kesetimbangan reaksi
TRANSCRIPT
![Page 1: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/1.jpg)
KesetimbanganReaksi Kimia
Anwar Ma’ruf
![Page 2: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/2.jpg)
Pendahuluan
Reaksi kimia adalah bagian terpenting dalam ilmu teknik kimia, karena mempelajari bagaimana suatu reaktan membentuk suatu produk lain yang lebih bernilai.
Hal penting yang dipelajari dalam reaksi kimia adalah laju reaksi (kecepatan reaksi) dan konversi kesetimbangan. Laju reaksi tidak dikaji dalam termodinamika. Yang dikaji dalam termodinamika adalah konversi kesetimbangan.
![Page 3: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/3.jpg)
Koordinat Reaksi
Merupakan perbandingan antara jumlah mol (reaktan dan produk) yang bereaksi dengan koefisien reaksi reaktan dan produk tersebut.
dni/vi = dε
ni = jumlah mol komponen i mol yang bereaksi
vi = koefisien reaksi komponen i
(positif untuk produk dan negatif untuk rektan)
ε = koordinat reaksi.
![Page 4: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/4.jpg)
Misal ada suatu reaksi :
CH4 + H2O <==> CO + 3H2
Jika mula-mula tedapat CH4 sebanyak 2 gmol, H2O sebanyak 1 gmol, CO sebanyak 1 gmol. Bagaimana fraksi masing-masing komponen pada kesetimbangan.
Persamaan umum :
ddndndndn HCOOHCH
3111224
Reaksi Tunggal
![Page 5: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/5.jpg)
Komponen CH4
2
02
1
4
4
0
4
2
4
4
4
CH
CH
nCH
CH
CH
CH
n
n
ddn
ddn
ddn
![Page 6: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/6.jpg)
Dengan cara yang sama akan diperoleh :
nCH4 = 2 – ε
nH2O = 1 – ε
nCO = 1 + ε
nH2 = 0 + 3ε
ntotal 4 + 2ε Fraksi tiap komponen :
yCH4 = nCH4 / ntotal = (2 – ε)/(4 + 2ε)
yH2O = nH2O / ntotal = (1 – ε)/(4 + 2 ε)
yCO = nCO / ntotal = (1 + ε)/(4 + 2 ε)
yH2 = nH2 / ntotal = 3 ε / (4 + 2 ε)
![Page 7: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/7.jpg)
Cara singkat
CH4 + H2O <==> CO + 3H2
Awal : 2 1 1 0
Reaksi : ε ε ε 3ε
Setimbg: 2- ε 1- ε 1+ ε 3ε
![Page 8: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/8.jpg)
Jadi Kesetimbangan
nCH4 = 2 – ε
nH2O = 1 – ε
nCO = 1 + ε
nH2 = 0 + 3ε
ntotal 4 + 2ε Fraksi tiap komponen :
yCH4 = nCH4 / ntotal = (2 – ε)/(4 + 2ε)
yH2O = nH2O / ntotal = (1 – ε)/(4 + 2 ε)
yCO = nCO / ntotal = (1 + ε)/(4 + 2 ε)
yH2 = nH2 / ntotal = ε / (4 + 2 ε)
![Page 9: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/9.jpg)
Reaksi Lebih dari Satu
Jika dua reaksi atau lebih terjadi secara simultan, maka untuk tiap reaksi mempunyai koordinat reaksi sendiri-sendiri. Untuk reaksi 1 maka koordinat reaksinya ε1 dan koordinat reaksi 2 koordinat reaksinya ε2, dst.
Misal pada suatu reaksi :
CH4 + H2O < == > CO + 3H2 (reaksi 1)
CH4 + 2H2O < == > CO2 + 4H2 (reaksi 2)
Jika mula-mula terdapat CH4 sebanyak 2 mol dan H2O sebanyak 3 mol. Hitung fraksi komponen tiap komponen pada kesetimbangan.
