KIMIA-LARUTAN

Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 1

KIMIA LARUTAN

Pada topik ini larutan yang dimaksud dibatasi pada larutan dengan pelarut air (aqueous

solution).

Air merupakan pelarut universal, tersedia melimpah, mudah untuk dimurnikan dan tidak

beracun.

LARUTAN ELEKTROLIT

Kebanyakan solute yang akan dibahas adalah merupakan elektrolit yang membentuk ion-

ion ketika dilarutkan dalam air menghasilkan larutan yang menghantarkan arus listrik.

Elektrolit kuat terionisasi seluruhnya di dalam pelarut sedangkan elektrolit lemah terionisasi

sebagian.

ELEKTROLIT KUAT ELEKTROLIT LEMAH

1. Asam anorganik: HNO3, HClO4, H2SO4, HCl,

HI, HBr, HClO3, HBrO3,

1. Kebanyakan asam anorganik termasuk

H2CO3, H3BO3, H3PO4, H2S, H2SO3

2. Hidroksida alkali dan alkali tanah 2. Kebanyakan asam organik, spt asam asetat

3. Hampir semua garam 3. Amonia dan kebanyakan basa organic

4. Halida, sianida dan tiosianat dari Hg, Zn dan

Cd

ASAM DAN BASA

Menurut Bronsted-Lowry, asam adalah donor proton dan basa adalah akseptor proton. Hal

terpenting dari teori Bronsted-Lowry adalah konsep konjugasi. Basa konjugat adalah spesi

yg terbentuk jika suatu asam kehilangan sebuah proton

Asam1 Basa1 + proton

Dalam hal ini, asam1 dan basa1 merupakan pasangan asam/basa konjugat. Demikian pula

asam konjugat adalah spesi yg terbentuk jika suatu basa menerima sebuah proton

Basa2 + proton Asam2

Jika dua proses ini disatukan hasilnya adalah reaksi asam basa atau netralisasi

Asam1 + Basa2 Basa1 + Asam2


Kebanyakan pelarut dapat memiliki sifat menyumbangkan proton atau menerima proton,

sehingga menghasilkan sifat asam atau basa pada larutan. Contoh dalam larutan aqueous,

amonia bertindak sebagai basa sedangkan air sebagai asam

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Basa1 Asam2 Asam1 Basa2

Sedangkan dalam larutan asam nitrit dengan pelarut air, air bertindak sebagai basa

H2O + HNO2 H3O+ + NO2

-


Asam konjugat dari H2O adalah H3O+ (ion hidronium) yang mengandung sebuah proton

yang berikatan kovalen dengan molekul air.

Yang perlu ditekankan disini adalah, suatu asam yang telah mendonorkan protonnya akan

menjadi basa konjugat yang dapat menerima proton, seperti pada ion nitrit (yg merupakan

basa konjugat dari asam nitrit) merupakan akseptor proton dari H2O menghasilkan ion OH-.

Inilah penyebab larutan aqueous dari NaNO2 bersifat basa.

NO2- + H2O HNO2

+ OH-


SPESI AMFIPROTIK

Beberapa solute memiliki kedua sifat asam maupun basa. Contohnya ion dihidrogen fosfat,

H2PO4- yang bertindak sebagai basa dengan adanya donor proton seperti H3O

+.

H2PO4- + H3O

+ H3PO4 + H2O


Dalam hal ini, H3PO4 merupakan asam konjugat dari H2PO4-. Sedangkan apabila terdapat

akseptor proton seperti OH-, maka H2PO42- bertindak sebagai asam

H2PO42- + OH- HPO4

2- + H2O

Asam1 Basa2 Basa1 Asam2

Asam amino sederhana merupakan contoh penting dari jenis senyawa amfiprotik yang

mengandung kedua gugus fungsional yang bersifat asam lemah dan basa lemah. Jika

dilarutkan dalam air, suatu asam amino seperti glisin melangsungkan semacam reaksi asam

basa internal yang menghasilkan zwitterion – spesi yang memiliki kedua muatan positip dan

negatip

NH2CH2COOH NH3+ CH2COO

-

Glisin Zwitterion

Reaksi tersebut analog dengan reaksi asam basa antara suatu asam karboksilat dengan

suatu amina


R’COOH + R’’NH2 R’COO- +R’’NH3+

Asam1 Basa2 Basa1 Asam2

PELARUT AMFIPROTIK

Air merupakan pelarut dengan sifat amfiprotik, yaitu pelarut yang dapat bertindak sebagai

asam maupun basa, tergantung pada solutnya. Air bertindak sebagai asam dengan adanya

solute basa dan bertindak sebagai basa dengan adanya solute asam. Pelarut amfiprotik

lainnya adalah metanol, etanol serta asam asetat anhidrous.

