Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan Kimia

04:36 Bab ini membahas prinsip dasar kesetimbangan kimia. Kita akan mempelajari reaksi timbal balik dan apa yang terjadi di sebuah sistem tertutup. Ini akan membawa kita kepada konsep kesetimbangan dinamis dan akan mengajak kita berpikir mengenai arti istilah ‘pergeseran kesetimbangan’.
Reaksi timbal balik
Reaksi timbal balik adalah reaksi yang, tergantung keadaan, dapat mengalir ke dua arah.

Apabila Anda meniupkan uap panas ke sebuah besi yang panas, uap panas ini akan bereaksi dengan besi dan membentuk sebuah besi oksida magnetik berwarna hitam yang disebut ferri ferro oksida atau magnetit, Fe₃O₄.



Hidrogen yang terbentuk oleh reaksi ini tersapu oleh aliran uap.


Dalam keadaan lain, hasil-hasil reaksi ini akan saling bereaksi. Hidrogen yang melewati ferri ferro oksida panas akan mengubahnya menjadi besi, dan uap panas juga akan terbentuk.



Uap panas yang kali ini terbentuk tersapu oleh aliran hidrogen.



Reaksi ini dapat berbalik, tapi dalam keadaan biasa, reaksi ini menjadi reaksi satu arah. Produk dari reaksi satu arah ini berada dalam keadaan terpisah dan tidak dapat bereaksi satu sama lain sehingga reaksi sebaliknya tidak dapat terjadi.
Reaksi timbal balik yang terjadi pada sistem tertutup

Sistem tertutup adalah situasi di mana tidak ada zat yang ditambahkan atau diambil dari sistem tersebut. Tetapi energi dapat ditransfer ke luar maupun ke dalam.

Pada contoh yang baru kita bahas tadi, Anda harus membayangkan sebuah besi yang dipanaskan oleh uap dalam sebuah kotak tertutup. Panas ditambahkan ke dalam sistem ini, namun tidak satu zat pun yang terlibat dalam reaksi ini dapat keluar dari kotak. Keadaan demikian disebut sistem tertutup.

Pada saat ferri ferro oksida dan hidrogen mulai terbentuk, kedua zat ini akan saling bereaksi kembali untuk membentuk besi dan uap panas yang ada pada mulanya. Coba pikirkan, kira-kira apa yang Anda temukan ketika menganalisis campuran ini setelah beberapa saat?

Anda akan sadar, bahwa Anda telah membentuk situasi yang disebut kesetimbangan dinamis.
Kesetimbangan Dinamis

Mempelajari kesetimbangan dinamis secara visual

Bayangkan sebuah zat yang dapat berada dalam dua bentuk/warna, biru dan merah, masing-masing dapat bereaksi untuk menjadi yang lain (biru menjadi merah, merah menjadi biru). Kita akan membiarkan mereka bereaksi dalam sistem tertutup, di mana tidak ada satu pun yang dapat keluar dari sistem ini.

Biru dapat berubah menjadi merah jauh lebih cepat daripada merah menjadi biru. Dan berikut adalah peluang (probabilitas) dari perubahan yang dapat terjadi. 3/6 biru berubah menjadi merah, dan 1/6 merah berubah menjadi biru.



Anda dapat mencobanya dengan kertas berwarna yang digunting kecil-kecil (dua warna) dan sebuah dadu.

Berikut adalah hasil dari ‘reaksi’ (simulasi) yang saya lakukan. Saya mulai dengan 16 potongan kertas biru. Saya melihat potongan-potongan itu satu per satu secara bergantian dan memutuskan apakah kertas yang saya lihat dapat berubah warna dengan melempar dadu.

Kertas biru dapat saya ganti dengan kertas merah apabila angka 4, 5 dan 6 keluar.

Kertas merah dapat saya ganti dengan kertas biru apabila angka 6 keluar pada saat saya melihat sebuah kertas merah.

Ketika saya selesai melihat ke-16 kertas itu, saya mulai lagi dari awal. Tapi tentu saja kali ini saya mulai dengan pola yang berbeda. Diagram di bawah ini menunjukkan hasil yang saya dapat setelah saya mengulang proses ini sebanyak 11 kali (dan saya tambahkan 16 potongan kertas biru yang saya punya pada awal simulasi).



