Tabel ICE: Menghitung Kesetimbangan Langkah demi Langkah

Apa yang dicatat ketiga baris tabel ICE

ICE adalah singkatan dari Initial (awal), Change (perubahan), dan Equilibrium (kesetimbangan). Tulis persamaan yang setara di bagian atas dan beri setiap spesi kolomnya sendiri. Baris Initial berisi konsentrasi (atau tekanan parsial) sebelum reaksi bergeser. Baris Change berisi seberapa banyak masing-masing naik atau turun. Baris Equilibrium adalah jumlah kedua baris pertama.

Baris Change adalah tempat kimianya berada. Setiap isiannya adalah kelipatan dari satu besaran yang tidak diketahui, x, dan kelipatannya adalah koefisien persamaan yang setara. Untuk 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g) yang berjalan ke arah maju, perubahannya adalah −2x, −x, dan +2x. Pereaksi berkurang dan produk bertambah ketika reaksi berjalan ke arah maju; tandanya terbalik ketika reaksi berjalan ke arah balik.

Gunakan konsentrasi molar untuk Kc dan tekanan parsial untuk Kp. Padatan murni dan cairan murni tidak muncul dalam ungkapan kesetimbangan, jadi jangan masukkan juga ke dalam tabel. Ubah setiap jumlah mol menjadi konsentrasi dengan membaginya dengan volume wadah sebelum Anda mengisi baris Initial.

Memilih arah perubahan dengan Q

Sebelum Anda menetapkan tanda, tentukan ke arah mana reaksi harus berjalan. Hitung kuosien reaksi Q dari nilai-nilai awal, dengan bentuk yang sama seperti ungkapan K. Jika Q lebih kecil daripada K, produknya terlalu sedikit dan reaksi berjalan ke arah maju. Jika Q lebih besar daripada K, reaksi berjalan ke arah balik. Jika Q sama dengan K, campuran sudah berada dalam kesetimbangan dan tidak ada yang berubah.

Jika suatu produk mula-mula nol, Q bernilai nol dan reaksi harus berjalan ke arah maju, sehingga Anda dapat melewatkan perhitungannya. Jika setiap spesi ada, hitung Q. Misalnya, ambil reaksi belerang trioksida dengan Kc = 37.0 (ditemukan pada bagian berikutnya) dan campuran dengan [SO₂] = 0.100 M, [O₂] = 0.050 M, dan [SO₃] = 0.500 M. Q = (0.500)² / ((0.100)² × 0.050) = 500. Q lebih besar daripada K, sehingga SO₃ terurai sampai perbandingannya turun menjadi 37.0.

Contoh soal: K dari satu konsentrasi terukur

Kadang-kadang yang tidak diketahui adalah K itu sendiri. Misalkan sebuah bejana mula-mula berisi [SO₂] = 0.400 M dan [O₂] = 0.200 M tanpa SO₃, dan pada kesetimbangan [SO₃] terukur 0.250 M. Nilai-nilai ini disusun untuk panduan ini guna menunjukkan metodenya; nilai-nilai ini bukan data pustaka.

SO₃ berubah dari 0 menjadi 0.250 M, sehingga 2x = 0.250 dan x = 0.125 M. Setiap perubahan lain mengikuti koefisiennya: SO₂ turun sebesar 2x = 0.250 M menjadi 0.150 M, dan O₂ turun sebesar x = 0.125 M menjadi 0.075 M. Maka Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂]) = (0.250)² / ((0.150)² × 0.075) = 37.0. Satu konsentrasi terukur ditambah stoikiometri sudah cukup untuk menetapkan ketiganya.

Contoh soal: ketika persamaannya kuadrat sempurna

Untuk H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), gunakan Kc = 50.5, nilai yang dipakai subbab 13.4 OpenStax Chemistry 2e untuk reaksi ini pada kondisi contohnya. Mulailah dengan [H₂] = [I₂] = 0.500 M tanpa HI. Q bernilai nol, sehingga reaksi berjalan ke arah maju. Tabelnya memberikan nilai kesetimbangan 0.500 − x untuk setiap pereaksi dan 2x untuk HI.

Ungkapannya adalah 50.5 = (2x)² / (0.500 − x)². Kedua ruas merupakan kuadrat sempurna, jadi ambil akar kuadratnya alih-alih menjabarkannya: 7.106 = 2x / (0.500 − x). Penataan ulang memberikan x = 0.500 × 7.106 / (2 + 7.106) = 0.390 M. Pada kesetimbangan [H₂] = [I₂] = 0.110 M dan [HI] = 0.780 M. Pemeriksaan: (0.780)² / (0.110)² = 50.3, yang sesuai dengan 50.5 dalam batas pembulatan konsentrasi.

Jalan pintas akar kuadrat hanya berlaku jika ungkapannya kuadrat sempurna, yang di sini memerlukan jumlah awal kedua pereaksi yang sama. Dengan jumlah yang tidak sama, Anda harus menyelesaikan persamaan kuadrat.

