materi kesetimbangan kimia dalam mata kuliah kimia sangat penting untuk itu perlu di pelajari apa saja yang menjadi faktor untuk memenuhi kesetimbangan kimia

1. 1
ENERGI BEBAS GIBBS &ENERGI BEBAS GIBBS &
KESETIMBANGAN KIMIAKESETIMBANGAN KIMIA

2. 2
Fungsi Keadaan (State Function)Fungsi Keadaan (State Function)
• Dalam TD, fungsi keadaan, potensial
thermodynamic, merupakan sifat dari system
yang tergantung hanya pada keadaan awal dan
akhir, tidak pada bagaimana proses terjadinya
atau keadaan tersebut tercapai.
• Beberapa contoh fungsi keadaan :
– Temperature
– Pressure
– Enthalpy
– Entropy
– Helmholtz free energy
– Gibbs free energy
– Fugacity

3. 3
Energi Bebas Gibbs
• Energi Bebas Gibbs (G) dapat digunakan
untuk menggambarkan perubahan energi
sistem
• Hal ini menujukkan , bahwa perubahan
energi bebas , ΔG, adalah penting
• Pada temperatur dan tekanan konstan, ΔG
sama dengan :
T = temperatur dalam Kelvin
H = enthalpi dari sistem
S = entropi
ΔG = ΔH - TΔS

4. 4
Tanda ΔG menunjukkan apakah suatu
reaksi akan berlangsung spontan atau
tidak
ΔG Reaction
Negative Spontaneous
Positive Non-Spontaneous
Zero Equilibrium
Pada kenyataannya bahwa efek ΔS akan
bervariasi sebagai fungsi temperatur. Ini
dapat menyebabkan perubahan tanda
dari ΔG

5. 5
Helmholtz free energyHelmholtz free energy
• Energi bebas Helmholtz merupakan fungsi
keadaan dari system, yang didefinisikan
sbg :
A = U - TS
dimana :
A : energi bebas Helmholtz, joule
U : energy dalam dari system, joule
T : temperature, Kelvin
S : entropi, joule per Kelvin

6. 6
ENTROPIENTROPI
• Entropi – Suatu ukuran “ ketidak
teraturan” atau tingkat kebebasan sistem
• Keadaan tidak teratur lebih disukai dari
pada keadaan teratur, dan dapat
menjadikan suatu reaksi dapat
berlangsung spontan walaupun endoterm

7. 7
Entropi dan TemperaturEntropi dan Temperatur
• Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap
meningkat dengan meningkatnya
temperatur
• Hal ini karena volumenya bertambah

8. 8
• Peningkatan temperatur juga menghasilkan
tingkat energi atom-atom dalam molekul
menjadi bertambah
• Meningkatnya temperatur akan
menghasilkan suatu kecepatan distribusi
molekul yang lebih besar.

9. 9
• Untuk molekul-molekul, ini berarti akan
dapat berotasi dan vibrasi ikatan-ikatannya
• Yang selanjutnya meningkatkan entropi

10. 10
EnthalpyEnthalpy
• Energi yang diserap atau dilepaskan ketika
perubahan berlangsung dalam tekanan
tetap
• Enthalpy dapat didefinisikan dari pers.
berikut:
dimana :
H = enthalpy, joule
U = internal energy, joule
P = tekanan dari sistem, pascal
V = volume, meter3

11. 11
Untuk ΔH, subskrips digunakan untuk
menunjukkan jenis perubahan yang terjadi
Δ Hvap = panas penguapan
Δ Hnet = panas netralisasi
Δ Hfusion = panas fusi
Δ Hsol = panas pelarutan
Δ Hrxk = panas reaksi
Enthalpy merupakan fungsi keadaan, dan total
enthalpy system tak bisa diukur secara langsung;
hanya perubahan enthalpy system yang dapat
diukur
ΔH = Hakhir - Hawal