NH3 + CH3OH NH4+ + CH3O

-


CH3OH + HNO2 CH3OH2+ + NO2

-


AUTO-PROTOLISIS

Pelarut-pelarut amfiprotik mengalami ionisasi-diri atau auto-protolisis membentuk sepasang

spesi ionik yang juga dapat dikategorikan reaksi asam basa


H2O + H2O H3O+ + OH

-

CH3OH + CH3OH CH3OH2+ + CH3O

-

HCOOH + HCOOH HCOOH2 + + HCOO

-

NH3 + NH3 NH4+ + NH2

-

Pada suhu kamar, air mengalami auto-protolisis/auto-ionisasi dengan kadar yang sangat

sedikit, dimana konsentrasi H3O+ dan OH- dalam air murni hanya sekitar 10-7 M.

Reaksi disosiasi merupakan reaksi peruraian senyawa menjadi ion-ion di dalam pelarut,

yang berpengaruh terhadap kekuatan suatu asam/basa.

HClO4 + H2O →→→→ H3O+ + ClO4

-

HCl + H2O →→→→ H3O+ + Cl-

H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4

-

Al(H2O)63+ + H2O H3O

+ + AlOH(H2O)52+

HC2H3O2 + H2O H3O+ + C2H3O2

-

H2PO4- + H2O H3O

+ + HPO42-

NH4+ + H2O H3O

+ + NH3


KEKUATAN ASAM DAN BASA

Tabel di atas memperlihatkan reaksi disosiasi beberapa asam di dalam air. Dua asam

pertama merupakan asam kuat karena reaksinya dengan pelarut berlangsung lengkap,

sehingga tidak menyisakan molekul solute yang tidak terdisosiasi di dalam larutan. Asam-

asam berikutnya merupakan asam lemah, karena terdisosiasi sebagian di dalam larutan.

Pada tabel diatas semakin ke bawah kekuatan asam semakin berkurang. Pada asam

perklorat dan asam klorida seluruhnya terdisosiasi dalam air, bandingkan dengan asam

asetat yang hanya terdisosiasi 1%. Ion amonium bahkan lebih lemah lagi, dimana hanya

0,01% yang terdisosiasi menjadi H3O+ dan molekul amonia.

Juga terlihat bahwa asam yang terlemah menghasilkan basa konjugat yang terkuat, yaitu

amonia yang memiliki afinitas terkuat terhadap proton.

Pelarut sangat menentukan kekuatan asam atau basa yang larut di dalamnya. Contohnya

bila HClO4 dilarutkan dalam asam asetat anhidrous maka tidak mengalami disosiasi

sempurna. Yang berlaku adalah kesetimbangan

CH3COOH + HClO4 CH3COOH2 + + ClO4

-


Namun demikian di dalam pelarut asam asetat anhidrous, konstanta disosiasi HClO4 5000

kali lebih besar dari HCl. Asam asetat dikatakan memiliki pelarut dengan sifat pembeda

(differentiating) bagi kedua asam tersebut, sedangkan air merupakan pelarut penyetara

(leveling) bagi HClO4, HCl, HNO3, dan H2SO4.

KESETIMBANGAN KIMIA

Kebanyakan reaksi kimia tidak berlangsung sempurna dimana seluruh reaktan berubah

menjadi produk. Yang sering terjadi adalah adanya kesetimbangan antara reaktan dan

produk yaitu perbandingan antara konsentrasi reaktan dan produk konstan yang

digambarkan dalam Konstanta kesetimbangan.