Anda dapat melihat bahwa ‘reaksi’ berlangsung terus menerus. Pola yang terbentuk dari kertas merah dan biru terus berubah. Tapi, yang mengejutkan ialah, jumlah keseluruhan dari masing-masing kertas warna biru dan merah tetap sama, di mana dalam berbagai situasi, kita dapatkan 12 kertas warna merah dan 4 kertas warna biru.
Catatan : Sejujurnya, hasil akhir ini diperoleh secara kebetulan karena simulasi ini dilakukan dengan jumlah kertas yang sangat sedikit. Apabila Anda melakukan simulasi ini dengan jumlah kertas yang lebih banyak (misalnya beberapa ribu kertas), Anda akan mendapati proporsi yang terbentuk akan mendekati 75% merah dan 25% biru (suatu simulasi yang sangat membosankan, tentunya).

Apabila Anda mempunyai sejumlah besar partikel yang turut ambil bagian dalam sebuah reaksi kimia, proporsinya akan mendekati 75%:25%.
Penjelasan tentang "kesetimbangan dinamis"

Reaksi (simulasi) di atas telah mencapai kesetimbangan dalam arti tidak akan perubahan lebih lanjut dalam jumlah kertas biru dan merah. Namun demikian, reaksi ini masih terus berlangsung. Untuk setiap kertas merah yang berubah warna jadi biru, ada kertas biru yang berubah jadi merah di suatu tempat dalam campuran tersebut.

Inilah yang kita kenal sebagai "kesetimbangan dinamis". Kata "dinamis" menunjukkan bahwa reaksi itu masih terus berlangsung.

Anda dapat menggunakan tanda panah khusus untuk memperlihatkan bahwa ada kesetimbangan dinamis pada persamaan reaksi. Untuk kasus yang kita bahas di atas, Anda dapat menulis seperti demikian :



Yang perlu kita perhatikan di sini ialah, ini tidak hanya berarti bahwa reaksi tersebut merupakan reaksi timbal balik, tapi ini menunjukkan bahwa reaksi ini adalah reaksi timbal balik yang berada dalam kesetimbangan dinamis.
Pergeseran Kesetimbangan

Pergeseran dari kiri ke kanan dalam persamaan (dalam hal ini, dari warna biru ke warna merah) disebut ‘pergeseran kesetimbangan ke kanan’ dan dari kanan ke kiri disebut ‘pergeseran kesetimbangan ke kiri’

Posisi kesetimbangan
Dalam contoh yang kita pakai, campuran kesetimbangan terdiri dari lebih banyak warna merah daripada warna biru. Posisi kesetimbangan dapat menggambarkan situasi ini. Kita dapat mengatakan bahwa:

• Posisi kesetimbangan condong ke merah
• Posisi kesetimbangan condong ke sebelah kanan

Apabila kondisi praktikum berubah (dengan mengubah peluang terjadinya pergeseran kesetimbangan ke kanan maupun ke kiri), komposisi dari campuran kesetimbangan itu sendiri pun akan berubah.
Contohnya, apabila dengan mengubah kondisi praktikum kita dapat memproduksi lebih banyak warna biru di dalam campuran kesetimbangan, kita bisa mengatakan bahwa "Posisi kesetimbangan bergeser ke kiri" atau "Posisi kesetimbangan bergeser ke warna biru".
Catatan: Apabila Anda tertarik, cobalah perbesar peluang warna merah berubah menjadi biru dari 1/6 menjadi 2/6 untuk melihat efeknya pada posisi kesetimbangan. Dengan kata lain, biarkanlah warnanya berubah apabila angka 5 atau angka 6 keluar pada saat dadu dilempar.

Mencapai kesetimbangan dari sisi yang lain

Apa yang terjadi bila Anda memulai reaksi dengan warna merah dan bukan warna biru namun tetap memberi kesempatan untuk berubah warna seperti di contoh pertama ? Ini adalah hasil dari percobaan saya.



Sekali lagi Anda dapat melihat konfigurasi yang terjadi sama persis dengan percobaan pertama di mana kita mulai dengan warna biru. Anda akan mendapat konfigurasi kesetimbangan yang sama tanpa dipengaruhi dari sisi mana Anda memulai reaksi.
Ingat: Anda tidak akan mendapat hasil yang sama bila menggunakan jumlah potongan kertas (yang melambangkan jumlah partikel) yang terlalu sedikit. Fluktuasi perubahan akan sangat mudah terlihat. Sekali lagi, apabila Anda menggunakan potongan kertas dalam jumlah besar, proporsi kesetimbangan akan menjadi 75% merah dan 25% biru. Dengan jumlah potongan kertas yang saya gunakan, kita mendapat hasil reaksi yang sangat dekat dengan proporsi rata-rata.

