Kesetimbangan Kimia: Hukum Aksi Kimia, Perpindahan Fasa dan DIagram Fasa

 Kesetimbangan Kimia:

 Hukum Aksi Kimia,

 Perpindahan & Diagram Fasa

Oleh: @Z16-RIZKY APRILIA SUDRAJAT

ABSTRAK

    Kalor adalah energi yang mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Ketika kedua benda berada pada suhu yang sama, tidak ada aliran energi atau panas. Itulah sebabnya secangkir kopi yang tertutup tidak akan lebih dingin atau lebih hangat dari suhu ruangan setelah didiamkan beberapa jam. Fenomena ini dikenal sebagai keseimbangan . Dalam contoh ini, kita membahas aliran energi.

Kesetimbangan terjadi dalam transisi fase. Misalnya, jika suhu dalam suatu sistem yang mengandung campuran es dan air adalah 273,15 K, maka jumlah bersih es yang terbentuk dan meleleh adalah nol. Jumlah air cair juga akan tetap konstan jika tidak ada uap yang keluar dari sistem. Dalam hal ini, tiga fase, es (padat), air (cair), dan uap (gas) berada dalam kesetimbangan satu sama lain. Demikian pula, keseimbangan juga dapat dicapai antara fase uap dan cairan pada suhu tertentu. Kondisi kesetimbangan juga terjadi antara fase padat dan fase uap. Ini adalah kesetimbangan fase.

kata kunci: kesetimbangan kimia, hukum aksi massa, fasa.

PENDAHULUAN

    Dalam ilmu kimia, hukum aksi massa adalah sebuah dalil yang menyatakan bahwa laju dari suatu reaksi kimia berbanding lurus terhadap produk aktivitas dan konsentrasi reaktan. Secara khusus, hukum ini menyiratkan bahwa untuk campuran reaksi kimia yang berada dalam kesetimbangan, rasio antara konsentrasi reaktan dan produk bernilai konstan.

Dua aspek yang terlibat dalam formulasi awal hukum ini diantaranya: 1) aspek kesetimbangan, mengenai komposisi campuran reaksi pada kesetimbangan dan 2) aspek kinetika mengenai persamaan laju bagi reaksi elementer. Kedua aspek tersebut berasal dari penelitian yang dilakukan oleh Cato M. Guldberg dan Peter Waage antara 1864 dan 1879 di mana konstanta kesetimbangan diturunkan dengan menggunakan data kinetika dan persamaan laju yang telah mereka usulkan. Guldberg dan Waage juga mengakui bahwa kesetimbangan kimia adalah proses yang dinamis di mana  laju reaksi untuk reaksi maju dan mundur harus sama pada kesetimbangan kimia. Untuk menurunkan ekspresi konstanta kesetimbangan yang menarik bagi kinetika, ekspresi persamaan laju harus digunakan. Ekspresi persamaan laju ditemukan kembali kemudian secara independen oleh Jacobus Henricus van 't Hoff.

Hukum ini merupakan pernyataan mengenai kesetimbangan dan memberikan ekspresi bagi konstanta kesetimbangan, kuantitas yang mencirikan kesetimbangan kimia Dalam kimia modern hukum ini diturunkan menggunakan terodinamika kesetimbangan Hukum ini juga dapat diturunkan dengan konsep potensial kimia. 

PEMBAHASAN

HUKUM AKSI MASSA

Hukum aksi massa bersifat universal dan dapat diterapkan dalam keadaan apa pun. Namun, untuk reaksi yang lengkap, hasilnya mungkin tidak terlalu berguna. Kami memperkenalkan hukum aksi massa dengan menggunakan persamaan reaksi kimia umum di mana reaktan A dan B bereaksi menghasilkan produk C dan D

aA+bB→cC+Dd

dimana a, b, c, d adalah koefisien persamaan kimia setara. Hukum aksi massa menyatakan bahwa jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan pada suhu tertentu, maka perbandingan berikut ini tetap:

[C]c[D]d

[A]a[B]b=Keq

Tanda kurung siku "[ ]" di sekitar spesies kimia menunjukkan konsentrasinya. Ini adalah hukum ideal kesetimbangan kimia atau hukum aksi massa.