Pada kesetimbangan berikut

H3AsO4 + 3I- + 2H+ H3AsO3 + I3

- + H2O

Kecepatan reaksi dan tingkat kesempurnaan reaksi dapat diamati dengan terbentuknya

warna merah-jingga ion triiodida (I3-). Misalkan 1 mmol asam arsenat H3AsO4 ditambahkan

ke dalam 100 mL larutan yang mengandung 3 mmol KI, warna merah dari triiodida akan

muncul dengan cepat, dan dalam beberapa detik warna tersebut akan konstan, yang

menandakan konsentrasi triiodida telah konstan.


Warna dengan intensitas yang sama juga dapat dihasilkan dengan mereaksikan 1 mmol

asam arsenit H3AsO3 dengan 100 mL larutan yang mengandung 1 mmol ion triiodida. Pada

reaksi ini warna merah dari triiodida akan berkurang

H3AsO3 + I3- + H2O H3AsO4 + 3I

- + 2H+

Kedua reaksi di atas menghasilkan larutan dengan warna yang sama

PRINSIP LE CHATELIER

Bila suatu sistem kesetimbangan diberi suatu paksaan, maka posisi kesetimbangan sistem

itu cenderung bergeser sedemikian untuk mengurangi akibat paksaan itu.

Pada kesetimbangan arsenat-arsenit, penambahan asam arsenat atau ion H+ akan

meningkatkan warna ion triiodida dan pembentukan asam arsenit. Pergeseran posisi

kesetimbangan yang diakibatkan oleh perubahan konsentrasi salah satu reaktan atau

produk dalam sistem kesetimbangan dinamakan efek aksi massa.

UNGKAPAN KONSTANTA KESETIMBANGAN

wW + xX yY + zZ

ungkapan konstanta kesetimbangan untuk persamaan di atas:

K =[Y]y [Z]z

[W]w [X]x

kurung persegi menandakan

� konsentrasi molar jika spesi merupakan zat terlarut

� tekanan parsial di atmosfer jika spesi berbentuk gas

jika dalam sistem kesetimbangan terdapat spesi berbentuk padatan murni, cairan murni

atau pelarut berlebih, maka tidak dimasukkan dalam ungkapan konstanta kesetimbangan

JENIS-JENIS KONSTANTA KESETIMBANGAN

JENIS

KESETIMBANGAN

SIMBOL

KONSTAN

TA

CONTOH UNGKAPAN KONSTANTA

KESETIMBANGAN

Dissosiasi air Kw 2 H2O H3O+ + OH

- Kw = [H3O+][OH-]

Kesetimbangan

padatan dan ion pada Ksp BaSO4 (s) Ba2+ + SO4

2- Ksp =[Ba2+][SO4

2-]


larutan jenuh

Disosiasi asam/basa

lemah Ka atau Kb

CH3COOH + H2O H3O + +

CH3COO-

CH3COO- + H2O OH - +

CH3COOH

Ka =[CH3COOH]

[H3O +][CH3COO

-]

Kb =[CH3COO

-]

[OH -][CH3COOH]

Pembentukan

kompleks

βn Ni2+ + 4 CN - Ni(CN)42-

ββββ4= [Ni2+][CN-]4

[Ni(CN)42-]

Kesetimbangan redoks Kredoks MnO42- + 5Fe 2+ + 8H+

Mn2++ 5Fe 3++ 4H2O [MnO42-] [Fe 2+]5 [H+]8

[Mn2+][Fe 3+]5

K =

Kesetimbangan

distribusi

Kd I2 (aq) I2(org) [I2]org

[I2] aqKd =

Ni2+ + CN - Ni(CN)+ [Ni(CN)+]

[Ni2+][CN-] K1 ====

Ni(CN)+ + CN - Ni(CN)2 [Ni(CN)2]

[Ni(CN)+][CN-] K2 ====

Ni(CN)2 + CN - Ni(CN)3

- [Ni(CN)3

- ]

[Ni(CN)2][CN-]

K3 ====

Ni(CN)3- + CN - Ni(CN)4

2- [Ni(CN)4

2- ]

[Ni(CN)3- ][CN

-] K4 ====

FUNGSI – p

Pada saat membahas konstanta kesetimbangan seringkali kita menjumpai nilai yang sangat

kecil, misal konstanta hasil kali ion untuk air Kw = 10-14. Untuk nilai tersebut, dapat

digunakan fungsi – p atau nilai – p, yaitu logaritma negatip dari nilai tersebut.

