh 9.5P0H2 = 1.320 atm x (600/400 K) = 1.980 atmP0I2 = 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 kuadratx = -bb2-4ac 2(a)x = 1.5044 atm atau 2.3522 atm yang berarti fisik hanya akar 1PHI = 2x = 3.0088 = 3.01 atmPH2 = 1.980 x = 0.4756 = 0.48 atmPI2 = 1.710 x = 0.2056 = 0.21 atmpersentase yang tidak bereaksi= 0.2056 x 100% = 12 % 1.710yang bereaksi = 88%

Perhitungan kesetimbangan yang melibatkan konsentrasi gasHubungan tekanan dengan kosentrasi[A] = nA = PA V RTPA = 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 perubahanK >> 1 reaksi bergerak jauh ke arah produkK 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 negatifArah Perubahan dan Kuosien reaksiK = [(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 QQ = [(PC/Pref) (PD/Pref)] (PA/Pref) (PB/Pref) kondisi ketidakseimbangan

Hubungannya dengan tetapan Gibbs dan tetapan kesetimbanganG = G0 + RT ln QG = -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 kiriPengaruh luar pada K: prinsip le chtelierPrinsip Henri Le ChtelierSebuah sistem dalam kesetimbangan yang mengalami suatu tegangan akan bereaksi sedemikian rupa sehingga cenderung melawan pengaruh tersebutPengaruh perubahan konsentrasi reaktan dan produkPengaruh perubahan volumePengaruh 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 produkReaksi 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 suhuMemaksimalkan Hasil Reaksi5. Ketergantungan tetapan kesetimbangan terhadap suhu: penjelasan TermodinamikaKetergantungan 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 RPersamaan vant Hoffln [ K2 ] = - H0 [ 1 1 ] K1 R T2 T1Pengaruh 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 kasihTugas Kesetimbangan KimiaHal 286 289Nomor 7, 9, 11, 15, 17, 19, 25, 27, 33, 35, 37, 39, 41, 43Tugas Proses SpontanHal 254 256Nomor 1, 2, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 31, 33, 35, 37Sekali lagi terima kasihTugas 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, 47Ones moreTugas Wujud Gas Hal 122 124Nomor 13, 15, 19, 20, 21, 25, 27, 29, 31, 37, 39Tugas Ikatan KimiaHal 84 85Konsep dan keterampilan Nomor 1, 2, 4, 5, 9, 10, 11Terakhir mi ini terima kasihSlide PPT dan Hasil Diskusi (Pertanyaan dan Jawabannya secara lengkap + pustaka)