bab6-kesetimbangan kimia
Post on 12-Aug-2015
119 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB 6
(lihat diktat kuliah KIMIA : Bab 6 dan 7)
KONSEP KESETIMBANGANKIMIA
1.2.3.
4.5.
HUKUM KEKEKALAN ENERGIPENGERTIAN KERJA DAN KALORPENGERTIAN SISTEM, LINGKUNGAN, DAN
FUNGSI KEADAANHUKUM PERTAMA TERMODINAMIKAHUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
6. ENERGI BEBAS DAN KESETIMBANGAN7. KONSEP KESETIMBANGAN8. TETAPAN KESETIMBANGAN9. PENDUGAAN ARAH REAKSI10. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN KIMIA11. KESETIMBANGAN PENGIONAN
Termodinamika digunakan sebagaialat untuk meramalkan apakah suatuproses yang belum diketahui dapat
dilaksanakan atau tidak.
TERMODINAMIKA DAPAT MENJELASKAN :
• Proses pertumbuhan dan reproduksi sistemhayati
• Mengapa reaksi fotosintesis dapat berlangsung• Mengapa ikan dapat bernafas dalam air
tidak dapat• Mengapa O2 menjadi O3
berlangsung dengan sendirinya
Energi Kinetik (Ek) = ½ mv2 Energi Potensial (Ep) = m.g.h.
energipotensial
energikinetik
Ep = 10 unitEk = 0 unit
Ep = 5 unitEk = 5 unit
6.1 HUKUM KEKEKALAN ENERGI
E total = Ek + Ep = tetap ………… Joule
6.2 PENGERTIAN KERJA DANKALOR
Kerja (w)Hasil kali antara gaya luar pada suatu benda dengan jarak dimanagaya 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 suatugas ditekan/diekspansi di bawah pengaruhtekanan luar
w = -Fekst (hf - hi) w = -Pekst 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 akibatadanya perbedaan suhu
q = m.cs.∆T m = Massa (g)cs = Kapasitas kalor spesifik
(kal K-1 g-1) atau kalor jenisT = Suhu (K)
qlogam + qair = 0Q logam = - qair
CONTOH 6.1
Berapa energi kalor yang dibutuhkan untukmenaikkan suhu 735 g air dari 21,0 oC ke 98,0 oC?(anggap kalor jenis air 1,00 kal g-1 oC-1)
Penyelesaian:
q = m x kalor jenis x ∆T
= 735 g x 1,00 kal/g oC x (98,0 – 21,0) oC
= 5,7 x 104 kal
CONTOH 6.2
Berapakah kalor jenis timbal jika 150 g timbal(100 oC) dimasukkan ke dalam gelas piala terisolasiberisi air 50,0 g (22,0 oC), jika suhu timbal-air 28,8oC ?
Penyelesaian :q air = 50,0 g x 1,00 kal/g oC x (28,0 - 22,0) oC=
340 kal
qtimbal = - qair = -340 kalqtimbal = -340 kal / 150 g x (28,8 – 100) oC
= 3,2 x 10-2 kal g-1 oC-1
6.3 PENGERTIAN SISTEM, LING-KUNGAN, DAN FUNGSI KEADAAN
Sistem:Sejumlah materi ataudaerah dalam ruangyang dijadikan sebagaiobjek studi
Batas:Pemisah sistem & lingkungan (nyata/maya)
● Batas tetap (fixed boundary)● Batas berubah (movable boundary)
Lingkungan:Massa atau daerahyang berada di luarsistem
Pertukaran Terbuka Tertutup Terisolasi
Massa + - -
Kalor + + -
EMPAT JENIS SISTEM:Terbuka, Tertutup, Terisolasi, dan Adiabatik.
Sistem Adiabatik: tidak memungkinkan kalor keluar darisistem 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
Besaran + -q (kalor) energi diserap
sistemsistem
melepaskanenergi
w (kerja) sistem dikenaikerja
sistemmelakukan kerja
∆U (energi dalam) + -
6.4 HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA
bentuk lain dari Hukum Kekekalan Energi
SISTEM TERISOLASI:
U(awal) – U(akhir) = ∆U = q + w
Jika diketahui 5000 J energi diserap oleh sistem
dan sistem melakukan kerja sebesar 6750 J
terhadap lingkungan. Berapa ∆U sistem?
