Tetapan Kesetimbangan dan Energi Bebas

Tetapan KESETIMBANGAn

Dalam keadaan setimbang, perbandingan konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi tergantung pada suhu dan jenis reaksi kesetimbangan. Cato Maximilian Guldberg dan Peter Waage, dua ahli kimia dari Norwegia, menyatakan bahwa dalam reaksi kesetimbangan berlaku hukum kesetimbangan.

Tetapan kesetimbangan (K)

merupakan konstanta (angka/nilai tetap) perbandingan zat ruas kanan dengan ruas kiri pada suatu reaksi kesetimbangan. Tiap reaksi memiliki nilai K yang khas, yang hanya berubah dengan pengaruh suhu.

Karena fasa padat (s) dan cair (l) tidak memiliki konsentrasi, maka kedua fasa ini tidak dilibatkan dalam rumus tetapan kesetimbangan K_C (diberi nilai=1).

Ada dua macam tetapan kesetimbangan, yaitu: K_C dan K_P.
Perbedaannya:
1.  K_C diukur berdasarkan konsentrasi molar zat-zat yang terlibat( gas & larutan).
2.  K_P diukur berdasarkan tekanan parsial gas-gas yang terlibat (khusus fasa gas).

Energi Bebas

Energi bebas adalah jumlah maksimum energi yang dibebaskan pada suatu proses yang terjadi pada suhu tetap dan tekanan bebas. Energi bebas di lambangkan dengan ∆G. Pada suhu dan tekanan tetap reaksi kimia akan berlangsung spontan menuju ke arah dengan perubahan energy bebas yang lebih rendah sampai akhirnya mencapai keadaan setimbang.

PERUBAHANenergi bebas dalam reaksi kesetimbangan

Pada suhu dan tekanan tetap, reaksi kimia akan berlangsung spontan menuju ke arah dengan perubahan energi bebas yang lebih rendah, sampai akhirnya mencapai suatu keadaan setimbang. Jadi, posisi kesetimbangan menyatakan nilai energi bebas paling rendah dalam suatu sistem reaksi. Perubahan energi bebas suatu reaksi merupakan akibat dari perubahan dalam tekanan atau perubahan dalam konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Dengan demikian terdapat hubungan antara perubahan energi bebas dan tekanan atau dengan konsentrasi sistem reaksi.

1. Energi bebas dan tekanan

Pengaruh tekanan terhadap fungsi termodinamika dalam persamaan energi bebas gibbs, yakni entalpi dan entropi. 

•  Entalpi

entalpi adalah kemampuan sistem untuk memberikan energi berbentuk kalor(energi panas) dari sistem ke lingkungan. paa tekanan konstan perubahan entalpi suatu sistem menunjukan banyaknya kalor yang diberikan. perubahan ini diukur dengan kalori meter terbuka(tekanan udara sistem = tekanan udara luar).
Dulu entalpi disebut isi kalor(heat content) dengan lambang H. kalor reaksi suatu reaksi kimia yang berlangsung pada tekanan konstan tidak lain adalah perubahan entalpi ∆H itu. untuk benda yang berubah suhunya tanpa mengalami reaksi atau perubahan fase, perubahan entalpi per satuan suhu aadalah kapasitas panas benda itu pada tekanan tetap.

Entalpi gas ideal, solid, dan liquid tidak tergantung pada tekanan. Benda nyata pada temperatur dan tekanan ruang biasanya kurang lebih mengikuti sifat ini, sehingga dapat menyederhanakan perhitungan entalpi.

Contoh :

1 mol gas ideal pada suhu tertentu mengisi volume 10 L. Dalam wadah tersebut, gas memiliki banyak keadaan mikro yang tersedia daripada dalam volume 1 L, sehingga entropi posisional lebih besar dalam volume yang lebih besar.

Jadi dapat dinyatakan bahwa :

Svolumebesar > Svolumekecil

Oleh karena tekanan berbanding terbalik dengan volumenya, maka entropi dapat diungkapkan dalam kaitannya dengan tekanan sistem sebagai berikut :

Stekananrendah > Stekanantinggi

Dampak dari entropi dipengaruhi oleh tekanan, maka energi bebas juga dipengaruhi oleh tekanan. Kebergantungan energi bebas terhadap tekanan dirumuskan dalam bentuk persamaan berikut.

