NOTA KURSUS: BAB 5

KIMIA ASAS SEMESTER 1 (SK017)

(Note: Academic content is in Bahasa Malaysia in accordance of the main language used in the delivery of lessons in the Academic Year 2003. Teaching will only be fully conducted in English as of 2004.)


Prepared by Mr. Lau Kah Pew

BAB 5 : KESEIMBANGAN KIMIA

5.1  KONSEP KESEIMBANGAN KIMIA

 

5.2  HUKUM KESEIMBANGAN BAGI SISTEM HOMOGEN

5.2.1  Manipulasi Konsep dan Hukum Keseimbangan Kimia

5.2.2 Signifikan Magnitud Pemalar Keseimbangan, K.

 

5.3  HUKUM KESEIMBANGAN BAGI SISTEM HETEROGEN

 

5.4  RAMALAN ARAH TINDAKBALAS

 

5.5  PRINSIP LE CHÂTELIER

 

5.6  FAKTOR-FAKTOR YG MEMPERNGARUHI KESEIMBANGAN KIMIA

5.6.1  Kesan Mangkin

5.6.2 Kesan Perubahan Kepekatan

5.6.3 Kesan Perubahan Suhu

5.6.4 Kesan Perubahan Tekanan / Isipadu

 

 

|| 1 || 2 || 3 || 4 || 5 | 5.1 | 5.2 | 5.3 | 5.4 | 5.5 | 5.6 || 6 || 7 ||

 

5.1  KONSEP KESEIMBANGAN KIMIA

 

Apabila sesuatu TB kimia kelihatan seperti “berhenti separuh jalan”, (iaitu warna larutan tak berubah lagi, pembtkan gas berhenti… etc) seolah-olah TB kimia berhenti sebelum ianya lengkap 100%…

 

à hasilnya satu campuran bahan TB & hasil TB

 

Sebenarnya TB tidak “berhenti” ttp pada ketika itu TB berlaku dalam dua arah;

q       ke hadapan: pembentukan hasil TB, dan

q       ke belakang: pembentukan bahan TB

Dalam keadaan ini, dikatakan bahawa KESEIMBANGAN DINAMIK telah dicapai.

Dalam TB “biasa” atau TB sehala, semua reaktan habis berTB untuk menghasilkan produk TB. Misalnya TB Asid-Bes:

 

 

HCl (ak)

+

NaOH (ak)

à

NaCl (ak)

+

H2O (c)

Kuantiti asal:

1 mol

 

1 mol

 

0 mol

 

0 mol

Kuantiti selepas TB:

0 mol

 

0 mol

 

1 mol

 

1 mol

 

Dalam TB berbalik, pada “akhir” TB atau lebih tepat lagi pada Keseimbangan Dinamik, jumlah dan kuantiti bahan dan hasil TB tidak semudah perkiraan dalam TB sehala.

                

Misalnya bagi TB gas hidrogen dengan gas iodin, dalam sebuah bekas 10.0 L;

 

H2 (g)   +   I2 (g)      2 HI (g)

 

EXP.

KUANTITI ASAL

(mol)

TB

PADA

(mol)

reaktan

produk

reaktan

produk

H2

I2

HI

H2

I2

HI

A

1.00

1.00

0.00

à

0.222

0.222

1.56

B

0.00

0.100

3.50

à

0.350

0.450

2.80

C

0.0150

0.00

1.27

à

0.150

0.135

1.00

D

0.00

0.00

4.00

à

0.442

0.442

3.11

 

MULA

 

PADA

 

Perhatikan bahawa kuantiti setiap reaktan dan produk pada Keseimbangan Dinamik tidak sama setiap kali TB dimulakan pada komposisi reaktan dan produk yang berbeza.

 

Namun demikian, didapati bahawa perkiraan menunjukkan nilai pemalar kadar, K, adalah malar.

 

                        V = 10.0 L

EXP.

