BAB I

REAKSI KIMIA DALAM LARUTAN AIR

1.1. PENDAHULUAN

Reaksi kimia adalah suatu proses alam yang selalu menghasilkan antar perubahan senyawa kimia. Senyawa ataupun senyawa - senyawa awal yang terlibat dalam reaksi tersebut sebagai reaktan. Reaksi kimia biasanya dikarateristikan dengan perubahan kimiawi, dan akan menghasilkan satu atau lebih produk yang biasanya memiliki ciri – ciri yang berbeda dari reaktan. Secara klasik, reaksi kimia melibatkan perubahan yang melibatkan pergerakan electron dalam pembentukan dan pemutusan ikatan kimia, walaupun pada dasarnya konsep umum reaksi kimia juga dapat diterapkan pada transformasi partikel – partikel elementer seperti pada reaksi nuklir.

Beberapa pereaksi dan hasil reaksi dapat berada dalam bentuk larutan. Larutan(solution) adalah

campuran homogen dari dua atau lebih zat dimana sesungguhnya ditentukan oleh komponen -

komponennya yaitu :

- Pelarut (solvent) : substansi yg melarutkanzat.komponen ini menentukan wujud larutan

sebagaigas,padatan atau zat cair.

- Zat terlarut(solute): substansi yangterlarut dalam solvent

Mis : NaCl(aqueous);NaCl solute,aqua solvent

1.2. Sifat Umum larutan berair

a. Elektrolit : suatu zat yang ketika dilarutkan dalam air akan menghasilkan larutan yg dapat

menghantarkan listrik ciri2 elektrolit kuat : apabila zat terlarut dianggap 100% terdisosiasi

menjadi ion2nya dalam larutan (disosiasi adalah penguraian senyawa menjadikation dan anion) .

b. Nonelektrolit : tidak menghantarkan arus listrik ketika dilarutkan dalam air.

Tabel penggolongan zat terlarut dalam larutan berair

• Air

merupakan pelarut sangat efektif untuk senyawa- senyawa ionik pelarut polar (memiliki ujung positif H dan ujung negatif O) .

• Hidrasi (hydration) : proses dimana sebuah ion dikelilingi oleh molekul2 air yg tersusun

dalam keadaan tertentu membantu menstabilkan ion2 dlm larutan dan mencegah kation untuk

bergabung kembali dgn anion.

ex : NaCl (s) +(H 2O) Na + (aq) + Cl -(aq)

• Asam dan basa juga merupakan elektrolit.beberapa asam termasuk HCl dan HNO 3

merupakan elektrolit kuat.

• Beberapa asam tertentu seperti CH 3COOH mengalami

ionisasi sebagian :

CH 3COOH (aq) CH 3COO -(aq) + H +(aq) reversible. Keadaan kimia sepeti diatas

damana tidak ada perubahan menyeluruh yg dpt teramati disebut kesetimbangan kimia.

1.3. Reaksi pengendapan

Elektrolit lemah

- CH 3COOH

- HF

- HNO2

- NH3

- H 2O

Elektrolit kuat

- HCl

- HNO3

- HClO4- H 2SO4- NaOH

- Ba(OH)2

Senyawa - senyawa ionik

Nonelektrolit

(NH 2 2) CO

(urea)

CH 3OH (metanol)

C 2H 5OH (etanol)

C 6H 12O 6 (glukosa)

C 12H 22O11 (sukrosa)

Ciri reaksi pengendapan (precipitation reaction) adalah terbentuknya produk yang tak

larut/endapan. Reaksi pengendapan biasanya melibatkan senyawa-senyawa ionik.misalnya pengendapan Fe(OH) 3 :

Fe 3+(aq) + 3OH -(aq) Fe(OH) 3 (s)

50 ml dari 1,5M NaOH dicampur dengan 35 mL dari 1 M larutan

FeCl 3. 50)(10 -3 L/1mL)= 7.5 x 10 -2molOH-

Fe 3+ dan OH - sebagai reaktan pembatas

Jawab:

Mol Fe 3+ = 1 mol/L (1 mol Fe 3+/1 mol FeCl 3)(35)(10 -3 L/1ml)= 3.5 x 10 -2 mol

Mol OH -=1.5 mol/L(1 molOH -/1molNaOH)

Reaktan pembatas :

(3.5 x10 -2 mol Fe 3+/1mol Fe 3+) = 3.5x10-2

(7.5x10 -2 mol OH -/3 molOH -)= 2.5x10-2

Maka anion hidroksida sebagai reaktan pembatas .

