Tabel ICE dan Hubungan Kp-Kc: Cara Mengerjakan Soal Kesetimbangan

Soal kesetimbangan hampir selalu bisa dikerjakan dengan tiga langkah: susun tabel ICE (Initial, Change, Equilibrium) dalam satu variabel $x$, masukkan konsentrasi setimbang ke rumus $K_c$, lalu ubah ke $K_p$ dengan $K_p=K_c(RT{)}^{\Delta n}$ kalau diminta. Hubungan Kp dan Kc ini sering salah bukan karena rumusnya sulit, tapi karena $\Delta n$ dihitung dari semua zat, padahal hanya gas yang dihitung. Di bawah ini ada contoh soal disosiasi PCl₅ yang dikerjakan penuh, termasuk dua jebakan yang paling sering bikin nilai kuis berkurang.

#Apa isi tabel ICE dan kenapa cukup satu variabel x?

Tabel ICE punya tiga baris:

1. I (Initial): konsentrasi atau mol awal tiap zat.
2. C (Change): perubahan selama reaksi menuju setimbang, ditulis dengan $x$ dikali koefisien reaksi.
3. E (Equilibrium): baris I ditambah baris C.

Kuncinya ada di baris C. Semua perubahan terikat oleh stoikiometri, jadi kamu tidak butuh $x$, $y$, dan $z$ terpisah. Untuk reaksi ${\text{PCl}}_5\rightleftharpoons {\text{PCl}}_3+{\text{Cl}}_2$, kalau PCl₅ berkurang $x$, maka PCl₃ dan Cl₂ masing-masing bertambah $x$. Untuk reaksi ${\text{N}}_2+3{\text{H}}_2\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3$, perubahannya $-x$, $-3x$, dan $+2x$. Tandanya mengikuti arah reaksi: pereaksi berkurang, produk bertambah. Kalau awalnya hanya ada produk, arahnya terbalik.

#Contoh soal disosiasi PCl₅: dari derajat disosiasi ke Kc

Soal: sebanyak 0,40 mol PCl₅ dimasukkan ke wadah tertutup 2,00 L lalu dipanaskan sampai 250 °C. Saat setimbang, derajat disosiasi PCl₅ adalah 0,25. Hitung $K_c$ dan $K_p$ pada suhu itu.

Langkah 1, ubah derajat disosiasi menjadi mol yang terurai. Derajat disosiasi $\alpha$ adalah fraksi zat awal yang terurai:

$\alpha =\frac{\text{mol terurai}}{\text{mol awal}}\Rightarrow \text{mol terurai}=\mathrm{0,25}\times \mathrm{0,40}=\mathrm{0,10}\text{ mol}$

Langkah 2, isi tabel ICE dalam mol.

Langkah 3, hitung Kc dari konsentrasi, bukan dari mol.

$K_c=\frac{\left[{\text{PCl}}_3\right]\left[{\text{Cl}}_2\right]}{\left[{\text{PCl}}_5\right]}=\frac{\left(\mathrm{0,050}\right)\left(\mathrm{0,050}\right)}{\mathrm{0,150}}=\frac{\mathrm{0,0025}}{\mathrm{0,150}}=\mathrm{0,0167}$

Tabel ICE boleh diisi dalam mol karena volumenya sama untuk semua zat. Yang tidak boleh adalah memasukkan mol itu langsung ke rumus Kc. Bagi dulu dengan volume.

#Bagaimana mengubah Kc ke Kp dengan Kp = Kc(RT)^Δn?

Rumusnya:

$K_p=K_c(RT{)}^{\Delta n},\Delta n=(\text{koefisien gas produk})-(\text{koefisien gas pereaksi})$

Untuk PCl₅, ketiga zat berwujud gas pada 250 °C, jadi $\Delta n=(1+1)-1=1$. Suhu wajib dalam kelvin: $T=250+273=523$ K. Karena $K_p$ di sini dinyatakan dalam atm, pakai $R=\mathrm{0,0821}$ L·atm/(mol·K).