Contoh soal: menyelesaikan persamaan kuadrat lengkap

Untuk PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g), subbab 13.4 OpenStax memakai Kc = 0.0211. Mulailah dengan [PCl₅] = 0.400 M dan [Cl₂] = 0.100 M tetapi tanpa PCl₃. Q bernilai nol, sehingga reaksi berjalan ke arah maju. Nilai kesetimbangannya adalah 0.400 − x, x, dan 0.100 + x.

Substitusikan: 0.0211 = x(0.100 + x) / (0.400 − x). Kalikan dan kumpulkan suku-sukunya untuk mendapatkan x² + 0.1211x − 0.00844 = 0. Rumus kuadrat memberikan x = 0.0495 atau x = −0.171. Akar negatif akan membuat [PCl₃] negatif, jadi tolak akar itu. Pada kesetimbangan [PCl₅] = 0.351 M, [PCl₃] = 0.0495 M, dan [Cl₂] = 0.150 M. Substitusi kembali memberikan 0.0211, sehingga jawabannya cocok.

Perhatikan bahwa Cl₂ yang sudah ada menahan reaksi. Jika dimulai dari 0.400 M PCl₅ saja, K yang sama memberikan x = 0.0819 M, sehingga produk yang ditambahkan mengurangi tingkat penguraian, seperti yang diramalkan asas Le Chatelier.

Ketika x kecil: pendekatan dan pemeriksaan 5 persen

Jika K kecil dan konsentrasi awalnya tidak kecil, reaksinya hampir tidak bergerak, dan 0.0400 − x hampir tepat sama dengan 0.0400. Menghilangkan x dari suku-suku itu mengubah persamaan kuadrat menjadi perhitungan satu langkah. Pendekatan ini diterima jika x kurang dari 5 persen konsentrasi tempat x dikurangkan.

Contoh soal. Untuk N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), subbab 13.4 OpenStax memberikan Kc = 4.1 × 10⁻⁴ pada 2000 °C. Mulailah dengan [N₂] = 0.0400 M dan [O₂] = 0.0100 M. Maka 4.1 × 10⁻⁴ = (2x)² / ((0.0400 − x)(0.0100 − x)). Lakukan pendekatan: 4x² = 4.1 × 10⁻⁴ × 0.0400 × 0.0100, sehingga x = 2.0 × 10⁻⁴ M dan [NO] = 2x = 4.0 × 10⁻⁴ M. Periksa terhadap nilai awal yang lebih kecil: 2.0 × 10⁻⁴ / 0.0100 = 2 persen, di bawah 5 persen. Persamaan kuadrat yang eksak memberikan [NO] yang sama sampai dua angka penting.

Pendekatan ini gagal jika K tidak kecil dibandingkan dengan konsentrasinya. Untuk PCl₅ saja pada 0.400 M dengan Kc = 0.0211, menganggap x kecil memberikan x = 0.092 M, yaitu 23 persen dari 0.400. Jawaban eksaknya adalah 0.0819 M, sehingga jalan pintas itu akan sekitar 12 persen terlalu tinggi. Selalu lakukan pemeriksaan; jangan pernah berasumsi.

Tekanan parsial dan reaksi balik

Tabel ICE bekerja dengan cara yang sama untuk tekanan parsial dan Kp. Untuk reaksi tanpa perubahan jumlah mol gas, Kp sama dengan Kc. Hal itu berlaku untuk kesetimbangan hidrogen iodida, yang memiliki dua mol gas di setiap sisi.

Contoh soal. HI murni dimasukkan ke dalam bejana pada 2.00 atm dan dibiarkan terurai: 2 HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g). Reaksi ini adalah kebalikan dari reaksi di atas, sehingga tetapannya adalah 1/50.5 = 0.0198. Perubahannya adalah −2x untuk HI dan +x untuk setiap produk. Maka 0.0198 = x² / (2.00 − 2x)². Mengambil akar kuadratnya, 0.1407 = x / (2.00 − 2x), yang memberikan x = 0.220 atm. Pada kesetimbangan P(H₂) = P(I₂) = 0.220 atm dan P(HI) = 1.56 atm.

Kekeliruan tabel ICE dan cara menangkapnya

Satu pemeriksaan akhir menangkap hampir setiap kesalahan: substitusikan kembali nilai-nilai kesetimbangan ke dalam ungkapan K dan pastikan Anda memperoleh kembali K sampai ketelitian datanya.

• Memasukkan mol ke dalam tabel padahal volume wadahnya bukan 1 L. Bagi dahulu dengan volume.
• Memakai 1 untuk setiap koefisien di baris Change, misalnya −x alih-alih −2x untuk SO₂.
• Lupa mengkuadratkan atau memangkattigakan suatu suku dalam ungkapan K agar sesuai dengan koefisiennya.
• Menganggap reaksi berjalan ke arah maju padahal produk sudah ada sejak awal. Hitung Q.
• Mempertahankan akar yang membuat suatu konsentrasi negatif atau lebih besar daripada yang mungkin secara fisik.
• Menghilangkan x tanpa memeriksa bahwa nilainya di bawah 5 persen dari nilai awal.
• Memasukkan padatan murni atau cairan murni ke dalam tabel atau ungkapan.
• Memakai K reaksi maju padahal soal ditulis dalam arah balik. Membalik reaksi berarti membalik K.