Pencampuran kedua larutan menghasilkan endapan 2.5x10 -2 molFe(OH) 3 = 2.67 g .

1.4. Kelarutan

Kelarutan khas dari senyawa-senyawa ionik dalam air pada suhu 25 0C.

(1) Semua senyawa logam alkali (Gol.1A) dapat larut,

(2) Semua senyawa amonium (NH 4-) dapat larut ,

(3) Semua senyawa yg mengandung nitrat(NO 3-),klorat(ClO 3-) dan perklorat (ClO 4-) dapat

larut.

(4) Sebagian besar hidroksida(OH -) tidak dapat larut kecuali hidroksida logam alkali dan

Ba(OH) 2, Ca(OH) 2 sedkit larut.

(5) Sebagian besar senyawa yang mengandung klorida(Cl -), bromida(Br -) atau iodida(I -)

dapat larut kecuali senyawa - senyawa mengandung Ag +, Hg2 2+, dan Pb 2+

(6) Semua karbonat (CO3 2-) ,fosfat (PO 43-) dan sulfida(S 2-) tidak dapat larut kecuali

seyawa - senyawa ion logam alkali dan ion ammonium.

(7) Sebagian besar sulfat(SO 42-) dapat larut, CaSO 4 dan AgSO 4 sedikit larut, BaSO 4 dan HgSO 4, PbSO 4 tidak larut.

1.5. Reaksi Asam Basa

• Memiliki rasa masam,misalnya : cuka (asam asetat), asam lemon(asam sitrat).

• Menyebabkan perubahan warna pada zat warna tumbuhan, misalnya : lakmus biru menjadi

merah

• Bereaksi dengan logam tertentu seperti seng, magnesium dan besi menghasilkan gas hidrogen.

Reaksi khas :

2 HCl (aq) + Mg(s) MgCl 2(aq) + H 2(aq)

• Bereaksi dengan karbonat dan bikarbonat seperti :

Na2CO3, CaCO3 dan NaHCO3 menghasilkan gas CO2.

2HCl(aq) + CaCO 3(s) CaCl 2(aq) + H 2O(l) + CO 2(g).

• Larutan asam dalam air bersifat elektrolit.

Basa :

• Memiliki rasa pahit

• Terasa licin, misalnya : sabun yg mengandung basa

• Menyebabkan perubahan warna pada zat warna tumbuhan, misalnya : lakmus merah menjadi

biru

• Larutan basa dalam air menghantarkan arus listrik

1.6. Asam dan Basa Bronsted

Johanes Brønsted(1932) menyatakan asam sebagai donor proton dan basa sebagai akseptor proton

Misalnya reaksi :

HCl(aq) H +(aq) + Cl -(aq)

Ion H + kehilangan elektron(proton) dalam bentuk terhidrasi. Sehingga ionisasi asam klorida

sebaiknya dinyatakan sebagai :

HCl(aq) + H 2O(l) H 3O +(aq) + Cl -(aq)

Proton terhidrasi H 3O+ disebut ion hidronium.

Asam – asam yang umum digunakan di lab adalah asam klorida,asam nitrat, asam asetat, asama sulfat dan asam fosfat. HCl, HNO 3 dan CH 3COOH adalah asam monoprotik yaitu

setiap satuan asam menghasilkan satu ion hidrogen dalam ionisasi :

HCl(aq) H +(aq) + Cl -(aq)

HNO 3(aq) H +(aq) + NO 3-(aq)

1.7. Asam- Basa Lewis

Asam adalah senyawa penerima (akseptor ) pasangan elektron, sedangkan basa adalah senyawa pemberi (donor) pasangan elektron. Reaksi asam- basa Lewis tergolong reaksi pembentukan ikatan koordinasi. Contoh reaksi BF3 (asam Lewis) dengan NH3 (basa Lewis).

1.8. Kekuatan Asam- Basa

Asam dapat dibedakan menjadi asam kuat dan asam lemah, begitu pula basa. Reaksi ionisasi asam kuat, secara umum dapat ditulis :

HxA(aq) xH+(aq) + Ax-(aq). Yang termasuk asam kuat, meliputi: HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, dll. Reaksi asam kuat bersifat satu arah karena asam kuat mudah terionisasi dalam air.

