500 likes | 890 Views
KESETIMBANGAN HETEROGEN. Referensi : “ Prinsip-prinsip Kimia Modern” Penulis : Oxtoby , Gillis, Nachtrieb. Fenomena. Kesetimbangan fasa antara air dalam bentuk cair dan dalam bentuk uap H 2 O (l) H 2 O (g)
E N D
KESETIMBANGAN HETEROGEN Referensi : “Prinsip-prinsip Kimia Modern” Penulis : Oxtoby, Gillis, Nachtrieb
Fenomena • Kesetimbanganfasaantara air dalambentukcairdandalambentukuap H2O(l) H2O(g) • Kesetimbanganantaraiosinpadatdaniodin yang larutdalam air I2(s) I2(aq) • Penguraiankalsiumkarbonat CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g)
Jikasatuataulebihreaktanatauprodukadalahzatpadatataucairdalamwujudmurninya, prosedurnyamenjadikurangjelas, karena “konsentrasi” tidakmempunyaiartiapabiladiterapkanpadaspesiesmurni. Konsepinidapatdipecahkandengankonsep “aktivitas”, yang merupakancarapraktisuntukmembandingkansifat-sifatsuatuzatdalamkeadaantermodinamikaumumdengansifat-sifatnyadalamkeadaanacuan yang dipilihsecarakhusus
Konsepaktivitasdiperkenalkandenganmeninjauenergibebas Gibbs suatusistemterhadaptekanan (jikasuatuzatmurni) atauterhadapkomposisi (jikasuatularutan), tanpamemandangfasadarisistemtersebut • Perubahanenergibebas Gibbs bila gas dibawadarikeadaanacuanPrefketekanan P diberikanoleh : ∆G = nRTln(P/Pref) = nRTln P
Untukitukitadapatmendefinisikanaktivitasdenganpersamaan ∆G = nRTln(a/aref) = nRTln a dimanaarefadalahaktivitasdalamkeadaanacuan yang dipilihdan a adalahaktivitasdalamkeadaantemodinamikaumum. Aktivitasdalamkeadaanacuanselaludinyatakandengannilai 1 • Hal iniberartiperubahanenergibebas Gibbs padawaktupengambilansistemdarikeadaanacuankesuatukeadaantermodinamikaumumditentukanolehaktivitas a dalamkeadaanumum
Aktivitasinidihubungkanterhadaptekananataukonsentrasiolehkoefisienaktivitas (γ) yang didefinisikandenganpersamaan a =γ P Pref • Nilaiγ untuk gas ideal = 1 • Aktivitassuatu gas ideal adalahnisbahantaratekanannyadengantekananstandartertentu
Aktivitasuntuklarutan a =γ c cref • Koefisienaktivitasγ samadengan 1 padakeadaanacuan, yang dipilihsebagailarutan ideal dengankonsentrasi yang sesuai • Keadaanacuandipilihlarutan ideal (cref) pada 1 M
Keadaanacuanuntukzatpadatdancairmurnidipilihberbentukstabilpada 1 atm • Zatmurnidalamkeadaanacuannyamemilikinilaiaktivitassebesar 1 • Dengankeadaanacuandidefinisikan, koefisienaktivitasγ dapatditentukandari P-V-T hasileksperimendan data kalorimetridenganpercobaan
Tetapankesetimbangan K tanpamemperhatikanfasadarisetiapprodukdanreaktan acC . adD= K aaA . abB • Persamaan-persamaandiatasmenghasilkanhukumaksimassa
Bentukumumhukumaksimassasekarangdapatdisebutkan: • Gas ikutsertadalampersamaankesetimbangansebagaitekananparsial, dalamatmosfer • Spesies yang larutmasuksebagaikonsentrasi, dalam mol per liter • Zatpadatmurnidanzatcairmurnitidakmunculdalampersamaankesetimbangan, demikian pula denganpelarutnya yang akanikutsertadalamreaksikimia, asalkanlarutantersebutencer
4. Tekananparsialdankonsentrasiprodukmunculdibagianpembilang, dantekananparsialdankonsentrasireaktandibagianpenyebut, masing-masingdipangkatkandengankoefisiendalampersamaankimia yang balans
Rumuskesetimbangan yang digunakandisinimempunyaikecermatansekitar 5% jikatekanan gas tidakmelebihibeberapaatmosferdankonsentrasipelaruttidakmelebihi 0.1 M. • Faktorkoreksibisalebihbesardari 5 sesuaikondisidansifatzat
