Simulasi Interaktif Kesetimbangan Heterogen

Kesetimbangan heterogen terjadi ketika zat-zat dalam reaksi reversibel berada pada lebih dari satu fase, misalnya padatan bersama gas atau padatan bersama larutan. Pada penguraian kalsium karbonat, hanya gas CO₂ yang bebas bergerak dan menentukan tekanan wadah, sedangkan CaCO₃ dan CaO tetap menjadi tumpukan padat di dasar.

Simulasi ini menayangkan peristiwa tersebut dalam wadah tertutup bertutup piston lengkap dengan pemanas, sehingga siswa dapat menambah atau mengurangi padatan, gas, dan volume lalu membaca langsung nilai Q terhadap K. Empat sistem tersedia, yaitu CaCO₃, NH₄HS, air murni, dan AgCl, agar pola yang sama terlihat pada reaksi yang berbeda.

Landasan Teori

Aktivitas. Tetapan kesetimbangan sejatinya disusun dari aktivitas, bukan konsentrasi. Aktivitas padatan atau cairan murni pada tekanan biasa dianggap sama dengan 1, sedangkan gas dan zat terlarut diwakili tekanan parsial atau molaritas.

Mengapa konsentrasi padatan/cairan murni konstan. Konsentrasi zat murni hanyalah massa jenis dibagi massa molar. Besaran ini hanya bergantung pada jenis zat dan suhu, bukan pada banyaknya zat, sebab bertambahnya mol selalu disertai bertambahnya volume dengan perbandingan yang sama.

Hasil serupa: [CaO] ≈ 59,6 mol/L, dan [H₂O(l)] ≈ 55,3 mol/L (dari 0,997 g/cm³ dan 18,02 g/mol). Karena konstan, nilai ini dilebur ke dalam K.

Contoh sistem dalam simulasi.

• CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g): (dua padatan, satu gas).
• NH₄HS(s) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g): (satu padatan, dua gas).
• H₂O(l) ⇌ H₂O(g): (cairan murni; tekanan uap jenuh).
• AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq): (padatan dan larutan).

Contoh lain di luar simulasi: .

Mengapa menambah padatan/cairan murni tidak menggeser kesetimbangan. Kuosien reaksi Q hanya memuat spesies gas atau terlarut. Menambah padatan tidak mengubah satu pun konsentrasi di dalam Q, sehingga Q tetap sama dengan K dan tidak ada dorongan bergeser. Padatan hanya memperbesar persediaan reaktan atau produk.

Syarat. Padatan harus tetap ada walau sedikit. Jika padatan habis, kesetimbangan tidak terbentuk meskipun Q < K. Suhu adalah satu-satunya faktor yang mengubah nilai K (ketiga reaksi di sini endotermik, sehingga K naik bila suhu naik), sedangkan perubahan volume atau penambahan gas hanya mengubah Q.

Cara Menggunakan Simulasi

1. Pilih sistem reaksi pada menu. Gas atau ion akan muncul dari tumpukan padatan dan jumlahnya meningkat hingga Q mencapai K.
2. Geser suhu untuk mengubah nyala pemanas dan nilai K. Geser volume untuk menggerakkan piston.
3. Tekan tombol + padatan atau − padatan, lalu perhatikan kolom konsentrasi padatan dan nilai Q.
4. Tekan tombol + gas atau − gas (atau + ion) untuk mengganggu kesetimbangan, lalu amati grafik Q terhadap K.
5. Gunakan pilihan kecepatan 0,3× untuk gerak lambat. Kotak mode sinematik menampilkan adegan pembuka dan teks narasi.

Interpretasi Hasil

• Garis Q menempel pada garis K putus-putus berarti sistem setimbang dinamis: laju penguraian dan pembentukan kembali sama, jumlah partikel tampak tetap meski terus bergerak.
• Setelah padatan ditambah, nilai Q tidak berubah dan grafik tidak melompat. Baris “konsentrasi padatan” menunjukkan mol bertambah bersama volume, sehingga hasil bagi tetap sama.
• Setelah gas ditambah, Q melonjak melewati K, lalu sistem menyusut kembali ke arah padatan hingga Q = K lagi. Setelah volume diperbesar, konsentrasi gas kembali ke nilai yang sama, tetapi jumlah mol gas lebih banyak (sebagian padatan terurai).
• Jika padatan habis sebelum Q = K, kurva Q mendatar di bawah K. Itu menandakan kesetimbangan tidak tercapai, bukan kesetimbangan baru.
• Suhu naik menaikkan garis K, sehingga gas dihasilkan lebih banyak sampai Q menyusul nilai K yang baru.

Sistem Suhu Volume Kecepatan 0,3×1×3× mode sinematik

—

K—

Q—

Konsentrasi gas / ion—

Zat murni:

Latihan: 8 Soal Pemahaman

1. Pada kesetimbangan CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), ekspresi Kc yang benar adalah …

1. [CaO][CO₂]/[CaCO₃]
2. [CO₂]
3. [CaO]
4. [CO₂]/[CaCO₃]

Kunci dan argumen

Kunci: B.

