THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM

Keseimbangan Termodinamika

Keseimbangan termodinamika pada konsep penting terdiri dari beberapa sub bab meliputi :

1.  Hukum Termodinamika yakni hukum termodinamika yang telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi. Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan. Fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua menyatakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Hukum ketiga memungkinkan kita menentukan nilai entropi mutlak.
2.  Energi Bebas Gibbs, membantu kita menentukan kespontanan suatu reaksi dengan memfokuskan hanya pada sistem. Perubahan energi bebas Gibbs untuk suatu proses terdiri atas dua suku yakni perubahan entalpi dan perubahan entropi dikalikan suhu. Pada suhu dan tekanan tetap, penurunan energi bebas Gibbs menandakan terjadinya reaksi spontan. Perubahan energi-bebas Gibbs standar dapat dikaitkan dengan konstanta kesetimbangan reaksi.
3.  Termodinamika dalam Sistem Biologis, banyak reaksi yang memiliki pengaruh biologis yang signifikan merupakan reaksi nonspontan. Jika, dengan bantuan enzim, reaksi semacam ini digandengkan dengan reaksi yang memiliki perubahan energi-bebas Gibbs negatif, reaksi bersihnya akan bisa terjadi dan produk yang diinginkan bisa diperoleh.

       I.            Hukum Termodinamika

Suatu reaksi akan terjadi atau tidak ketika sejumlah pereaksi dicampur pada sekumpulan kondisi  tertentu (misalnya, pada suhu, tekanan, dan konsentrasi tertentu). Reaksi yang sesungguhnya terjadi pada kondisi-kondisi tersebut dinamakan reaksi spontan. Jika reaksinya tidak terjadi, dinamakan sebagi reaksi nonspontan. Melihat proses fisika dan proses kimia spontan setiap hari, termasuk beragam contoh dibawah ini :

a)      Air terjun bergerak ke bawah, tidak pernah ke atas secara spontan.

b)      Sebongkah gula secara spontan larut dalam secangkir kopi, tetapi gula yang terlarut tidak pernah spontan muncul kembali dalam bentuk aslinya.

c)      Udara membeku secara spontan di bawah 0ºC, dan es meleleh secara spontan di atas 0ºC (pada 1 atm).

d)     Besi yang terkena air dan oksigen membentuk karat, tetapi karat tidak spontan berubah menjadi besi kembali.

Keseimbangan termodinamika hubungannya sangat erat antara Hukum pertama termodinamika dan Hukum kedua termodinamika. Hukum pertama menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan, hanya dapat diubah. Hukum kedua menyatakan bahwa sifat alami dari adiabatik, sistem adiabatik, nilai entropi berubah sampai titik kesetimbangan tercapai. Hubungan keduanya ini inti dari kesetimbangan kimia.

Keseimbangan kimia tidak terjadi reaksi sistem maupun balik, konsentrasi  antara reaktan dan produk seimbang. Tidak terjadi lagi pergerakan materi baik melalui difusi atau kelarutan. Keseimbangan mekanika merupakan suatu keadaan dimana tidak ada lagi gaya yang tidak setimbanng antara sistem dan lingkungan di dalam sistem itu sendiri. Keduanya haruslah sama besar gayanya. Salah satu dari gaya adalah tekanan. Ketika dikatakan setimbang suatu reaksi, reaksi tersebut dapat bergeser dan menjadi tidak setimbang yang dipengaruhi oleh lingkungannya. Keseimbangan termal merupakan dimana temperatur/suhu dalam sistem atau antara sisten dan lingkungannya sama. Tidak ada lagi pergerakan dari energi dalam bentuk kalor ke dalam ataupun keluar. Dapat terjadi ketika suhu makroskopis yang kita amati sudah berhenti atau tidak terjadi perubahan terhadap waktu. Ketika suhunya stabil distribusi makro suhunya sama dan berada pada kesetimbangan termal, sebagai contoh polusi termal.

    II.            Energi Bebas Gibbs

Energi Bebas Gibbs adalah salah satu dari parameter termodinamika yang menyatakan apakah kelangsungan suatu reaksi terjadi secara spontan atau tidak spontan.

Energi bebas suatu sistem adalah selisih entalpi dengan temperatur yang di kalikan dengan entropi.

G = H – TS

Sehingga perubahan energi bebas pada suhu konstan adalah ;

ΔG = ΔH – TΔS

Dan pada keadaan standar, energi bebas dapat di hitung dengan persamaan ;

ΔG⁰ = ΔH⁰ – TΔS⁰

Energi bebas dalam keadaan standar telah di ukur untuk setiap senyawa dan telah di tabulasikan secara global sehingga perubahan energi gibbs (ΔG) suatu reaksi anorganik, dapat di hitung dengan rumus :

            ΔG⁰= Σ ΔG_f⁰_produk - Σ ΔG_f⁰_reaktan

Dari persamaan tersebut dapat di ketahui hal-hal seperti berikut ;

ΔG  < 0, reaksi berjalan secara spontan

ΔG  > 0, reaksi berjalan tidak spontan

ΔG = 0 , reaksi dalam keadaan setimbang

Tabel hubungan ΔH, ΔS, ΔG dengan kelangsungan reaksi anorganik :

ΔH	ΔS	ΔG	Kelangsungan reaksi
< 0	> 0	< 0	Reaksi akan berlangsung secara spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai negatif
> 0	< 0	> 0	Reaksi akan berlangsung secara tidak spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai positif

Hubungan energi bebas dengan konstanta kesetimbangan :

ΔG = ΔG⁰ + RT ln K

Di mana ;

ΔG      = energi bebas pada kondisi tertentu

ΔG⁰       = energi bebas pada kondisi standar

R         = Tetapan gas ideal = 8.314 J/mol-K

T          = Temperatur (K)

K         = Tetapan kesetimbangan

Saat kesetimbangan, ΔG = 0 maka persamaan menjadi :

ΔG⁰= - RT ln K

Dengan hubungan :

·         Jika ΔG⁰ negatif, K > 1 maka reaksi akan berlangsung spontan

·         Jika ΔG⁰ positif, K < 1 maka reaksi akan berlangsung tidak spontan

 III.            Termodinamika dalam Sistem Biologis

Banyak reaksi biokimia yang nonspontan (memiliki nilai ∆Gº positif), namun reaksi-reaksi tersebut sangat diperlukan demi berlangsungnya kehidupan. Dalam sitem biologis, reaksi seperti ini digandeng dengan suatu proses yang ditinjau dari energinya terjadi dengan spontan, yakni yang nilai ∆Gº-nya negatif. Reaksi ini didasarkan pada satu konsep sederhana, kita dapat menggunakan reaksi yang secara termodinamika mudah terjadi agar reaksi yang sulit terjadi bisa terjadi. 

TUGAS KESETIMBANGAN KIMIA HABIBATUN NADHIFAH 15630116/KIMIA C