Slide 1

KESETIMBANGAN HETEROGENReferensi : Prinsip-prinsip Kimia ModernPenulis : Oxtoby, Gillis, NachtriebFenomenaKesetimbangan fasa antara air dalam bentuk cair dan dalam bentuk uapH2O(l) H2O(g)Kesetimbangan antara iosin padat dan iodin yang larut dalam airI2(s) I2(aq)Penguraian kalsium karbonatCaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

1. Hukum Aksi Massa Untuk Reaksi Heterogen: Konsep AktivitasJika satu atau lebih reaktan atau produk adalah zat padat atau cair dalam wujud murninya, prosedurnya menjadi kurang jelas, karena konsentrasi tidak mempunyai arti apabila diterapkan pada spesies murni. Konsep ini dapat dipecahkan dengan konsep aktivitas, yang merupakan cara praktis untuk membandingkan sifat-sifat suatu zat dalam keadaan termodinamika umum dengan sifat-sifatnya dalam keadaan acuan yang dipilih secara khususKonsep aktivitas diperkenalkan dengan meninjau energi bebas Gibbs suatu sistem terhadap tekanan (jika suatu zat murni) atau terhadap komposisi (jika suatu larutan), tanpa memandang fasa dari sistem tersebutPerubahan energi bebas Gibbs bila gas dibawa dari keadaan acuan Pref ke tekanan P diberikan oleh :G = nRT ln(P/Pref) = nRT ln PUntuk itu kita dapat mendefinisikan aktivitas dengan persamaanG = nRT ln(a/aref) = nRT ln adimana aref adalah aktivitas dalam keadaan acuan yang dipilih dan a adalah aktivitas dalam keadaan temodinamika umum. Aktivitas dalam keadaan acuan selalu dinyatakan dengan nilai 1Hal ini berarti perubahan energi bebas Gibbs pada waktu pengambilan sistem dari keadaan acuan ke suatu keadaan termodinamika umum ditentukan oleh aktivitas a dalam keadaan umum

Aktivitas ini dihubungkan terhadap tekanan atau konsentrasi oleh koefisien aktivitas () yang didefinisikan dengan persamaana = P Pref Nilai untuk gas ideal = 1Aktivitas suatu gas ideal adalah nisbah antara tekanannya dengan tekanan standar tertentu

Aktivitas untuk larutan a = c cref Koefisien aktivitas sama dengan 1 pada keadaan acuan, yang dipilih sebagai larutan ideal dengan konsentrasi yang sesuaiKeadaan acuan dipilih larutan ideal (cref) pada 1 M

Keadaan acuan untuk zat padat dan cair murni dipilih berbentuk stabil pada 1 atmZat murni dalam keadaan acuannya memiliki nilai aktivitas sebesar 1Dengan keadaan acuan didefinisikan, koefisien aktivitas dapat ditentukan dari P-V-T hasil eksperimen dan data kalorimetri dengan percobaanTetapan kesetimbangan K tanpa memperhatikan fasa dari setiap produk dan reaktanacC . adD = KaaA . abBPersamaan-persamaan diatas menghasilkan hukum aksi massa

