Praktikum Virtual Le Chatelier: Perubahan Warna, Qc dan Kc

Praktikum virtual Le Chatelier ini mengikuti praktikum inkuiri terbimbing AP Chemistry, tempat siswa mengganggu kesetimbangan berwarna dan menjelaskan setiap perubahan warna. Siswa bekerja dengan dua tabung reaksi. Pada tabung pertama, Fe³⁺ dan SCN⁻ membentuk FeSCN²⁺ yang merah darah; siswa menambahkan pereaksi, menyingkirkan salah satunya dengan endapan, dan mengencerkan. Pada tabung kedua, [Co(H₂O)₆]²⁺ yang merah muda dan [CoCl₄]²⁻ yang biru merespons pemanasan dan pendinginan. Setelah setiap perubahan, simulasi menampilkan konsentrasinya dan membandingkan Qc dengan Kc. Siswa pulang dengan tabel data, satu aturan untuk setiap jenis gangguan, dan bukti untuk tanda ΔH.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AP Chemistry Unit 7, topik 7.9 Introduction to Le Châtelier's Principle (TRA-8.A) dan 7.10 Reaction Quotient and Le Châtelier's Principle (TRA-8.B), serta praktikum inkuiri terbimbing AP Chemistry tentang asas Le Chatelier.
• NGSS HS-PS1-6 (standar sains AS): menyempurnakan rancangan sistem kimia dengan mengubah kondisi untuk menggeser kesetimbangan.
• Praktikum ini juga sesuai dengan topik kesetimbangan dalam IB Chemistry dan A-level Chemistry.

Simulic tidak berafiliasi dengan College Board maupun AQA dan tidak didukung oleh keduanya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Tampilkan tabung besi tiosianat yang merah di proyektor dan tanyakan:

"Campuran merah ini berada dalam kesetimbangan: Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺. Anda menambahkan satu tetes perak nitrat. Ag⁺ menyingkirkan SCN⁻ sebagai padatan putih. Apa yang terjadi pada warna merahnya?"

Banyak siswa menjawab "tidak ada, perak tidak ada dalam persamaan". Kumpulkan suaranya lalu lanjutkan.

Langkah kerja dalam simulasi

Bagian A: besi tiosianat (Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺)

1. Buka tab pertama. Pertahankan nilai awal (Fe³⁺ 2,0 mM, SCN⁻ 1,5 mM). Tunggu sekitar 10 detik, sampai keluaran menyatakan sistem dalam kesetimbangan. Catat ketiga konsentrasi dan warnanya.
2. Tekan Tambah Fe³⁺ sekali. Amati penunjuk: Qc turun di bawah Kc, lalu kembali. Catat kesetimbangan yang baru.
3. Tekan Atur ulang, tunggu kesetimbangan, lalu tekan Tambah AgNO₃ sekali. Catat.
4. Tekan Atur ulang, tunggu, lalu tekan Tambah air sekali (5 mL). Catat. Hitung berapa [FeSCN²⁺] seandainya hanya terjadi pengenceran (× 10/15).

Bagian B: kobalt klorida ([Co(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl⁻ ⇌ [CoCl₄]²⁻ + 6H₂O)

5. Buka tab kedua. Pertahankan nilai awal (Cl⁻ 6 M, penangas 25 °C). Tunggu kesetimbangan lalu catat kedua konsentrasi kobalt dan Kc.
6. Geser Suhu penangas ke 60 °C. Tunggu sampai termometer menunjukkan 60 °C dan Kc berhenti berubah (sekitar 40 detik). Catat.
7. Geser penangas ke 0 °C dan catat lagi setelah Kc berhenti berubah (sampai satu menit).

Gangguan	Warna sesudahnya	Qc vs Kc tepat setelah gangguan	Arah pergeseran	Konsentrasi kunci (mM)
Tidak ada (awal)
+ Fe³⁺
+ AgNO₃
+ air
Penangas 25 → 60 °C
Penangas 60 → 0 °C

Hasil yang diharapkan

Semua nilai berasal dari simulasi dengan pengaturan di atas.

Langkah Bagian A	[Fe³⁺] (mM)	[SCN⁻] (mM)	[FeSCN²⁺] (mM)	Warna
Kesetimbangan	1,710	1,210	0,290	merah jingga
+ Fe³⁺	2,577	1,091	0,394	merah lebih pekat
+ AgNO₃	1,791	0,796	0,199	lebih pucat, AgSCN putih
+ air	1,190	0,857	0,143	lebih pucat

Qc kembali ke Kc = 140 setelah setiap gangguan. Pengenceran saja akan menyisakan 0,193 mM FeSCN²⁺. Nilai terukur 0,143 mM menunjukkan pergeseran ke ruas dengan lebih banyak partikel terlarut.

