.

Kamis, 22 September 2016

Tetapan Kesetimbangan dan Energi Bebas




Pada pembahasan termodinamika telah dijelaskan bahwa Δ G merupakan fungsi keadaan yang fmenentukan arah suatu proses. Jika Δ G > 0 maka proses tidak spontan, sebaliknya jika Δ G < 0 maka proses berlangsung spontan, sedangkan jika Δ G = 0 proses reversible.
Apabila energi bebas diterapkan dalam sistem kimia, ketiga keadaan itu mangandungmakna sebagai berikut.
a.      Jika Δ G negatif, energi sistem reaksi menurun, dan reaksi berlangsung spontan kearah pencapaian kesetimbangan (kearah pembentukan hasil reaksi).
b.      Jika G nol, sistem berada dalam keadaan kesetimbangan dinamis.
c.       Jika Δ positif, reaksi spontan pada arah kebalikannya.
Perubahan Energi Bebas dalam Reaksi Kesetimbangan
            Pada suhu dan tekanan tetap, reaksi kimia akan berlangsung spontan menuju kearah dengan perubahan energi bebas yang lebih rendah, sampai akhirnya mencapai suatu keadaan setimbangan. Jadi, posisi kesetimbangan menyatakan nilai energi bebas paling rendah dalam suatu sistem reaksi. Perubahan energi bebas suatu reaksi merupakan akibat dari perubahan dalam tekanan atau perubahan dalam konsentrasi zat zat yang terlibat dalam reaksi. Dengan demikian terdapat hubungan antara perubahan energi bebas dan teknanan atau dengan konsentrasi sistem reaksi.
a.      Energi Bebas dan Tekanan
Untuk memahami hubungan energi bebas dan tekanan, perlu diketahui lebih dulu pengaruh tekanan terhadap fungsi-fungsi termodinamika dalam persamaan energi bebas Gibbs, yakni entalpi dan entropi.
            Entalpi adalah istilah yang ditemukan didalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal yang terdapat didalam sebuah sistem termodinamika ditambah dengan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan aktifitas pada suatu materi.
            Entropi adalah sebuah besaran termodinamika yang berfungsi untuk mengukur energi dalam satuan temperatur yang tidak dapat digunakan untuk melakukan usaha.

            Untuk gas ideal, entalpi tidak bergantung pada tekanan, sebeb nilai entalpi ditentukan oleh adanya aliran kalor pada tekanan tetap. Namun demikian, entropi sangat bergantung pada tekanan sebab entropi bergantung pada volume. Contoh, 1 mol gas ideal pada suhu tertentu mengisi volume 10L. Dalam wadah tersebut, gas memiliki banyak keadaan mikro yang tersedia daripada dalam volume 1L, sehingga entropi posisional lebih besar dalam volume yang lebih besar. Jadi dapat dinyatakan bahwa.
S volume besar > S volume kecil
Oleh karena tekanan berbanding terbalik dengan volumenya, maka entropi dapat digunakan dalamkaitannya dengan tekanan sistem sebagai berikut:
                                                            S tekanan rendah  > S tekanan tinggi
Dampak dari entropi dipengaruhi oleh tekanan, maka energi bebas juga depengaruhi oleh tekanan. Kebergantungan energi bebas terhadap tekanan dirumuskan dalam bentuk persamaan berikut:
G = G° + RT in (P)                                                                                                        (5.16)
Dengan G° adalah energi bebas suatu gas pada tekanan 1 atm; G adalah energi bebas gas pada tekanan tertentu; R adalah tetapan gas universal; dan T adalah suhu mutlak.
Untuk mengetahui bagaimana perubahan energi bebas suatu reaksi bergantung pada tekanan, tinjau reaksi sintesis amonia berikut.
N2(g) + 3NH3(g)  ⇔ 2NH3(g)
Perubahan energi bebas untuk sistem reaksi ini:
ΔG =ΣGproduk ΣGpereaksi
      = 2Gnh3 – GN2 – 3 GH2                                                                                                           (5.17)
Dengan GNH3 = G°NH3 + RT In (PNH3); GN2 = G°N2 + RT In (PN2); dan GH2 = G°H2 + RT In (ℓ)
Subtitusi ketiga persamaan tersebut kedalam persamaan (5.17) diperoleh
ΔG = (2G°NH3 - ΔG°N2  - 3 ΔG°H2) + RT [2 In (PNH3) – In (PN2) – 3 In (PH2)]
Bentuk pertama dalam persamaan tersebut menyatakan ΔG° untuk reaksi, sehingga diperoleh
ΔG = ΔG°reaksi + RT [2 In (PNH3) – In (PN) – 3 In (PH2)]                                                    (5.18)
Bentuk dalam kurung pada persamaan (5.18) tiada lain adalah quotient reaksi, sehingga persamaan dapat ditulis menjadi
ΔG = ΔG° + RT In (Q)                                                                                                   (5.19)
Ket: Q  : quotient reaksi
         T : suhu kelvin
        R  : tetapan gas
      ΔG°            : perubahan energi bebas reaksi pada keadaan standar
      ΔG : perubahan energi bebas reaksi pada tekanan tertentu,
Dengan demikian, persamaan (5.19) dapat digunakan untuk menentukan perubahan energi bebas reaksi pada setiap saat sebelum mencapai keadaan setimbang, sebab Q dapat digunakan untuk menghitung konsentrasi atau tekanan dalam sistem kesetimbangan setiap saat. Jika sistem reaksi mencapai keadaan setimbang, maka Q sama dengan K.
b.      Δ G Reaksi Menuju Kesetimbangan
Untuk memahami hubungan perubahan energi bebas selama reaksi menuju keadaan kesetimbangan, tinjau reaksi kesetimbangan berikut.
                                                A(g)           B(g)
Jika satu mol gas A(g)  dimasukan kedalam tabung pada tekanan tertentu, dimana pada awalnya hanya ada gas A, maka sejalan dengan waktu, A(g) teriurai menjadi B(g) dan energi bebas total sistem berubah. Menghasilkan:
            Energi bebas A(g) = GA  = G°A + RT In PA
                        Energi bebas B(g) = GB = G°B + RT In PB
Total energi bebas sistem = G = GA + GB
Dampak dari perubahan A(g) menjadi B(g), GA akan menurun karena PA berkurang, sebaliknya GB mningkat akibat PB bertambah.
            Reaksi akan menuju ke arah produk selama energi bebas sistem menurun (GB lebih kecil dari GA). Pada titik dimana tekanan A dan tekanan B mencapai harga PeA dan PeB  atau GA sama dengan GB, sistem dikatakan mencapai keadaan kesetimbangan.
Oleh karena A(g) pada tekanan PeA dan B(g) pada tekanan PEB memiliki energi bebas sama tetapi berlawanan tanda, maka ΔG nol. Pada keadaan ini sistem mencapai energi bebas manimum. Pada titik ini tidak ada lagi daya dorong untuk mengubah A(g) menjadi B(g)  atau sebaliknya, sehingga sistem tetap pada posisi ini. Dengan kata lain, tekanan A(g) dan B(g) tidak berubah terhadap waktu.
           

DAFTAR PUSTAKA
-          Sunarya, Yayan. 2010. Kimia Dasar 1. Bandung: Yrama Widya.
-          Anonim. 2016. Pengertian Entalpi dan Entropi. Jakarta: Anonim.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Catatan: Hanya anggota dari blog ini yang dapat mengirim komentar.