KESETIMBANGAN KIMIA
Kesetimbangan kimia, kondisi selama reaksi kimia reversibel di mana tidak ada perubahan bersih dalam jumlah reaktan dan produk yang terjadi. Reaksi kimia reversibel adalah reaksi di mana produk, segera setelah terbentuk, bereaksi untuk menghasilkan reaktan asli. Pada kesetimbangan, dua reaksi yang berlawanan berlangsung dengan laju atau kecepatan yang sama, dan karenanya tidak ada perubahan bersih dalam jumlah zat yang terlibat. Pada titik ini reaksi dapat dianggap selesai; yaitu, untuk beberapa kondisi reaksi tertentu, konversi maksimum reaktan menjadi produk telah tercapai.
Kondisi yang berkaitan dengan ekuilibrium dapat diberikan formulasi kuantitatif. Misalnya, untuk reaksi bolak-balik A B + C, kecepatan reaksi ke kanan, r1, dinyatakan dengan persamaan matematika (berdasarkan hukum aksi massa) r1 = k1(A), di mana k1 adalah konstanta laju reaksi dan simbol dalam tanda kurung menyatakan konsentrasi A. Kecepatan reaksi ke kiri, r2, adalah r2 = k2(B)(C). Pada kesetimbangan, r1 = r2, oleh karena itu:
Subskrip e menyatakan kondisi pada kesetimbangan. Untuk reaksi tertentu, pada beberapa kondisi suhu dan tekanan tertentu, rasio jumlah produk dan reaktan yang ada pada kesetimbangan, masing-masing dinaikkan ke kekuatan masing-masing, adalah konstanta, yang disebut konstanta kesetimbangan reaksi dan diwakili oleh simbol K. Nilai konstanta kesetimbangan bervariasi dengan suhu dan tekanan sesuai dengan prinsip Le Chatelier.
Dengan metode mekanika statistik dan termodinamika kimia, dapat ditunjukkan bahwa tetapan kesetimbangan berhubungan dengan perubahan besaran termodinamika yang disebut energi bebas Gibbs standar yang menyertai reaksi. Energi bebas Gibbs standar dari reaksi, G, yang merupakan perbedaan antara jumlah energi bebas standar produk dan reaktan, sama dengan logaritma natural negatif dari tetapan kesetimbangan dikalikan dengan apa yang disebut konstanta gas R dan suhu mutlak T:
Persamaan memungkinkan perhitungan konstanta kesetimbangan, atau jumlah relatif produk dan reaktan yang ada pada kesetimbangan, dari nilai terukur atau turunan dari energi bebas standar zat.
Reaksi berantai, dalam kimia dan fisika, proses yang menghasilkan produk yang memulai proses lebih lanjut dari jenis yang sama, urutan yang berkelanjutan. Contoh dari kimia adalah pembakaran bahan bakar gas, pengembangan ketengikan pada lemak, "ketukan" pada mesin pembakaran internal, dan polimerisasi etilen menjadi polietilen. Contoh paling terkenal dalam fisika adalah fisi nuklir yang dibawa oleh neutron. Reaksi berantai pada umumnya sangat cepat tetapi juga sangat peka terhadap kondisi reaksi, mungkin karena zat yang mempertahankan reaksi mudah dipengaruhi oleh zat selain reaktan itu sendiri.
Reaksi berantai kimia berlangsung dengan urutan yang umumnya dibagi menjadi tiga tahap: (1) Inisiasi, di mana zat antara reaktif, yang mungkin berupa atom, ion, atau fragmen molekul netral, terbentuk, biasanya melalui aksi suatu zat. seperti cahaya, panas, atau katalis. (2) Perbanyakan, dimana zat antara bereaksi dengan reaktan asli, menghasilkan produk stabil dan zat antara lain, baik dari jenis yang sama atau berbeda; perantara baru bereaksi seperti sebelumnya, sehingga siklus berulang dimulai. (3) Pengakhiran, yang mungkin alami, seperti ketika semua reaktan telah dikonsumsi atau bejana yang berisi menyebabkan pembawa rantai bergabung kembali secepat terbentuk, tetapi lebih sering diinduksi secara sengaja dengan memasukkan zat yang disebut inhibitor atau antioksidan.
Apa yang disebut reaksi berantai bercabang adalah bentuk reaksi berantai di mana jumlah pembawa rantai meningkat di setiap propagasi. Akibatnya, reaksi berakselerasi dengan sangat cepat, terkadang diselesaikan dalam waktu kurang dari 1/1.000 detik. Kondisi ini terkadang disebut sebagai ledakan kimia.
Reaksi homogen, salah satu kelas reaksi kimia yang terjadi dalam fase tunggal (gas, cair, atau padat), salah satu dari dua kelas reaksi---homogen dan heterogen---berdasarkan keadaan fisik zat yang ada. Reaksi homogen yang paling penting adalah reaksi antara gas (misalnya, kombinasi gas rumah tangga biasa dan oksigen untuk menghasilkan nyala api) dan reaksi antara cairan atau zat yang dilarutkan dalam cairan (misalnya, reaksi antara larutan asam dan basa dalam air). . Dari sudut pandang teoretis, reaksi homogen lebih sederhana dari dua kelas reaksi karena perubahan kimia yang terjadi semata-mata bergantung pada sifat interaksi zat yang bereaksi. Bandingkan reaksi heterogen.
Prinsip reversibilitas mikroskopis, prinsip yang dirumuskan sekitar tahun 1924 oleh ilmuwan Amerika Richard C. Tolman yang memberikan gambaran dinamis tentang kondisi kesetimbangan. Kesetimbangan adalah keadaan di mana tidak ada perubahan bersih dalam beberapa sifat tertentu dari sistem fisik yang dapat diamati; misalnya, dalam reaksi kimia, tidak ada perubahan yang terjadi pada konsentrasi reaktan dan produk, meskipun kimiawan Belanda J.H. van't Hoff telah mengetahui bahwa kondisi ini dihasilkan dari persamaan laju maju dan mundur dari reaksi reversibel. Menurut prinsip reversibilitas mikroskopis, pada kesetimbangan ada aktivitas berkelanjutan pada tingkat mikroskopis (yaitu, atom atau molekuler), meskipun pada skala makroskopik (yang dapat diamati) sistem dapat dianggap diam. Tidak ada perubahan bersih yang mendukung salah satu arah, karena apa pun yang dilakukan dibatalkan dengan kecepatan yang sama. Jadi, untuk reaksi kimia pada kesetimbangan, jumlah reaktan yang diubah menjadi produk per satuan waktu sama persis dengan jumlah yang diubah menjadi reaktan (dari produk) per satuan waktu. Prinsip reversibilitas mikroskopis, bila diterapkan pada reaksi kimia yang berlangsung dalam beberapa langkah, dikenal sebagai prinsip keseimbangan rinci. Pada dasarnya, ini menyatakan bahwa pada kesetimbangan setiap reaksi individu terjadi sedemikian rupa sehingga laju maju dan mundur sama.