Kesetimbangan Part I: Definisi Dan Termodinamika

Post ini merupakan potongan dari WMT. Pertama saya harus kenalkan dulu apa itu WMT. WMT ialah kependekan dari Weekly Materials and Tasks yang akan di post secara mingguan di Forum Olimpiade Sains Nasional, sub-forum Kimia. Perlu diketahui, website ini tidak copas sebab yang ngepost WMT Kesetimbangan di lembaga tersebut ialah saya sendiri (HeadAdmin) 😆

Kesetimbangan ialah keadaan dimana pada reaksi yang bersifat bolak-balik, laju reaksi menuju produk dan laju reaksi menuju reaktan ialah sama. Seringkali, reaksi kesetimbangan digambarkan dengan reaksi berikut:

$\ce {a A_{(fasa)} + b B_{(fasa)} <=> c C_{(fasa)} + d D_{(fasa)} K = … }$

Dengan K ialah nilai konstanta kesetimbangan. Ada aneka macam reaksi yang membentuk kesetimbangan, sebut saja reaksi asam-basa, pembentukan kompleks, reduksi-oksidasi, kelarutan, dan lain-lain, dengan lambang K yang berbeda-beda pula, sebagai contoh:

$\ce {K_a}$ untuk ionisasi asam,
$\ce {K_b}$ untuk ionisasi basa,
$\ce {K_f}$ untuk tetapan pembentukan kompleks,
$\ce {K_d}$ untuk tetapan disosiasi kompleks,
$\ce {K_a}$ untuk kesetimbangan umum,
$\ce {K_}$ untuk kesetimbangan yang hanya melibatkan tekanan gas,
$\ce {K_{sp}}$ untuk kesetimbangan kelarutan, dan lain sebagainya.

Dengan nilai K merupakan hasil kali aktivitas produk dibagi hasil kali aktivitas reaktan:

$\ce{K = \frac{\alpha^c_{C,eq} \times \alpha^d_{D,eq}}{\alpha^a_{A,eq} \times \alpha^b_{B,eq}}}$

Perhatikan: nilai K (untuk larutan) bukan merupakan fungsi dari konsentrasi, melainkan fungsi dari aktivitas, dengan acara ialah koefisien acara dikali konsentrasi:

$\ce{\alpha_A = \gamma_A \times [A]}$

Namun terperinci sekali hal ini diabaikan ($\ce{\gamma = 1}$) di Olimpiade demi memudahkan perhitungan 😆

Aktivitas sendiri untuk liquid dan padatan dianggap sama dengan 1.

Hubungan Kesetimbangan dengan Parameter $\ce{\Delta G}$

Oke, kesetimbangan ternyata mempunyai kekerabatan dengan termodinamika. Pada suatu keadaan tertentu, reaksi sanggup berjalan maju, berjalan mundur, atau berada dalam keadaan setimbang. Faktor yang memilih arah reaksi ini ialah suatu parameter termodinamika, yaitu Energi Bebas Gibbs ($\ce{\Delta G}$). Pada keadaan standar termodinamika (298 K, 1 atm), kita menyebutnya nilai Energi Bebas Gibbs Standar ($\ce{\Delta G^o}$). Besarnya nilai $\ce{\Delta G^o}$ bergantung pada konstanta kesetimbangan, dirumuskan sebagai berikut:

$\ce{\Delta G^o = -RT ln K}$ (Rumus ini sanggup kalian temukan di lembar depan soal OSN/OSP/OSK)

Dari rumusan ini sanggup kita perkirakan, apabila nilai K > 0, maka $\ce{\Delta G^o}$ bernilai negatif, dan apabila nilai K < 0, maka $\ce{\Delta G^o}$ bernilai positif. Ingat, dalam dilema termodinamika, gunakan nilai $\ce{R = 8.314 J mol^{-1} K^{-1}}$.

