Termodinamika dan Kesetimbangan Kimia

Termodinamika dan Kesetimbangan Kimia
Dalam kesetimbangan kimia terdapat 2 reaksi yaitu reaksi irreversible dan
reaksi reversible. Reaksi irreversible (reaksi searah) adalah reaksi yang
berlangsung searah. Reaksi ini juga disebut reaksi berkesudahan, karena jika salah
satu zat pereaksi telah habis bereaksi maka reaksi berhenti. Sedangkan reaksi
reversible (reaksi dapat balik) adalah reaksi yang berlangsung dua arah, artinya
zat pereaksi bereaksi membentuk hasil reaksi dan hasil reaksi tersebut dapat
bereaksi kembali membentuk zat-zat pereaksi.
Keadaan setimbang ditandai dengan tidak terjadi perubahan makroskopis
(perubahan yang dapat diamati atau diukur). Jadi pada keadaan setimbang tidak
ada perubahan yang dapat diamati dan reaksi seolah-olah telah berhenti. Akan
tetapi secara mikroskopis (yaitu tingkat molekul), reaksi tetap berlangsung.
Ciri-ciri keadaan setimbang dinamis:
1. Reaksi berlangsung dalam dua arah yang berlawanan
2. Tidak terjadi perubahan makroskopis, tetapi perubahan mikroskopis
(tingkat molekul) tetap terjadi.
3. Reaksi berlangsung terus-menerus.
4. Reaksi terjadi dalam ruang tertutup, tetapi bisa juga dalam ruang
terbuka juga asal lingkungan stabil.
5. Laju rekasi ke kanan (maju) sama dengan laju ke kiri (balik), walaupun
jumlah pereaksi dan hasil reaksi tidak sama.
Kesetimbangan dibagi menjadi 2, yaitu kesetimbangan homogen dan
kesetimbangn heterogen. Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan
yang di dalamnya terdapat zat-zat dengan wujud yang sama. Kesetimbangan
heterogen adalah suatu kesetimbangan yang di dalamnya terdapat zat-zat dengan
wujud berbeda.
Tetapan kesetimbangan dapat ditentukan dengan mengukur konsentrasi
pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang, atau dengan menghitung ΔG◦
reaksinya. Untuk memperoleh harga K yang tidak dapat ditentukan secara
eksperimen, maka dapat dilakukan secara termodinamika dengan melihat harga
ΔG◦ reaksinya. Bila harga ΔG◦ untuk reaksi kesetimbangan adalah negatif, maka
hasil reaksi yang terbentuk berjumlah relatif besar sedang pereaksi yang tersisa
berjumlah relatif kecil. Dengan demikian harga K relatif besar. Sebaliknya jika
harga ΔG◦ reaksi kesetimbangan adalah positif maka harga K relatif kecil.
Secara termodinamika ditunjukkan bahwa:
Δ G = Δ G◦ +RT ln K
Syarat untuk reaksi kesetimbangan adalah ΔG = 0, jadi:
Δ G◦ = -RT ln K
Δ G ◦=-RT ln Kp (Bagi kesetimbangan gas-gas)
Δ G ◦=-RT ln Kc (Bagi kesetimbangan larutan)
Azaz Le Chatelier
Bila pada sistem kesetimbangan diadakan aksi, maka sistem akan
mengadakan reaksi sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi itu menjadi sekecilkecilnya.
Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang
baru akibat adanya aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran
kesetimbangan
Faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan:
1. Perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi
2. Perubahan tekanan/volume gas pereaksi atau hasil reaksi
3. Perubahan temperatur
4. Katalisator
Perubahan temperature Pergeseran kesetimbangan dapat dipengaruhi oleh
berbagai faktor antara lain temperatur, konsentrasi, tekanan dan volume,
penambahan zat lain.
Apakah perlu dilakukan penambahan atau penurunan temperatur agar hasil
suatu reaksi menjadi lebih besar? Untuk meramalkan adanya gangguan luar yang
dapat mempengaruhi letak kesetimbangan suatu reaksi, marilah kita kaji
bagaimana penerapan azas Le Chatelier terhadap pengaruh atau gangguan dari
luar tersebut sehingga dapat terjadi pergeseran kesetimbangan. Pengaruh
temperatur, sesuai dengan azas Le Chatelier, jika suhu atau temperatur suatu
sistem kesetimbangan dinaikkan, maka reaksi sistem menurunkan temperatur,
kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor (ke pihak
reaksi endoterm). Sebaliknya jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan
bergeser ke pihak reaksi eksoterm. Jika temperatur dinaikkan, maka pada proses
endotermik akan menyerap panas dari lingkungan sehingga membentuk molekul
NO2 dari N2O4. Kesimpulannya, kenaikan temperatur akan menyebabkan reaksi
bergeser kearah reaksi endotermik dan sebaliknya penurunan temperatur akan
menyebabkan reaksi bergeser kearah reaksi eksotermik.