Kesetimbangan Dinamis, lagi, dengan lebih formal

Kecepatan Reaksi

Ini adalah persamaan untuk sebuah reaksi biasa yang telah mencapai kesetimbangan dinamis.



Bagaimana reaksi ini bisa mencapai keadaan tersebut? Anggap saja kita mulai dengan A dan B.

Pada awal reaksi, konsentrasi A dan B pada mula-mula ada pada titik maksimum, dan itu berarti kecepatan reaksi juga ada pada titik maksimum.



Seiring berjalannnya waktu, A dan B bereaksi dan konsentrasinya berkurang. Ini berarti, jumlah partikelnya berkurang dan kesempatan bagi partikel A dan B untuk saling bertumbukan dan bereaksi berkurang, dan ini menyebabkan kecepatan reaksi juga berangsur-angsur berkurang.

Pada awalnya tidak ada C dan D sama sekali sehingga tidak mungkin ada reaksi di antara keduanya. Seiring berjalannya waktu, konsentrasi C dan D bertambah banyak dan keduanya menjadi mudah bertumbukan dan bereaksi.

Dengan berlangsungnya waktu, kecepatan reaksi antara C dan D pun bertambah.



Akhirnya, kecepatan reaksi antara keduanya mencapai titik yang sama di mana kecepatan reaksi A dan B berubah menjadi C dan D sama dengan kecepatan reaksi C dan D berubah menjadi A dan B kembali.



Pada saat ini, tidak akan ada lagi perubahan pada jumlah A, B, C, D di dalam campuran. Begitu ada partikel yang berubah, partikel tersebut terbentuk kembali berkat adanya reaksi timbal balik. Pada saat inilah kita mencapai kesetimbangan kimia.
Rangkuman

Kesetimbangan kimia terjadi pada saat Anda memiliki reaksi timbal balik di sebuah sistem tertutup. Tidak ada yang dapat ditambahkan atau diambil dari sistem itu selain energi. Pada kesetimbangan, jumlah dari segala sesuatu yang ada di dalam campuran tetap sama walaupun reaksi terus berjalan. Ini dimungkinkan karena kecepatan reaksi ke kanan dan ke kiri sama.

Apabila Anda mengubah keadaan sedemikian rupa sehingga mengubah kecepatan relatif reaksi ke kanan dan ke kiri, Anda akan mengubah posisi kesetimbangan, karena Anda telah mengubah faktor dari sistem itu sendiri. Efek dari perubahan berbagai faktor dalam sistem terhadap posisi kesetimbangan akan dibahas pada bab yang lain.





ENGLISH

Chemical equilibrium04:36 This chapter discusses the basic principles of chemical equilibrium. We will study the reverse reaction and what happens in a closed system. This will bring us to the concept of dynamic equilibrium, and would invite us to think about the meaning of the term 'shifting equilibrium'.Reversible reactionReversible reaction is a reaction which, depending on circumstances, can flow in both directions.If you pass a hot steam iron to heat, steam reacts with the iron and form a black magnetic oxide of iron called ferrous ferric oxide or magnetite, Fe3O4.

Formed by the reaction of hydrogen is swept away by the flow of steam.
In other circumstances, the results of this reaction will react with each other. Hydrogen passed over ferro ferric oxide will turn it into a hot iron, and steam heat is also produced.

Steam heat is swept away by this time formed a hydrogen flow.

These reactions are reversible, but under ordinary circumstances, this reaction is a reaction in one direction. The product of the reaction in one direction is in a separate state and can not react with each other so that the reverse reaction can not occur.Reversible reaction that occurs in a closed systemClosed system is one where no substances are added to or taken from the system. But the energy can be transferred to the outside and inside.In the example we've been, you have to imagine an iron that is heated by steam in a closed box. Heat added to the system, but none of the substances involved in this reaction can get out of the box. The system is closed.At the time of ferrous to ferric oxide and hydrogen began to form, the substance will react again to form iron and steam that exist in the beginning. Just think, about what you found when analyzing the mixture after a while?You will realize, that you have established so-called dynamic equilibrium situation.Dynamic equilibriumVisually studying the dynamic equilibriumImagine a substance that can exist in two shapes / colors, blue and red, each can react to become another (blue to red, red to blue). We will let them react in a closed system, where no one else can get out of this system.Blue can turn red much faster than the red to blue. And here's a chance (probability) of the changes that may occur. 3/6 blue changed to red, and 1/6 red turns into blue.