KUANTITI PADA

(mol L-1)

PERKIRAAN PEMALAR KESEIMBANGAN

Reaktan

Produk

 

[ HI ]2

 

= K

H2

I2

HI

[ H2 ]  [ I2 ]

A

0.0222

0.0222

0.156

 

(0.156)2

 

= 49.4

(0.0222)(0.0222)

B

0.0350

0.0450

0.280

 

(0.280)2

 

= 49.8

(0.0350)(0.0450)

C

0.0150

0.0135

0.100

 

(0.100)2

 

= 49.4

(0.0150)(0.0135)

D

0.0442

0.0442

0.311

 

(0.311)2

 

= 49.5

(0.0442)(0.0442)

PUTARA :

= 49.5

 

Kembali ke atas...

 

5.2  HUKUM KESEIMBANGAN BAGI SISTEM HOMOGEN

                                                      

(SISTEM HOMOGEN bermaksud TB yg berlaku di mana semua bahan & hasil TB berada dalam FASA YG SAMA)

 

Daripada logik ini, pada tahun 1864, Cato Maximilian Guldberg & Peter Waage mengemukakan postulat HUKUM JISIM BERTINDAK yang menjelaskan hubungkait kepekatan bahan dan hasil TB dalam keadaan Keseimbangan Dinamik suatu TB.

 

a A     +    b B          y Y     +     z Z

 

  Kc     =

[ Y ]y   [ Z ]z

 

[ A ]a   [ B ]b

 

Di mana  Kc = pemalar keseimbangan TB (bagi kepekatan)

 

Contoh:

Bagi tindakbalas yg berlaku dalam fasa gas (semua bahan & hasil TB dlm keadaan gas), pemalar keseimbangan kimia juga boleh dikira dengan menggunakan tekanan separa bahan & hasil TB.

a A (g)    +    b B (g)         y Y (g)    +     z Z (g)

 

 
  Kp   =

( PY )y  ( PZ )z

 

 

( PA )a  ( PB )b

 

Kp =

pemalar keseimbangan TB dikira berdasarkan tekanan separa setiap bahan & hasil TB

           

Oleh kerana:              P V   =   n R T

 

Kembali ke atas...

 

5.2.1   Manipulasi Konsep dan Hukum Keseimbangan Kimia

 

Konsep & Hukum Keseimbangan Kimia boleh dimanipulasikan secara matematik amnya 3 cara:

  • Penambahan Persamaan TB utk memberi TB Keseimbangan Gabungan
  • Menyongsangkan Persamaan Keseimbangan
  • Menggandakan Persamaan Keseimbangan (dengan koefisien tertentu)

 

1.        Menyongsangkan Persamaan Keseimbangan

Perhatikan bahawa;

Tetapi jika arah TB ini diterbalikkan, persamaan TB Berbalik yang baru adalah songsang kepada persamaan keseimbangan yang asalnya. Oleh itu, nilai pemalar keseimbangannya, Kc, turut disongsangkan.

 

2.        Menggandakan Persamaan Keseimbangan (dengan koefisien tertentu)

Jika koefisyen persamaan TB digandakan, pemalar keseimbangannya, Kc, turut akan bertambah sebanyak kuasa yang bersamaan gandaan koefisyen.

 

3.        Penambahan Persamaan TB utk memberi TB Keseimbangan Gabungan

Adakalanya suatu persamaan TB merupakan terbitan dua atau lebih persamaan TB yang lain. Dalam kes yang sedemikian, nilai pemalar kadar, Kc, boleh dikira.

Apa persamaan ditambahkan, nilai-nilai Kc-nya didarabkan.

 

 

Kembali ke atas...

 

5.2.2 Signifikan Magnitud Pemalar Keseimbangan, K.

 

Tidak kira sama ada pamalar Keseimbangan sesuatu TB itu Kc atau Kp, nilai/magnitud nilainya menunjukkan sejauh mana TB tersebut akan berlanjutan sebelum Keseimbangan Dinamik tercapai.

 

Misalnya;

 

Ini menunjukkan bahawa pada Keseimbangan Dinamik, hampir semua atom H dan O dalam sistem berada dalam bentuk molekul H2O.

 

Ini menunjukkan TB antara H2 dan O2 hampir-hampir lengkap (sebenarnya dianggap sebagai lengkap dan TB dianggap sebagai TB sehala!).

 

Bagi TB antara N2 dan O2 untuk menghasilkan NO pula;

 

Ini menunjukkan bahawa pada Keseimbangan Dinamik, hampir semua atom N dan O dalam sistem berada dalam bentuk molekul N2 dan O2.