Bentuk umum hukum aksi massa sekarang dapat disebutkan:Gas ikut serta dalam persamaan kesetimbangan sebagai tekanan parsial, dalam atmosferSpesies yang larut masuk sebagai konsentrasi, dalam mol per literZat padat murni dan zat cair murni tidak muncul dalam persamaan kesetimbangan, demikian pula dengan pelarutnya yang akan ikut serta dalam reaksi kimia, asalkan larutan tersebut encer4. Tekanan parsial dan konsentrasi produk muncul di bagian pembilang, dan tekanan parsial dan konsentrasi reaktan di bagian penyebut, masing-masing dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan kimia yang balansRumus kesetimbangan yang digunakan disini mempunyai kecermatan sekitar 5% jika tekanan gas tidak melebihi beberapa atmosfer dan konsentrasi pelarut tidak melebihi 0.1 M. Faktor koreksi bisa lebih besar dari 5 sesuai kondisi dan sifat zat2. Distribusi Spesies Tunggal Di Antara Fasa yang tidak dapat Tercampurkan: Proses Ekstraksi dan Proses PemisahanImmiscible berarti saling ta terlarutkanLarutan-larutan terpisah menjadi dua fasa atau lebih karena perbedaan kerapatannyaZat terlarut akan terdistribusi ke dalam setiap fasaTetapan kesetimbangannya disebut koefisien partisiI2(aq) I2(CCl4) [I2]CCl4 = K [I2]aqProses EkstraksiEkstraksi memanfaatkan pembagian sebuah zat terlarut antara dua pelarut tersebut dari satu pelarut ke pelarut lainDapat digunakan sebagai prosedur pemisahanPemisahan dengan KromatografiKesetimbangan partisi merupakan dasar dari teknik pemisahan yang disebut kromatografiKromatografi adalah proses ekstraksi kontinu dimana spesies terlarut ditukar antara dua fasa. Yang satu, fasa bergerak, berpindah relatif terhadap yang lain, yaitu fasa diam. Nisbah partisi K dari zat terlarut A antara fasa diam dan fasa bergerak adalah [A] diam = K[A] bergerakseiring dengan fasa bergerak yang mengandung zat terlarut melewati fasa diam, molekul zat terlarut bergerak antara kedua fasa. Kesetimbangan sebenarnya tidak pernah benar-benar tercapai karena pergerakan fasa cair secara terus menerus mempertemukan pelarut dengan fasa diamMakin besar K, makin banyak waktu yang dihabiskan zat terlarut dalam fasa diam dan karena itu, makin lambat pula kemajuannya dalam sistem pemisahan. Zat terlarut dengan nilai K yang berbeda dipisahkan oleh kecepatan perjalannya yang berbedaKromatografi kolom menggunakan tabung yang diisi dengan bahan berpori seperti silika gel dimana air teradsorpsi. Air menjadi fasa cair diam. Fasa gerak benzen atau piridin. Jika fraksi mencapai dasar kolom, mereka dipisahkan untuk dianalisis. (lihat gambar 11.3)Kromatografi Gas-Cair, fasa diam cairan yang diadsorpsi pada zat berpori dengan fasa bergerak gas. Sampel diuapkan dan dilewatkan melalui kolom, terbawa aliran gas lembam seperti helium dan nitrogen. Waktu tinggal dalam kolom tergantung pada koefisien partisi spesies terlarut, lalu dideteksi setelah meninggalkan kolom. (lihat gambar 11.4)3. Sifat-sifat Kesetimbangan KelarutanSifat-sifat Umum Kesetimbangan Kelarutan Kesetimbangan larutan merupakan kompromi dinamik dimana kecepatan keluarnya partikel dari fasa pekat sama dengan kecepatan baliknyaAsumsinya bahwa larutan yang berada diatas zat padat yang tidak larut adalah larutan ideal.Kesetimbangan pelarutan dan pengendapan antara zat padat dan bentuk terlarutnya disebut larutan jenuh

