1 / 45

KESETIMBANGAN KIMIA

Dra. M. Setyorini, M.Si. KESETIMBANGAN KIMIA. Berdasarkan arah reaksi, jenis reaksi kimia dibedakan menjadi : Reaksi irreversibel ( tidak dapat balik) : hanya berlangsung satu arah , contoh : reaksi pembakaran.

urania
Download Presentation

KESETIMBANGAN KIMIA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Dra. M. Setyorini, M.Si KESETIMBANGANKIMIA

  2. Berdasarkan arah reaksi, jenis reaksi kimia dibedakan menjadi : • Reaksi irreversibel ( tidak dapat balik) : hanya berlangsung satu arah, contoh : reaksi pembakaran. • Reaksi reversibel (dapat balik) : berlangsung dalam dua arah. Pereaksi semula dapat terbentuk kembali dari zat-zat hasil reaksi. contoh : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H2(g) + I2(g) 2HI(g) Konsep Kesetimbangan

  3. konsentrasi 3 H2 1 NH3 V   V1 V2 t Grafik perubahan laju reaksi terhadap waktu : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) N2 0 t Grafik perubahan konsentrasi pereaksi dengan hasil reaksi menuju kesetimbangan. • Konsentrasi pereaksi : berkurang • Konsentrasi hasil reaksi : bertambah • Pada saat setimbang : konsentrasi masing-masing zat tetap

  4. Kesetimbangan tercapai bila V1 = V2 • Bila laju reaksi maju dan reaksi balik sama besar dan konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah seiring berjalannya waktu maka tercapailah : kesetimbangan kimia (keadaan setimbang : chemical equilibrium) Ciri keadaan setimbang • Berlangsung dalam sistem tertutup • Dinamis • Tidak terjadi perubahan makroskopis

  5. Jenis kesetimbangan kimia, berdasarkan fasa : • Kesetimbangan homogen : zat-zat yang terlibat dalam kesetimbangan terdapat dalam 1 wujud (fasa). Contoh : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H2O(l) H+(aq) + OH-(aq) CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+ H+(aq) • Kesetimbangan heterogen : zat-zat yang terlibat terdapat dalam 2 atau 3 wujud yang berbeda, atau terdapat bidang batas antara zat-zat. Contoh : CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Pb2+(aq) + 2Cl-(aq) PbCl2(s)

  6. Pada sistem : H2(g) + I2(g) 2HI(g), ada 3 pendekatan untuk mencapai sistem kesetimbangan (T=445oC, V=0,8L) Konstanta Kesetimbangan

  7. Mencari harga perbandingan tetap dari konsentrasi-konsentrasi dalam kesetimbangan:

  8. Persamaan yang memberikan hasil yang tetap : • Kc = Konstanta kesetimbangan • Perhatikan : pangkat 2 untuk HI, sama dengan koefisien stoikiometri, sehingga: aA + bB cC + dD (pada suhu tetap) (1864) Cato Maximillian Gulberg dan Peter Wage

  9. Harga K diasumsikan lewat mekanisme satu tahap elementer : A + 2B AB2 • Laju reaksi maju : Laju f = kf [A][B]2 Laju reaksi balik : kr [AB2] • Pada saat kesetimbangan :

  10. Karena Kf dan Kr : konstanta pada suhu tertentu, perbandingannya juga adalah suatu konstanta = Kc • K>>>1 : kesetimbangan jauh ke arah kanan/produk • K<<<1 : kesetimbangan ke arah kiri/reaktan

  11. Konstanta reaktan dan produk dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda.Spesi yang bereaksi tidak selalu berada dalam fase sama ada lebih satu cara menyatakan “K”. Beberapa Cara Untuk Menyatakan Konstanta Kesetimbangan

  12. Contoh : N2O4(g) 2NO2(g) 1. Kc : menyatakan bahwa konsentrasi spesi yang bereaksi dalam mol/L 2. Keterangan : PNO2 dan PN2O4 : tekanan parsial kesetimbangan (atm) Kp : menyatakan bahwa konsentrasi kesetimbangan dinyatakan dalam tekanan Kesetimbangan Homogen

