TERJEMAHAN ATAU TRANSLATE BAB 14 TOPIK 14.1 UTS PENGAJARAN MEDIA PEMBELAJARAN

14.1 Konsep Keseimbangan dan Kesetimbangan Konstan

Beberapa reaksi kimia hanya bergerak ke satu arah. Sebagian besar bersifat reversibel, setidaknya untuk sampai batas tertentu. Pada awal proses yang reversibel, reaksi berlanjut menuju pembentukan produk. Segera setelah beberapa molekul produk terbentuk, kebalikannya proses mulai berlangsung dan molekul-molekul reaktan terbentuk dari molekul-molekul produk. Kesetimbangan kimia tercapai ketika tingkat reaksi maju dan mundur adalah sama dan konsentrasi reaktan dan produk tetap konstan.

Kesetimbangan kimia adalah proses yang dinamis. Dengan demikian, dapat disamakan dengan pergerakan pemain ski di sebuah resor ski yang sibuk, di mana jumlah pemain ski membawa mereka gunung di lift kursi sama dengan jumlah menuruni lereng. Meskipun ada transfer pemain ski yang konstan, jumlah orang di bagian atas dan nomornya
di bagian bawah lereng tidak berubah.

Perhatikan bahwa kesetimbangan kimia melibatkan zat yang berbeda sebagai reaktan dan produk. Kesetimbangan antara dua fase zat yang sama disebut fisik kesetimbangan karena perubahan yang terjadi adalah proses fisik. Penguapan air dalam wadah tertutup pada suhu tertentu adalah contoh keseimbangan fisik. Dalam hal ini, jumlah molekul H2O yang keluar dan jumlah yang kembali ke fase cair adalah sama:

H2O(l)   H2O (g)

(Ingat kembali dari Bab 4 bahwa tanda panah ganda berarti reaksi dapat balik.) Studi tentang keseimbangan fisik menghasilkan informasi yang berguna, seperti keseimbangan tekanan uap (lihat Bagian 11.8). Namun, ahli kimia sangat tertarik pada kimia proses kesetimbangan, seperti reaksi reversibel yang melibatkan nitrogen dioksida (NO2) dan dinitrogen tetroxide (N2O4) (Gambar 14.1). Kemajuan reaksi

N2O4 (g)  2NO2 (g)

dapat dimonitor dengan mudah karena N2O4 adalah gas yang tidak berwarna, sedangkan NO2 memiliki darkbrown warna yang membuatnya terkadang terlihat di udara yang tercemar. Misalkan N2O4 adalah disuntikkan ke dalam tanya yang dievakuasi. Beberapa warna coklat muncul dengan segera, menunjukkan pembentukan molekul NO2. Warna semakin intens sebagai disosiasi N2O4 berlanjut sampai akhirnya kesetimbangan tercapai. Di luar titik itu, tidak ada perubahan lebih lanjut dalam warna jelas karena konsentrasi N2O4 dan NO2 tetap konstan.
Kita juga bisa membawa keadaan kesetimbangan dengan memulai dengan NO2 murni. Seperti beberapa molekul NO2 bergabung membentuk N2O4, warna memudar. Namun cara lain untuk menciptakan keadaan kesetimbangan dimulai dengan campuran NO2 dan N2O4 dan memonitor sistem sampai warnanya berhenti berubah. Studi-studi ini menunjukkan bahwa sebelumnya

 +

14.1 Konsep Keseimbangan dan Konstan Ekuilibrium

Gambar 14.2 Perubahan konsentrasi NO2 dan N2O4 dengan waktu, dalam tiga situasi. (a) Awalnya hanya NO2 yang hadir. (B) Awalnya saja N2O4 hadir. (C) Awalnya campuran NO2 dan N2O4 hadir. Dalam setiap kasus, kesetimbangan dibentuk di sebelah kanan garis vertikal.

       Reaksi memang reversibel, karena komponen murni (N2O4 atau NO2) bereaksi memberi gas lainnya. Yang penting untuk diingat adalah bahwa pada kesetimbangan, konversi N2O4 ke NO2 dan NO2 ke N2O4 masih berlangsung. Kami tidak melihat warna berubah karena kedua tingkat sama — penghilangan molekul NO2 terjadi secepat produksi molekul NO2, dan molekul N2O4 terbentuk dengan cepat saat mereka berdisosiasi. Gambar 14.2 merangkum ketiga situasi ini.