Padatan murni beraktivitas 1, sehingga CaCO₃ dan CaO tidak muncul. Hanya gas CO₂ yang tersisa dalam ekspresi K.

2. Alasan paling tepat padatan murni tidak ditulis dalam ekspresi K adalah …

1. padatan tidak ikut bereaksi
2. padatan tidak dapat larut
3. konsentrasinya (ρ/Mr) tetap pada suhu tertentu sehingga bernilai konstan dan tergabung dalam K
4. padatan selalu berjumlah sedikit

Kunci dan argumen

Kunci: C.

Padatan ikut bereaksi, tetapi konsentrasinya ρ/Mr tidak bergantung pada banyaknya zat. Nilai konstan itu terserap ke dalam K (aktivitas ≈ 1).

3. CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) setimbang dalam wadah tertutup pada suhu dan volume tetap. Ke dalam wadah ditambahkan CaCO₃ padat. Yang terjadi adalah …

1. kesetimbangan bergeser ke kanan, [CO₂] naik
2. kesetimbangan bergeser ke kiri, [CO₂] turun
3. kesetimbangan tidak bergeser, [CO₂] tetap
4. nilai K bertambah

Kunci dan argumen

Kunci: C.

CaCO₃ tidak ada dalam Q. Q tetap sama dengan K sehingga tidak ada pergeseran. K juga tetap karena suhu tidak berubah.

4. Sistem soal 3 (padatan masih tersisa) dipindahkan ke wadah bervolume dua kali lipat pada suhu sama. Setelah setimbang kembali, keadaan CO₂ adalah …

1. konsentrasi dan tekanan sama, mol CO₂ menjadi dua kali
2. konsentrasi menjadi setengah, mol CO₂ tetap
3. konsentrasi dan mol sama-sama dua kali
4. tekanan menjadi dua kali

Kunci dan argumen

Kunci: A.

Kc = [CO₂] (dan Kp = P_CO₂) konstan pada suhu tetap. Maka [CO₂] dan tekanan kembali ke nilai awal; karena V dua kali, mol = [CO₂]·V juga dua kali, dengan CaCO₃ terurai tambahan.

5. NH₄HS(s) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g) mempunyai Kc = 0,16 (satuan disederhanakan). Jika hanya NH₄HS padat yang mula-mula ada, [NH₃] saat setimbang adalah …

1. 0,04
2. 0,16
3. 0,40
4. 0,80

Kunci dan argumen

Kunci: C.

Kc = [NH₃][H₂S] = x² = 0,16 karena kedua gas terbentuk sama banyak, sehingga x = 0,40. [NH₄HS] tidak ikut dihitung.

6. Pada H₂O(l) ⇌ H₂O(g) yang telah mencapai uap jenuh, air cair ditambahkan tanpa mengubah suhu dan volume. Tekanan uap air akan …

1. naik karena air bertambah
2. turun karena ruang gas berkurang
3. tetap karena Kp = P_H₂O tidak memuat air cair
4. menjadi nol

Kunci dan argumen

Kunci: C.

Air cair murni beraktivitas 1 (konsentrasi sekitar 55,3 mol/L, tetap). Tekanan uap jenuh hanya ditentukan suhu.

7. Pada larutan jenuh AgCl yang masih memiliki endapan, ditambahkan NaCl padat. Hasil yang benar adalah …

1. [Ag⁺] naik, Ksp naik
2. [Ag⁺] turun, [Cl⁻] naik, Ksp tetap, endapan AgCl bertambah
3. [Ag⁺] dan [Cl⁻] tetap
4. endapan AgCl melarut seluruhnya

Kunci dan argumen

Kunci: B.

Ion senama Cl⁻ menaikkan Q melampaui Ksp, sehingga reaksi bergeser ke kiri membentuk AgCl(s). Ksp = [Ag⁺][Cl⁻] kembali tercapai dengan [Ag⁺] lebih kecil.

8. Seluruh CaCO₃ dikeluarkan dari wadah sehingga hanya tersisa CaO dan CO₂ dengan Q < K. Pernyataan yang benar adalah …

1. CaO berubah menjadi CaCO₃ hingga Q = K
2. kesetimbangan tidak tercapai karena CaCO₃ yang akan terurai menjadi CO₂ tidak tersedia
3. K menjadi nol
4. CO₂ berubah seluruhnya menjadi CaO

Kunci dan argumen

Kunci: B.

Q < K menuntut pembentukan CO₂, tetapi tidak ada reaktan padat. Padatan tidak masuk K, namun kehadirannya wajib agar kesetimbangan dapat terjadi. Pengurangan padatan hingga habis adalah satu-satunya kasus di mana jumlah padatan berpengaruh.