G = G° + RT In (p)

  Keterangan :

  G° = energi bebas suatu gas pada tekanan 1 atm

  G = energi bebas gas pada tekanan tertentu

  R = tetapan gas universal

  T = Suhu mutlak

•  Entropi

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Mungkin manifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika), entropi dari sebuah sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang bersuhu lebih rendah. Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi, entropi hanya berjalan satu arah (bukan proses reversibel/bolak-balik). Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Proses-proses ini hanya bisa dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubah menjadi kerja/usaha, maka secara teoritis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selama kerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu terdisipasi dalam bentuk panas buangan.

Pada termodinamika klasik, konsep entropi didefinisikan pada hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari sistem yang terisolasi selalu bertambah atau tetap konstan. Maka, entropi juga dapat menjadi ukuran kecenderungan suatu proses, apakah proses tersebut cenderung akan "terentropikan" atau akan berlangsung ke arah tertentu. Entropi juga menunjukkan bahwa energi panas selalu mengalir secara spontan dari daerah yang suhunya lebih tinggi ke daerah yang suhunya lebih rendah.

2. ∆G reaksi menuju kesetimbangan

Untuk memahami hubungan perubahan energi bebas selama reaksi menuju keadaan kesetimbangan, tinjau reaksi kesetimbangan berikut.

  A(g) ↔ B(g)

Jika 1 mol gas A dimasukan kedalam tabung pada tekanan tertentu, dimana pada awalnya hanya ada gas A, maka sejalan dengan waktu, A(g) terurai menjadi B(g), dan energi bebas total sistem berubah. Dan menghasilkan :

  Energi bebas A(g) = GA = G°A +RT In PA

  Energi bebas B(g) = GB = G°B = RT In PB

Total energi bebas sistem G = GA + GB

Reaksi akan menuju kearah produk selama energi bebas sistem menurun(GB lebih kecil dari GA). Pada titik dimana tekanan A dan Tekanan B mencapai harga PeA dan PeB atau GA = GB, sistem dikatakan mencapai keadaan kesetimbangan. Oleh karena A(g) pada tekanan PeA dan B(g) pada tekanan PeB memiliki energi bebas sama tapi berlawanan tanda, maka ∆G = 0. pada keadaan ini sistem mencapai energi bebas minimum. Pada titik ini tidak ada lagi daya dorong untuk mengubah A(g) menjadi B(g) atau sebaliknya, sehingga sistem tetap pada posisi ini. Dengan kata lain, tekanan A(g) dan B(g) tidak berubah terhadap waktu.

Hubungan antara energi bebas dan tetapan kesetimbangan diperoleh dari persamaan

G = ∆G° + RT In Q

Dimana pada keadaan kesetimbangan nilai Q = K dan ∆G = 0, sehingga :

∆G° = - RT In K

Tetapan kesetimbangan yang ditentukan dari persamaan ini disebut kesetimbangan termodinamik.

BENTUK ENERGI DAN BAHASA TERMODINAMIKA

A. Pengertian Energi

Energi berasal dan bahasa Yunani ”energia” yang berarti kegiatan atau aktivitas. Kata itu terdiri dan en (dalam) dan ergon (kerja). Jadi,pengertian energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha/kerja. Menurut hukum termodinamika 1, energi bersifat kekal. Artinya energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tapi energi bisa berubah bentuk(konversi) dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain (contoh: energi kimia). Dalam satuan SI energi dinyatakan dalam joule (J). Satuan energi lainnya adalah kalori (kal). James Presecott Joule menunjukkan hubungan antara kalori dan joule, yaitu: 1 kalori 4,18 joule atau 1 joule 0,24 kalori. Energi ditemukan dalam berbagai bentuk termasuk diantaranya berupa cahaya, panas, kimia dan gerak.

Energi Kimia

adalah energi yang tersimpan dalam ikatan atom dan molekul. Baterai, biomassa, minyak bumi, gas alam, dan batubara adalah contoh dari energi kimia yang tersimpan. Energi kimia diubah menjadi energi termal ketika kita membakar kayu di perapian atau membakar bensin dalam mesin mobil.

·                    

Energi Mekanik

adalah energi yang tersimpan dalam objek dengan ketegangan. Kompresi pegas dan karet gelang yang diregangkan adalah contoh-contoh energi mekanik yang tersimpan. energi mekanik terbagi menjadi 2 :

• Energi Potensial

Energi potensial Yaitu energy yang dimiliki suatu benda karena posisi atau kedudukannya, artinya saat benda tersebut diam pada posisi tertentu. Salah satu contohnya yaitu pada saat kita sedang meregangkan karet, terjadi perubahan sifat fisik karena adanya gaya elastic, dan inilah yang disebut dengan energy potensial plastic.