Nah, untuk memperkirakan apakah suatu reaksi impulsif maju atau mundur, maka anda sanggup menghitungnya dengan:

$\ce{\Delta G = \Delta G^o + RT ln Q}$ dimana Q ialah keadaan dikala sebelum setimbang:

$\ce{Q = \frac{\alpha_C \times \alpha_D}{\alpha_A \times \alpha_B}}$

Apabila nilai $\ce{\Delta G}$ negatif, reaksi akan berjalan impulsif menuju produk. Apabila nilai $\ce{\Delta G}$ positif, reaksi akan berjalan ke arah reaktan. Apabila nilai $\ce{\Delta G = 0}$, reaksi sudah berada pada kesetimbangan.

Persamaan Van’t Hoff

Menurut termodinamika (silahkan cari sumbernya sendiri, ini materi yang KimFis sekali, niscaya puyeng hehehe), pada $\ce{P, T}$ tetap berlaku persamaan berikut:

$\ce{\Delta G = \Delta H – T\Delta S}$

Dengan ini, kita bisa memilih seberapa besar konstanta kesetimbangan pada temperatur yang berbeda. Apabila kita substitusi $\ce{\Delta G}$ dengan $\ce{-RT ln K_eq}$, kita dapatkan persamaan berikut:

$\ce{- RT ln K_{eq} = \Delta H – T\Delta S}$

Setelah itu, apabila kita membagi kedua sisi dengan $\ce{- RT}$, kita dapatkan:

$\ce{ln K_{eq} = -\frac{\Delta H}{RT} + \frac{\Delta S}{R}}$

Dari sini kita sanggup lihat bahwa ada kekerabatan antara $\ce{ln K_{eq}}$ dengan $\ce{1/T}$. Apabila kita hendak mencari nilai perubahan Entalpi reaksi ($\ce{\Delta H}$) dan perubahan Entropi ($\ce{\Delta S}$) pada beberapa temperatur yang berbeda, kita sanggup menciptakan plot $\ce{ln K_{eq}}$ terhadap $\ce{1/T}$, tentunya dengan sumbangan kalkulator yang bisa melaksanakan regresi. Jangan khawatir, tiap kalkulator OSN bisa kok.

Dari sini, kita mendapat persamaan populer Van’t Hoff:

$\ce{ln \frac{K_2}{K1} = -\frac{\Delta H}{R} \times (\frac{1}{T2} – \frac{1}{T1})}$

Aturan Umum Kesetimbangan

Aturan umum kesetimbangan sanggup diringkas menjadi satu kalimat: BahWan NasEndo Tesar Vocil Kcil

1. BahWan: Apabila spesi pada satu sisi ditambah, kesetimbangan bergeser ke arah lawan.
2. NasEndo: Apabila kedalam sistem ditambahkan panas (suhu naik), kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm.
3. Tesar Vocil Kcil: Untuk reaksi kesetimbangan yang melibatkan gas, apabila tekanan sistem dibesarkan atau volume sistem dikecilkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah yang total koefisien gas nya lebih kecil.

Sementara hingga sini dulu untuk part I, apabila ada kesalahan, silahkan diralat! Apabila ada pertanyaan, silahkan ke kolom reply 😉

Source: Modern Analytical Chemistry Int’l Ed. Harvey dan pengetahuan langsung 😆

Tasks

1. Diketahui data berikut:
Reaksi: $\ce{ A_{(g)} + B_{(g)} <–> 2 C_{(g)}}$ setimbang dikala konsentrasi A = 2.0 M, B = 5.0 M, dan C = 1.5 M.

1. Hitung konstanta kesetimbangan reaksi tersebut.
2. Apabila kedalam sistem ditambahkan A sebanyak 1.0 M (A = 3.0 M, B = 5.0 M, C = 1.5 M), tentukan konsentrasi final seluruh spesi.
3. Apa yang terjadi apabila (1) tekanan sistem dinaikkan, dan (2) volume sistem ditingkatkan?

2. Pada reaksi bertekanan konstan, nilai K dikala keadaan standar (298 K) ialah 500. Apabila suhu dinaikkan menjadi 500 K, nilai kesetimbangan turun menjadi 100.

1. Apakah reaksi ke kanan bersifat endoterm atau eksoterm? Perkirakan tanpa perhitungan.
2. Berapakah nilai perubahan entalpi dan entropi reaksi tersebut?

Sumber https://olimpiadekimia.com

Share this post