  13. aA(g) bB(g) • Persamaan Gas Ideal Catatan : ∆n = b – a = mol produk gas – mol reaktan gas R = 0,0821 L atm mol-1 K-1 Hubungan antara Kc dan Kp

  14. Umumnya Kp ≠ Kc, kecuali∆n = 0 Pada reaksi : CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq) • Catatan : K tidak mempunyai satuan 

  15. Contoh : CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) • Catatan : konsentrasi padatan merupakan sifat intensif : tidak bergantung pada banyaknya zat yang ada sehingga [CaCO3] dan [CaO] adalah konstanta Kesetimbangan Heterogen

  16. Hubungan yang melibatkan K Hubungan Kc dengan persamaan kimia setara • 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Kc = 2,82 x 102, pada 1000K • 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) Kc =.........................? • SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) Kc =.........................?

  17. N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc= 4,1 x 10-31............. (1) • N2(g) + ½ O2(g) N2O(g) Kc= 2,4 x 10-18............. (2) • N2O(g) + ½ O2(g) 2NO(g) Kc=............................? (3) Penggabungan K

  18. Pers. (3) dicari dengan : (1) N2(g) + O2(g) 2NO(g)Kc(1)= 4,1 x 10-31 (2) N2O(g) N2(g) + ½ O2(g) Bersih :N2O(g) + ½ O2(g) 2NO(g) Kc(3) = ...............? Kc(1)

  19. “K” ditentukan melalui percobaan, misalnya : membekukan kesetimbangan, menurunkan suhu reaksi secara tiba-tiba sehingga reaksi berhenti. Untuk gas , K ditentukan dengan mengukur tekanan campuran. Menentukan nilai Tetapan Kesetimbangan

  20. Contoh 1: CH4 dapat diperoleh dari gas CO dengan gas H2 menurut persamaan : CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) Ke dalam suatu ruangan 10 L, mula-mula dimasukkan 1 mol gas CO, 3 mol gas H2 dan katalis, kemudian dipanaskan hingga 1200 K. Setelah tercapai keadaan\ setimbang sistem dibekukan dan ternyata terdapat 0,387 mol H2O a. Tentukan susunan kesetimbangan pada suhu 1200 K ! b. Harga K pada suhu tersebut !

  21. Jawab: Keadaan awal Keadaan setimbang • Misalkan CO yang bereaksi : x mol CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) Keadaan awal : 1 mol 3 mol 0 0 Perubahan :-x mol -x mol +x mol +x mol Keadaan stmbg:(1-x) mol (3-x) mol x mol x mol H2O : 0,387 mol CH4 : ...............? CO :.................? H2 :................. ? CO : 1 mol H2 : 3 mol

  22. Susunan kesetimbangan : CO = 1- 0,3897 mol =.................mol H2 = 3 – (3 . 0,387) mol =............mol CH4 = .......................mol H2O =.......................mol K =.......................... Contoh 2: Sebanyak 10 mol gas N2 dicampurkan dengan 40 mol gas H2 dalam suatu ruangan 10 L, kemudian dipanaskan pada suhu 427o C sehingga sebagian bereaksi membentuk NH3 menurut kesetimbangan : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H = -92 kJ Apabila tekanan total campuran pada keadaan kesetimbangan adalah 230 atm, tentukan Kp dan Kc pada suhu 426o C !

  23. Jawab : Dengan persamaan gas ideal, jumlah mol gas dalam campuran dapat dihitung : Misaljumlah mol N2 yang bereaksi adalah x mol, susunan kesetimbangan : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Keadaan awal :10 mol 40 mol 0 Perubahan :-x mol -3x mol +2x mol Keadaan stmbg:(10-x)mol (40-3x)mol 2x mol

  24. Jumlah mol gas pada saat setimbang = 40 mol ( 10-x ) + ( 40-3x ) + 2x = 40 mol x = 5 • Susunan kesetimbangan : N2 = (10-5) mol = 5 mol; H2 = (40-15) mol = 25 mol; NH3 = (2 . 5) mol = 10 mol • Perbandingan tekanan parsial gas sama dengan perbandingan mol Perbandingan gas N2 : H2 : NH3 = 5 : 25 : 10 = 1 : 5 : 2 Jadi : PH2 =..................... ? PNH3 =..................... ? Kp =..................... ? Kc =......................?