      KESETIMBANGAN KONSTAN
Tabel 14.1 menunjukkan beberapa data eksperimen untuk reaksi yang baru saja dijelaskan pada 25 ° C. Itu konsentrasi gas dinyatakan dalam molaritas, yang dapat dihitung dari jumlahnya mol gas hadir awalnya dan pada kesetimbangan dan volume permintaan fl dalam liter. Perhatikan bahwa konsentrasi kesetimbangan NO2 dan N2O4 bervariasi, tergantung pada konsentrasi awal. Kita bisa mencari hubungan antara [NO2] dan [N2O4] hadir di ekuilibrium dengan membandingkan rasio konsentrasi mereka. Itu rasio paling sederhana, yaitu, [NO2] / [N2O4], memberikan nilai yang tersebar. Tetapi jika kita memeriksa yang lain mungkin hubungan matematis, kami menemukan bahwa rasio [NO2] 2 / [N2O4] pada kesetimbangan

                           

memberikan nilai hampir konstan yang rata-rata 4,63 3 1023, terlepas dari yang awal
konsentrasi hadir:

                                                                                       (14.1)

dimana K adalah konstanta. Perhatikan bahwa eksponen 2 untuk [NO2] dalam ekspresi ini adalah sama dengan koefisien stoikiometri untuk NO2 dalam reaksi reversibel. Kita dapat menggeneralisasikan fenomena ini dengan reaksi berikut pada kesetimbangan:

aA + Bb  cC + dD

di mana a, b, c, dan d adalah koefisien stoikiometri untuk spesies bereaksi A, B, C, dan D. Untuk reaksi pada suhu tertentu

                                                                                                                (14.2)

       dimana K adalah konstanta kesetimbangan. Persamaan (14.2) dirumuskan oleh dua orang Norwegia kimiawan, Cato Guldberg  dan Peter Waage, pada tahun 1864. Ini adalah ekspresi matematis hukum aksi massa mereka, yang menyatakan bahwa untuk reaksi reversibel pada kesetimbangan dan suhu konstan, rasio tertentu dari konsentrasi produk dan reaktan nilai konstan, K (konstanta kesetimbangan). Perhatikan bahwa meskipun konsentrasi dapat bervariasi, selama reaksi yang diberikan berada pada kesetimbangan dan suhu tidak berubah, menurut hukum aksi massa, nilai K tetap konstan. Itu validitas Persamaan (14.2) dan hukum aksi massa telah ditetapkan dengan mempelajari banyak reaksi reversibel.

        Konstanta kesetimbangan, kemudian, didefinisikan oleh hasil bagi, pembilangnya adalah
diperoleh dengan mengalikan konsentrasi kesetimbangan produk, masing-masing diangkat ke kekuatan yang sama dengan koefisien stoikiometri dalam persamaan seimbang. Menerapkan
prosedur yang sama pada konsentrasi kesetimbangan dari reaktan memberikan penyebutnya.
Besarnya konstanta kesetimbangan memberitahu kita apakah reaksi kesetimbangan
nikmat produk atau reaktan.

Jika K jauh lebih besar dari 1 (yaitu, K > 1), kesetimbangan  akan berbalik ke kanan dan mendukung produk. Sebaliknya, jika konstanta kesetimbangan jauh lebih kecil dari 1 (yaitu, K < 1), kesetimbangan akan terletak di sebelah kiri dan menguntungkan reaktan (Gambar 14.3). Dalam konteks ini, angka apa pun yang lebih dari 10 dianggap jauh lebih besar dari 1, dan angka apa pun yang kurang dari 0.1 jauh lebih kecil dari 1.

          Meskipun penggunaan kata "reaktan" dan "produk" mungkin tampak membingungkan karena setiap zat yang berfungsi sebagai reaktan dalam reaksi maju juga merupakan produk dari reaksi sebaliknya, itu sesuai dengan konvensi mengacu pada zat di kiri panah kesetimbangan sebagai "reaktan" dan yang di sebelah kanan sebagai "produk."