$RT=\mathrm{0,0821}\times 523=\mathrm{42,94}$ $K_p=\mathrm{0,0167}\times (\mathrm{42,94}{)}^1=\mathrm{0,716}$

Kamu bisa mengecek angka ini lewat jalur lain, yaitu tekanan parsial. Dengan $P=nRT/V$, tekanan parsial PCl₅ adalah $\mathrm{0,30}\times \mathrm{42,94}/\mathrm{2,00}=\mathrm{6,44}$ atm, sedangkan PCl₃ dan Cl₂ masing-masing $\mathrm{0,10}\times \mathrm{42,94}/\mathrm{2,00}=\mathrm{2,15}$ atm. Maka $K_p=(\mathrm{2,15}{)}^2/\mathrm{6,44}=\mathrm{0,716}$. Dua jalur memberi hasil yang sama, jadi perhitungannya konsisten.

#Kenapa Δn hanya menghitung zat berwujud gas?

Padatan murni dan cairan murni tidak masuk ke ungkapan K sama sekali, karena "konsentrasinya" praktis tetap. Akibatnya, koefisien mereka juga tidak ikut dalam $\Delta n$. Beberapa contoh:

Baris CaCO₃ adalah yang paling sering salah. Kalau kamu ikut menghitung CaCO₃ dan CaO, $\Delta n$ jadi $(1+1)-1=1$ juga, kebetulan sama. Tapi pada reaksi $\text{C}\left(s\right)+{\text{CO}}_2\left(g\right)\rightleftharpoons 2\text{CO}\left(g\right)$, menghitung karbon padat memberi $\Delta n=0$, padahal yang benar 1.

Untuk $\Delta n$ negatif, pangkat negatif artinya membagi. Misalnya kalau sebuah soal memberi $K_c=\mathrm{0,50}$ untuk sintesis amonia pada 500 K, maka $K_p=\mathrm{0,50}/(\mathrm{0,0821}\times 500{)}^2=\mathrm{0,50}/(\mathrm{41,05}{)}^2=\mathrm{2,97}\times {10}^{-4}$.

#Kapan boleh pakai aturan 5 persen dan kapan wajib rumus kuadrat?

Soal kebalikan dari contoh tadi biasanya begini: K diketahui, konsentrasi setimbang dicari. Persamaannya sering berbentuk $\frac{x^2}{c-x}=K$. Kalau $K$ jauh lebih kecil dari $c$, kamu boleh menganggap $c-x\approx c$ sehingga $x\approx \sqrt{Kc}$. Syaratnya: setelah dihitung, $x$ harus kurang dari 5 persen dari $c$. Kalau lebih, pendekatannya gagal dan kamu wajib menyelesaikan persamaan kuadrat.

Kasus lolos. Reaksi umum $\text{A}\rightleftharpoons \text{B}+\text{C}$ dengan $K_c=\mathrm{1,0}\times {10}^{-5}$ dan $[\text{A}{]}_0=\mathrm{0,50}$ M. Pendekatan memberi $x=\sqrt{(\mathrm{1,0}\times {10}^{-5})\left(\mathrm{0,50}\right)}=\mathrm{2,24}\times {10}^{-3}$ M. Persentasenya $\mathrm{2,24}\times {10}^{-3}/\mathrm{0,50}=\mathrm{0,45}\%$, jauh di bawah 5 persen. Rumus kuadrat memberi $\mathrm{2,23}\times {10}^{-3}$ M, praktis sama.

Kasus gagal, masih dengan PCl₅. Pada suhu yang sama ($K_c=\mathrm{0,0167}$), sekarang hanya 0,10 mol PCl₅ dimasukkan ke wadah 2,00 L, jadi $[{\text{PCl}}_5{]}_0=\mathrm{0,050}$ M.

$\frac{x^2}{\mathrm{0,050}-x}=\mathrm{0,0167}$

Pendekatan memberi $x\approx \sqrt{\mathrm{0,0167}\times \mathrm{0,050}}=\mathrm{0,0289}$ M. Itu 58 persen dari 0,050, jelas gagal. Susun ulang menjadi bentuk kuadrat:

$x^2+\mathrm{0,0167}x-\mathrm{0,000835}=0$ $x=\frac{-\mathrm{0,0167}+\sqrt{(\mathrm{0,0167}{)}^2+4(\mathrm{0,000835})}}{2}=\frac{-\mathrm{0,0167}+\sqrt{\mathrm{0,003619}}}{2}=\frac{-\mathrm{0,0167}+\mathrm{0,06016}}{2}=\mathrm{0,0217}\text{ M}$

Akar negatif dibuang karena konsentrasi tidak mungkin negatif. Hasil setimbang: $\left[{\text{PCl}}_3\right]=\left[{\text{Cl}}_2\right]=\mathrm{0,0217}$ M dan $\left[{\text{PCl}}_5\right]=\mathrm{0,0283}$ M. Cek balik: $(\mathrm{0,0217}{)}^2/\mathrm{0,0283}=\mathrm{0,0166}$, cocok dengan K (selisihnya hanya pembulatan).