![Page 10: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/10.jpg)
Reaksi CH4 H2O CO CO2 H2
1 -1 -1 1 0 3
2 -1 -2 0 1 4
Koordinat Reaksi
![Page 11: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/11.jpg)
Jumlah mol masing-masing komponen
nCH4 = 2 – ε1 – ε2
nH2O = 1 – ε1 – 2 ε2
nCO = 0 + ε1
nCO2 = 0 + ε2
nH2O = 0 + 3ε1 + 4 ε2
ntotal = 3 + 2 ε1 + 2 ε2
Fraksi masing-masing komponen
yCH4 = nCH4 / ntotal
yH2O = nH2O / ntotal
yCO = nCO / ntotal
yCO2 = nCO2 / ntotal
yH2O = nH2O / ntotal
![Page 12: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/12.jpg)
Latihan
Reaksi :
C4H8 + 6O2 < == > 4CO2 + 4H2O
Jika mula-mula terdapat 10 grmol C4H8 dan 30 gmol O2. Tentukan fraksi komponen tiap komponen pada kesetimbangan
![Page 13: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/13.jpg)
Kriteria Kesetimbangan Reaksi
Energi bebas gibbs pada suatu reaksi sistem tertentu pada T dan P konstan akan turun selama proses irreversibel dan kondisi kesetimbangan reaksi akan tercapai jika :
(dG)T,P = 0
![Page 14: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/14.jpg)
ε
0
G
![Page 15: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/15.jpg)
Perbahan energi bebas gibbs standardan konstanta Kesetimbangan
Energi bebas gibbs pada sistem tertutup phase tunggal dan multikomponen dapat dituliskan ;
dG = -S dT + V dP + Σµi dniµi = potensial kimia komponen i
Karena syarat terjadinya kesetimbangan adalah pada T dan P konstan maka dT = 0 dan dP = 0, sehingga :dG = Σµi dni
![Page 16: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/16.jpg)
Karena
dni = vi dε
maka ;
dG = Σµi vi dε
persamaan ini menunjukkan hubungan antara koordinat reaksi dengan energi bebas gibbs.
Karena syarat terjadinya kesetimbangan adalah pada dG = 0, maka;
Σ(µi vi) = 0
![Page 17: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/17.jpg)
Jika ;
µi = Gio + RT ln ai
Gio = energi bebas gibbs standar komponen i
ai = aktivitas komponen I
Persaman akan menjadi ;
Σvi(Gio + RT ln ai) = 0
Σvi Gio + RT ln aivi = 0
ln aivi = (- Σvi Gio)/RT
![Page 18: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/18.jpg)
Jika ;
K = Π aivi
Maka;
-RT ln K = ΔGo = Σvi.Gio
Gio = besarnya energi bebas gibbs standar komponen i
(dapat dilihat dari data)
vi = koefisien reaksi komponen I
ΔGo = Σvi.Gio = (Gio produk) – (Gio reaktan)
![Page 19: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/19.jpg)
Kesetimbangan reaksi phase gas
Konstanta kesetimbangan adalah fungsi dari aktivitas komponen i
K = Π aivi
-RT ln K = ΔGo
Pada phase gas
ai = fi/fio
fi = fugasitas komponen i
fio = fugasitas komponen murni i pada tekanan 1 atm
untuk gas ideal maka fio = 1 sehingga
ai = fi
![Page 20: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/20.jpg)
Fugasitas komponen I bisa didekati dengan tekanan parsial;
fi = Pi
Sehingga;
K = Π Pivi
Misal pada suatu reaksi pase gas
A + B < == > C + D
maka
K = PA-1 PB
-1 PC1 PD
1 = (PC PD)/(PA PB) Tekanan Parsial
Pi = P. yi atau PA = P.yA
P = tekanan total
yi = fraksi mol komponen i
![Page 21: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/21.jpg)
Kesetimbangan reaksi phase cair
Konstanta kesetimbangan adalah fungsi dari aktivitas komponen i
K = Π aivi
-RT ln K = ΔGo
Pada phase cair
ai = Ci
aktivitas komponen I didekati dengan konsentrasi I Sehingga;
K = Π Civi
![Page 22: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/22.jpg)
Misal pada suatu reaksi pase cair
A + B < == > C + D
maka
K = CA-1 CB
-1 CC1 CD
1 = (CC CD)/(CA CB)
![Page 23: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/23.jpg)
Efek Temperatur pada K
Persamaan yang menghubungkan antara T dan K adalah (Persamaan Van’t Hoff):
1
1
2
1
1
2ln
2211
)(ln
,ln/
)/(
0
2
2
TTR
H
K
K
KdanTkeKdanTdarikandiinetgraljikaRT
H
dT
Kd
makaKRTGkarena
RT
H
dT
RTGd
o
o
oo
![Page 24: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/24.jpg)
ΔGo dan ΔHo adalah energi bebas gibbs standar dan panas reaksi standar pada 25 C atau 298 K, yang dapat dilihat dari data untuk setiap komponen.
Jadi T1 adalah pada 298 K T2 adalah temperatur reaksi yang diinginkan
![Page 25: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/25.jpg)
Langkah Perhitungan
Mencari K pada T tertentu (T2)
1. Hitung ΔGo
ΔGo = (Go produk) – (Goreaktan)
2. Hitung K pada 298 K, ln K = -ΔGo/RT
3. Hitung ΔHo
ΔHo = (Ho produk) – (Horeaktan)
4. Hitung K pada T tertentu
1
1
2
1
1
2ln
0
TTR
H
K
K
![Page 26: kesetimbangan reaksi](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061510/5572107e497959fc0b8d3fdf/html5/thumbnails/26.jpg)
Latihan
Lihat diktat