Prinsip Le Chatelier diterapkan pada kesetimbangan ini.Penambahan pelarut akan membuat konsentrasi zat terlarut dan penambahan zat padat akan mengembalikan keadaan kesetimbanganPengambilan pelarut yang sudah jenuh memaksa zat padat mengendap agar konsentrasi tetapPrinsip ini sering digunakan untuk proses pemurnian zat disebut dengan proses rekristalisasiRekristalisasi didasarkan pada prinsip perbedaan kelarutan zat yang diinginkan dan kotorannya.Dalam rekristalisasi, larutan mulai mengendapkan sebuah senyawa bila larutan tersebut mencapai titik jenuh terhadap senyawa tersebut. Dalam pelarutan, pelarut menyerang zat padat dan mensolvatasinya pada tingkat partikel individual. Dalam pengendapan, terjadi kebalikannya: tarik menarik zat terlarut terjadi kembali saat zat terlarut meninggalkan larutan. Sering, tarik menarik zat terlarut-pelarut tetap berlangsung selama proses pengendapan dan pelarut bergabung sendiri ke zat padat.Kelarutan Zat Padat IonikGaram menunjukkan interval kelarutan yang besar dalam air.Kebanyakan reaksi pelarutan untuk zat padat ionik bersifat endotermik, sehingga menurut prinsip Le Chatelier kelarutan naik dengan naiknya suhuPelarutan yang bersifat eksoterm menunjukkan sifatyang berlawanan. Lihat gambar 11.7Dengan mengetahui kelarutan zat ionik, kita dapat memprediksikan jalannya reaksi. Lihat tabel 11.2 4. Kesetimbangan Ionik antara Zat Padat dan LarutanJika sebuah zat padat ionik seperti CsCl larut dalam air, maka akan terpecah menjadi ion yang bergerak berjauhan satu dengan yang lain dan menjadi terselubungi oleh molekul air (terhidratasi/terakuasi)CsCl(s) Cs+(aq) + Cl-(aq)Hal berbeda jika garam perak klorida dilarutkan dalam air. Dimana hanya sebagian kecil yang larutAgCl(s) Ag+ (aq) + Cl-(aq)Kesetimbangannya mengikuti hukum kesetimbangan heterogen [Ag+]1 [Cl-] 1 = KspDimana sp berarti hasil kali kelarutan, yang membedakan K sebagai yang mengacu pada pelarutan zat padat ionik yang sedikit larut dalam airKonsentrasi kedua ion dipangkatkan 1 karena koefisiennya 1 dalam persamaan kimiaZat padat AgCl tidak mempengaruhi kesetimbagan selama sejumlah zat padat ini tersedia. Jika zat padat tidak ada, kemudian hasil kali kedua konsentrasi ion tidak lagi dipengaruhi oleh rumus hasil kali kelarutan

Kelarutan dan KspKelarutan molar garam dalam air tidak sama dengan tetapan hasil kali kelarutan, tetapi terdapat hubungan sederhana diantara keduanyaMenghitung Ksp dari kelarutan dan menghitung kelarutan dari Ksp berlaku jika larutan adalah ideal dan jika tidak ada reaksi sampingan yang menurunkan konsentrasi ion-ion setelah mereka masuk ke dalam larutan5. Pengendapan dan Hasil Kali KelarutanPengendapan dari Larutan Mencampurkan AgNO3 dengan NaCl, akan membentuk endapan AgCl bila Kuosien reaksi awal (Q0) jika lebih besar dari Ksp. Lihat gambar 11.6Konsentrasi ion dalam kesetimbangan setelah pencampuran kedua larutan untuk memberikan pengendapan yang paling mudah dihitung dengan menganggap bahwa reaksi pertama-tama berlangsung sempurna (dengan mengkonsumsi satu jenis ion) dan bahwa pelarutan zat padat selanjutnya mengembalikan beberapa senyawa ionik ini ke larutanPengaruh Ion yang SamaBila NaCl ditambahkan ke dalam larutan jenuh AgCl, konsentrasi Cl- akan meningkat. Besarnya Q0 akan melebihi Ksp AgCl dan AgCl akan mengendap sampai konsentrasi Ag+(aq) dan Cl-(aq) berkurang sehingga sesuai dengan rumus hasil kali kelarutan.Hal ini menunjukkan penurunan konsentrasi Ag+ bila dibandingkan dengan konsentrasi Ag+ dalam air murni dengan volume yang sama. Adanya kelebihan Cl- menurunkan konsentrasi Ag+ dan menurunkan kelarutan AgClKeadaan yang sama akan terjadi bila larutan mengalami penambahan larutan AgNO3. Kelarutan AgCl akan menurun sebab konsentrasi terjadi peningkatan konsentrasi Ag+ dan menurunkan konsentrasi Cl- untuk mempertahankan kesetimbanganIni disebut sebagai efek ion yang sama: jika larutan dan garam padat yang dilarutkan di dalamnya mempunyai ion yang sama, maka kelarutan garam akan berkurang. Lihat gambar 11.11