 

Ini menunjukkan bahawa pada Keseimbangan Dinamik, hampir semua atom N dan O dalam sistem berada dalam bentuk molekul N2 dan O2.

 

Ini menunjukkan TB antara N2 dan O2 amat kurang cenderung berlaku (sebenarnya dianggap TB ini tidak berlaku!).

Ringkasnya:

 

Nilai Pemalar Keseimbangan, Kc @ Kp

Maksudnya...

SANGAT BESAR

TB mencapai  pada di mana keadaan hampir kesemua Reaktan HABIS berTB.

Kuantiti Reaktan TB < Kuantiti Hasil

pada

≈ 1

TB mencapai  pada keadaan di mana kuantiti Reaktan HAMPIR SAMA dengan kuantiti Hasil yang terbentuk.

Kuantiti Hasil TB ≈ Kuantiti Reaktan

pada

SANGAT KECIL

TB mencapai  pada di mana keadaan hampir kesemua Reaktan TIDAK berTB.

Kuantiti Reaktan TB > Kuantiti Hasil

pada

 

                 

Kembali ke atas...

 

5.3  HUKUM KESEIMBANGAN BAGI SISTEM HETEROGEN

 

(Sistem Heterogen bermaksud tindakbalas yg berlaku di mana BUKAN SEMUA bahan & hasil TB berada dalam fasa yg sama   à BUKAN homogen, iaitu TB HETEROGEN)

contoh:

2 NaHCO3 (p)      Na2CO3 (s)  +  H2O (c)   +   CO2 (g)

 

Persamaan Keseimbangan Kimia:

 

Kc =

[Na2CO3 (s) ]  [H2O (c) ]  [CO2 (g) ]

[ NaHCO3 (p) ]2

 

Tetapi bagimanakah kita boleh mengira kepekatan sesuatu substrat pepejal seperti Na2CO3 & NaHCO3 , serta kepekatan sesuatu cecair seperti H2O?

 

Oleh kerana ketumpatan sesuatu substrat (tulen) berkadar terus dengan kepekatannya.

Oleh itu, kepekatan bagi apa jua sebatian dalam keadaan pepejal atau cecair yang tulen adalah MALAR.

 

           

Kembali ke atas...

 

5.4  RAMALAN ARAH TINDAKBALAS

 

Magnitud Pemalar Keseimbangan (Ulangkaji)

 

Nilai Kp & Kc boleh jadi sgt kecil atau sgt besar.

 

Nilai / magnitud pemalar ini memberi kita  maklumat penting mengenai TB & campuran substrat pd keseimbangan.

Ringkasnya:

 

Jika dicampurkan 2.00 mol H2, 1.00 mol N2 dan 2.00 mol NH3 dalam sebuah bekas berisipadu 1.00 L pada 472oC,

 

Bolehkah N2 & H2 berTB utk menghasilkan NH3? (Nilai Kc = 0.105)

 

 

Atau adakah yg sebaliknya berlaku... adakah NH3 akan mengurai utk menghasilkan N2 & H2? Apa arah TB? Ke kiri atau ke kanan?

 

Untuk meramal arah TB, kita kira KUOTEN TINDAKBALAS, Q

 

a A     +    b B          y Y     +     z Z

 

    Q  =

[ Y ]y   [ Z ]z

 

[ A ]a   [ B ]b

 

(NOTA:  [ hasil ] & [ bahan ] yg di kira adalah nilai SEBELUM TB berlaku!)

 

Apabila nilai   Q  =  Kc,  keseimbangan TB dicapai

 

           

Kembali ke atas...


RUJUKAN:

 

Brady, J.E., Holum, J.R. (1993).  Chemistry: The Study of Matter and Its Changes, Wiley, N.Y.

 

Chang, R. (2002). Chemistry, McGraw-Hill, (7th edition), Singapore.

 


|| 1 || 2 || 3 || 4 || 5 | 5.1 | 5.2 | 5.3 | 5.4 | 5.5 | 5.6 || 6 || 7 ||


|| || SUKATAN | NOTA | LATIHAN TAMBAHAN | KUIZ | UJIAN PERTENGAHAN SEMESTER ||