Mengapa Fase Padat dan Cair Tidak Dimasukkan dalam Perhitungan Kc?

Poin Penting: Fase padat (s) dan cairan murni (l) tidak dimasukkan dalam rumus Kc karena konsentrasinya selalu tetap selama reaksi berlangsung. Untuk memahami maksud pernyataan ini sila lanjut menyimak penjelasannya.

Kc adalah tetapan kesetimbangan yang dihitung berdasarkan konsentrasi zat-zat dalam sistem kesetimbangan. Rumus umumnya:

Untuk reaksi: \( aA + bB \rightleftharpoons cC + dD \)

\[ K_c = \dfrac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b} \]

Namun, rumus ini hanya berlaku untuk zat yang konsentrasinya dapat berubah selama reaksi, yaitu gas (g) dan zat terlarut dalam larutan (aq).

1. Mengapa Konsentrasi Padat dan Cair Murni Tetap?

Ini adalah konsep kunci yang perlu dipahami dengan baik. Mari kita lihat definisi konsentrasi:

\[ \text{Konsentrasi} = \dfrac{\text{Jumlah mol zat}}{\text{Volume tempat zat itu berada}} \]

Perbedaan Volume untuk Fase Berbeda:

• Untuk gas: Volume yang dimaksud adalah volume total wadah karena gas memenuhi seluruh ruang wadah.
• Untuk padatan/cairan murni: Volume yang dimaksud adalah volume zat padat/cair itu sendiri, bukan volume wadah.

Inilah poin pentingnya: Volume zat padat/cair itu sendiri berubah sebanding dengan jumlah molnya, sehingga perbandingan mol/volume (konsentrasi) tetap konstan.

2. Contoh Perhitungan dengan Angka

Mari kita buktikan dengan contoh konkret:

Contoh: Reaksi dekomposisi kalsium karbonat (batu kapur):

\( \text{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g) \)

Data:

• Massa molar CaCO₃ = 100 g/mol
• Kerapatan CaCO₃ = 2,7 g/cm³ = 2,7 g/mL

Perhitungan:

1. Kondisi Awal: Sepotong CaCO₃ bermassa 100 g (1 mol)
   $$ \begin{aligned} \text{Volume CaCO}_3 &= \dfrac{\text{massa}}{\text{kerapatan}} \\&= \dfrac{100 \text{ g}}{2,7 \text{ g/mL}} \\&\approx 37 \text{ mL} \\&= 0,037 \text{ L} \\\\ [\text{CaCO}_3] &= \dfrac{\text{mol}}{\text{volume zat sendiri}} \\&= \dfrac{1 \text{ mol}}{0,037 \text{ L}} \\&\approx 27 \text{ mol/L} \end{aligned} $$
2. Setelah Bereaksi Separuh: Tersisa CaCO₃ 50 g (0,5 mol)
   $$ \begin{aligned} \text{Volume CaCO}_3 &= \dfrac{50 \text{ g}}{2,7 \text{ g/mL}} \\&\approx 18,5 \text{ mL} \\&= 0,0185 \text{ L} \\\\ [\text{CaCO}_3] &= \dfrac{0,5 \text{ mol}}{0,0185 \text{ L}}\\& \approx 27 \text{ mol/L} \end{aligned} $$

Kesimpulan: Meskipun jumlah mol dan volume CaCO₃ berkurang separuh, konsentrasinya tetap sama (27 mol/L)!

3. Bagaimana Pengaruhnya pada Rumus Kc?

Karena konsentrasi zat padat dan cair murni selalu konstan, nilainya dapat digabungkan ke dalam nilai Kc.

Mari kita lihat kembali reaksi dekomposisi CaCO₃:

\( \text{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g) \)

Jika kita tulis Kc secara lengkap (termasuk padatan):

\( K = \dfrac{[\text{CaO}] \times [\text{CO}_2]}{[\text{CaCO}_3]} \)

Karena [CaO] dan [CaCO₃] konstan, kita bisa pindahkan ke sisi lain:

\( K \times \dfrac{[\text{CaCO}_3]}{[\text{CaO}]} = [\text{CO}_2] \)

Nilai \( K \times \dfrac{[\text{CaCO}_3]}{[\text{CaO}]} \) adalah sebuah konstanta baru yang kita sebut Kc:

\( K_c = [\text{CO}_2] \)

Jadi, dalam penulisan Kc untuk reaksi ini, kita cukup menulis:

\( K_c = [\text{CO}_2] \)

Padatan CaCO₃ dan CaO tidak dimasukkan dalam rumus karena konsentrasinya sudah tergabung dalam nilai Kc.

4. Analogi untuk Memudahkan Pemahaman

Bayangkan Anda memiliki es batu (padat) dalam sebuah gelas:

• Volume total wadah = volume gelas (misalnya 300 mL)
• Volume es batu = volume es itu sendiri (misalnya 50 mL)

Ketika es batu mencair separuh:

1. Jumlah molekul H₂O dalam fase padat berkurang separuh
2. Volume es batu juga berkurang separuh (menjadi 25 mL)
3. Perbandingan (mol es):(volume es) tetap sama karena keduanya berkurang dengan faktor yang sama

Sama halnya dengan zat padat dalam reaksi kimia: ketika bereaksi, jumlah mol dan volume zat padat itu sendiri berkurang secara proporsional, sehingga konsentrasinya tetap.

5. Aturan Praktis yang Mudah Diingat

Dalam menulis rumus Kc:

• Masukkan: Konsentrasi spesi fase gas (g) dan zat terlarut (aq)
• Tidak Masukkan: Spesi fase padatan (s) dan cairan murni (l)

Contoh lain:

Reaksi: \( 3\text{Fe}(s) + 4\text{H}_2\text{O}(g) \rightleftharpoons \text{Fe}_3\text{O}_4(s) + 4\text{H}_2(g) \)

\( K_c = \dfrac{[\text{H}_2]^4}{[\text{H}_2\text{O}]^4} \)

Fe(s) dan Fe₃O₄(s) tidak dimasukkan dalam rumus Kc.

Pengecualian Penting!

Jika zat padat atau cair terlarut dalam pelarut (misalnya garam dalam air), maka ia berwujud larutan (aq) dan harus dimasukkan dalam perhitungan Kc.

Contoh: Untuk reaksi \( \text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq) \rightleftharpoons \text{AgCl}(s) \), ion Ag⁺ dan Cl⁻ dimasukkan dalam Kc karena konsentrasinya dapat berubah.

Rangkuman

1. Kc hanya bergantung pada konsentrasi zat yang dapat berubah selama reaksi.
2. Konsentrasi zat padat dan cair murni selalu tetap karena volume zat itu sendiri berubah sebanding dengan jumlah molnya.
3. Karena konsentrasinya tetap, nilai padatan dan cairan murni dapat digabungkan ke dalam nilai Kc itu sendiri.
4. Aturan praktis: dalam rumus Kc, hanya masukkan zat berwujud gas (g) dan larutan (aq).
5. Hal ini menyederhanakan perhitungan dan sesuai dengan pengamatan eksperimen bahwa yang dapat diukur perubahannya hanya gas dan zat terlarut.