microsoftpowerpoint kesetimbangan 130118093040 phpapp02
DESCRIPTION
wewTRANSCRIPT
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Chemical Equilibria
Basic Concepts
Part #1Prepared by : Mahbub Alwathoni, S.Si., M.Si
Department Chemistry http://mahboeb.net
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Memahami Keadaan Setimbang Dalam Reaksi Kimia
Perhatikan reaksi ini :
NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l)
Reaksi natrium hidroksida dan asam klorida menghasilkan natrium klorida
(garam dapur) dan air. Adalah contoh reaksi satu arah (reaksi irreversible).
NaCl(aq) + H2O(l) NaOH(aq) + HCl(aq)
Perhatikan reaksi ini :
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
2HI(g) H2(g) + I2(g)
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Adalah contoh reaksi kesetimbangan (reaksi reversible ) reaksi dua arah. Contoh
reaksi diatas adalah hasil eksperiment A.H. Taylor & R.H. Crist
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Keadaan setimbang suatu reaksi bersifat dinamis (tidak statis). Artinya : pada saat
setimbang reaksi tidak berhenti, tapi terus berlangsung dalam 2 arah dengan laju reaksi
yang sama.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Gas N2 dan gas H2 jika dicampur dengan angka banding volume 1 : 3 pada temperatur
kamar maka tidak terjadi reaksi. Namun pada temperatur 200oC 30 atm dan ditambah
katalis, maka reaksi dapat berlangsung cepat. Setelah terbentuk NH3, pada temperatur
yang tinggi tersebut NH3 juga akan terurai menjadi gas N2 dan gas H2.
Ketika laju reaksi ruas kiri = laju reaksi ruas kanan adalah sama, maka dapat dikatakan
reaksi telah mencapai kesetimbangan.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Pergeseran Kesetimbangan
Reaksi kesetimbangan dapat di geser ke arah yang dikehendaki, dengan cara
melakukan tiga macam tindakan :
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Mengubah konsentrasi salah satu zat
Mengubah suhu
Mengubah tekanan atau volume gas
Jika suatu reaksi kesetimbangan dilakukan
aksi tertentu, maka kesetimbangan akan
bergeser untuk menghilangkan pengaruh aksi
tersebut (Louis Le Chatelier 1850 1936)
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
1. Konsentrasi zat
Jika salah satu zat konsentrasi-nya diperbesar (dipekatkan), maka reaksi akan
bergeser dari arah zat tersebut. Atau, jika konsentrasi salah satu zat
konsentrasi-nya diperkecil (diencerkan), maka reaksi akan bergeser ke arah zat
tersebut.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Contoh dalam kehidupan sehari-hari :
Lapisan email gigi mengandung zat perekat Ca5(PO4)3OH [hidroksiapatit), dalam
mulut terjadi kesetimbangan :
Ca5(PO4)3(OH)(s) 5Ca2+
(aq) + 3PO43-
(aq) + OH-(aq)
Terlalu banyak makan/minum mengandung asam (H3O+), maka ion hidronium
akan mengikat OH-, akhirnya OH- berkurang. Reaksi kesetimbangan akan
bergeser kekanan, akhirnya email gigi terkikis.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
2. Perubahan Suhu
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ
Reaksi pembentukan NH3 adalah eksoterm karena H = (negatif)Jika reaksi dibalik (reaksi penguraian NH3) maka menjadi reaksi
endoterm H = (positif).
Jika suhu dalam reaksi dinaikkan, maka laju reaksi akan menuju ke arah
endoterm (karena memerlukan kalor). Kalau suhu diturunkan maka laju
reaksi akan mengarah ke eksoterm. Pada reaksi diatas :
Jika suhu dinaikkan, pembentukan gas N2 dan H2 semakin bertambah,
NH3 berkurang.
Jika suhu dikurangi, pembentukan NH3 bertambah, gas H2 & N2menjadi berkurang.