2. DistribusiSpesies Tunggal Di AntaraFasa yang tidakdapatTercampurkan: ProsesEkstraksidanProsesPemisahan
Immiscible berartisalingtaterlarutkan • Larutan-larutanterpisahmenjadiduafasaataulebihkarenaperbedaankerapatannya • Zatterlarutakanterdistribusikedalamsetiapfasa • Tetapankesetimbangannyadisebutkoefisienpartisi I2(aq) I2(CCl4) [I2]CCl4= K [I2]aq
ProsesEkstraksi • Ekstraksimemanfaatkanpembagiansebuahzatterlarutantaraduapelaruttersebutdarisatupelarutkepelarut lain • Dapatdigunakansebagaiprosedurpemisahan
PemisahandenganKromatografi • Kesetimbanganpartisimerupakandasardariteknikpemisahan yang disebutkromatografi • Kromatografiadalahprosesekstraksikontinudimanaspesiesterlarutditukarantaraduafasa. Yang satu, fasabergerak, berpindahrelatifterhadap yang lain, yaitufasa diam. Nisbahpartisi K darizatterlarut A antarafasadiamdanfasabergerakadalah [A] diam= K [A] bergerak
seiringdenganfasabergerak yang mengandungzatterlarutmelewatifasadiam, molekulzatterlarutbergerakantarakeduafasa. Kesetimbangansebenarnyatidakpernahbenar-benartercapaikarenapergerakanfasacairsecaraterusmenerusmempertemukanpelarutdenganfasadiam • Makin besar K, makinbanyakwaktu yang dihabiskanzatterlarutdalamfasadiamdankarenaitu, makinlambat pula kemajuannyadalamsistempemisahan. Zatterlarutdengannilai K yang berbedadipisahkanolehkecepatanperjalannya yang berbeda
Kromatografikolommenggunakantabung yang diisidenganbahanberporisepertisilika gel dimana air teradsorpsi. Air menjadifasacair diam. Fasagerakbenzenataupiridin. Jikafraksimencapaidasarkolom, merekadipisahkanuntukdianalisis. (lihatgambar 11.3) • Kromatografi Gas-Cair, fasadiamcairan yang diadsorpsipadazatberporidenganfasabergerak gas. Sampel diuapkan dan dilewatkan melalui kolom, terbawa aliran gas lembam seperti helium dan nitrogen. Waktu tinggal dalam kolom tergantung pada koefisien partisi spesies terlarut, lalu dideteksi setelah meninggalkan kolom. (lihat gambar 11.4)
Sifat-sifatUmumKesetimbanganKelarutan • Kesetimbanganlarutanmerupakankompromidinamikdimanakecepatankeluarnyapartikeldarifasapekatsamadengankecepatanbaliknya • Asumsinyabahwalarutan yang beradadiataszatpadat yang tidaklarutadalahlarutan ideal. • Kesetimbanganpelarutandanpengendapanantarazatpadatdanbentukterlarutnyadisebutlarutanjenuh
Prinsip Le Chatelierditerapkanpadakesetimbanganini. • Penambahanpelarutakanmembuatkonsentrasizatterlarutdanpenambahanzatpadatakanmengembalikankeadaankesetimbangan • Pengambilanpelarut yang sudahjenuhmemaksazatpadatmengendap agar konsentrasitetap • Prinsipiniseringdigunakanuntukprosespemurnianzatdisebutdenganprosesrekristalisasi • Rekristalisasididasarkanpadaprinsipperbedaankelarutanzat yang diinginkandankotorannya.
Dalamrekristalisasi, larutanmulaimengendapkansebuahsenyawabilalarutantersebutmencapaititikjenuhterhadapsenyawatersebut. Dalampelarutan, pelarutmenyerangzatpadatdanmensolvatasinyapadatingkatpartikel individual. Dalampengendapan, terjadikebalikannya: tarikmenarikzatterlarutterjadikembalisaatzatterlarutmeninggalkanlarutan. Sering, tarikmenarikzatterlarut-pelaruttetapberlangsungselamaprosespengendapandanpelarutbergabungsendirikezatpadat.