  25. a. Memberi informasi tentang posisi kesetimbangan Contoh : 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) Kc = 3 x 1081 pada 25oC Reaksi ini dapat dianggap : tuntas ke kanan ½ N2(g) + ½ O2(g) 2NO(g) Kc = 1 x 10-15 pada 25oC Reaksi ini hanya membentuk sedikit sekali gas NO Kc atau Kp>>> : reaksi ke kanan hampir sempurna Kc atau Kp<<< : reaksi ke kanan berlangsung sedikit Makna K

  26. b. Mempredikasi arah reaksi Contoh : Kc untuk reaksi : H2(g) + I2(g) 2HI(g) adalah 54,3 pada 430oC. Dalam suatu percobaan dimasukkan 0,234 mol H2, 0,146 mol I2, dan 1,98 mol HI dalam wadah 1 L pada suhu 430oC. • Apakah campuran tersebut setimbang ? • Bila tidak, ke arah mana reaksi bersihnya membentuk lebih banyak H2 dan I2 atau membentuk lebih banyak HI ?

  27. Jawab : Karena hasil bagi > Kc : sistem ini tidak berada dalam kesetimbangan. Untuk menurunkan hasil bagi, agar mancapai harga Kc pada suhu 430oC, maka sebagian HI akan membentuk H2 dan I2 ( dari produk reaktan ) Kuantitas yang diperoleh dengan cara mensubstitusikan konsentrasi awal ke persamaan konstanta kesetimbangan disebut : hasil bagi reaksi (reaction quotient), Qc Untuk memprediksi arah reaksi, arah dilakukan dengan membandingkan nilai Kc dan Qc.

  28. Kc Qc Qc Kc Reaktan produk reaktan produk Qc Kc sistem setimbang Ada kemungkinan 3 kasus :

  29. Qc < Kc : Perbandingan konsentrasi awal produk terhadap reaktan terlalu kecil. Untuk mencapai kesetimbangan reaktan harus diubah menjadi produk. Sistem bergeser dari kiri ke kanan untuk mencapai kesetimbangan. • Qc = Kc : Sistem berada pada kesetimbangan. • Qc > Kc : Perbandingan konsentrasi awal produk terhadap reaktan terlalu besar. Untuk mencapai kesetimbangan produk harus diubah menjadi reaktan. Sistem bergeser dari kiri ke kanan untuk mencapai kesetimbangan.

  30. Perubahan kondisi percobaan dapat mengganggu kesetaraan dan menggeser posisi kesetimbangan • Variabel percobaan yang dapat diatur : a. Konsentrasi b. Tekanan dan volume c. Suhu d. Katalis • Asas Le Chatelier : “ Bila terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu tindakan (aksi) maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangi pengaruh aksi tersebut”. Faktor-faktor yang mempengaruhi Kesetimbangan

  31. Jika konsentrasi salah satu komponen diperbesar, maka reaksi sistem adalah mengurangi komponen tersebut. Sebaliknya jika konsentrasi salah satu komponen diperkecil maka reaksi sistem adalah menambah komponen itu. Contoh : Pada sistem kesetimbangan : FeSCN2+(aq Fe3+(aq) + SCN-(aq) Merah kuning-pucat tak berwarna • Ke arah mana kesetimbangan bergeser dan bagaimana perubahan warna campuran jika : a. Ditambahkan sedikit NaSCN dalam larutan b. Ditambahkkan [Fe(NO3)3] ke dalam larutan c. Ditambahkan sedikit kristal H2C2O4 Jawab : ............................ Perubahan konsentrasi

  32. Jika dalam suatu sitem kesetimbangan sistem diperbesar atau volume diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi yang jumlah koefisiennya kecil dan sebaliknya. Contoh : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) • Ke arah manakah pergeseran kesetimbangan jika pada suhu tetap volume diperbesar (tekanan diperkecil) ? Jawab : ......................... Pengaruh tekanan dan volume