12. 12
KESETIMBANGAN KIMIAKESETIMBANGAN KIMIA
♣ Kesetimbangan dinamis adalah keadaan
dimana dua proses yang berlawanan
terjadi dengan laju yang sama,
akibatnya tidak terjadi lagi perubahan
dalam sistem tersebut
♣ Uap mengembun dengan laju yang
sama dengan air menguap
♣ Pelarutan padatan, sampai pada titik
laju padatan yang terlarut sama dengan
padatan yang mengendap saat
konsentrasi larutan jenuh (tidak ada
perubahan konsentrasi)

13. 13
• Salah satu ciri yang menunjukkan bahwa suatu
sistem telah setimbang adalah adanya sifat-sifat
tertentu yang menjadi konstan dan dapat
diukur.
• Gambar berikut memperlihatkan bahwa setelah
waktu tertentu, (Te), konsentrasi produk dan
reaktan tidak berubah lagi
Gambar 1. Kesetimbangan
kimia
x1
x2
waktu (detik)
Te
konsentrasi
mol/ltr
produk
reaktan

14. 14
• Keadaan pada gambar 1. dapat
dicapai dengan asumsi sistem dibuat
tertutup,T dan P dibuat konstan.
• Jika kedua besaran ini dibuat tidak
tetap, maka waktu untuk mencapai
keadaan setimbang,Te, nilai x1 dan x2
akan berbeda
• Jika sistem dibuat terbuka, bila
produk dalam bentuk gas, maka
kesetimbangan tidak akan pernah
tercapai

15. 15
 Untuk reaksi yang umum,
aA + bB + … ⇔ gG + hH + …
 Rumus tetapan kesetimbangan berbentuk :
cba
hg
K
BA
HG
=
...][][
...][][
Tetapan Kesetimbangan,KTetapan Kesetimbangan,Kcc
Misal untuk reaksi - reaksi berikut :
 a. 2SO2(g) + O2(g) ⇔ 2SO3(g) Kc(a) = 2,8 x 102
,1000o
K
 b. 2SO3(g) ⇔ 2SO2(g) + O2(g) Kc(b) = ?
 c. SO2(g) + ½ O2(g) ⇔ SO3(g) Kc(c) = ?

16. 16
?
]][[
][
)(
?
][
][][
)(
K1000pada10x2,8
][][
][
)(
2/1
22
3
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
3
==
==
==
OSO
SO
cK
SO
OSO
bK
OSO
SO
aK
c
c
c
Maka Kc untuk reaksi a, b, c diatas adalah

17. 17
IkhtisarIkhtisar
• Persamaan apapun yang digunakan untuk Kc
harus sesuai dengan reaksi kimianya yang
setara
• Jika persamaannya dibalik, nilai Kc dibalik
yaitu persamaan yang baru kebalikan dari
persamaan aslinya
• Jika koefisien dalam persamaan setara
dikalikan dengan faktor yang sama, tetapan
kesetimbangan yang baru adalah akar
berpangkat faktor tersebut didapat tetapan
kesetimbangan yang lama

18. 18
Penggabungan RumusPenggabungan Rumus
Tetapan KesetimbanganTetapan Kesetimbangan
• Jika diketahui:
1. N2(g) + O2(g) ⇔ 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31
2. N2(g) + ½ O2(g) ⇔ N2O (g) Kc = 2,4 x 10-18
• Bagaimana Kc untuk reaksi berikut ?
3. N2O(g) + ½ O2(g) ⇔ 2NO(g) Kc = ?
• Kita dapat menggabungkan persamaan diatas
1. N2(g) + O2(g) ⇔ 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31
2’.N2O(g)⇔N2(g)+½O2(g) Kc=1/(2,4 x10-18
)=4,2 x 1017
3. N2O(g) + ½ O2(g) ⇔ 2NO(g) Kc = ?