KelarutanZatPadatIonik • Garammenunjukkan interval kelarutan yang besardalam air. • Kebanyakanreaksipelarutanuntukzatpadationikbersifatendotermik, sehinggamenurutprinsip Le Chatelierkelarutannaikdengannaiknyasuhu • Pelarutan yang bersifateksotermmenunjukkansifatyangberlawanan. Lihatgambar 11.7 • Denganmengetahuikelarutanzationik, kitadapatmemprediksikanjalannyareaksi. Lihattabel 11.2
JikasebuahzatpadationiksepertiCsCllarutdalam air, makaakanterpecahmenjadi ion yang bergerakberjauhansatudengan yang lain danmenjaditerselubungiolehmolekul air (terhidratasi/terakuasi) CsCl(s) Cs+(aq) + Cl-(aq) • Hal berbedajikagaramperakkloridadilarutkandalam air. Dimanahanyasebagiankecil yang larut AgCl(s) Ag+ (aq) + Cl-(aq)
Kesetimbangannyamengikutihukumkesetimbanganheterogen [Ag+]1 [Cl-] 1 = Ksp • Dimana sp berartihasil kali kelarutan, yang membedakan K sebagai yang mengacupadapelarutanzatpadationik yang sedikitlarutdalam air • Konsentrasikedua ion dipangkatkan 1 karenakoefisiennya 1 dalampersamaankimia • ZatpadatAgCltidakmempengaruhikesetimbaganselamasejumlahzatpadatinitersedia. Jikazatpadattidakada, kemudianhasil kali keduakonsentrasi ion tidaklagidipengaruhiolehrumushasil kali kelarutan
KelarutandanKsp • Kelarutan molar garamdalam air tidaksamadengantetapanhasil kali kelarutan, tetapiterdapathubungansederhanadiantarakeduanya • MenghitungKspdarikelarutandanmenghitungkelarutandariKspberlakujikalarutanadalah ideal danjikatidakadareaksisampingan yang menurunkankonsentrasi ion-ion setelahmerekamasukkedalamlarutan
PengendapandariLarutan • Mencampurkan AgNO3denganNaCl, akanmembentukendapanAgClbilaKuosienreaksiawal (Q0) jikalebihbesardariKsp. Lihatgambar 11.6 • Konsentrasi ion dalamkesetimbangansetelahpencampurankedualarutanuntukmemberikanpengendapan yang paling mudahdihitungdenganmenganggapbahwareaksipertama-tama berlangsungsempurna (denganmengkonsumsisatujenis ion) danbahwapelarutanzatpadatselanjutnyamengembalikanbeberapasenyawaionikinikelarutan
Pengaruh Ion yang Sama • BilaNaClditambahkankedalamlarutanjenuhAgCl, konsentrasiCl-akanmeningkat. Besarnya Q0akanmelebihiKspAgCldanAgClakanmengendapsampaikonsentrasi Ag+(aq)danCl-(aq) berkurangsehinggasesuaidenganrumushasil kali kelarutan. • Hal inimenunjukkanpenurunankonsentrasi Ag+biladibandingkandengankonsentrasi Ag+ dalam air murnidengan volume yang sama. AdanyakelebihanCl- menurunkankonsentrasi Ag+danmenurunkankelarutanAgCl
Keadaan yang samaakanterjadibilalarutanmengalamipenambahanlarutan AgNO3. KelarutanAgClakanmenurunsebabkonsentrasiterjadipeningkatankonsentrasi Ag+danmenurunkankonsentrasiCl-untukmempertahankankesetimbangan • Inidisebutsebagaiefek ion yang sama: jikalarutandangarampadat yang dilarutkandidalamnyamempunyai ion yang sama, makakelarutangaramakanberkurang. Lihatgambar 11.11
