HUKUM AKSI MASSA: APLIKASI, CONTOH - KIMIA - 2025

The hukum aksi massa menetapkan hubungan antara massa aktif reaktan dan produk, di bawah kondisi keseimbangan dan dalam sistem homogen (solusi atau fase gas). Ini dirumuskan oleh ilmuwan Norwegia CM Guldberg dan P. Waage, yang mengakui bahwa keseimbangan itu dinamis dan tidak statis.

Mengapa dinamis? Karena laju reaksi maju dan mundur sama. Massa aktif biasanya dinyatakan dalam mol / L (molaritas). Reaksi seperti itu dapat dituliskan seperti ini: aA + bB <=> cC + dD. Untuk kesetimbangan yang dikutip dalam contoh ini, hubungan antara reaktan dan produk diilustrasikan dalam persamaan pada gambar di bawah.

K selalu konstan, terlepas dari konsentrasi awal zat, selama suhunya tidak bervariasi. Di sini A, B, C dan D adalah reaktan dan produk; sedangkan a, b, c dan d adalah koefisien stoikiometri mereka.

Nilai numerik K adalah konstanta karakteristik untuk setiap reaksi pada suhu tertentu. Jadi, K inilah yang disebut dengan konstanta kesetimbangan.

Notasi ini berarti bahwa dalam ekspresi matematika konsentrasi muncul dalam satuan mol / L, yang dipangkatkan dengan koefisien reaksi.

Apa hukum aksi massa?

Seperti disebutkan sebelumnya, hukum aksi massa menyatakan bahwa kecepatan reaksi yang diberikan berbanding lurus dengan produk konsentrasi spesi reaktan, di mana konsentrasi tiap spesi dinaikkan ke pangkat yang sama dengan koefisiennya stoikiometri dalam persamaan kimia.

Dalam pengertian ini, dapat dijelaskan lebih baik dengan memiliki reaksi yang dapat dibalik, persamaan umumnya diilustrasikan di bawah ini:

aA + bB ↔ cC + dD

Dimana A dan B mewakili reaktan dan zat bernama C dan D mewakili produk reaksi. Begitu juga nilai a, b, c dan d masing-masing mewakili koefisien stoikiometri dari A, B, C dan D.

Berangkat dari persamaan sebelumnya diperoleh konstanta kesetimbangan yang disebutkan sebelumnya, yang digambarkan sebagai:

K = ^{c d} / ^{a b}

Di mana konstanta kesetimbangan K sama dengan hasil bagi, di mana pembilangnya terdiri dari perkalian konsentrasi produk (dalam keadaan kesetimbangan) yang dinaikkan ke koefisiennya dalam persamaan seimbang dan penyebutnya terdiri dari perkalian serupa tetapi di antara reaktan dinaikkan ke koefisien yang menyertainya.

Arti dari konstanta kesetimbangan

Perlu dicatat bahwa konsentrasi kesetimbangan spesies harus digunakan dalam persamaan untuk menghitung konstanta kesetimbangan, selama tidak ada modifikasi terhadap hal ini atau pada suhu sistem.

Dengan cara yang sama, nilai konstanta kesetimbangan memberikan informasi tentang arah yang disukai dalam reaksi pada kesetimbangan, yaitu, menunjukkan apakah reaksi tersebut menguntungkan terhadap reaktan atau produk.

Jika besaran konstanta ini lebih besar dari satu (K »1), kesetimbangan akan bergeser ke kanan dan mendukung hasil kali; Sedangkan jika besar konstanta ini lebih kecil dari satu (K «1), kesetimbangan akan bergeser ke kiri dan mendukung reaktan.

Demikian juga, meskipun menurut konvensi diindikasikan bahwa zat di sisi kiri panah adalah reaktan dan di sisi kanan adalah produk, dapat sedikit membingungkan bahwa reaktan yang berasal dari reaksi di Pengertian langsung menjadi produk dalam reaksi secara terbalik dan sebaliknya.

Neraca kimiawi

Reaksi sering mencapai keseimbangan antara jumlah zat awal dan produk yang terbentuk. Keseimbangan ini juga dapat bergeser ke arah kenaikan atau penurunan salah satu zat yang berperan dalam reaksi.

Fakta serupa terjadi dalam disosiasi zat terlarut: selama reaksi, hilangnya zat awal dan pembentukan produk dapat diamati secara eksperimental dengan kecepatan variabel.