Perhatikanlah contoh berikut.
Ditentukan reaksi kesetimbangan :
Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika temperatur dinaikkan?
Jawab :
Pada kenaikan temperatur, kesetimbangan bergeser ke pihak reaksi endoterm :
Pada kesetimbangan (1), reaksi bergeser ke kiri.
Pada kesetimbangan (2), reaksi bergeser ke kanan.
Perubahan konsentrasi, tekanan atau volume akan menyebabkan pergeseran reaksi
tetapi tidak akan merubah nilai tetapan kesetimbangan. Hanya perubahan
temperatur yang dapat menyebabkan perubahan tetapan kesetimbangan.
1. Pengaruh konsentrasi
Sesuai dengan azas Le Chatelier (Reaksi = – aksi), jika konsentrasi salah
satu komponen tersebut diperbesar, maka reaksi sistem akan mengurangi
komponen tersebut. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu komponen diperkecil,
maka reaksi sistem adalah menambah komponen itu. Oleh karena itu, pengaruh
konsentrasi terhadap kesetimbangan berlangsung sebagaimana yang digambar
pada tabel 1 berikut
Contoh :
2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)
Bila pada sistem kesetimbangan ini ditambahkan gas SO2, maka kesetimbangan
akan bergeser ke kanan.
Bila pada sistem kesetimbangan ini dikurangi gas O2, maka kesetimbangan akan
bergeser ke kiri.
2. Pengaruh tekanan dan volume
Penambahan tekanan dengan cara memperkecil volume akan memperbesar
konsentrasi semua komponen. Sesuai dengan azas Le Chatelier, maka sistem akan
bereaksi dengan mengurangi tekanan. Sebagaimana anda ketahui, tekanan gas
bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas.
Oleh karena itu, untuk mengurangi tekanan maka reaksi kesetimbangan
akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih kecil. Sebaliknya, jika
tekanan dikurangi dengan cara memperbesar volume, maka sistem akan bereaksi
dengan menambah tekanan dengan cara menambah jumlah molekul. Reaksi akan
bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya lebih besar.
3. Perubahan Temperatur
Pengaruh
perubahan
temperatur
terhadap
tetapan
kesetimbangan
ditentukan oleh pihak endoterm dan eksotermnya sistem kesetimbangan. Jika
temperatur dinaikkan maka kesetimbangan bergeser ke pihak endoterm dan
sebaliknya jika temperatur diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke
pihak eksoterm.
Pada reaksi eksoterm, harga tetapan kesetimbangan akan menjadi lebih
kecil apabila temperature dinaikkan. Sebaliknya pada reaksi endoterm, harga
tetapan kesetimbangan akan menjadi lebih besar apabila temperatur dinaikkan.
∆G°= -RT ln K
∆G°=∆H°-T∆S°
ln K =
−∆𝐻°
𝑅𝑇
∆𝑆°
+
𝑅
Andaikata harga ∆H° dan ∆S° tidak bergantung pada temperature maka ln
K merupakan fungsi linear dari
−∆𝐻°
ln 𝐾1 = 𝑅
+
𝑇1
−∆𝐻°
ln 𝐾2 = 𝑅
𝑇2
𝐾
∆𝑆°
𝑅
+
∆𝑆°
∆𝐻°
jadi ln 𝐾1 = 2
1
𝑇
𝑅
𝑅
[
1
𝑇
2
1
𝑇1
]
∆G°= -RT ln K
∆G°=∆H°-T∆S°
ln K =
4.
−∆𝐻°
𝑅𝑇
+
∆𝑆°
𝑅
Pengaruh Katalis
Katalis adalah suatu zat yang ditambahkan dalam sistem untuk
mempercepat reaksi. Jika reaksinya adalah reaksi reversible, maka penambahan
katalis akan mempercepat laju reaksi maju (ke kanan) maupun laju reaksi balik
(ke kiri). Sehingga penambahan katalis tidak akan menggeser kesetimbangan.
Katalis juga tidak mengubah harga tetapan kesetimbangan,
tetapi dapat
mempercepat terjadinya keadaan kesetimbangan. Katalis ikut terlibat dalam reaksi
dan didapatkan kembali pada akhir reaksi.