Reaksi ionisasi asam lemah, secara umum dapat ditulis :

HzB(aq) zH+(aq) + B z- (aq). Yang termasuk asam lemah, meliputi: CH3COOH, HF, HCN, H2CO3, dll. Reaksi asam lemah bersifat reversibel karena asam lemah tidak terionisasi sempurna di dalam air.

Basa kuat meliputi senyawa- senyawa hidroksida alkali dan beberapa hidroksida alkali tanah. Selain hidroksida- hidroksida tersebut semuanya tergolong basa lemah.

Asam kuat dan basa kuat dalam air mudah terionisasi , dengan derajat ionisasi () 1, sehingga jumlah ion- ionnya relatif banyak. Akibatnya, larutan asam kuat dan basa kuat mudah menghantarkan arus listrik, sehingga disebut larutan elektrolit kuat. Sebaliknya, larutan basa lemah dan asam lemah sukar terionisasi ( 1), sehingga tergolong larutan elektrolit lemah.

Senyawa- senyawa yang dapat bertindak sebagai asam (melepaskan H+) dan juga dapat bertindak sebagai basa (melepaskan OH-) disebut senyawa amfoter. Senyawa- senyawa amfoter, meliputi: Be(OH)2, Al(OH)3, Zn(OH)2,dll.

1.9. Indikator

Indikator asam basa adalah suatu zat yang dapat berubah warna apabila pH lingkungannya berubah atau larutan yang berisi indikator berubah pH. Atau dengan kata lain, suatu senyawa yang berbeda warnanya dalam larutan asam dengan larutan basa.Dalam indikator terdapat dua warna dalam keadaan basa (warna basa) dan sebaliknya

Nama Indikator Pki Jenis Trayek pH Warna

(konstanta kesetimbangan)

Asam- Basa

Fenoftalin - Asam 8,0- 9,6 Tidak berwarna- MerahBrom Timol

Biru7,3 Asam 6,0- 7,6 Kuning- Biru

Metil Jingga 3,4 Basa 3,1- 4,4 Merah- JinggaLakmus - - 4,5- 8,3 Merah- Biru

Biasanya indikator yang dipilih yaitu: a) harganya relatif murah.

CH 3COOH(aq) CH 3COO -(aq) + H +(aq)

• Asam sulfat (H2SO 4) disebut asam diprotik karena setiap satuan asam melepaskan dua ion H+

dalam 2 tahap terpisah :

H 2SO 4(aq) H +(aq) + HSO 4-(aq)

HSO 4-(aq) H +(aq) + SO4 2-(aq)

• Asam triprotik yang menghasilkan tiga ion H+ keberadaannya relatif sedikit, yang paling

dikenal adalah asam fosfat .

H 3PO 4(aq)H +(aq) + H 2PO 4-(aq)

H 2PO 4-(aq) H +(aq) + HPO4 2-(aq)

HPO4 2-(aq) H +(aq) + PO4 3-(aq)

H 3PO 4, H 2PO 4-, HPO4 2- merupakan asam lemah

1.10. Penetralan Asam-Basa

• Reaksi penetralan (neutralization reaction) merupakan reaksi antara asam dan basa.

• Reaksi asam basa dalam medium air :

Asam + basa garam + air

Ex : HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2O(l)

Persamaan ioniknya :

H (+a q) + Cl -(aq) + Na +(aq) + OH -(aq) Na +(aq) + Cl -(aq) + H 2O(l)

H (+a q) + OH -(aq) H 2O(l)

Baik Na + maupun Cl - merupakan ion - ion pendamping.

• Contoh reaksi penetralan asam-basa, lainnya :

HF(aq) + KOH(aq) KF(aq) + H 2O(l)

H 2SO 4(aq) + 2NaOH(aq) NaSO 4(aq) + 2H 2O(l)

HNO 3(aq) + NH 3(aq) NH 4NO 3(aq)

1.11. Konsentrasi larutan dalam satuan kimia

a. Konsentrasi Molar

Ada beberapa cara yang untuk memperoleh konsentrasi larutan secara kuantitatis. Suatu

istilah yang sangat berguna dan berkaitan dengan stoikiometri suatu reaksi dalam larutan disebut

konsentrasi molar atau molaritas dengan simbol M. Dinyatakan sebagai jumlah mol suatu zat

terlarut (solut) dalam larutan dibagi dengan volume larutan yang ditentukan dalam liter. Larutan

yang mengandung 1 mol NaCl dalam 1 L larutan mempunyai molaritas 1 mol NaCl/(L larutan)

atau 1 M dan disebut 1 molar larutan.