KelarutanHidroksida • Beberapazathanyasedikitlarutdalam air, tetapisangatlarutdalamlarutanasam. Sebagai contoh CaCO3(s) + H3O+(aq) Ca2+(aq) + HCO3-(aq) + H2O(l) • Pengaruhlangsung pH terhadapkelarutanberlangsungdenganlogamhidroksida Zn(OH)2(s) Zn2+(aq) + OH-(aq) Ksp = 4.5 x 10-17 jikalarutanlebihasam, konsentrasi ion OH- akanberkurangdankenaikankonsentrasiZn2+. Jadi, senghidroksidalebihlarutdalamlarutanasam
KelarutanGaramBasa • Kelarutangaramdimanaanionnyaadalahbasalemahataubasakuat yang berbedajugadipengaruhiolehpH.Sebagaicontoh CaF2(s) Ca2+(aq) + 2 F-(aq) Ksp = 3.9 x 10-11 • Jikalarutandibuatlebihasam, makaF- akanbereaksidengan ion hidronium H3O+(aq) + F-(aq) HF(aq) + H2O(l) • SehinggakonsentrasiF-berkurangsehinggakonsentrasiakannaikuntukmempertahankankesetimbangan, dankelarutangaram CaF2 naikdalamlarutanasam
KelarutangaramasamhanyaakanterpangaruhsedikitolehpenurunanpH.PenyebabnyaadalahbahwaHCladalahasamkuat, sehinggaCl- tidakefektifsebagaibasa. Reaksi Cl-(aq) + H3O-(aq)HCl(aq) + H2O(l) berlangsungpadatingkatan yang dapatdiabaikandalamlarutanasam
PemisahanAgCldan PbCl2dapatdilakukandenganpengendapanselektif ion. Keduanyamempunyai anion yang samadanperbedaankelarutan yang besar AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Ksp = 1.6 x 10-10 PbCl2(s) Pb2+(aq) + 2 Cl-(aq) Ksp = 2.4 x 10-4 • PbCl2jauhlebihlarutdariAgCl • Lihatgambar 11.13
Dipisahkandenganmengaturkonsentrasi ion hidroniumsedemikianrupasehinggaAgClmengendap, tetapi PbCl2tetaplarut, sehinggapadatanAgCldapatdiambildarilarutancampuran
Banyak ion logamtransisimembentuk ion kompleksdalamlarutanataudalamzatpadat; initerdiridari ion logam yang dikelilingiolehkelompok anion ataumolekulnetral yang disebutligan. Interaksiinimelibatkanpembagianpasanganelektronbebas ion logampadatiapmolekulligan, yang memberikanikatankovalenparsialdenganligantersebut. • ion komplekssepertiinimempunyaiwarnagelap yang menyolok
Kesetimbangan Ion Kompleks • Reaksi ion perakdenganlarutanamoniaakanmembentukkompleksperakamoniakoordinatganda Ag+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)+(aq) K1 = 2.1 x 103 Ag(NH3)+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) K2 = 8 x 103 Ag+(aq) + 2 NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq)Kf = K1K2 = 1.7 x 107 • Kfadalahtetapanpembentukan ion kompleks total • Makin besartetapanpembentukanKf ion kompleksakanmakinstabil, untuk ion denganjumlahligan yang sama
Dalamlarutan, konsentrasi ion kompleksAg(NH3)+dan Ag(NH3)2+lebih besardibandingkanbentuk ion logamnya Ag+. • Ion kompleksbekerjadengantetapanpembentukan • Pembentukankompleksmenaikkankelarutan Ag+
KeasamandanSifatAmfoter Ion Kompleks • Jikadilarutkandalam air, banyak ion logammenaikkankeasamanlarutan Fe(H2O)63+(aq) + H2O(l)H3O+(aq)+ Fe(H2O)5OH2+(aq) asam1basa2asam2basa1 • Ka = 7.7 x 10-3 • Ion kompleksFe(H2O)63+ berfungsisebagaiasambronstedlowry. Asam yang terbentukmerupakanasamkuat • Ion kompleksjugadapatmembentukasampoliprotik, sehinggajugabersifatamfoter
Thank you fren • TugasKesetimbanganHeterogen • Hal 364 – 367 • Nomor 3, 15, 17, 19, 21, 23, 27, 29, 33, 39, 41, 43, 45