Hasil Bagi Reaksi Q vs. Konstanta Kesetimbangan K

Jika sistem TIDAK dalam keadaan setimbang, rasionya berbeda dengan konstanta kesetimbangan. Dalam kasus seperti ini, perbandingannya disebut hasil bagi reaksi yang dilambangkan dengan Q.

[C]c[D]d

[A]a[B]b=Q

Suatu sistem yang tidak berada dalam keadaan setimbang cenderung menjadi setimbang, dan perubahan tersebut akan menyebabkan perubahan Q sehingga nilainya mendekati konstanta kesetimbangan K:

Q→Keq

Hukum aksi massa memberi kita metode umum untuk menulis persamaan konstanta kesetimbangan suatu reaksi. Pada tahap ini, Anda seharusnya sudah bisa menulis persamaan kesetimbangan untuk persamaan reaksi apa pun. Jika Anda belum yakin dengan teori umum di atas, berikut beberapa contohnya. Lebih penting bagi Anda untuk memahami MENGAPA konstanta kesetimbangan dinyatakan dengan cara ini daripada apa ekspresi kesetimbangannya.

PERPINDAHAN

    Perpindahan massa adalah perpindahan massa dari satu lokasi, biasanya berupa aliran, fasa, fraksi, atau komponen, ke lokasi lainnya. Perpindahan massa muncul pada banyak proses, seperti absorpsi, evaporasi, adsorpsi, pengeringan, presipitasi, filtrasi membran, dan distilasi. Perpindahan massa digunakan oleh berbagai ilmu sains untuk proses dan mekanisme yang berbeda-beda, tetapi frasa ini banyak digunakan pada ilmu teknik untuk proses fisika yang melibatkan difusi molekuler dan transport konveksi suatu speses kimia dalam sistem.

Beberapa contoh sederhana proses perpindahan massa adalah evaporasi air ke atmosfer, penjernihan darah pada ginjal dan liver, serta distilasi alkohol. Pada proses industri, operasi perpindahan massa termasuk pemisahan komponen kimia pada kolom distilasi, adsorber seperti scrubber, adsorber seperti activated carbon bed, dan ekstraksi liquid-liquid. Perpindahan massa pada umumnya digabungkan dengan proses perpindahan untuk penerapannya seperti pada menara pendingin industri.

PHASE DIAGRAM (DIAGRAM FASA)

 1.Diagram Fasa

     a.Pengertian Diagram Fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon.Tidak seperti struktur logam murni yang hanya dipengaruhi oleh suhu, sedangkan struktur paduan dipengaruhi oleh suhu dan komposisi. Pada kesetimbangan, struktur paduan ini dapat digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram fasa (diagram kesetimbangan) dengan parameter suhu (T) versus komposisi (mol atau fraksi mol). (Fase dapat didefinisikan sebagai bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi yang berbeda dari bagian lainnya). Diagram fasa khususnya untuk ilmu logam merupakan suatu pemetaan dari kondisi logam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( Konsentrasi dan temperatur). Diagram fasa secara umum dipakai ada 3 jenis : 1. Diagram fasa tunggal/Uner ( 1 komponen/Komposisi sama dengan Paduan ) 2. Diagram fasa Biner ( 2 komponen unsur dan temperatur) 3. Diagram fasa Terner ( 3 komponen unsur dan temperatur) Diagram fasa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan, misalnya timbale dan timah. Diagram fasa biner misalnya paduan kuningan ( Cu-Zn), (Cu-Ni) dll. Diagram fasa terner misalnya paduan stainless steel (Fe-Cr-Ni) dll. Diagram pendinginan merupakan diagram yang memetakan kondisi struktur mikro apa yang anda akan dapatkan melalui dua variabel utama yaitu ( Temperatur dan waktu) disebut juga diagram TTT atau juga dua variabel utama yaitu (temperatur dan cooling rater) disebut juga diagram CCT. Diagram ini berguna untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu dan mikrostruktur tertentu, Fasa bainit misalnya pada baja hanya terdapat pada diagram TTT bukan diagram isothermal Fe-Fe3C.

