Potensial Kimia dan Kesetimbangan

Potensial kimia mengukur bagaimana energi bebas suatu sistem berubah ketika materi ditambahkan, dan menyamakan potensial kimia reaktan dan produk menentukan posisi kesetimbangan kimia.

Definition

Potensial kimia adalah energi bebas Gibbs molar parsial suatu spesies, dan kesetimbangan kimia adalah keadaan di mana total energi Gibbs diminimalkan sehingga potensial kimia reaktan dan produk yang terbobot adalah sama.

Scope

Topik ini mencakup potensial kimia sebagai energi Gibbs molar parsial, ketergantungannya pada suhu, tekanan, dan komposisi melalui aktivitas dan fugasitas, serta perannya sebagai gaya pendorong untuk reaksi dan perubahan fasa. Topik ini mengembangkan kondisi kesetimbangan untuk suatu reaksi, hubungan antara energi Gibbs reaksi standar dan konstanta kesetimbangan, serta respons kesetimbangan terhadap perubahan kondisi melalui prinsip Le Chatelier dan persamaan van't Hoff. Pengukuran kalorimetri dari energetika yang mendasari dibahas dalam topik terpisah.

Core questions

• Bagaimana potensial kimia suatu spesies bergantung pada aktivitas atau tekanan parsialnya?
• Mengapa kesetimbangan tercapai ketika energi Gibbs reaksi, bukan energi Gibbs standar, adalah nol?
• Bagaimana konstanta kesetimbangan bergantung pada suhu melalui persamaan van't Hoff?
• Bagaimana prinsip Le Chatelier memprediksi respons kesetimbangan terhadap gangguan?

Key concepts

• Potensial kimia dan kuantitas molar parsial
• Aktivitas, fugasitas, dan keadaan standar
• Konstanta kesetimbangan dan hasil bagi reaksi
• Persamaan van't Hoff dan ketergantungan suhu
• Prinsip Le Chatelier

Key theories

Konstanta kesetimbangan dari energi Gibbs reaksi

Energi Gibbs reaksi adalah kemiringan total energi Gibbs sepanjang koordinat reaksi; menyamakannya dengan nol memberikan kondisi kesetimbangan dan hubungan antara energi Gibbs reaksi standar dan konstanta kesetimbangan.

Ketergantungan suhu melalui persamaan van't Hoff

Variasi konstanta kesetimbangan dengan suhu diatur oleh entalpi reaksi standar, sehingga kesetimbangan eksotermik bergeser ke arah produk saat pendinginan dan kesetimbangan endotermik saat pemanasan.

Clinical relevance

Potensial kimia dan kesetimbangan mengontrol hasil sintesis industri seperti proses Haber-Bosch, kelarutan dan partisi obat-obatan dan polutan, kesetimbangan asam-basa dan kompleksasi dalam larutan, serta energetika reaksi berpasangan dalam metabolisme.

History

Gibbs memperkenalkan potensial kimia pada tahun 1870-an; van't Hoff menghubungkan konstanta kesetimbangan dengan termodinamika melalui isokornya pada tahun 1880-an, dan Lewis kemudian memperkenalkan aktivitas dan fugasitas untuk memperluas perlakuan secara ketat ke larutan dan gas nyata, non-ideal.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Jacobus Henricus van't Hoff
• Gilbert N. Lewis

Seminal works

• atkins2018
• levine2009

Frequently asked questions

Mengapa aktivitas digunakan sebagai pengganti konsentrasi dalam ekspresi kesetimbangan?

Dalam larutan dan gas non-ideal, molekul berinteraksi sehingga ketersediaan efektif berbeda dari konsentrasi atau tekanan nominal; aktivitas adalah kuantitas yang dikoreksi secara termodinamika yang mengembalikan bentuk sederhana konstanta kesetimbangan untuk sistem nyata.

Apakah katalis mengubah posisi kesetimbangan?

Tidak. Katalis mempercepat pencapaian kesetimbangan dengan menurunkan hambatan aktivasi di kedua arah secara setara, tetapi tidak mengubah konstanta kesetimbangan dan komposisi kesetimbangan akhir karena ini ditentukan oleh termodinamika, bukan kinetika.