19. 19
131731
2/1
22
2
2
2/1
22
22
2
107,1102,4101,4)2()1()(
)(
]][[
][
][
]][[
]][[
][
−−
===
==
xxxxKxKnettoK
netK
OON
NO
ON
ON
x
ON
NO
ccc
c
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi
keseluruhan (netto) adalah hasil kali tetapan
kesetimbangan untuk reaksi-reaksi terpisah
yang digabungkan

20. 20
• Konstanta kesetimbangan kimia,
biasanya dinyatakan dalam konsentrasi,
disimbolkan dengan : Kc
• Untuk reaksi kesetimbangan dalam fasa
gas, nilai konstanta kesetimbangan
dinyatakan dalam tekanan parsial
masing-masing spesi yang berada dalam
kesetimbangan : Kp
• Untuk menghitung Kp, dianggap gas
mengikuti sifat-sifat gas ideal.
Bentuk-bentuk KonstantaBentuk-bentuk Konstanta
Kesetimbangan KimiaKesetimbangan Kimia

21. 21
Untuk reaksi yang umum :
aA(g) + bB(g) + … ⇔ gG(g) + hH(g) + …
Hubungan antara Kc dan Kp dapat
dinyatakan sebagai :
∆n : selisih koefisien stoikiometri dari gas
hasil reaksi dan gas pereaksi yaitu :
∆n = (g+h+…) – (a+b+…)
KKpp = K= Kcc (RT)(RT)ΔΔnn

22. 22
Misalkan suatu reaksi pada 1000o
K
2SO2(g) + O2(g) ⇔ 2SO3(g) Kc = 2,8 x 102
maka diperoleh :
][][
][
2
2
2
2
3
OSO
SO
Kc =
Sesuai dengan hukum gas ideal, PV = nRT
maka konsentrasi masing-masing speci
dapat dinyatakan :
RT
P
V
n
O
RT
P
V
n
SO
RT
P
V
n
SO
OOSOSOSOSO 222233
][][][ 223 ======

23. 23
RTx
PP
P
RTPRTP
RTP
K
OSO
SO
OSO
SO
c
)()(
)(
)/()/(
)/(
22
3
22
3
2
2
2
2
==
Dengan mengganti suku-suku yang dilingkari
dengan konsentrasi maka untuk Kc akan
diperoleh rumus :
Terlihat hubungan antara Kc dan Kp untuk
contoh reaksi diatas sebagai :
1
)( −
=== RTK
RT
K
KdanRTxKK c
c
ppc

24. 24
Contoh, untuk reaksi berikut pada 25o
C :
N2(g) + O2(g) ⇔ 2NO(g) Kc = 4,1 x 10-31
Nyatakan konstanta kesetimbangan dalam Kp !
Penyelesaian :
• Dari hubungan Kp = Kc (RT)Δn
dapat dihitung
nilai Kp sbb:
Δn = 2-(1+1) = 0 ,
maka : Kp = Kc (RT)0
sehingga : Kp = Kc

25. 25
1. Untuk reaksi berikut yang berlangsung pada 1000o
K
2SO3(g) ⇔ 2SO2(g) + O2(g)
Kc = 3,57 x 10-3
Hitung nilai Kp untuk reaksi ini !
R = 0,08206 atm ltr mol-1
K-1
2. Tentukan nilai Kc dari Kp yang diberikan
SO2Cl2(g) ⇔ SO2(g) + Cl2(g) Kp = 2,9x10-2
pd 303K
2NO(g) + O2(g) ⇔ 2NO2(g) Kp = 1,48x104
pd 184o
C
LatihanLatihan

26. 26
Konsentrasi gas dapat dinyatakan dalam berbagai
satuan, karena itu konstanta kesetimbangan gas juga
dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk
n
px
n
xp
PKK
PKK
∆−
∆
=
=
Kx dan Kc = konstanta kesetimbangan bila
konsentrasi dinyatakan dalam
fraksi mol dan mol dm-3
.
P = tekanan total sistem (tidak
termasuk gas inert)
Δn = perubahan jumlah mol
n
pc
n
cp
RTKK
RTKK
∆−
∆
=
=
)(
)(

27. 27
• Harga K (kesetimbangan) menunjukkan
banyaknya hasil reaksi (zat ruas kanan)
yang dapat terbentuk pada suatu reaksi
kesetimbangan.
• Harga K besar, artinya bahwa zat ruas
kanan banyak terbentuk.
• Harga K kecil, artinya zat diruas kiri sedikit
terurai.