• Energi Kinetik

  

Adalah energy yang dimiliki oleh suatu benda karena pergerakkan atau kelajuannya. Energi kinetic secara jelas dapat diartikan sebagai seuatu kemampuan untuk melakukan usaha agar bias menggerakkan benda dengan massa tertentu. Semakin tinggi kecepatan suatu benda maka semakin besar pula energy kinetiknya. Salah satu contohnya adalah ketika sebuah mobil melaju, semakin kencang kecepatan mobil tersebut, maka semakin besar pula energy kinetiknya.

Energi Radiasi

adalah energi elektromagnetik yang bergerak dalam gelombang transversal. Energi radiasi termasuk cahaya tampak, sinar-x sinar gamma, dan gelombang radio. Cahaya adalah salah satu jenis energi radiasi. Sinar matahari adalah energi radiasi yang memasok bahan bakar dan panas yang membuat kehidupan di Bumi terjadi.

Energi Gerak

adalah energi yang tersimpan dalam gerakan benda. Semakin cepat mereka bergerak, semakin banyak energi yang disimpan. Dibutuhkan energi untuk membuat objek bergerak, dan energi akan dilepaskan ketika sebuah objek melambat. Angin adalah contoh energi gerak. Sebuah contoh angin menggerakan kincir angin lalu energi tsb di transformasikan ke dalam bentuk energi lain seperti energi listrik.  

Energi Nuklir

adalah energi yang tersimpan dalam inti atom. Jumlah energi yang sangat besar dapat dilepaskan ketika inti atom (nuklei) digabungkan atau dipecah. Pembangkit listrik tenaga nuklir membelah inti atom uranium dalam proses yang disebut fisi. Matahari menggabungkan inti atom hidrogen dalam proses yang disebut fusi.

Energi Gravitasi

adalah energi yang tersimpan oleh obyek di ketinggian. Semakin tinggi dan berat objek, semakin banyak energi gravitasi disimpan. Ketika Anda bersepeda menuruni bukit curam dan menambah kecepatan, energi gravitasi diubah menjadi energi gerak. PLTA adalah contoh lain dari energi gravitasi, dimana bendungan "mengalirkan" air dari sungai ke reservoir.

Suara/Bunyi

adalah pergerakan energi melalui zat dalam gelombang longitudinal (kompresi / penghalusan). Suara dihasilkan ketika gaya menyebabkan suatu benda atau substansi bergetar - energi ditransfer melalui zat dalam gelombang. Biasanya, energi dalam suara jauh lebih kecil dari bentuk-bentuk energi lainnya.

Energi Listrik

Merupakan salah satu bentuk energy yang paling banyak digunakan. Energi ini dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut Arus Listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energy yang lain seperti energy gerak, energy cahaya, energy panas, atau energy bunyi. Sebaliknya, energy listrik dapat berupa  hasil perubahan energy yang lain, misalnya dari energy matahari, energy gerak, energy potensial air, energy kimia gas alam, energy uap

Energi Panas

Energi Panas yang sangat besar berasal dari Matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup dan berkembang biak. Energi panas dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika pakaian, memasak, dan mendidihkan air.

B. PENGERTIAN TERMODINAMIKA

Termodinamika menurut bahasa Yunani yaitu Thermos (panas) dan Dynamic (perubahan). Maka Termodinamika adalah ilmu yang menggambarkan dan mendefinisikan perubahan dari suatu bentuk energi kebentuk energi lainnya khususnya antara energi termal dan energi mekanik. Secara umum, termodinamika adalah kajian mengenai kalor(panas) yang berpindah. Termodinamika membahas tentang sistem keseimbangan yang dapat digunakan untuk mengetahui besarnya energi yang diperlukan untuk mengubah suatu sitem keseimbangan, tetapi tidak dapat digunakan untuk mengetahui seberapa cepat peruahan itu terjadi karena selama proses sistem tidak berada dalam keseimbangan. Suatu sistem tersebut dapat berubah akibat dari lingkungan yang berada disekitarnya.

Termodinamika memiliki konsep dasar berupa istilah seperti sistem, lingkungan dan batas sistem. Sistem merupakan suatu masa atau daerah yang dipilih untuk dijadikan objek analis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan, sedangkan batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem.

Sistem termodinamika.