Penyelesaian:
∆U = q + w = (+5000 J) + (-6750 J)
= 5000 J – 6750 J
= - 1750 J
CONTOH 6.3
Termokimia
Entalpi Reaksi
Hubungan yang melibatkan ∆H• Eksotermik : Kalor dilepaskan oleh reaksi (∆H negatif)• Endotermik : Kalor diambil oleh reaksi (∆H positif)
∆H akan berubah tanda bila arah reaksi berbalik
CO(g) + ½O2(g) → CO2(g)CO2(g) → CO(g) + ½O2(g)
∆H = -283,0 kJ/mol∆H = +283,0 kJ/mol
HUKUM PENJUMLAHAN KALOR
Hukum Hess
C(p) + O2(g)
∆H = -110,5 kJ
∆H = -393,5 kJ
C(p,gr) + O2(g) → CO2(g)
CO2(g) → CO(g) + ½O2(g)
∆H1 = -393,5 kJ
∆H2 = +283,0 kJ
C(s,gr) + ½O2(g) → CO(g) ∆H = ∆H1 + ∆H2 = -110,5 kJ
CO(g) + ½O2(g)
∆H = +283,0 kJ
CO2(g)
Hukum Hess: Jika dua atau lebih persamaan kimia ditambahkan untuk menghasilkanpersamaan kimia lainnya, masing-masing entalpi reaksinya harus ditambahkan
Proses Spontan
Reaksi kimia
Atau perubahan lainnya
Spontan Tidak spontanSetimbang
Bagaimana?• Mengukur tingkat kespontanan
• Mengukur tingkat ketidakspontanan• Menetapkan keadaan setimbang
Menentukan arahproses/reaksi
Entropi (S)Energi bebas (G)
Entropi (S):● besaran termodinamika seperti halnya U atau H● merupakan fungsi keadaan● ukuran kuantitatif tingkat kespontanan suatu proses yang
dinyatakan dalam ∆S total (+), atau sebaliknya
Energi bebas (G):● besaran termodinamika seperti halnya U, H atau S● merupakan fungsi keadaan● ukuran kuantitatif kespontanan suatu proses yang
dinyatakan dalam ∆G sistem (-), atau sebaliknya
Keadaan awal Proses Keadaan akhir
Parfum menyebar
o25 C Es meleleh o25 C
Penguapan air
75o 25oAg Ag
Kalor 50o 50oAg Ag
Contoh proses spontan
∫i
6.5 Hukum Kedua Termodinamika
Rumusan matematika entropi:● Ada sistem menerima kalor dari lingkungan
Sistem & lingkungan tersebut berada dalam sistem yanglebih besar yg terisolasi
∆S =f dqrev
T
> 0∆Stotal = ∆Ssis + ∆Slingk
dq = CdT
Contoh 6.4:1 g es 0oC dimasukkan ke dalam 4 g air 10oC. Diketahui Cair = 1kal/goCdan kalor lebur es = 80 kal/g.Apakah proses peleburan spontan ?
Q dilepaskan pada pendinginan air =4 g x 1 kal/g oC x 10 oC = 40 kal
Jumlah es yang melebur dengan 40 kal =40 kal x 1g / 80 kal = 0,5 g
∆Ses = 0,5 x 80 / 273 = 0,1465 kal/K
∆ Sair = ∫C dT/T = -C ln 283/273 = - 0,1439 kal/K
∆ Stotal = ∆ Ses + ∆ Sair = 0,0026 kal/K = 0,0109 J/K
∆ Stotal > 0 proses peleburan es spontan
Penyelesaian
∫i ∫i dq
∆Ssis untuk proses isotermal
∆S = = rev =f dqrev
T
f1
T
qrev
T
Transisi fasa
∆Sfus = =qrev
Tf
∆Hfus
Tf
No H S G Hasil Contoh
1 - + - Spontan semua T 2H2O(g)→2H2(g)+O2(g)
2 - - -
+
Spontan T ↓
≠ spontan T ↑H2O(c) → 2H2O(p)
3 + + +
-
≠ Spontan T ↓
Spontan T ↑2NH3(g)→N2(g)+3H2(g)
4 + - + ≠ Spontan semua T 3O2(g) → 2O3(g)
6.6 Energi Bebas (G)
G = H - TS ∆Gsis < 0 Proses spontan
∆Gsis = 0 Proses reversibel
∆Gsis > 0 Proses tak spontan
● Pendugaan arah perubahan suatu proses reaksi∆G = ∆H – T ∆S < 0
.
∆Str = = T
Transisi fasa, ∆G = ∆H – T ∆S = 0
qrev ∆Htr
Ttr tr
Tr = transisi (peleburan, pembekuan, penguapan,kondensasi)
CONTOH 6.5
Sikloheksana, C6H12 memiliki kalor penguapan 360 J/g dengan titik didih81°C. Berapakah perubahan entropi untuk tiap mol penguapansikloheksana
PENYELESAIAN
.