pKw = - log (10-14) = 14

KONSTANTA HASIL KALI ION UNTUK AIR

Larutan berair mengandung sejumlah kecil ion hidronium dan ion hidroksida, yg merupakan

disosiasi air


2 H2O H3O+ + OH-

K =[H3O

+][OH-]

[H2O]2

K [H2O]2 = [H3O

+][OH-]

Kw = [H3O+][OH-]

Dalam larutan aq encer, konsentrasi molar dari air adalah:

[H2O] = x = 55,6 M1000 g H2O

1L H2O

1 mol H2O

18 g H2O

jika ke dalam air dimasukkan 0,1 mol HCl, maka kesetimbangan berikut

2 H2O H3O+ + OH-

akan bergeser ke kiri. Awalnya terdapat 10-7 mol/L OH-, bila semuanya berubah mjd H2O

maka konsentrasi H2O

[H2O] =55,6 + 1 x 10-7 x ≈≈≈≈ 55,6 Mmol H2O

L H2O

mol OH-

L H2O mol OH-

1 mol H2O

peningkatan sebesar 10-7 M dari 55,6 M (2 x 10-7%) dapat diabaikan sehingga nilai K[H2O]2

merupakan konstanta, Kw = 10-14

hitung [H3O+] dan [OH-] dalam 0,2 M larutan aq NaOH

jawab: dalam pelarut air [OH-] = [H3O+].

Setelah penambahan 0,2 M OH-,

[OH-] = 0,2 + [H3O+] ≈ 0,2

[H3O+] = = = 5 x 10-14

Kw

[OH-]

1 x 10-14

0,2

KONSTANTA HASIL KALI KELARUTAN (KSP)

Jika suatu garam dilarutkan dalam air, maka akan membentuk kesetimbangan antara

padatan dan ion-ion terlarut. Contoh pada larutan jenuh Ba(IO3)2

Ba(IO3)2 (s) Ba2+ (aq) + 2IO3- (aq)

K =

[Ba2+][IO3-]2

[Ba(IO3)2 (s)]

konsentrasi zat dalam keadaan padat adalah konstan

K [Ba(IO3)2 (s)] = Ksp = [Ba2+][IO3

-]2


Soal: berapa gram Ba(IO3)2 (487 g/mol) dapat larut dalam 250 mL air pada 25oC. Diketahui

Ksp Ba(IO3)2 = 1,57 x 10-9

Jawab: pada kesetimbangan Ba(IO3)2 (s) Ba2+ (aq) + 2IO3- (aq)

Ksp = [Ba2+][IO3

-]2 = 1,57 x 10-9

Dari persamaan diketahui bahwa untuk setiap mol Ba(IO3)2 yang larut maka akan terbentuk

1 mol Ba2+. Dengan kata lain

Kelarutan molar Ba(IO3)2 = [Ba2+]

Konsentrasi iodat dua kali konsentrasi Ba2+, [IO3-] = 2[Ba2+]

Ksp = [Ba2+][IO3

-]2 = 1,57 x 10-9

[Ba2+] (2[Ba2+])2 = 1,57 x 10-9

4 [Ba2+]3 = 1,57 x 10-9

[Ba2+] = 7,32 x 10-4 M

Kelarutan molar Ba(IO3)2 = [Ba2+]= 7,32 x 10-4 M

mmol Ba(IO3)2 =7,32 x 10-4 x 500 mL

mmol Ba(IO3)2

mL

Berat Ba(IO3)2 = (7,32 x 10-4 x 500) mmol Ba(IO3)2 x = 178 mg

487 mg Ba(IO3)2

1 mmol Ba(IO3)2

EFEK ION SEJENIS

Berkurangnya kelarutan suatu endapan ionik bila suatu senyawa soluble yg mengandung

salah satu ion endapan ditambahkan ke dalam larutan jenuh endapan tersebut

Soal: Hitung kelarutan molar Ba(IO3)2 dalam suatu larutan Ba(NO3)2 0,02 M.

Jawab: Kelarutan molar Ba(IO3)2 = [Ba2+]= ½[IO3

-].