N2O4(g) 2NO2(g) H = +58 kJ
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
3. Perubahan Tekanan
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ
Angka banding mol ditunjukkan dengan angka koefisien. Pada reaksi
diatas total perbandingan mol gas ruas kiri dan ruas kanan adalah 4:2
Jika tekanan gas diperbesar, maka arah reaksi akan bergeser ke arah
zat dengan jumlah mol gas paling sedikit (NH3), sehingga NH3 semakin
banyak terbentuk.
Jika tekanan gas diperkecil, reaksi akan bergeser kearah zat dengan
jumlah mol paling banyak, NH3 makin berkurang.
N2O4(g) 2NO2(g)Penambahan tekananan justru akan menggeser reaksi kearah kiri.
Atau pada reaksi :
H2(g) + I2(g) 2HI(g)perbanding mol gas ruas kiri dan kanan yang sama banyak, maka
perubahan tekanan tidak berpengaruh terhadap pergeseran reaksi.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS
Pada reaksi 2C2H2(g) + 5O2(g) 4CO2(g) + 2H2O(g) H = -900 kJ
Tindakan apa yang dilakukan agar gas CO2 terbentuk lebih banyak !
Konsentrasi gas C2H2 atau O2 diperbesar. Dengan cara mengalirkan kedua
gas ini terus menerus ke dalam campuran.
Konsentrasi gas CO2 dan H2O diperkecil dengan cara memisahkan produk
reaksi ini dari sistem.
Reaksi kearah kanan adalah eksoterm, jadi suhu reaksi harus
diperkecil/dikurangi
Perbandingan total angka mol gas reaksi kiri dan reaksi kanan 7 : 6,
tekanan diperbesar,agar mengarah ke perbandingan mol gas terkecil dalam
hal ini CO2 dan H2O.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS
Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g) H = +30 kJPada reaksi diatas, bagaimana jika tekanan diperbesar ?
Pengaruh tekanan tidak berpengaruh terhadap pergeseran reaksi,
sebab angka banding mol gas, sama-sama besar yaitu 3 : 3
Lihat pada persamaan reaksi : Fe2O3(s) dan Fe(s) dalam bentuk solid
bukan gas.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Peran Katalis
Konsep laju reaksi :
Peran katalis dalam mempercepat reaksi adalah dengan menurunkan energi
aktivasi. Katalis dalam reaksi reversible (kesetimbangan), maka laju reaksi ruas
kiri dan kanan ( 2 arah) sama-sama lebih cepat dibandingkan tanpa katalis.
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu
tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri (lihat
pula katalisis). Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi
ataupun produk.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Contoh beberapa katalis yang banyak digunakan dalam industri kimia :
Reaksi Kesetimbangan Katalis
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Fe
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) V2O5
C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) Ni, Pt atau Cd
CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2 ZnO + CuO
CO(g) + 2H2(g) CH3OH ZnO + Cr2O3
Pembagian Katalis :
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen
dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam
fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan
katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana
untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu
permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara
terjerap.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Reaksi-reaksi pada produksi ammonia (NH3)
CH4(g) + 2H2O(l) CO2(g) + 4 H2(g) Katalis Ni
3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) Katalis Fe
gas N2 diperoleh dari udara
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Reaksi pembuatan asam sulfat, cukup sederhana yaitu ada tiga tahap :
Tahap 1. S + O2 SO2Tahap 2. 2SO2 + O2 2SO3 (Reaksi lambat perlu kehadiran katalis V2O5)
Tahap 3. SO3 + H2O H2SO4
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
NEXT
TETAPAN KESETIMBANGAN
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
TETAPAN KESETIMBANGAN
equilibrium constants
Part #2
Prepared by : Mahbub Alwathoni, S.Si., M.Si
Department Chemistry http://mahboeb.net
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Eksperimen Taylor dan Crist : reaksi antara gas H2 dan gas I2 pada suhu
425,4oC (Sumber : General College Chemistry, Keenan and Kleinfelter . 1980)
Konsentrasi awal (mol/l) Konsentrasi Kesetimbangan
(mol/l)
Kc
Konsentrasi awal Konsentrasi kesetimbangan
[H2] [I2] [HI] [H2] [I2] [HI]
0.011354 0.009044 - 0.003560 0.001250 0.01559 ~ 54,50.010667 0.011965 - 0.001831 0.003129 0.01767 ~ 54,50.011337 0.007510 - 0.004565 0.0007378 0.01354 ~ 54,5Data diatas, jika konsentrasi HI dikuadratkan dan bilangan itu dibagi dengan
perkalian konsentrasi H2 dan I2, ternyata akan diperoleh bilangan yang sama.