∆S = = 84 g/mol x 360/354 J/gK
= 85 J /K mol
∆H
T
6.7 KONSEP KESETIMBANGAN
Setimbang akhir reaksi Campuran produk dan reaktan yang tidakbereaksi dalam jumlah relatif tetap
N2O4(g)A
2NO2(g)C
Waktu
100
98
2
A
C
% Kons %
Waktu
100
98A
C
Kons
∆C1
∆C2
2
∆t1 ∆t2
6.8 TETAPAN KESETIMBANGAN
Hukum Empiris Aksi Massa (Guldberg & Waage)
aA + bB cC + dD
KC =[C]c [D]d
[A]a [B]bTetapan kesetimbangan empiris (KC)
Subskrip C: Reaksi dalam larutan
Reaksi dalam fasa gas ............................. KP =[PC]c [PD]d
[PA]a [PB]b
P = Tekanan parsial
Kesetimbangan Reaksi dalam Fasa Gas
3NO(g) N2O(g) + NO2(g)
N2O (P N2O) + NO2 (P NO2)3NO (PNO)
∆G = ∆G1 + ∆G° +∆G3
∆G2 = ∆G°
∆G3
N2O (Pref) + NO2 (Pref)
∆G1
3NO (Pref)
∆G
-∆G° = RT ln K
CONTOH 6.6
Tulis persamaan kesetimbangan untuk kesetimbangan kimia fasa gasberikut:
a. 2NOCl(g) 2NO(g) + Cl2(g)b. CO(g) + ½O2(g) CO2(g)
Penyelesaiana. Pangkat 2 berasal dari faktor 2 dalam persamaan
yang balans tersebut
b. Pangkat pecahan muncul pada persamaankesetimbangan setiap kali mereka terdapat dalampersamaan yang balans
(P NO)2 (P Cl2)
(P NOCl)2
= K
(P CO2)
(P CO) (P O2)½
= K
CONTOH 6.7
Hitunglah tetapan kesetimbangan untuk reaksi
N2O4 (g) 2 NO2 (g)
Jika pada saat kesetimbangan terdapat 0,1 mol N2O4
dan 0,06 mol NO2 dalam volume 2 L
Penyelesaian :
K = [NO2]2 / [N2O4] = (0,03)2 / 0,05 = 1,8 x 10-2
6.9 PENDUGAAN ARAH REAKSI
Kuosien Reaksi (Q)
∆G = ∆G° + RT ln Q
∆G = -RT ln K + RT ln Q
∆G = RT ln (Q/K)
Jika Q < K, ∆G < 0 arah reaksi ke kanan
Q > K, ∆G > 0 arah reaksi ke kiri
Kesetimbangan∆G = 0
Reaktan murni Produk murni
Q<K∆G < 0
Q>K∆G > 0
G
CONTOH 6.8
• Reaksi H2 + I2 2 HI mempunyai nilai K =49,5 pada suhu 440 oC. Jika pada suhu tersebut kedalam wadah bervolume 2 L dimasukkan 5 mol H2,2 mol I2 dan 4 mol HI, ke arah manakah reaksiberlangsung dan berapa konsentrasi masing-masing zat pada saat kesetimbangan tercapai?
Penyelesaian:Q = (2)2 / (2,5)(1) = 1,6
Q<KReaksi berlangsung ke arah kanan
H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2 HI (g)
mol / 2LAwal
Reaksi
Kesetimbangan
5
-x
(5-x)
2
-x
(2-x)
4
+2x
(4+2x)
[HI]2
[H2 [I2 ]49,5 {(42 x) / 2}2
{(5−x) / 2}{(2−x) / 2}K=
x2 = 6,29 (tak mungkin)X1 = 1,672 mol
[HI] = 3,672 M[H2] = 1,664 M[I2] = 0,164 M
6.10 FAKTOR YANG MEMPENGARUHIKESETIMBANGAN KIMIA
PRINSIP LE CHATELIER :Bila suatu sistem dalam kesetimbangan mendapatgangguan eksternal maka sistem tersebut akan melakukanperubahan yang mengatasi gangguan tersebut.
1. Perubahan Konsentrasi
2. Perubahan Volume dan Tekanan
3. Perubahan Suhu
mengubah nilai K sehingga Q ≠ K
Pengaruh perubahan konsentrasi
Konsentrasi hasil reaksi Ke arah reaktan
Pengaruh perubahan volume
N2O4 (g) 2NO2 (g)
V → Ke arah reaktanV → Ke arah produk
Pengaruh perubahan suhu, jika suhu
Reaksi eksoterm → Ke arah eksotermReaksi endoterm → Ke arah endoterm
Pro
du
k n
aik
ln k = = - ∆H°
( ) [K2 -∆H° 1 1
Ketergantungan K Terhadap T
∆H° negatif → eksoterm
-∆G° ∆S°RT R RT
-RT ln K = ∆G° = ∆H° - T∆S°
Persamaan van’t Hoff
Ln = -K1 R T2 T1
]
ln K
Slope = -∆H°/R
∆H° positif → endoterm
ln K
Eksoterm
Intersep = -∆S°/R
Endoterm
1/T
1/TT naik
Contoh 6.9
Ke arah manakah reaksi di bawah ini bergeser bilapada suhu yang tetap, tekanan diperbesar (volumediperkecil)
a. CaCO3 (p) → CaO (p) + CO2 (g)
b. PCl5 (g) → PCl3 (g) + Cl2 (g)
c. H2 (g) + CO2 (g) → H2O (g) + CO (g)
d. N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)
Penyelesaian:a. kiri
b. kiri
c. tidak terjadi
d. kanan
6.11 KESETIMBANGAN PENGIONAN
•
•
•
DERAJAT PENGIONAN (α )
Zat elektrolit mengion dalam larutandengan α yang berbeda
EFEK ION SENAMA
HUKUM PENGENCERAN OSTWALDBila suatu elektrolit lemah diencerkan makaderajat ionisasinya meningkat → Bab 7.Konsep Asam Basa.