6. Pengaruh pH terhadap KelarutanKelarutan HidroksidaBeberapa zat hanya sedikit larut dalam air, tetapi sangat larut dalam larutan asam. Sebagai contohCaCO3(s) + H3O+(aq) Ca2+(aq) + HCO3-(aq) + H2O(l) Pengaruh langsung pH terhadap kelarutan berlangsung dengan logam hidroksidaZn(OH)2(s) Zn2+(aq) + OH-(aq) Ksp = 4.5 x 10-17jika larutan lebih asam, konsentrasi ion OH- akan berkurang dan kenaikan konsentrasi Zn2+. Jadi, seng hidroksida lebih larut dalam larutan asam

Kelarutan Garam Basa Kelarutan garam dimana anionnya adalah basa lemah atau basa kuat yang berbeda juga dipengaruhi oleh pH. Sebagai contohCaF2(s) Ca2+(aq) + 2 F-(aq) Ksp = 3.9 x 10-11Jika larutan dibuat lebih asam, maka F- akan bereaksi dengan ion hidroniumH3O+(aq) + F-(aq) HF(aq) + H2O(l) Sehingga konsentrasi F- berkurang sehingga konsentrasi akan naik untuk mempertahankan kesetimbangan, dan kelarutan garam CaF2 naik dalam larutan asamKelarutan garam asam hanya akan terpangaruh sedikit oleh penurunan pH. Penyebabnya adalah bahwa HCl adalah asam kuat, sehingga Cl- tidak efektif sebagai basa. ReaksiCl-(aq) + H3O-(aq) HCl(aq) + H2O(l) berlangsung pada tingkatan yang dapat diabaikan dalam larutan asam7. Pengendapan Selektif IonPemisahan AgCl dan PbCl2 dapat dilakukan dengan pengendapan selektif ion. Keduanya mempunyai anion yang sama dan perbedaan kelarutan yang besarAgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Ksp = 1.6 x 10-10PbCl2(s) Pb2+(aq) + 2 Cl-(aq) Ksp = 2.4 x 10-4PbCl2 jauh lebih larut dari AgCl Lihat gambar 11.13

Dipisahkan dengan mengatur konsentrasi ion hidronium sedemikian rupa sehingga AgCl mengendap, tetapi PbCl2 tetap larut, sehingga padatan AgCl dapat diambil dari larutan campuran8. Ion Kompleks dan KelarutanBanyak ion logam transisi membentuk ion kompleks dalam larutan atau dalam zat padat; ini terdiri dari ion logam yang dikelilingi oleh kelompok anion atau molekul netral yang disebut ligan. Interaksi ini melibatkan pembagian pasangan elektron bebas ion logam pada tiap molekul ligan, yang memberikan ikatan kovalen parsial dengan ligan tersebut. ion kompleks seperti ini mempunyai warna gelap yang menyolokKesetimbangan Ion KompleksReaksi ion perak dengan larutan amonia akan membentuk kompleks perak amonia koordinat gandaAg+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)+(aq) K1 = 2.1 x 103Ag(NH3)+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) K2 = 8 x 103Ag+(aq) + 2 NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) Kf = K1K2 = 1.7 x 107Kf adalah tetapan pembentukan ion kompleks totalMakin besar tetapan pembentukan Kf ion kompleks akan makin stabil, untuk ion dengan jumlah ligan yang sama

Dalam larutan, konsentrasi ion kompleks Ag(NH3)+ dan Ag(NH3)2+lebih besar dibandingkan bentuk ion logamnya Ag+.Ion kompleks bekerja dengan tetapan pembentukanPembentukan kompleks menaikkan kelarutan Ag+

Keasaman dan Sifat Amfoter Ion KompleksJika dilarutkan dalam air, banyak ion logam menaikkan keasaman larutanFe(H2O)63+(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Fe(H2O)5OH2+(aq) asam 1 basa 2 asam 2 basa 1 Ka = 7.7 x 10-3Ion kompleks Fe(H2O)63+ berfungsi sebagai asam bronsted lowry. Asam yang terbentuk merupakan asam kuatIon kompleks juga dapat membentuk asam poliprotik, sehingga juga bersifat amfoter

Thank you frenTugas Kesetimbangan HeterogenHal 364 367Nomor 3, 15, 17, 19, 21, 23, 27, 29, 33, 39, 41, 43, 45