28. 28
• Arah reaksi dapat diprediksikan dengan
melihat harga quotien reaksinya, Q
• Untuk reaksi
• Nilai Q
Q
Q mempunyai bentuk sama dengan K, tetapi
Q merupakan set konsentrasi pada saat
(awal ) sebelum terjadinya kesetimbangan
Quotien Reaksi

29. 29
• Dengan data set konsentrasi yang ada, nilai
Q dapat ditentukan.
• Bila harga Q dan K dibandingkan, maka kita
dapat memprediksikan arah reaksinya
Q < K Reaksi ke kanan berlangsung
Q = K Reaksi pada kesetimbangan
Q > K Reaksi berlangsung ke kiri

30. 30
Untuk reaksi
Harga Kc pada 425,4 o
C sebesar 54
Bila campuran memiliki konsentrasi sbb,
prediksikan arah reaksinya !
LatihanLatihan

31. 31
• Kesetimbangan umumnya ditinjau pada T
dan P konstan  dG merupakan kriteria
kesetimbangan !
• Dari hubungan Maxwell
Tinjauan TD untuk
Kesetimbangan Reaksi
dG = - S dT + V dP
• Untuk fasa cair (l) dan padat (s), yang
berpengaruh pada reaksi adalah dT  dP = 0
• Untuk fasa gas (g), yang berpengaruh pada
reaksi adalah dP  dT = 0

32. 32
• Pada sistem terbuka
dG = - S dT + V dP +
dimana : ni = jumlah mol zat i
μi = potensial kimia zat i
• μi  perubahan energi Gibbs yang terjadi
karena adanya perubahan jumlah zat i
i
k
i
idn∑=1
µ
μi =
• Bila dT = 0, maka  dG = V dP
atau ∆G = ∫ V dP
G2 – G1 = nRT ln (P2/P1)
jnPTin
G
,,






∂
∂

33. 33
• Bila indeks 0  keadaan awal
tanpa indeks  keadaan akhir
maka pada keadaan standar ( n = 1) :
G – G0
= RT ln (P/P0
)
G = G0
+ RT ln (P/P0
)
• Untuk sistem terbuka
μi – μi
0
= RT ln (fi / fi
0
)
f  fugasitas  menyatakan fungsi tekanan
• Faktor (fi / fi
0
) merupakan fungsi tetapan  ai
μi – μi
0
= RT ln ai
G – G0
= RT ln K (dalam keadaan
kesetimbangan, ∆G = 0
∆G0
= - RT ln K

34. 34
• Keadaan kesetimbangan dapat pula
digunakan untuk menurunkan hubungan
antara ΔGo dengan konstanta kesetimbangan,
K.
• Energi bebas pada keadaan standar untuk
gas ideal pada p= 1 atm, secara umum :
ΔG = ΔGo
+ RT ln P ……(a)
• Untuk reaksi berikut
……..(b)
• Perubahan energi bebasnya adalah
ΔG = (eGE + fGF) – (aGA + bGB) ….. (c)
Hubungan ΔGo dan Kesetimbangan

35. 35
• Berdasarkan pers. (a) maka untuk tiap
individu gas, perubahan energi bebas :
aGA = aGA
o
+ a RT ln PA
bGB = bGB
o
+ b RT ln PB …………(d)
eGE = eGE
o
+ e RT ln PE
fGF = f GF
o
+ f RT ln PF
• Substitusikan pers.(d) ke (c) akan diperoleh
:






+∆=∆ b
f
B
a
A
F
e
Eo
PP
PP
RTGG ln

36. 36
• Pada keadaan setimbang ΔG = 0, maka
P
o
KRTG ln−=∆






−=∆ b
f
B
a
A
F
e
Eo
PP
PP
RTG ln
………(f)
………(e)
Pers.(f) berlaku hanya untuk gas ideal. Jika
asumsi gas ideal tak dapat dipenuhi, maka
tekanan gas harus diganti fugasitas, f.