LATIHAN SOAL-SOAL
• Sebanyak 0,505 g suatu contoh hidrokarbon naftalena C10H8, dibakarsempurna dalam kalorimeter bom. Massa air dalam kalorimeter1215 g. Reaksi mengakibatkan suhu air naik dari 25,62 ke 29,06°C.Kapasitas kalor dari bom 826 J/°C. Berapakah kalor reaksi pada
volume tetap, qv, dinyatakan dalam:a. J/g C10H8
b. kj/mol C10H8
c. kkal/mol C10H8
2. Sebanyak 2 gram es dimasukkan ke dalam 4 gram air yang suhunya8oC. Bila kalor spesifik air 1 kal/g dan kalor lebur es 80 kal/g. Apakahproses tersebut merupakan proses spontan
3.
4.
5.
Tuliskan rumus tetapan kesetimbangan Kc dan Kp (bila ada) dan hubungan antaraKc dan Kp untuk reaksi:(a). 2CO2(g) CO(g) + O2(g)(b). 2NO2(g) + 7H2(g) 2NH3(g) + H2O(aq)(c). 2HgO(p) 2Hg(aq) + O2(g)(d). 2ZnS(p) + 3O2(g) 2ZnO(p) + 2SO2(g)(e). 2HCrO4- (aq) Cr2O72- (aq) + H2O (aq)
Suatu campuran terdiri dari 0,5 mol N2O (g) dan 0,5 mol O2 (g) dimasukkan dalamwadah bervolume 4 L dan dibiarkan mencapai kesetimbangan menurut reaksi :2N2O(g) + 3O2(g) 4NO2(g)
Setelah tercapai kesetimbangan jumlah N2O menjadi 0,45 mol/4L
a. Berapakah konsentrasi N2O, O2, dan NO2 saat kesetimbangan?
b. Berapakah nilai Kc reaksi tersebut
Pada suhu 25 oC, reaksi HCl(g) H2(g) + Cl2(g) mempunyai K=4,17x10-34.Berapakah K untuk reaksi: ½H2(g) + ½Cl2(g) HCl(g).
6. Fenol pada suhu 298,15 K, ∆H°f = -3054 kJ/mol, ∆S° = 144,0 J/K mol.Berapakah ∆G°f untuk fenol pada suhu tersebut dan tentukan pula berapakonstanta kesetimbangannya.
7. Berapakah nilai ∆G° pada 298 K untuk reaksi
C(p) + CO2(g) → 2CO(g)Apakah reaksi tersebut akan berjalan secara spontan ke arah pembentukkan
CO pada suhu 298 K? (∆G°f untuk C, CO2, dan CO berturut-turut adalah 0; -394,38; dan -137,28 kJ/mol)
8. Berapakah entropi penguapan molar standar air pada 100°C. Entalpipenguapan molar standar pada suhu 100°C adalah 40,7 kJ/mol.
9. Pada suhu tertentu terdapat kesetimbangan antara 0,4 mol H2, 0,3 mol I2, dan0,2 mol HI dalam wadah bervolume 2 liter. Hitunglah tetapan kesetimbanganreaksi:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
10. Reaksi N2O4(g) 2NO2(g)Memiliki nilai K = 4,66 x 10-3, jika 0,80 mol N2O4 dimasukkan ke dalam botol 1liter. Hitunga. Konsentrasi gas pada kesetimbanganb. Konsentrasi masing-masing gas bila volume menjadi separuhnya
11. Pada suhu 454 K, Al2Cl6(g) bereaksi membentuk Al3Cl9(g)3 Al2Cl6(g) 2 Al3Cl9(g)Dalam percobaan pada suhu ini, tekanan parsial kesetimbangan untuk
Al2Cl6(g) dan Al3Cl9(g) berturut-turut adalah 1,00 atm dan 1,02 x 10-2. Hitungtetapan kesetimbangan reaksi tersebut.
top related