Kesetimbangan Kimia

• Kinetika Kesetimbangan

• Termodinamika Kesetimbangan

• Tetapan Kesetimbangan

• Jenis-jenis reaksi setimbang

• Gangguan pada Kesetimbangan

Time

Concentration

A

B

Time

Rate

A

B

Kinetika Reaksi Kesetimbangan

•Perhatikan reaksi bolak-balik (reversibel) : AB dan BA atau A B •Pada Keadaan setimbang : Konsentrasi A dan B tidak berubah terhadap waktu•Kecepatan reaksi AB = kecepatan reaksi BA atau k1[A] = k2[B]

K = tetapan kesetimbangan

Zonakinetik

Zona setimbang

Zona

kinetik

Zonasetimbang

Hukum Aksi Masa dan Ungkapan K secara Umum

• Untuk reaksi : aA + bB pP + qQ

[P]p [Q]q

Kc = [A]a [B]b

• Contoh :

322

23

c ]][H[N

][NHK N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)

Proses Kesetimbangan

• Kesetimbangan dapat dicapai

dengan beberapa cara :– Gambar (a) dimulai dari

[H2] = 3, [N2] = 1 and [NH3] = 0

– Gambar (b) dimulai dari[H2] = 0, [N2] = 0 and [NH3] = 1

• Reaksi kesetimbangan yang terjadi:N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)

Termodinamika kesetimbangan

• Syarat reaksi setimbang :

– P, T tetap: H = 0

– Reversibel: S = – Sistem tertutup : ii = 0

i = koefisien reaksi zat (i); negatif untuk reaktan

i = potensial kimia zat (i)

• Persamaan keadaan setimbang

– G = H – TS + ii = 0

Tetapan Kesetimbangan dan G0

• Potensial kimia zat-zat yang terlibat dalam

reaksi kimia :

– i = io + RT ln ai

– io = potensial standar zat (i)

ai = aktifitas zat (i); Hubungan potensial kimia dan tetapan

kesetimbangan

– ii = iio + RT i ln ai = 0

G = Go + RT ln ai) i = 0

G0 = - RT ln ai) i = - RT ln K

G0 = Energi bebas Gibbs standar

K = ai) i = tetapan kesetimbangan

(tanpa satuan)

Ungkapan tetapan kesetimbangan reaksi dalam fasa gas

• Kp (tetapan kesetimbangan yang didasarkan pada tekanan parsial masing-masing zat dalam keadaan setimbang) :

– keadaan standar adalah gas pada tekanan 1 atm

– ai= Pi/P0 ; Pi = tekanan parsial gas I, P0 = 1 atm

– Kp = aii = Kp= Pi/P0) i

Contoh :

N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g)

Kp = PNH3/P0) x PN2/P0)-1 x PH2/P0) –

• Kc (tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi molar)

Dengan mengubah Pi/P0 = (ni /V) RT = Ci/C0 RT, diperoleh

persamaan :

Kp = Ci RT) i = RTi Ci )i

Kesetimbangan Heterogen

• Perhatikan reaksi : CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

][CaCO

][CaO][COK

3

2c

Cairan dan padatan murni memiliki aktifitas yang tetap

][COK1constant

2constant Kor

2][constant

]1][CO[constant K 2

'cc

2c

Tetapan Kesetimbangan dan Kuosien Reaksi (Q)

• Kc konstan pada

temperatur tertentu

ba

qp

BA

QP

][][

][][Kc

][][

][][ba

qp

BA

QPQ

Q tergantung pada data eksperimenQ = K pada saat setimbangQ > K, kesetimbangan bergeser kekiri

Untuk reaksi : aA + bB pP + qQ

Gangguan pada Kesetimbangan : Le Châtelier

• Bila sistem kesetimbangan diganggu dengan perubahan temperatur, tekanan atau konsentrasi komponen-komponen reaksi, maka sistem akan menggeser posisi kesetimbangan ke kesetimbangan yang baru

• Faktor pengganggu kesetimbangan :– perubahan konsentrasi, tekanan dan volume

– perubahan temperatur

Pengaruh Perubahan Konsentrasi

N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)

Penambahan H2 akan menggeser kesetimbangan kearahkanan, sehingga jumlah ammo-niak akan semakin besar. Padaakhirnya terbentuk sistem ke-setimbangan yang baru (hargaK, tetap).

Pengaruh Perubahan Tekanan dan Volume

• Perubahan tekanan total (Pt) sistem akan mengubah tekanan parsial komponen-komponen dalam reaksi (Pi)

– Pi = Xi Pt (Hukum Pencampuran Gas)

Xi = Fraksi mol zat (i)• Untuk reaksi N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g

Kp = (PNH3)2/ (PN2) (PH2)3

= (XNH3)2/ (XN2) (XH2)3 Pt-2

Bila tekanan total dinaikkan maka Kuosien reaksi (Q) akan menjadi lebih kecil dari Kp. Agar Q = Kp, reaksi akan bergeser kearah NH3: jumlah mol lebih kecil

• Untuk reaksi H2(g) + I2(g) 2HI(g); perubahan tekanan tidak mempengaruhi kesetimbangan• Pengaruh perubahan tekanan berbanding terbalik dengan perubahan volume

Pengaruh Perubahan Temperatur

G0 = - RT ln K = H0 - T S0

ln K = - H0/RT + S0/R

Bila H0 dan S0 tidak tergantung pada T, maka :– Untuk reaksi eksoterm (H0 < 0), kenaikan T

akan memperkecil harga K– Untuk reaksi endoterm (H0 > 0), kenaikan T

akan memperbesar harga K

Penurunan energi aktifitas reaksi oleh katalis tidakAkan mempengaruhi konsentrasi zat-zat dalam kesetimbangan : K tetap