     Kegunaan Diagram Fasa adalah dapat memberikan informasi tentang struktur dan komposisi fase-fase dalam kesetimbangan. Diagram fasa digunakan oleh ahli geologi, ahli kimia, ceramists, metallurgists dan ilmuwan lain untuk mengatur dan meringkas eksperimental dan data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang proses-proses yang melibatkan reaksi kimia antara fase.

     b.Komponen Diagram Fasa Komponen umum diagram fasa adalah garis kesetimbangan atau batas fase,yang merujuk pada baris yang menandai kondisi di mana beberapa fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan. Fase transisi terjadi di sepanjang garis dari ekuilibrium. Titik tripel 2 adalah titik pada diagram fase di mana garis dari ekuilibrium berpotongan. Tanda titik tripel kondisi di mana tiga fase yang berbeda dapat ditampilkan bersama. Sebagai contoh, diagram fase air memiliki titik tripel tunggal yang sesuai dengan suhu dan tekanan di mana padat, cair, dan gas air dapat hidup berdampingan dalam keadaan kesetimbangan yang stabil. Titik solidus adalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambah cairan kristal. Titik likuidus adalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambah cairan kristal. Temperatur di atas mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair.

Terdapat sebuah kesenjangan antara solidus dan likuidus yang terdiri dari campuran kristal dan cairan. 

        c.Diagram Fasa 2D Diagram fasa yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal yang sederhana, seperti air. Sumbu sesuai dengan tekanan dan suhu. Diagram menunjukkan fasa, dalam ruang tekanan-suhu, garis-garis batas keseimbangan atau fase antara tiga fase padat, gas, dan cair.

    Sebuah diagram fase khas. Garis putus-putus memberikan perilaku anomali air. Garis hijau menandai titik beku dan garis biru titik didih, menunjukkan bagaimana mereka bervariasi dengan tekanan. Kurva pada diagram fasa menunjukkan titik-titik di mana energi bebas (dan sifat turunan lainnya) menjadi non-analitis: turunannya berkenaan dengan (suhu dan tekanan dalam contoh ini) koordinat perubahan terputus-putus (tiba-tiba). Misalnya, kapasitas panas dari wadah dengan es akan berubah tiba-tiba sebagai wadah dipanaskan melewati titik lebur. Ruang terbuka, di mana energi bebas adalah analitik, sesuai dengan daerah fase tunggal. Daerah satu fasa dipisahkan oleh garis non-analitis, di mana transisi fase terjadi, yang disebut batas fase. Dalam diagram di sebelah kiri, batas fasa antara cair dan gas tidak berlanjut tanpa batas. Sebaliknya, berakhir pada sebuah titik pada diagram fase yang disebut titik kritis. Ini mencerminkan fakta bahwa, pada suhu dan tekanan sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan, dalam apa yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritisterjadi pada sekitar Tc = 647,096 K (1,164.773 ° R), pc = 22,064 MPa (3,200.1 psi) dan ρc = 356 kg / m³. Keberadaan titik cair-gas kritis mengungkapkan ambiguitas sedikit pelabelan daerah fase tunggal.

DAFTAR PUSTAKA

    Péter Érdi; János Tóth (1989).

Mathematical Models of Chemical Reactions: Theory and Applications of Deterministic and Stochastic Models. Manchester University Press. hlm. 3. ISBN 978-0-7190-2208-1.

    Chieh, Chung. 

"Chemical Equilibria - The Law of Mass Action". Chemical reactions, chemical equilibria, and electrochemistry. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-10-03. Diakses tanggal 3 September 2015. The law of mass action is universal, applicable under any circumstance... The mass action law states that if the system is at equilibrium at a given temperature, then the following ratio is a constant.

    Chung (Peter) Chieh (Profesor Emeritus, Kimia @ Universitas Waterloo)

    Perpustakaan LibreTexts  Didukung oleh NICE Cxone Expret  dan didukung  oleh Proyek Percontohan Buku Teks Terbuka Departemen Pendidikan, Kantor Rektor UC Davis, Perpustakaan UC Davis, Program Solusi Pembelajaran Terjangkau Universitas Negeri California, dan Merlot. Kami juga mengakui dukungan National Science Foundation sebelumnya dengan nomor hibah 1246120, 1525057, dan 1413739. Legal . Pernyataan Aksesibilitas  Untuk informasi lebih lanjut hubungi kami di  info@libretexts.org .