[Ba2+] tidak lagi mewakili kelarutan Ba(IO3)2 karena terdapat Ba(NO3)2 yang juga

merupakan sumber bagi Ba2+. Dari larutan Ba(NO3)2 diperoleh [Ba2+]= 0,02. Dari Ba(IO3)2,

[Ba2+]= ½[IO3-]. Maka:

[Ba2+]= 0,02 + ½[IO3-]

Ksp = [Ba2+][IO3

-]2 = 1,57 x 10-9

(0,02 + ½[IO3-]) [IO3

-]2 = 1,57 x 10-9

persamaan ini memerlukan penyelesaian yang cukup rumit, kita dapat menyederhanakan

[Ba2+]= 0,02 + ½[IO3-] dengan asumsi harga ½[IO3

-] << 0,02, dengan kata lain besarnya

½[IO3-] dapat diabaikan, sehingga: [Ba2+]= 0,02 + ½[IO3

-] ≈ 0,02

Ksp = [Ba2+][IO3

-]2 = 1,57 x 10-9

0,02 [IO3-]2 = 1,57 x 10-9

[IO3-] = 2,8 x 10-4


apakah asumsi kita dapat diterima?

0,02 + ½(2,8 x 10-4) = 0,02014. Ya ! karena penyimpangan dari harga sebenarnya hanya

0,7% (diperoleh dari 0,00014 / 0,02). Asumsi seperti ini masih dapat diterima jika

penyimpangan kurang dari 10%.

Kelarutan molar Ba(IO3)2 = ½[IO3

-] = 0,00014 M = 1,4 x 10-4 M

Jika kita bandingkan kelarutan molar Ba(IO3)2 dalam air murni (7,32 x 10-4 M) dengan

kelarutannya dalam 0,02 M Ba(NO3)2 maka terdapat pengurangan kelarutan sekitar 5 kali

dengan adanya efek ion sejenis.

KONSTANTA DISOSIASI ASAM DAN BASA

Jika suatu asam lemah atau basa lemah dilarutkan dalam air maka disosiasi parsial akan

terjadi, contoh untuk asam nitrit dan amonia

HNO2 + H2O H3O+ + NO2

- Ka =[H3O

+][NO2-]

[HNO2]

NH3 + H2O NH4+ + OH

- Kb =[NH4

+][OH-]

[NH3]

KONSTANTA DISOSIASI UNTUK PASANGAN ASAM BASA KONJUGAT

Untuk pasangan konjugat amonium-amonia,

NH3 + H2O NH4+ + OH

- Kb =[NH4

+][OH-]

[NH3]

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+ Ka =[NH3][H3O

+]

[NH4+]

[NH4+][OH-]

[NH3]Ka x Kb = x = [H3O

+][OH-][NH3][H3O

+]

[NH4+]

karena Kw = [H3O+][OH-],

Ka Kb = Kw

SOAL: Berapakah Kb untuk kesetimbangan reaksi berikut

CN- + H2O HCN + OH-

Jika diketahui Ka untuk HCN adalah 6,2 x 10-10

Jawab:


Kb =[HCN][OH-]

[CN-]

Kb = = = 1,62 x 10-5Kw

Kb HCN

1 x 10-14

6,2 x 10-10

KONSENTRASI ION H3O+ DALAM LARUTAN ASAM LEMAH

Jika suatu asam lemah dilarutkan dalam air maka akan terbentuk 2 buah kesetimbangan

HA + H2O H3O+ + A

- Ka =[H3O

+][A-]

[HA]

2 H2O H3O+ + OH

- Kw = [H3O+][OH-]

Ion H3O+ yg dihasilkan dari kesetimbangan pertama nilainya jauh lebih besar dibanding

H3O+ yg dihasilkan auto-ionisasi air, sehingga

[A-] ≈ [H3O+]

kemudian, jumlah konsentrasi molar asam lemah dan basa konjugatnya sama dengan

konsentrasi analitik asam lemah CHA

CHA = [A-] + [HA]

CHA = [H3O+] + [HA] → [HA] = CHA - [H3O

+]

Ka =[H3O

+]2

CHA - [H3O+]

