Perhitungan Kc Kesetimbangan Heterogen Gas-Larutan

Memahami kesetimbangan antara fase gas dan larutan memerlukan ketelitian ekstra, terutama saat menentukan volume mana yang harus digunakan. Contoh soal di bawah ini akan menunjukkan cara menangani perbedaan volume antara ruang kosong dan volume cairan, serta bagaimana mengubah data tekanan menjadi konsentrasi molar agar dapat dimasukkan ke dalam rumus $K_c$ secara tepat.

Aturan Utama: Zat berfase (l) dan (s) tidak dimasukkan ke dalam rumus. Jika diketahui tekanan gas X sebesar P, ubah ke molaritas gas X menggunakan: $[X] = \dfrac{P}{RT}$.

Contoh 1: Reaksi NO₂ dengan Tekanan Gas

Reaksi: NO₂(g) + H₂O(l) ⇌ HNO₃(aq) + HNO₂(aq)

Pada suhu 300 K, tekanan parsial NO₂ adalah 1,23 atm. Konsentrasi HNO₃ = 0,1 M dan HNO₂ = 0,1 M. (R = 0,082 L.atm/(mol.K))

Penyelesaian:

$$ \begin{aligned} [\text{NO}_2] &= \frac{P}{R \times T} \\[1em] &= \frac{1,23~atm}{0,082~L.atm/(mol.K) \times 300~K} \\[1em] &= \frac{1,23}{24,6}~mol/L\\[1em] &= 0,05\text{ M} \\ \\ K_c &= \frac{[\text{HNO}_3][\text{HNO}_2]}{[\text{NO}_2]^2} \\[1em] &= \frac{0,1 \times 0,1}{(0,05)^2} \\[1em] &= \frac{0,01}{0,0025}\\[1em] & = 4 \end{aligned} $$

---

Contoh 2: Analisis Volume Larutan dan Gas Terpisah

Penting: Konsentrasi gas dihitung berdasarkan volume ruang kosong (wadah dikurangi cairan), sedangkan konsentrasi zat akuatik dihitung berdasarkan volume cairan itu sendiri.

Reaksi: NO₂(g) + H₂O(l) ⇌ HNO₃(aq) + HNO₂(aq)

Diketahui sebuah wadah tertutup bervolume 10 Liter berisi 2 Liter air. Pada kesetimbangan terdapat 0,8 mol NO₂, 0,4 mol HNO₃, dan 0,4 mol HNO₂.

Penyelesaian:

$$ \begin{aligned} V_{\text{larutan}} &= 2 \text{ L} \\[1em] V_{\text{gas}} &= 10~L - 2~L = 8 \text{ L} \\[1em] [\text{HNO}_3] &= \frac{0,4~mol}{2~L} = 0,2 \text{ M} \\[1em] [\text{HNO}_2] &= \frac{0,4~mol}{2~L} = 0,2 \text{ M} \\[1em] [\text{NO}_2] &= \frac{0,8~mol}{8~L} = 0,1 \text{ M} \\ \\ K_c &= \frac{[\text{HNO}_3][\text{HNO}_2]}{[\text{NO}_2]^2} \\[1em] &= \frac{0,2 \times 0,2}{(0,1)^2} \\[1em] &= \frac{0,04}{0,01} \\[1em] &= 4 \end{aligned} $$

---

Contoh 3: Pelarutan Gas Amonia (NH₃)

Reaksi: NH₃(g) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)

Dalam wadah 5 L yang berisi 1 L air, terdapat 0,1 mol gas NH₃ di ruang kosong dan konsentrasi ion masing-masing adalah 0,02 M.

Penyelesaian:

$$ \begin{aligned} V_{\text{gas}} &= 5\text{ L (total)} - 1\text{ L (air)} = 4\text{ L} \\[1em] [NH_3] &= \frac{0,1\text{ mol}}{4\text{ L}} = 0,025\text{ M} \\ \\ K_c &= \frac{[NH_4^+][OH^-]}{[NH_3]} \\[1em] &= \frac{0,02 \times 0,02}{0,025} \\[1em] &= \frac{0,0004}{0,025} \\[1em] &= 0,016 \end{aligned} $$

---

Contoh 4: Reaksi Gas Klorin dengan Air

Reaksi: Cl₂(g) + H₂O(l) ⇌ HClO(aq) + H⁺(aq) + Cl^–(aq)

Jika pada suhu tertentu $K_c = 0,027$ dan konsentrasi [HClO] = [H⁺] = [Cl^–] = 0,03 M. Berapa molaritas Cl₂ yang harus ada di fase gas?

Penyelesaian:

$$ \begin{aligned} K_c &= \frac{[HClO][H^+][Cl^-]}{[Cl_2]} \\[1em] 0,027 &= \frac{0,03 \times 0,03 \times 0,03}{[Cl_2]} \\[1em] &= \frac{0,000027}{[Cl_2]} \\[1em] [Cl_2] &= \frac{0,000027}{0,027} \\[1em] &= 0,001~M \end{aligned} $$

---

Contoh 5: Pelarutan Kapur oleh Air Berkarbonasi

Reaksi: CO₂(g) + H₂O(l) + CaCO₃(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2HCO₃^–(aq)

Pada kesetimbangan: $P_{CO_2} = 2,46\text{ atm}$ (T = 300 K), [Ca²⁺] = 0,05 M, [HCO₃^–] = 0,1 M.

Penyelesaian:

$$ \begin{aligned} [\text{CO}_2] &= \frac{P}{R \times T} \\[1em] [CO_2] &= \frac{2,46~atm}{0,082~L.atm/(mol.K) \times 300~K}\\[1em]& = 0,1~M \\ \\\\ K_c &= \frac{[Ca^{2+}][HCO_3^-]^2}{[CO_2]} \\[1em] &= \frac{0,05 \times (0,1)^2}{0,1} \\[1em] &= \frac{0,05 \times 0,01}{0,1} \\[1em] &= \frac{0,0005}{0,1}\\[1em] &= 0,005 \end{aligned} $$

---

Tips Tambahan: Selalu perhatikan satuan R saat menggunakan tekanan. Jika tekanan dalam kPa, gunakan R = 8,314 L.kPa/(mol.K). Jika dalam atm, gunakan R = 0,082 L.atm/(mol.K).