  33. Pengaruh suhu Jika pada suatu sistem kesetimbangan dinaikkan maka sistem kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor (endoterm) dan sebaliknya. Contoh : N2O4(g) 2NO2(g)∆Ho = 58,0 kJ Ke arah manakah reaksi bergeser jika suhu dinaikkan ? Jawab : .................. • Pengaruh katalis a. Katalis tidak mengubah K b. Mempercepat tercapainya keadaan setimbang

  34. Dissosiasi adalah peristiwa penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana dan peristiwa penguraiannya merupakan reaksi kesetimbangan. Contoh kesetimbangan dissosiasi gas : 2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) N2O4(g) 2NO2(g) Kesetimbangan Dissosiasi

  35. Derajad dissosiasi (α) : perbandingan mol zat yang berdissosiasi dengan mol zat mula-mula sebelum dissosiasi. Harga α berkisar dari 0 s/d 1 α = 0 : zat belum terdissosiasi α = 1 : zat berdissosiasi sempurna Kesetimbangan dissosiasi terjadi jika 0 < α < 1

  36. Dalam ruangan V liter dipanaskan a mol gas NH3 sampai suhu tertentu hingga berdissosiasi dengan derajad dissosiasi sebesar α. Bagaimana susunan gas-gas pada saat kesetimbangan ? Jawab : Reaksi dissosiasinya : 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) Mula-mula : a mol 0 0 Contoh 1

  37. Jika mula-mula terdapat a mol gas NH3 dan derajad ionisasi α. Reaksi :2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) Mula-mula :a mol 0 0 Perubahan :-aα mol ½ aα mol 3/2 aα mol Setimbang :a- aα mol ½ aα mol 3/2 aα mol =a(1- α) mol Jadi susunan gas-gas pada saat setimbang : • NH3 : a(1- α) mol • N2 : ½ aα mol • H2 : 3/2 aα mol

  38. Dalam ruang 5 L dipanaskan 0,8 mol gas SO3 sampai suhu tertentu hingga berdissosiasi sebagian setelah kesetimbangan tercapai, dalam ruang terdapat 0,3 mol gas oksigen. Tentukan : • Derajad ionisasi SO3 • Harga tetapan kesetimbangan K Jawab :..................... Contoh 2

  39. Proses pembuatan gas amoniak menurut Haber-Bosch Prof. Fritz Haber (1868-1934), Jerman, orang pertama yang berhasil mensintesis amoniak dari gas nitrogen dan hidrogen. Proses ini disempurnakan oleh KarlBosch (1874-1940). Reaksi : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H = -92,6 kJ Kesetimbangan Dalam Industri

  40. 1. Pengaruh suhu : suhu tinggi, bergeser ke kiri (endoterm), sehingga untuk memperoleh NH3 max. suhu tidak boleh terlalu tinggi. 2. Pengaruh tekanan : jumlah koefisien kiri > kanan, maka jumlah NH3 bertambah jika tekanan dinaikkan. 3. Pemakaian katalis : untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan dipakai katalis : oksida-oksida besi.

  41. Agar NH3 yang dihasilkan maksimal : 1. Suhu tidak terlampau tinggi (sekitar 500oC) 2. Tekanan sangat tinggi : 500 – 1000 atm 3. Selama proses berlangsung : • Gas N2 dan H2 ditambahkan secara terus menerus • NH3 yang dihasilkan dipisahkan dengan pengembunan sehingga reaksi bersih selalu bergeser ke kanan.

  42. Pembuatan H2SO4 dengan cara mengoksidasi gas SO2 dengan gas O2 dari udara dengan katalis V2O5 Reaksi : 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) ∆H = -98kJ Tahap selanjutnya : SO3 dilarutkan dalam H2SO4 pekat membentuk pirosulfat H2SO4(aq) + SO3(aq) H2S2O7(aq) H2S2O7(l) + H2O(l) 2H2SO4(aq) Proses pembuatan Asam sulfat melalui proses kontak

  43. Tahap penting : reaksi kesetimbangan dan eksoterm • Agar reaksi max : a. Suhu 500oC b. Katalis : V2O5 c. Tekanan 1 atm (sesungguhnya tekanan tinggi akan menguntungkan produksi SO3, tetapi ternyata tidak diimbangi dengan hasil yang memadai)

More Related