   Sistem termodinamika sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran enrgi dengan lingkungan yang berada disekitar sistem. Sifat sistem ada dua yaitu sifat intensif (sifat yang tidak bergantung pada kuantitas sistem) dan sifat ekstensif (sifat yang bergantung pada kuantitas sistem). 

Sifat pembatas dibagi menjadi dua yaitu :

1.             Pembatas Adiabatik : merupakan pembatas dimana tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan

2.             Pembatas Tegar : merupakan pembatas dimana tidak ada kerja baik dari sistem terhadap lingkungan ataupun sebaliknya.

Kemudian ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1.             Sistem terisolasi : sistem dimana tidak terjadi pertukaran panas dengan lingkungan, contoh dari sistem ini adalah wadah terisolasi seperti tabung gas

2.             Sistem tertutup : sistem dimana terjadi pertukararan energi tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan, contohnya green house dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

3.             Sistem terbuka : sistem dimana terjadi pertukaran energi dan benda dengan lingkungannya, contohnya tumbuhan dan samudra.

   Keadaan sistem adalah keadaan makrofis dimana sifat-sifatnya dapat ditentukan secara khas dan bebas waktu.

   Proses termodinamika dikatakan Reversible jika prosesnya berlangsung melalui sederetan keadaan termodinamika yang berkelanjutan. Reversible merupakan proses ideal tetapi keadaan kesetimbangan yangs sebenernya hanya dapat dicapai dalam kurun waktu yang sangat lama dan tidak dapat dipastikan kapan itu akan terjadi. Sedangkan proses Irreversible dapat kita anggap sebagai proses reversible terbatas jika dilakukan secara sangat lambat dan berada pada proses yang sangat singkat.

Hukum Termodinamika.

Ada beberapa hukum termodinamika, yaitu :

1.     Hukum Awal ( Zeroth Law ) : hukum yang menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan yang lainnya.

2.     Hukum Pertama Termodinamika ( kekekalan energi ) : hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai kedalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

3.     Hukum Kedua Termodinamika : hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk menigkat seiring dengan berjalannya waktu mendekati nilai maksimumnya. Hukum ini terkait dengan Entropi.

4.     Hukum Ketiga Termodinamika : hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda terstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut benilai nol.

Massa Atom Relatif, Jumlah Partikel, Dan Mol

Massa Atom Relatif, Jumlah Partikel, Dan Mol

1.           A. Pengertian Massa Atom

Massa atom dari atom adalah massa atom yang dibandingkan dengan beberapa standar, seperti massa jenis tertentu atom karbon. Istilah massa atom dan berat atom sering digunakan secara bergantian, meskipun, tegasnya, mereka tidak berarti hal yang sama. Massa adalah ukuran dari jumlah total materi dalam suatu objek. Berat adalah ukuran beratnya obyek. Atom terdiri atas proton dan neutron yang dikelilingi elektron.

INGAT:

 - Nomor Atom = Jumlah Elektron = Jumlah Proton

             - Jumlah Neutron = Massa Atom - Nomor Atom

Cara mencari Nilai Proton, Neutron, dan Elektron

1.            2. Massa Atom Relatif (Ar)

Massa atom relatif adalah massa suatu atom jika dibandingkan dengan massa atom acuan. Namanya juga relatif, jadi tergantung pada yang melihat (atom yang jadi  acuan). Awalnya penentuan massa atom relatif suatu unsur kimia menggunakan pembanding atom hidrogen. Kemudian sejak 62 tahun yang lalu tepatnya tahun 1961 posisi hidrogen sebagai pembanding oleh IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) diganti oleh atom karbon C₁₂. Dipilihanya atom karbon karena atom dari karbon lebih stabil. Massa atom relatif dilambangkan dengan Ar dengan satuan sma (satuan massa atom). Cara menentukan massa atom relatif dengan menggunakan rumus massa atom relatif:

Massa 1 atom sangat kecil jika di jadikan kedalam gram, oleh karena itu dibuat satuan untuk atom yaitu SMA(Satuan Massa Atom).

Contoh 1 : 

3. Massa Molekul Relatif

Suatu molekul unsur atau molekul senyawa terdiri dari lebih dari 1 atom baik dari unsur yang sama maupun berbeda. Jika massa atom relatif dari unnsur-unsur pembentuk molekul tersebut dijumlahkan maka sobat hitung akan mendapatkan massa molekul relatif.