Molaritas (M) = mol zat terlarut Volume ( liter )

b. Normalitas (N)

Menyatakan banyaknya gram ekivalen solute yg terdapat dalam 1 L larutan. Gram ekivalen ditentukan oleh massa ekivalen solute, yang berhubungan dengan reaksi kimia sbb :

Pada reaksi netralisasi asam basa :

H+ + OH - H 2O

1. Massa ekivalen dari asam adalah setara dengan fraksi massa molekul yang dapat memberikan satu buah H + untuk melakukan reaksi netralisasi. Gram ekivalen

merupakan jumlah massa zat yg dibutuhkan untuk mereaksikan 1 mol H+.

2. Massa ekivalen suatu basa adalah setara dengan fraksi massa molekul yg dapat

memberikan 1 OH - atau dapat bereaksi dengan 1 H+

c. Molalitas (m)

Menyatakan banyaknya solute per kilogram solvent dalam suatu larutan. Molalitas tak dapat dihitung dari nilai molaritas (M) jika kerapatan jenis tidak diketahui. Bila diketahui HCl bermolalitas 1m artinya terdapat 1mol HCl anhidrat dalam 1000 gram pelarut.

d. Fraksi mol

Merupakan pernyataan jumlah mol(n) suatu komponen dibagi dengan jumlah mol semua komponen dalamlarutan tersebut

Bila fraksi mol dinyatakan dalam x = Nilai x biasanya dinyatakan dalam persen.

1. Ada 2 reaksi dalam larutan, yaitu:

a) Eksoterm, yaitu proses melepaskan panas dari sistem ke lingkungan, temperatur dari campuran reaksi akan naik dan energi potensial dari zat- zat kimia yang bersangkutan akan turun.

b) Endoterm, yaitu menyerap panas dari lingkungan ke sistem, temperatur dari campuran reaksi akan turun dan energi potensial dari zat- zat kimia yang bersangkutan akan naik.

2. Larutan dapat dibagi menjadi 3, yaitu:

a) Larutan tak jenuh yaitu larutan yang mengandung solute (zat terlarut) kurang dari yang diperlukan untuk membuat larutan jenuh. Atau dengan kata lain, larutan yang partikel- partikelnya tidak tepat habis bereaksi dengan pereaksi (masih bisa melarutkan zat). Larutan tak jenuh terjadi apabila bila hasil kali konsentrasi ion < Ksp berarti larutan belum jenuh ( masih dapat larut).

b) Larutan jenuh yaitu suatu larutan yang mengandung sejumlah solute yang larut dan mengadakan kesetimbangn dengan solut padatnya. Atau dengan kata lain, larutan yang partikel- partikelnya tepat habis bereaksi dengan pereaksi (zat dengan konsentrasi maksimal). Larutan jenuh terjadi apabila bila hasil konsentrasi ion = Ksp berarti larutan tepat jenuh.

c) Larutan sangat jenuh (kelewat jenuh) yaitu suatu larutan yang mengandung lebih banyak solute daripada yang diperlukan untuk larutan jenuh. Atau dengan kata lain, larutan yang tidak dapat lagi melarutkan zat terlarut sehingga terjadi endapan. Larutan sangat jenuh terjadi apabila bila hasil kali konsentrasi ion > Ksp berarti larutan lewat jenuh (mengendap).

Berdasarkan banyak sedikitnya zat terlarut, larutan dapat dibedakan menjadi 2, yaitu:

a) Larutan pekat yaitu larutan yang mengandung relatif lebih banyak solute dibanding solvent.

b) Larutan encer yaitu larutan yang relatif lebih sedikit solute dibanding solvent.

Dalam suatu larutan, pelarut dapat berupa air dan tan air.

1.12. Sifat Koligatif Larutan

Koligatif artinya bersama- sama yang berasal dari kata koligeal yang berarti sifat bersama. Jadi sifat koligatif larutan adalah sifat fisik larutan yang hanya dipengaruhi oleh jumlah partikel yang tidak dipengaruhi oleh sifat zat.Perhitungan sifat koligatif larutan elektrolit hanya dikalikan faktor vant Hoff (i) terhadap rumusan sifat koligatif larutan non elektrolitnya, kecuali pada penurunan tekanan uap ada perbedaan perhitungan Xterlarut untuk elektrolit.