37. 37
γ = koef.fugasitas.
Untuk gas ideal γ = 1,
Untuk gas non ideal,
- pada tekanan rendah γ <1,
- pada tekanan tinggi γ >1
f gas = γ Pgas
Fugasitas adalah ukuran energi Gibbs molar
dari gas nyata (non ideal) yang mempunyai
satuan sama dengan tekanan.
Faktor koreksi yang memperhitungkan
ketidak idealan gas : koef.fugasitas.
………(g)

38. 38
Pengaruh Suhu Pada KesetimbanganPengaruh Suhu Pada Kesetimbangan
ooo
STHG ∆−∆=∆
( )
21
12
1
2
ln
TRT
TTH
K
K o
−∆
=
Pengaruh suhu pada kesetimbangan kimia
dapat diturunkan dari pers. Energi Gibbs (1).
Jika pers (1) disubstitusikan ke pers.(f),
diperoleh pers. van’t Hoff (2):
………(2)
………(1)
R
S
RT
H
K
oo
∆
+
∆
−=ln
Dan jika ada dua keadaan
yang berbeda kita dapat
menghubungkan dengan
modifikasi sederhana hingga
diperoleh :

39. 39
KeteranganKeterangan
• K2 dan K1 adalah tetapan kesetimbangan pada
suhu kelvin T2 dan T1. ∆Ho adalah entalpi (kalor)
molar standar dari reaksi. Nilai positif dan negatif
untuk parameter ini dimungkinkan dan diperlukan
asumsi bahwa ∆Ho tidak tergantung pada suhu
• Menurut prinsip Le Chatelier, jika ∆Ho > 0
(endoterm) reaksi terjadi jika suhu ditingkatkan,
menyatakan bahwa nilai K meningkat dengan
kenaikan suhu.
• Jika ∆Ho < 0 (eksoterm) reaksi kebalikan terjadi
jika suhu ditingkatkan dan nilai K menurun
dengan kenaikan suhu
• Persamaan diatas menghasilkan nilai kuantitatif
yang sesuai dengan pengamatan kualitatif dari
prinsip Le Chatelier.

40. 40
• Umumnya tetapan kesetimbangan
suatu reaksi tergantung pada suhu
• Contoh Nilai Kp untuk reaksi oksidasi
belerang dioksida diperlihatkan pada
tabel berikut

41. 41
Untuk reaksi : N2 + O2 <==> 2 NO diberikan data
tetapan setimbang pada berbagai suhu sebagai berikut:
)(KT
4
10/ −
PK
1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600
2,31 4,08 6,86 11,0 16,9 25,1 36,0 50,3
Jika data ini dialurkan antara ln Kp terhadap 1/T,
didapatkan kurva berupa garis lurus dengan:
( )( )
1
114
182
314,81019,2
−
−−
=
−−=−=∆
kJmol
molJKKxlerengxRH o
(perubahan entalpi standar pada daerah 2000- 2600 K)
ContohContoh

42. 42
Hitung perubahan entalpi untuk reaksi
N2 + O2 <==> 2 NO
dari tetapan setimbang yang diberikan untuk 2000 K
dan 2500 K
Penyelesaian, gunakan rumus :Penyelesaian, gunakan rumus :
( )
( )( )( )
1
114
3
2000
2500
181
20002500314,8
20002500
1008,4
1060,3
lnln
−
−−−
−
=∆
−∆
==
kJmolH
KKmolJK
KKH
x
x
K
K
o
o
K
K
ContohContoh
( )
21
12
1
2
ln
TRT
TTH
K
K o
−∆
=

43. 43
Pengaruh Katalis pada KesetimbanganPengaruh Katalis pada Kesetimbangan
• Katalis dalam reaksi dapat balik , dapat
mempercepat reaksi baik kekanan atau kekiri.
Keadaan kesetimbangan tercapai lebih cepat tetapi
tidak mengubah jumlah kesetimbangan dari
spesies-spesies yang bereaksi.
• Peranan katalis adalah mengubah mekanisme reaksi
agar tercapai energi aktivasi yang lebih rendah.
• Keadaan kesetimbangan tidak bergantung pada
mekanisme reaksi
• Sehingga tetapan kesetimbangan yang diturunkan
secara kinetik tidak dipengaruhi oleh mekanisme
yang dipilih.