You can try it with colored paper, cut into small pieces (two colors) and a dice.Here are the results of the 'reaction' (simulation) that I do. I started with 16 pieces of blue paper. I saw the pieces one by one in turn and decide whether the paper should change color with the throw of the dice.Can I replace the blue paper with red paper if the numbers 4, 5 and 6 out.Can I replace the red paper with blue paper if a 6 when I saw a red paper.When I had looked at all 16 squares, I started again from scratch. But of course this time I started with a different pattern. The diagram below shows the results that I can after I repeated this process 11 times (and I add 16 blue that I had at the beginning of the simulation).

You can see that the 'reaction' takes place continuously. Pattern formed of paper red and blue constantly changing. But, the surprise is, the sum total of each blue and red color paper remains the same, where in many situations, we get 12 paper red and 4 blue paper.Note: To be honest, the final result is obtained by chance because the simulation is done with very little amount of paper. If you perform these simulations with much larger number (eg, several thousand), you would find that formed close to 75% and 25% red blue (a simulation of a very boring, of course).If you have a large number of particles taking part in a chemical reaction, the proportion is close to 75%: 25%.An explanation of the "dynamic equilibrium"Reaction (simulation) above has reached equilibrium in the sense that no further change in the numbers of blue and red. However, this reaction continues. For each of red paper that changes color so blue, no blue paper turned red somewhere in the mix.This is known as "dynamic equilibrium". The word "dynamic" indicates that the reaction is still continuing.You can use special arrows to show that the dynamic equilibrium in the equation. For the case that we discussed above, you can write like this:

We need to note here is that, this not only means that the reaction is a reversible reaction, but it shows that this reaction is a reversible reaction which is in dynamic equilibrium.The equilibrium shiftsThe shift from left to right in the equation (in this case, from blue to red) are called 'shift the equilibrium to the right' and from right to left is called 'shift the equilibrium to the left'The position of equilibriumIn the example we used, the equilibrium mixture consists of more red than blue. The position of equilibrium can describe this situation. We can say that:

    Biased toward the equilibrium position of the red
    Equilibrium position of leaning to the right
If conditions change practice (with the possibility of changing the equilibrium shifts to the right or left), the composition of equilibrium mixture itself will change.For example, when changing the conditions we can produce more blue color in the equilibrium mixture, we can say that "the position of equilibrium shifts to the left" or "The position of equilibrium shifts towards the blue".Note: If you are interested, try increasing the chances of the red color changed to blue from 1/6 to 2/6 to see the effect on the equilibrium position. In other words, allow it to change if the number 5 or a 6 on the dice.Reach equilibrium from the other sideWhat happens when you start the reaction with the color red instead of blue ones, but still gives the opportunity to change color as in the first instance? This is the result of my experiment.

Again you can see the exact same configuration that occurs with the first experiment where we start with the color blue. You will get the same equilibrium configuration regardless of which side you start the reaction.Remember: You will not get the same results when using the number of pieces of paper (which represents the number of particles) is too small. Fluctuations are too easily visible. Again, if you use a piece of paper in bulk, the equilibrium proportion will be 75% red and 25% blue. With the number of pieces of paper that I used, the reaction we got very close to that average.Dynamic equilibrium, again, with more formalThe reaction velocityThis is the usual equation for a reaction that has reached dynamic equilibrium.

How did it get to this situation? Suppose we start with A and B.At the beginning of the reaction, the concentration of A and B at first was at its maximum, and that means the reaction rate was at its maximum.

Berjalannnya Over time, A and B react and reduced concentration. This means, the number of particles is reduced and the chance for A and B particles to collide and react, and this causes the reaction rate is also gradually reduced.At first there was no C and D, so there could be no reaction between them. Over time, the concentration of C and D increase and they are more likely to collide and react.With time, the rate of reaction between C and D increases.

Finally, the reaction rate between the two reached the same point at which the reaction rate of A and B changed to C and D equal to the speed of the reaction C and D turn into A and B again.

At this time, there will be no change in the number of A, B, C, D in the mix. Once the particles are removed, it is being replaced again by the reverse reaction. At this moment we reached chemical equilibrium.SummaryEquilibrium occurs when you have a reversible reaction in a closed system. Nothing can be added or taken away from it apart from energy. At equilibrium, the sum of everything that is in the mix remains the same even if the reaction goes on. This is possible because the speed of reaction to the right and left alike.If you change things so that changing the relative speed of reaction to the right and left, you will change the equilibrium position, because you have changed the factor of the system itself. Effects of changes in various factors in the system to its equilibrium position will be discussed in another chapter.