→ [H3O+]2 +Ka [H3O

+] - Ka CHA = 0

jawaban positip untuk persamaan kuadrat ini adalah

[H3O+] =

- Ka + √√√√ Ka2 + 4 Ka CHA

2

SOAL: hitung konsentrasi ion H3O+ dalam larutan 0,120 M asam nitrit

HNO2 + H2O H3O+ + NO2

-

Jawab:

Ka =[H3O

+][NO2-]

[HNO2] Ka = 7,1 x10-4

[H3O+] = [NO2

-]

[HNO2] = CHNO2 - [H3O+]

Ka = = 7,1 x 10-4[H3O

+]2

0,12 - [H3O+]

jika diasumsikan [H3O+] << 0,120, maka

7,1 x 10-4 =[H3O

+]2

0,12


[H3O+] = √√√√ 0,12 x 7,1 x 10-4 = 9,2 x 10-3 M

untuk menguji asumsi kita, 0,12 – 0,0092 = 0,1108 (penyimpangan sekitar 8%). Dengan

menggunakan persamaan kuadrat diperoleh hasil [H3O+] = 8,9 x 10-3.

SOAL: hitung konsentrasi ion H3O+ dalam larutan anilin hidroklorida 2,0 x 10-4 M.

Dalam larutan C6H5NH3Cl terdisosiasi sempurna menjadi C6H5NH3+ dan Cl

-. Asam lemah

C6H5NH3+ terdisosiasi mengikut persamaan

C6H5NH3++ H2O C6H5NH2

+ H3O+ →

Ka =[C6H5NH2][H3O

+]

[C6H5NH3+]

Ka C6H5NH3+adalah 2,51 x 10-5

[C6H5NH2]=[H3O+]

[C6H5NH3+]=2 x 10-4 - [H3O

+]

dengan asumsi [H3O+] << 2 x 10-4, maka [C6H5NH3

+]=2 x 10-4

Ka =[C6H5NH2][H3O

+]

[C6H5NH3+]

2,51 x 10-5=[H3O

+]2

2,0 x 10-4

[H3O+] =√ 5,02 x 10-9 = 7,09 x 10-5 M

membandingkan 0,0000709 dengan 0,0002, maka jelas terdapat penyimpangan yang

signifikan.

Jika dikerjakan dengan menggunakan persamaan kuadrat akan didapat hasil

[H3O+]2

2,0 x 10-4 -[H3O+]

= 2,51 x 10-5

[H3O+]2 + 2,51 x 10-5 [H3O

+] – 5,02 x 10-9 = 0

[H3O+] =

- 2,51 x 10-5 + √√√√ 2,51 x 10-5 2 + 4 (5,02 x 10-9)

2

= 5,94 x 10-5

Metode Successive Approximation

Anda dapat menyelesaikan soal di atas tanpa menggunakan persamaan kuadrat, yaitu

dengan menggunakan metode Successive approximation.

Nilai x yang diperoleh dari pendekatan pertama, dimasukkan lagi pada persamaan Ka,

contoh pada soal di atas, diperoleh x=7,09 x 10-5 M.


[H3O]2=3,2416 x 10-9

[H3O]=5,69 x 10-5

Hasil ini, dimasukkan lagi pada persamaan Ka,

[H3O]2=3,590 x 10-9

[H3O]=5,99 x 10-5

Bandingkan hasil ini dengan hasil persamaan kuadrat, 5,94 x 10-5.

SOAL: hitung konsentrasi ion OH- dari larutan 0,075 M NH3. Kesetimbangan reaksi adalah

NH3 + H2O NH4+ + OH

-

Kb =[NH4

+][OH-]

[NH3] Kb = 1,75 x 10-5

persamaan reaksi menunjukkan bahwa: [NH4+] = [OH-], kedua ion tersebut berasal dari

larutan 0,075 M NH3, sehingga [NH4+]+[OH-] = CNH3= 0,075 M.

[NH3] =0,075 – [OH-]

[OH-]2

7,5 x 10-2 - [OH-] = 1,75 x 10-5

dengan asumsi [OH-] << 0,075 , maka [OH-] = √7,5 x 10-2 x 1,75 x 10-5 = 1,15 x 10-3

KIMIA-LARUTAN

Documents

Transcript of KIMIA-LARUTAN