50
KESETIMBANGAN KIMIA Referensi : “Prinsip-prinsip Kimia Modern” Penulis : Oxtoby, Gillis, Nachtrieb Prinsip dan Penerapan Dasar untuk Reaksi Fasa Gas

Kesetimbangan Kimia

  • Upload
    quynh

  • View
    135

  • Download
    1

Embed Size (px)

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 Presentation

Citation preview

Page 1: Kesetimbangan  Kimia

KESETIMBANGAN KIMIA

Referensi : “Prinsip-prinsip Kimia Modern”Penulis : Oxtoby, Gillis, Nachtrieb

Prinsip dan Penerapan Dasar untuk Reaksi Fasa Gas

Page 2: Kesetimbangan  Kimia

Tetapan kesetimbangan Ketergantungan kesetimbangan pada

kondisi Peranan dalam mengubah hasil reaksi

Page 3: Kesetimbangan  Kimia

1. SIFAT-SIFAT KESETIMBANGAN KIMIA

Page 4: 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+

Page 5: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 6: Kesetimbangan  Kimia

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-

Page 7: Kesetimbangan  Kimia

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-

Page 8: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 9: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 10: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 11: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 12: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 13: Kesetimbangan  Kimia

2. GAMBARAN TERMODINAMIKA KEADAAN KESETIMBANGAN

Page 14: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 15: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 16: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 17: Kesetimbangan  Kimia

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)]

Page 18: Kesetimbangan  Kimia

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)

Page 19: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 20: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 21: Kesetimbangan  Kimia

3. PERHITUNGAN KESETIMBANGAN UNTUK REAKSI FASA GAS

Page 22: Kesetimbangan  Kimia

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 ? ? ?

Page 23: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 24: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 25: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 26: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 27: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 28: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 29: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 30: Kesetimbangan  Kimia

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%

Page 31: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 32: Kesetimbangan  Kimia

4. MAGNITUDO K DAN ARAH PERUBAHAN

Page 33: Kesetimbangan  Kimia

K >> 1 reaksi bergerak jauh ke arah produk

K << 1 reaksi tersebut tetap tinggal di reaktan

Page 34: Kesetimbangan  Kimia

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]

Page 35: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 36: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 37: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 38: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 39: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 40: Kesetimbangan  Kimia

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.

Page 41: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 42: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 43: Kesetimbangan  Kimia

Memaksimalkan Hasil Reaksi

Page 44: Kesetimbangan  Kimia

5. KETERGANTUNGAN TETAPAN KESETIMBANGAN TERHADAP SUHU: PENJELASAN TERMODINAMIKA

Page 45: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 46: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 47: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 48: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 49: Kesetimbangan  Kimia

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

Page 50: Kesetimbangan  Kimia

TERAKHIR MI INI TERIMA KASIH Slide PPT dan Hasil

Diskusi (Pertanyaan dan Jawabannya secara lengkap + pustaka)