Kesetimbangan Kimia

 

Kesetimbangan Kimia

Termodinamika digunakan sebagai alat untuk meramalkan apakah suatu proses yang belum diketahui dapat dilaksanakan atau tidak.

Termodinamika dapat menjelaskan:

•         Proses pertumbuhan dan reproduksi sistem hayati

•         Mengapa reaksi fotosintesis dapat berlangsung

•         Mengapa ikan dapat bernafas dalam air

•         Mengapa O₂ menjadi O₃ tidak dapat berlangsung dengan sendirinya

Hukum kekelan energi

E total = Ek + Ep = tetap ………… Joule

Energi Kinetik (Ek) = ½ mv2 Energi Potensial (Ep) = m.g.h

Pengertian kerja dan kalor

Kerja (w)

Hasil kali antara gaya luar pada suatu benda dengan jarak dimana gaya tersebut bekerja

w = F (rf - ri )

Kerja untuk mengangkat benda dalam medan gravitasi

w = m g (hf - hi )

Kerja tekanan-volume

Kerja mekanik yang dihasilkan apabila suatu gas ditekan/diekspansi di bawah pengaruh tekanan luar

w = -F_ekst (hf - hi )        w = -P_ekst A ∆ h

Kalor (q)

Energi tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan.

Energi hanya ditransformasikan dari satu bentuk ke bentuk lainnya

Kalor (q): energi yang dipindahkan sebagai akibat adanya perbedaan suhu

q = m.cs.∆T

m = Massa (g)

cs = Kapasitas kalor spesifik (kal K-1 g-1) atau kalor jenis

 T = Suhu (K)

qlogam + qair = 0

Q logam = - qair

Empat jenis sistem

Terbuka, Tertutup, Terisolasi, dan Adiabatik.

Sistem Adiabatik: tidak memungkinkan kalor keluar dari sistem ke lingkungannya

Besaran Ekstensif

Volume, Massa, Energi, Entalpi, Energi Bebas Gibbs, Energi Dalam, Kapasitas Kalor, Entropi

Besaran Intensif: Tekanan, Densitas, Suhu, Viskositas, Tegangan permukaan, Kalor Jenis

Fungsi Keadaan: ∆U, ∆H, ∆S, ∆G

Hukum pertama termodinamika

Bentuk lain dari Hukum Kekekalan Energi

Sistem terisolasi

 U(awal) – U(akhir) = ∆U = q + w

Termokimia

Entalpi Reaksi Hubungan yang melibatkan ∆H

• Eksotermik : Kalor dilepaskan oleh reaksi (∆H negatif)

• Endotermik : Kalor diambil oleh reaksi (∆H positif)

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan

Henri Louis Le Chatelier (1850-1936) Dia mempunyai teori bahwa :

”Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi) maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi tersebut”

Caranya dia bisa geser ke kiri yaitu arah reaktan atau geser ke kanan yaitu arah produk.

•         Volume

Jika volume tambahkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang memiliki koefisien lebih besar. Sebaliknya Jika volume dikurangi, maka pergeseran kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang memiliki jumlah koefisien lebih kecil.

Contoh : reaksi Nitrogen (N₂) dan hidrogen (H₂) membentuk amonia (NH₃)

N₂(g) + 3H₂(g) <==> 2NH₃(g)

Jika volume dalam reaksi ditambahkan, maka pergeseran kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang memiliki jumlah koefisien lebih besar.
Jumlah koefisien reaksi kiri

1 N₂(g) + 3 H₂(g)
N₂ = 1, H₂ = 3

jadi jumlah koefisien reaksi = koefisien reaksi N₂ + koefisien reaksi H₂ = 1 + 3 = 4

Koefisien kanan
2NH₃
NH₃ = 2

Koefisien reaksi kiri = 4
Koefisien reaksi kanan = 2

Koefisien reaksi kiri > Koefisien reaksi kanan
Maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri

•         Tekanan

Jika tekanan diperbesar maka kesetimbangan bergeser ke koefisien kecil. Sebaliknya, jika tekanan diperbesar maka kesetimbangan bergeser ke koefisien reaksi besar.

Contoh :
Reaksi Nitrogen (N₂) dan hidrogen (H₂) membentuk amonia (NH₃)
N₂(g) + 3H₂(g) <==> 2NH₃(g)

Jika tekanan reaksi ditambahkan, maka pergeseran kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang memiliki jumlah koefisien lebih kecil

Jumlah koefisien reaksi kiri
1 N₂(g) + 3 H₂(g)
N₂ = 1, H₂ = 3

jadi jumlah koefisien reaksi = koefisien reaksi N₂ + koefisien reaksi H₂ = 1 + 3 = 4

Koefisien kanan
2NH₃
NH₃ = 2

Koefisien reaksi kiri = 4
Koefisien reaksi kanan = 2

Koefisien reaksi kanan < Koefisien reaksi kiri
Maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

•         Suhu

Jika suhu dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukkan senyawa-senyawa yang menyerap endoterm. Ciri reaksi ini adalah harga entalpi-nya positif (+). entalpi adalah harga perubahan panas atau kalor. Jika suhu diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukkan senyawa-senyawa yang melepas panas eksoterm. Ciri reaksi ini adalah harga entalpi-nya negatif (-).

Contoh:
N2(g) + 3H2(g) <==> 2NH3(g) entalpi = -90 kJ
Reaksi pembentukan NH3 adalah eksoterm (entalpi-nya negatif ya)

Kebalikan dari reaksi eksoterm adalah endoterm. Jika reaksi pembentukan NH3 adalah eksoterm, maka reaksi penguraiannya adalah endoterm.

Maka jika suhu dinaikkan, reaksi akan bergeser ke arah N2 dan H2 karena mereka endoterm.

•         Konsentrasi

Jika konsentrasi unsur/senyawa di salah satu ruas ditambah, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan

Contoh:
N₂(g) + 3H₂(g) <==> 2NH₃(g)

Jika N₂ atau H₂ ditambah, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah NH₃ (kanan/ produk)

Sebaliknya jika NH₃ ditambah, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah N₂ atau H₂ reaktan (kiri)
N₂(g) + 3H₂(g) <==> 2NH₃(g)

Jika konsentrasi unsur/senyawa di salah satu ruas dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah dirinya sendiri

Misalnya
N₂ atau H₂ kita  kurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah N₂ dan H₂ (kiri)
Sebaliknya jika NH₃ dikurangi, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah NH₃ (kanan)

Rumus Kesetimbangan Kimia (Tetapan Kesetimbangan)

Tetapan Kesetimbangan merupakan angka yang menunjukkan perbandingan secara kuantitatif antara produk dengan reaktan. Secara umum reaksi kesetimbangan dapat dituliskan sebagai berikut.

aA + bB <==> cC + dD

Saat di dalam reaksi kesetimbangan dilakukan aksi, maka kesetimbangan akan bergeser dan sekaligus mengubah komposisi zat-zat yang ada untuk kembali mencapai kesetimbangan. Secara umum dapat dikatakan tetapan kesetimbangan merupakan perbandingan hasil kali molaritas reaktan dengan hasil kali molaritas produk yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya.

Keterangan
K = tetapan kesetimbangan
[A] = molaritas zat A (M)
[B] = molaritas zat B (M)
[C] = molaritas zat C (M)
[D] = molaritas zat D (M)

Tetapan kesetimbangan (K), sering juga dituliskan Kc . Pada buku ini digunakan simbol Kc untuk harga tetapan kesetimbangan.