Perhatikan derajat disosiasinya. Di soal pertama (0,200 M) $\alpha =25\%$, sedangkan di sini (0,050 M) $\alpha =\mathrm{0,0217}/\mathrm{0,050}=43\%$. Wadah yang lebih encer mendorong kesetimbangan ke arah jumlah mol gas yang lebih banyak, sesuai asas Le Chatelier. Kalau kamu memakai pendekatan akar, kamu akan mendapat 58 persen dan kehilangan pola ini.

#Kesalahan yang paling sering di soal Kp dan Kc

1. Memasukkan mol ke Kc. Di soal PCl₅ tadi, memakai mol langsung memberi $\left(\mathrm{0,10}\right)\left(\mathrm{0,10}\right)/\mathrm{0,30}=\mathrm{0,0333}$, dua kali lipat jawaban benar. Faktor salahnya persis sama dengan volume wadah (2,00 L). Kesalahan ini tidak kelihatan kalau volumenya kebetulan 1 L, makanya dosen suka memakai 2 L atau 500 mL.
2. Suhu tetap Celsius. $RT$ dengan $T=250$ memberi 20,5, bukan 42,9.
3. Salah pilih R. Kalau Kp dalam atm, pakai 0,0821 L·atm/(mol·K). Kalau dalam bar, pakai 0,08314 L·bar/(mol·K). Nilai 8,314 J/(mol·K) dipakai untuk energi, bukan untuk konversi ini.
4. Menghitung padatan dan cairan dalam Δn. Lihat tabel di atas.
5. Lupa mengecek 5 persen. Pendekatan akar itu asumsi, bukan rumus. Selalu hitung persentasenya setelah dapat $x$.
6. Baris C tidak mengikuti koefisien. Untuk $2{\text{SO}}_3\rightleftharpoons 2{\text{SO}}_2+{\text{O}}_2$, perubahannya $-2x$, $+2x$, $+x$, bukan $-x$, $+x$, $+x$.

Pola tabel mol dibagi volume ini juga dipakai di soal larutan penyangga. Lihat pH larutan penyangga setelah ditambah HCl atau NaOH dan pH asam lemah dengan aturan 5 persen, yang memakai logika pendekatan yang sama. Kalau konsentrasi awalnya harus kamu buat sendiri dari padatan, mulai dari membuat larutan dari padatan dan pengenceran.

#FAQ

#Apakah Kp selalu lebih besar dari Kc?

Tidak. Kalau $\Delta n$ positif dan $RT>1$, Kp lebih besar. Kalau $\Delta n$ negatif, Kp lebih kecil, seperti contoh amonia. Kalau $\Delta n=0$, keduanya sama.

#Apakah Kc dan Kp punya satuan?

Secara formal K didefinisikan dari aktivitas sehingga tidak bersatuan. Di banyak buku dan soal kuliah, satuan tetap ditulis (misalnya M atau atm) sebagai bantuan. Ikuti konvensi yang dipakai dosenmu.

#Boleh tidak tabel ICE ditulis langsung dalam molaritas?

Boleh, dan memang lebih aman kalau volumenya tetap. Ubah mol awal ke molaritas di baris I, lalu semua baris otomatis dalam M.

#Bagaimana kalau rumus kuadrat memberi dua akar positif?

Pilih akar yang membuat semua konsentrasi setimbang tidak negatif. Akar yang membuat $c-x$ negatif ditolak walaupun $x$ sendiri positif.

#Derajat disosiasi itu sama dengan persen disosiasi?

Sama nilainya, beda bentuk. $\alpha =\mathrm{0,25}$ sama dengan 25 persen. Hati-hati memasukkannya ke tabel ICE: kalikan dengan mol awal, jangan langsung dipakai sebagai mol.

#Kalau suhu berubah, apakah Kc yang lama masih bisa dipakai?

Tidak. K hanya bergantung pada suhu, jadi setiap suhu punya K sendiri. Mengubah tekanan atau volume menggeser posisi setimbang, tetapi K-nya tetap.