Sifat Koligatif Larutan non- elektrolit Larutan elektrolit1. Penurunan tekanan uap (P)

P = P0 . Xt

P= P0 - P

P = P0 . x i

2. Kenaikan titik didih (tb)

tb= Kb . m tb= Kb . m. i

3. Penurunan titik beku (tf)

tf = Kf . m tf = Kf . m. i

4. Tekanan osmotik () = M. R.T = M. R.T. i

Keterangan: i= = Faktor Vant Hoff

R= tetapan gas= 0,082 liter atm/ molK

N= jumlah koefisien kation dan anion

= derajat ionisasi

Kb= konstanta kenaikan titik didih molal pelarut.

Kf= konstanta penurunan titik beku molal pelarut.

nt= mol terlarut

np= mol pelarut

T= derajat Kelvin

M= molar= mol/liter

P= tekanan uap larutan.

Untuk senyawa garam yang sangat encer, dengan konsentrasi zat terlarut jauh lebih kecil dari batas kelarutannya, harga derajat ionisasi sama dengan satu (=1), sehingga harga i = n.

Penurunan tekanan uap (P), Kenaikan titik didih (tb) dan Penurunan titik beku (tf)

Menguap adalah peristiwa partikel- partikel zat cair meninggalkan permukaan. Mendidih adalah temperatur titik didih dimana tekanan uap jenuh di dalam larutan sama dengan tekanan udara luar. Ketika tekanan di dalam sama dengan tekanan di luar disebut temperatur didih.

Tekanan udara,1 atm= 76 cmHg berada di permukaan laut laut. Jika kita naik 100 m di atas permukaan air laut maka tekanan udara berkurang sebesar 1 cmHg.

Tekanan uap pada pelarut murni (1) lebih besar karena pada larutan nomor 2 terdapat hambatan yang menghalangi terjadinya penguapan sehingga pada larutan nomor 2 dalam proses penguapan diperlukan suhu lebih tinggi sehingga titik didih menjadi tinggi, di sini pula mengalami penurunan titik beku.

ISI

Air + zat terlarut yang tidak mudah menguap

(2)

Air

(Pelarut murni)

(1)

1.13. Ciri – ciri reaksi kimia dalam larutan air

1. Terjadi perubahan warna

Pada reaksi kimia, reaktan diubah menjadi produk. Perubahan yang terjadi dapat disebabkan adanya pemutusan ikatan-ikatan antaratom reaktan dan pembentukan ikatan-ikatan bru yang membentuk produk. Untuk memutuskan ikatan diperlukan energi. Untuk membentuk ikatan yang baru, dilepaskan sejumlah energi. Jadi, pada reaksi kimia terjadi perubahan energi.

Reaksi kimia yang menghasilkan energi dalam bentuk panas disebut dengan reaksi eksotermis. Reaksi yang menyerap energi panas disebut dengan reaksi endotermis.Contoh : Api dapat menghangatkan tubuh yang kedinginan dan ketika bernafas panas yang ada dalam tubuh akibat berolahraga dikeluarkan sehingga tubuh menjadi dingin.

2. Terjadi perubahan suhu

Pada reaksi kimia, reaktan diubah menjadi produk. Perubahan yang terjadi dapat disebabkan adanya pemutusan ikatan-ikatan antaratom pereaksi dan pembentukan ikatan-ikatan baru yang membentuk produk. Untuk memutuskan ikatan diperlukan energi.Reaksi kimia yang menghasilkan energi dalam bentuk panas disebut dengan reaksi eksotermis, sedangkan reaksi yang menyerap energi panas disebut reaksi endotermis.

Reaksi kimia terjadi pada suatu ruang yang kita sebut dbngan sistem, tempat di luar sistemdisebutdenganlingkungan. Pada reaksi eksotermis, terjadi perpindahan energi panas dari sisitem ke lingkungan. Pada reaksi endotermis terjadi perpindahan energi panas dari lingkungan ke system.

3. Terjadi pembentukan endapan

Ketika mereaksikan dua larutan dalam sebuah tabung reaksi, kadang-kadang terbentuk suatu senyawa yang tidak larut, berbentuk padat, dan terpisah dari larutannya.Padatan itu disebut dengan endapan (presipitat).

4. Terjadi pembentukan gas

Secara sederhana, dalam reaksi kimia adanya gas yang terbentuk ditunjukkan dengan adanya gelembung-gelembung dalam larutan yang direaksikan. Adanya gas dapat diketahui dari baunya yang khas, seperti asam sulfida (H2S) dan amonia (NH3) yang berbau busuk.