Secara matematis :
Kc =
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Tetapan Kesetimbangan :
mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
Kc =
Pada persamaan kesetimbangan, yang dimasukkan untuk memperoleh
harga Kc adalah zat-zat yang berwujud gas atau larutan saja. Sebabzat dalam bentuk padat (solid) tidak memiliki konsentrasi. Atau lebih
tepatnya, harga mol/liter untuk padatan = rapatan/massa rumusnya,
dimana harganya selalu konstan.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Tulislah tetapan kesetimbangan untuk reaksi-reaksi berikut ini :
a. PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)b. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)c. NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s)d. CCl4(l) + S2Cl2(l) 3Cl2(g) + CS2(l)e. Ag2CrO4(s) 2Ag
+(aq) + CrO4
2-(aq)
3 2
5
[CO2]
1
3
[Cl2]3
24
2!
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Makna harga Kc (tetapan kesetimbangan)
Harga Kc adalah ukuran seberapa banyak hasil reaksi terbentuk pada kesetimbangan
Kc > 1 maka hasil reaksi (product ruas kanan) pada kesetimbangan lebih banyak
daripada pereaktan.
Kc < 1 maka hasil reaksi pada kesetimbangan lebih sedikit daripada pereaktan.
A(g) + B(g) C(g) + D(g)
Kc > 1 Kc < 1
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Harga tetapan kesetimbangan (Kc) dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu tetap, maka
harga Kc tetap. Jika suhu berubah, maka harga Kc berubah.
Pada reaksi endoterm, Kc berbanding lurus dengan suhu.
Pada reaksi eksoterm, Kc berbanding terbalik dengan suhu.
Logika penting dalam reaksi kesetimbangan, yang berhubungan dengan Kc :
"Jika suatu reaksi dibalik, maka harga Kc menjadi
"
#$
Jika suatu reaksi dikali suatu x, harga Kc menjadi Kcx
Jika reaksi-reaksi dijumlahkan, maka masing-masing
harga Kc dikalikan
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS :
Diketahui suatu reaksi kesetimbangan adalah sebagai berikut :
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Kc = 25
Tentukan Kc dari reaksi
SO3(g) SO2(g) + O2(g)
Kc dari persamaan reaksi yang ditanyakan , adalah data reaksi yang diketahui
DIBALIK lalu DIKALIKAN, jadi :
("
#)x
("
%)
Jadi Kc = "
%
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS :
Diketahui reaksi adalah sebagai berikut :
N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4 x 10-3
N2(g) + O2(g) N2O(g) Kc = 2,5 x 10-2
Tentukan Kc untuk reaksi
N2O(g) + O2(g) 2NO(g) . ?
N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4 x 10-3
N2O(g) O2(g) + N2(g) Kc = "
,%'"()
N2O(g) + O2(g) 2NO(g) Kc = 4 x 10-3 x
"
,%'"() = 1,6 x 10
-1
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS :
Pada reaksi kesetimbangan berikut :
2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g)
Diketahui konsentrasi SO3 = 0,4 M SO2= 0,2 M dan O2= 0,1 M. Hitunglah tetapan
kesetimbangan reaksi tersebut !.