Penangas Bagian B	[Co(H₂O)₆]²⁺ (mM)	[CoCl₄]²⁻ (mM)	Kc	Warna
0 °C	48,0	2,0	3,16·10⁻⁵	merah muda
25 °C	39,9	10,1	2,00·10⁻⁴	ungu
60 °C	16,8	33,2	1,66·10⁻³	biru

Menambah atau mengurangi suatu zat mengubah Qc tetapi tidak pernah mengubah Kc. Hanya suhu yang mengubah Kc. Pemanasan menaikkan Kc sekitar 8,3 kali dan membuat tabung menjadi biru, jadi reaksi maju bersifat endoterm.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Anda menambahkan AgNO₃ ke campuran kesetimbangan yang merah. Apa yang terjadi pada warna merahnya?
2. Variabel mana yang harus tetap sama antara pembacaan kobalt pada 25 °C dan 60 °C?
3. Pada nilai awal, berapa [FeSCN²⁺] dalam kesetimbangan?
4. Dengan faktor berapa Kc sistem kobalt naik dari 25 °C ke 60 °C?
5. Apakah reaksi maju kobalt bersifat eksoterm atau endoterm? Jelaskan dengan warna dan Kc.

Jawaban untuk guru: (1) Warnanya makin pucat: menyingkirkan SCN⁻ membuat Qc > Kc, sehingga FeSCN²⁺ terurai. (2) Jumlah Cl⁻ dan volumenya: jangan tambahkan HCl atau air di antara pembacaan. (3) 0,290 mM. (4) Sekitar 8,3 (1,66·10⁻³ ÷ 2,00·10⁻⁴; terima 8,0–8,6). (5) Endoterm: pemanasan membuat tabung menjadi biru dan menaikkan Kc, jadi kesetimbangan bergeser ke arah maju untuk menyerap kalor yang ditambahkan.

Miskonsepsi umum

• "Menambah Fe³⁺ menghabiskan seluruh Fe³⁺ tambahan." Pergeseran hanya melawan sebagian perubahan: [Fe³⁺] tetap berakhir lebih tinggi (2,577 vs 1,710 mM).
• "Kc berubah saat Anda menambahkan pereaksi." Penunjuk memperlihatkan Qc bergerak dan Kc tetap 140. Hanya suhu yang menggeser Kc.
• "Pengenceran hanya membuat warna lebih lemah." Pengenceran juga menggeser kesetimbangan, jadi warnanya memudar lebih banyak daripada faktor pengencerannya saja.

Pengayaan

• Cek Kc sendiri: siswa menghitung Qc dari ketiga pembacaan setelah setiap gangguan, misalnya 0,394 ÷ (2,577 × 1,091) × 1000 = 140 L/mol.
• Variasikan kondisi awal: atur nilai awal Fe³⁺ dan SCN⁻ yang berbeda pada tautan kelas. Konsentrasi kesetimbangan berubah, tetapi Qc selalu kembali ke 140.

Pertanyaan umum

Mengapa kesetimbangan butuh beberapa detik?

Waktu diperlambat agar siswa dapat mengamati pergeserannya. Di tabung reaksi sungguhan, kesetimbangan ini tercapai hampir seketika.

Apakah Kc dan ΔH kobalt merupakan nilai sebenarnya?

Itu nilai ilustrasi yang dipilih agar sesuai dengan warna yang teramati. Arah setiap pergeseran benar, tetapi jangan bandingkan angka kobalt dengan buku data.

Apakah saya tetap perlu menjalankan praktikum nyata?

Jika bisa, ya: warna sungguhan mudah diingat. Namun kobalt(II) klorida adalah zat berbahaya, jadi banyak sekolah memakai simulasi untuk bagian kobalt dan tetap memakai tabung besi tiosianat di meja praktikum.

Simulasi dan panduan terkait

Kesetimbangan kimia – pergeseran N₂O₄ ⇌ 2NO₂ Diagram energi reaksi – eksoterm vs endoterm

Untuk kegiatan kimia lainnya, lihat ide pelajaran kimia interaktif. Prediksi pada pertanyaan 1 cocok dijalankan sebagai siklus Predict–Observe–Explain: lihat Predict–Observe–Explain dengan simulasi.