44. 44
Prinsip Le Chatelier
• Usaha untuk mengubah suhu, tekanan atau konsentrasi
pereaksi dalam suatu sistem dalam keadaan setimbang
mempengaruhi terjadinya reaksi yang mengembalikan
kesetimbangan pada sistem tersebut
Bila kesetimbangan diganggu, kesetimbangan akan
selalu berpindah sedemikian rupa sehingga melawan
perubahan itu.
Bila suhu dari sistem kesetimbangan dinaikkan,
kesetimbangan bergeser kearah yang menyebabkan
absorpsi kalor.

45. 45
a. Pengaruh perubahan Jumlah spesies
yang bereaksi
Kesetimbangan awal Gangguan Kesetimbangan akhir
Kc
OSO
SO
Q
Kc
OSO
SO
Q
>=
==
][][
][
][][
][
2
2
2
2
3
2
2
2
2
3

46. 46
b. Pengaruh Perubahan Tekananb. Pengaruh Perubahan Tekanan
Jika tekanan pada
campuran
kesetimbangan yang
melibatkan gas
ditingkatkan,
reaksi netto akan
berlangsung kearah
yang mempunyai
jumlah mol gas lebih
kecil begitupun
sebaliknya

47. 47
c. Pengaruh Gas Lembam (inert)c. Pengaruh Gas Lembam (inert)
• Pengaruh tidaknya gas lembam tergantung pada
cara melibatkan gas tersebut
• Jika sejumlah gas helium ditambahkan pada
keadaan volume tetap, tekanan akan meningkat,
sehingga tekanan gas total akan meningkat. Tetapi
tekanan parsial gas-gas dalam kesetimbangan tetap
• Jika gas ditambahkan pada tekanan tetap, maka
volume akan bertambah. Pengaruhnya akan sama
dengan peningkatan volume akibat penambahan
tekanan eksternal.
• Gas lembam mempengaruhi keadaan
kesetimbangan hanya jika gas tersebut
mengakibatkan perubahan konsentrasi (atau tekanan
parsial) dari pereaksi-pereaksinya

48. 48
d. Pengaruh Suhu
• Penambahan kalor akan
menguntungkan reaksi penyerap-panas
(endoterm)
• Pengurangan kalor akan
menguntungkan reaksi melepas-panas
(eksoterm)
• Peningkatan suhu suatu campuran
kesetimbangan menyebabkan
pergeseran kearah reaksi endoterm.
Penurunan suhu menyebabkan
pergeseran kearah reaksi eksoterm

49. 49
Kesetimbangan yang melibatkan cairanKesetimbangan yang melibatkan cairan
dan padatan murni (Reaksi Heterogen)dan padatan murni (Reaksi Heterogen)
• Persamaan tetapan kesetimbangan
hanya mengandung suku-suku yang
konsentrasi atau tekanan parsialnya
berubah selama reaksi berlangsung
• Atas dasar ini walaupun ikut bereaksi
tapi karena tidak berubah, maka
padatan murni dan cairan murni tidak
diperhitungkan dalam persamaan
tetapan kesetimbangan.

50. 50
C(p) + H2O(g) ⇔ CO(g) + H2(g) 
][
]][[
2
2
OH
HCO
Kc =
CaCO3(c) ⇔ CaO(c) + CO2(g) Kc = [CO2(g)]
Atau jika dituliskan dalam bentuk tekanan parsial menjadi
Kp = PCO2 Kp = Kc(RT)