Laju reaksi sangat bergantung pada suhu dan tingkat konsentrasi reaktan yang bervariasi. Faktanya, faktor-faktor ini dipelajari terutama oleh kinetika kimia.

Namun, kesetimbangan ini tidak statis, tetapi berasal dari koeksistensi reaksi langsung dan terbalik.

Dalam reaksi langsung (->) produk terbentuk, sedangkan pada reaksi terbalik (<-) produk menghasilkan kembali zat awal.

Ini merupakan apa yang dikenal sebagai ekuilibrium dinamis, yang disebutkan di atas.

Ekuilibrium dalam sistem heterogen

Dalam sistem heterogen -yaitu, dalam sistem yang dibentuk oleh beberapa fase- konsentrasi padatan dapat dianggap konstan, menghilangkan ekspresi matematika untuk K.

CaCO ₃ (s) <=> CaO (s) + CO ₂ (g)

Jadi, dalam kesetimbangan dekomposisi kalsium karbonat, konsentrasinya dan oksida yang dihasilkan dapat dianggap konstan terlepas dari massanya.

Pergeseran keseimbangan

Nilai numerik dari konstanta kesetimbangan menentukan apakah suatu reaksi mendukung pembentukan produk atau tidak. Ketika K lebih besar dari 1, sistem kesetimbangan akan memiliki konsentrasi produk yang lebih tinggi daripada reaktan, dan jika K kurang dari 1, hal sebaliknya terjadi: dalam kesetimbangan akan ada konsentrasi reaktan yang lebih besar daripada produk.

Prinsip Le Chatelier

Pengaruh variasi konsentrasi, suhu dan tekanan dapat mengubah laju reaksi.

Misalnya, jika produk gas terbentuk dalam suatu reaksi, peningkatan tekanan pada sistem menyebabkan reaksi berjalan berlawanan arah (menuju reaktan).

Secara umum, reaksi anorganik yang terjadi antar ion berlangsung sangat cepat, sedangkan reaksi organik memiliki kecepatan yang jauh lebih rendah.

Jika panas dihasilkan dalam suatu reaksi, kenaikan suhu luar cenderung mengarahkannya ke arah yang berlawanan, karena reaksi sebaliknya adalah endotermik (menyerap panas).

Demikian juga, jika kelebihan disebabkan di salah satu reaktan dalam sistem dalam kesetimbangan, zat lain akan membentuk produk untuk menetralkan modifikasi tersebut secara maksimal.

Akibatnya, kesetimbangan bergeser ke satu arah atau yang lain dengan meningkatkan laju reaksi, sedemikian rupa sehingga nilai K tetap konstan.

Semua pengaruh eksternal ini dan respons keseimbangan untuk menanganinya inilah yang dikenal sebagai prinsip Le Chatelier.

Aplikasi

Terlepas dari kegunaannya yang sangat besar, ketika undang-undang ini diajukan, ia tidak memiliki dampak atau relevansi yang diinginkan dalam komunitas ilmiah.

Namun, dari abad kedua puluh itu menjadi terkenal berkat fakta bahwa ilmuwan Inggris William Esson dan Vernon Harcourt mengambilnya lagi beberapa dekade setelah diundangkan.

Hukum aksi massa memiliki banyak penerapan dari waktu ke waktu, beberapa di antaranya adalah sebagai berikut:

• Karena diformulasikan dalam istilah aktivitas daripada konsentrasi, maka berguna untuk menentukan penyimpangan dari perilaku ideal reaktan dalam suatu larutan, asalkan konsisten dengan termodinamika.
• Saat reaksi mendekati kesetimbangan, hubungan antara laju bersih reaksi dan energi bebas Gibbs sesaat dari suatu reaksi dapat diprediksi.
• Ketika dikombinasikan dengan prinsip kesetimbangan rinci, secara umum hukum ini memberikan nilai yang dihasilkan, menurut termodinamika, dari aktivitas dan konstanta dalam keadaan kesetimbangan, serta hubungan antara ini dan konstanta kecepatan yang dihasilkan reaksi dalam arah maju dan mundur.
• Jika reaksi berjenis elementer, penerapan hukum ini diperoleh persamaan kesetimbangan yang sesuai untuk reaksi kimia tertentu dan ekspresi kecepatannya.

Contoh hukum aksi massa

-Ketika mempelajari reaksi ireversibel antara ion yang ditemukan dalam larutan, ekspresi umum hukum ini mengarah ke formulasi Brönsted-Bjerrum, yang menetapkan hubungan antara kekuatan ionik spesies dan konstanta laju .