Contoh :

·        Berapakah massa molekul relatif garam dapur  (NaCl) dan asam sulfat (H₂SO₄) jika diketahui massa atom relatif Na = 23, Cl = 35, H = 1, S = 32, dan O = 16?

Jawab:

Massa Molekul Relatif NaCl = Ar Na + Ar Cl = 23+35 = 58 sma

H₂SO₄ = 2 Ar H + Ar S + 4 Ar O = 2(1) + (32) + 4(16) = 2 + 32 + 64 = 98 sma

·        Diketahui massa atom relatif (Ar) beberapa unsur sebagai berikut :
....Ca = 40, .O = 16, .H = 1
Tentukan massa molekul relatif (Mr) senyawa Ca(OH)₂

Penyelesaian :
Satu molekul Ca(OH)₂ mengandung 1 atom Ca, 2 atom O, dan 2 atom H
....Mr Ca(OH)₂ = Ar Ca + 2(Ar O) + 2(Ar H)
.... .... .... ....   ..= 40 + 2(16) + 2(1)
                        = 40 + 32 + 2
.... .... .... ..    ...= 74

Jumlah Partikel dan Konsep Mol

A. Pengertian Partikel

      Partikel adalah bagian terkecil dari suatu materi. Setiap materi mengandung partikel­partikel kecil yang menyusun zat tersebut yang dapat berupa atom, ion, dan molekul. Sampai saat ini belum ada yang mengetahui bentuk partikel terkecil zat, para ilmuan berupaya mengembangkan beragam modelnya dari data yang mereka kumpulkan. Setiap zat yang berbeda disusun oleh partikel­partikel terkecil yang berbeda pula. Misalnya, air disusun oleh partikelpartikel terkecil yang berbeda dengan partikel­partikel terkecil yang menyusun gula pasir.

B. Pengertian Mol

       Menurut etimologi – ilmu yang memperlajari asal usul kata mol berasal dari bahasa yunani yakni “Moles” yang berarti massa. Maka defenisi mol (Mole – eng) adalah satuan unit SI untuk menghitung jumlah zat. Awalnya setara dengan 0,012 kg dari atom C-12 murni. Seiring perkembangan zaman, akhirnya ditetapkan bahwa.

1 mol = 6,0221367 x 10 ²³ partikel

Jumlah ini dikenal dengan bilangan avogadro dengan pembulatan menjadi 6,02 x 10²³, sebagai bentuk kehormatan pada Amedeo Avogadro (1776 – 1856). Sikilas bilangan ini tampak sangat amat besar, tapi bagi kimiawan, hal ini sangat bermakna; terutama untuk menghitung stoikiometri kimia. Bayangkan saja, jika komputer bisa menghitung 1 miliar dalam 1 detik maka ia membutuhkan 20 juta tahun untuk menghitung sebanyak 6,02 x 10 ²³.

Hubungan mol dengan massa zat

Hubungan Mol (n) dengan Jumlah Partikel

Keterangan:   X   = Jumlah partikel/atom/molekul

                       n    = Mol (Gr/Mr)

                       L   = Konstanta Avogadro (6,02 x 10²³)

Contoh soal 1 :
Coba tentukan jumlah partikel yang terkandung dalam 5 mol besi(Fe)

Penyelesaian:

Menentukan komponen yang diketahui dan ditanyakan:
Diketahui            : 5 mol besi
Ditanyakan         : jumlah partikel yang terkandung dalam besi tersebut.

Memasukkan komponen tersebut ke dalam persamaan dan menentukan jumlah partikel besi:

x = nL

= 5 mol x 6,02 x 10²³
= 30,1 x 10²³ = 3,01 x 10²⁴
Jadi, jumlah partikel besi yang terkandung dalam 5 mol besi adalah 3,01 x 10²⁴ atom besi.
Catatan: Partikel penyusun zat bisa berupa atom, molekul, atau ion.

Contoh soal 2:

Jika  2,4 x 10²³ atom unsur “X” massanya adalah 60 gr, berapakah hasil Mr?


Jawab :

Demikianlah yang dapat saya postingkan, tentunya banyak kekurangan dan kelemahan kerena terbatasnya pengetahuan, kurangnya rujukan atau referensi karena saya juga masih newbie mengenai blog. Oleh karena itu, saya banyak berharap kepada para pembaca yang budiman memberikan kritik saran yang membangun demi sempurnanya artikel ini. Semoga artikel ini dapat bermanfaat bagi para pembaca khusus pada penulis. Aamiin ...