Kc = *+
+
*+,
Kc = (, -(,".
(,/
Kc = 2,5 x 10-2
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS :
Sebanyak 0,1 mol HI dimasukkan ke dalam bejana 1 liter. Sebagian terurai berdasarkan
reaksi :
2HI(g) H2(g) + I2(g)
Jika terbentuk 0,02 mol gas I2, maka tetapan kesetimbangannya adalah.
volume 1 liter M = mol x 1L
Kc =
=
(,( (,(
(,(0 = 0,111
2HI(g) H2(g) + I2(g)
mol mula-mula : 0,1
mol reaksi ?
mol sisa (pada kesetimbangan) ? ? 0,02
2HI(g) H2(g) + I2(g)
mol mula-mula : 0,1
mol reaksi 0,04
mol sisa (pada kesetimbangan) 0,06 0,02 0,02
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS :
Dalam suatu eksperimen, konsentrasi awal HI adalah 2,08 mol/L, berkurang menjadi 1,68
mol/L. Berdasarkan reaksi kesetimbangan :
2HI(g) H2(g) + I2(g)
Hitunglah Kc pada kesetimbangan
2HI(g) H2(g) + I2(g)
mol/L mula-mula : 2,08
mol/L reaksi 0,4
mol/L sisa (pada kesetimbangan) 1,68 0,2 0,2
2HI(g) H2(g) + I2(g)
mol/L mula-mula : 2,08
mol/L reaksi ?
mol/L sisa (pada kesetimbangan) 1,68 ? ?
Kc =
=
(, (,
",01 = 0,014
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Pengaruh tekanan pada pergeseran kesetimbangan
Rendemen (%) persentase volume dari amonia
oC
Hasil NH3
10
atm
30
atm
50
atm
100
atm
300
atm
600
atm
1000
atm
200 50,7 67,6 74,4 81,5 90,0 95,4 98,3
300 14,7 30,3 39,4 52,0 71,0 84,2 92,6
400 3,9 10,2 15,3 25,1 47,0 65,2 79,8
500 1,2 3,5 5,6 10,6 26,4 42,2 57,5
Eksperimen A.T. Larson (1924) pada reaksi pembentukan amonia :
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ
Perhatikan : bahwa harga Kc sedikit lebih besar, pada tekanan tinggi. Ini
disebabkan oleh kurangnya sifat gas ideal ketika molekul komponen-komponen itu
dijejalkan pada tekanan tinggi.
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
Tetapan kesetimbangan parsial (Kp)
Tetapan kesetimbangan Kc adalah tetapan dalam konsentrasi yang dinyatakan dalam
molar (mol/L). Untuk kesetimbangan dalam gas, pengukuran biasanya dilakukan
terhadap tekanan, bukan konsentrasi.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ
Tetapan kesetimbangan parsial gas dinyatakan :
Kp = 2
,
2
,
Tekanan total = pNH3 + pN2 + pH2Gas Ideal : pV = nRT Tekanan gas parsial berbanding lurus
dengan c (konsentrasi). Jadi secara numeris Kp dan Kc saling
berhubungan, dinyatakan dalam :
Kc = Kp ( 3
45)n
Persamaan reaksi :
wA + xB yC + zD7 (y+z) (w+x)
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
KASUS :
Reaksi N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H = -92 kJ
Pada tekanan 10 atm dan 200 oC , NH3 yang terbentuk adalah 50,7%. Hitunglah Kp dan
Kc reaksi kesetimbangan tersebut :
Tekanan total = 10 atm
Tekanan total = pNH3 + pN2 + pH2
pNH3 = 50,7% dari tekanan total, jadi pNH3 = %(,8
"((910;
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]
-
Department Chemistry http://mahboeb.net Prepared by : Mahbub Alwathoni 2012
Kesetimbangan Kimia [ Chemical Equilibria ]