-Ketika menganalisis reaksi yang dilakukan dalam larutan ideal encer atau dalam keadaan agregasi gas, ekspresi umum hukum asli (dekade 80-an) diperoleh.

-Karena memiliki karakteristik universal, ekspresi umum hukum ini dapat digunakan sebagai bagian dari kinetika alih-alih melihatnya sebagai bagian dari termodinamika.

-Ketika digunakan dalam elektronik, hukum ini digunakan untuk menentukan bahwa perkalian antara kerapatan lubang dan elektron dari permukaan tertentu memiliki besaran konstan dalam keadaan kesetimbangan, bahkan terlepas dari doping yang disuplai ke material. .

-Penggunaan hukum ini untuk menggambarkan dinamika antara predator dan mangsa sudah banyak diketahui, dengan asumsi bahwa hubungan predasi pada mangsa menyajikan proporsi tertentu dengan hubungan antara predator dan mangsa.

-Dalam bidang studi kesehatan, undang-undang ini bahkan dapat diterapkan untuk menggambarkan faktor-faktor tertentu dari perilaku manusia, dari sudut pandang politik dan sosial.

Hukum Aksi Massa dalam Farmakologi

Dengan asumsi bahwa D adalah obat dan R adalah reseptor yang bekerja, keduanya bereaksi untuk menghasilkan kompleks DR, yang bertanggung jawab atas efek farmakologis:

K = /

K adalah konstanta disosiasi. Ada reaksi langsung di mana obat bekerja pada reseptor, dan reaksi lain di mana kompleks DR berdisosiasi menjadi senyawa aslinya. Setiap reaksi memiliki kecepatannya sendiri, hanya menyamakan dirinya pada kesetimbangan, dengan K. terpenuhi.

Mengartikan hukum massa terhadap huruf tersebut, semakin tinggi konsentrasi D maka semakin tinggi konsentrasi kompleks DR yang terbentuk.

Namun, penerima total Rt memiliki batas fisik, jadi tidak ada jumlah R yang tidak terbatas untuk semua D. Demikian pula, studi eksperimental di bidang farmakologi telah menemukan batasan berikut pada hukum massa di bidang ini:

- Ini mengasumsikan bahwa tautan RD dapat dibalik, padahal dalam banyak kasus sebenarnya tidak.

- Ikatan RD secara struktural dapat mengubah salah satu dari dua komponen (obat atau reseptor), suatu keadaan yang tidak dipertimbangkan oleh hukum massa.

- Lebih jauh lagi, hukum massa menjadi tidak berarti jika menghadapi reaksi di mana banyak perantara campur tangan dalam pembentukan RD.

Batasan

Hukum aksi massa mengasumsikan bahwa setiap reaksi kimia adalah unsur; dengan kata lain, bahwa molekulnya sama dengan orde reaksi masing-masing untuk setiap spesies yang terlibat.

Di sini koefisien stoikiometri a, b, c, dan d dianggap sebagai jumlah molekul yang terlibat dalam mekanisme reaksi. Namun, dalam reaksi global, ini tidak selalu sesuai dengan pesanan Anda.

Misalnya, untuk reaksi aA + bB <=> cC + dD:

Ekspresi kecepatan untuk reaksi langsung dan invers adalah:

Ini hanya berlaku untuk reaksi elementer, karena untuk reaksi global, meskipun koefisien stoikiometri benar, mereka tidak selalu orde reaksi. Dalam kasus reaksi langsung, yang terakhir bisa jadi:

Dalam ekspresi ini w dan z akan menjadi ordo reaksi sebenarnya untuk spesies A dan B.

Referensi

1. Jeffrey Aronson. (2015, 19 November). Hukum Kehidupan: Hukum Aksi Massa Guldberg dan Waage. Diperoleh pada 10 Mei 2018, dari: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Hukum aksi massa. Diperoleh pada 10 Mei 2018, dari: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Hukum Aksi Massa dan Konstanta Kesetimbangan. Diperoleh pada 10 Mei 2018, dari: askiitians.com
4. Ensiklopedia Ilmu Pengetahuan Salvat. (1968). Kimia. Volume 9, Salvat SA dari ediciones Pamplona, ​​Spanyol. Hlm 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fisik. Dalam Termodinamika dan kesetimbangan kimia. (Edisi keempat). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev. (2018). Hukum Aksi Massa dalam Farmakodinamika. Diperoleh pada 10 Mei 2018, dari: derangedphysiology.com