Modul 3 [PDF]

Citation preview

MODUL3 KIMIA LARUTAN



Tujuan Pembelajaran : Mahasiswa mampu menghitung konsentrasi suatu larutan, menjelaskan konsep dasar pengendapan



Sistem Larutan Larutan adalah campuran homogen dari dua atau lebih zat. Larutan terdiri dari zat terlarut dan pelarut. Larutan bisa berwujud gas (seperti udara), padat (seperti alloy/paduan logam), dan larutan berair (seperti air gula, air garam).



Larutan Air



Zat Terlarut



Pelarut



Molekul pelarut



Kristal zat terlarut di dalam zat pelarut



Larutan



Molekul terlarut



Sistem larutan: Molekul zat terlarut terdispersi ke seluruh pelarut



Gambar 1. Sistem larutan (sumber : Jespersen, Brady, Hyslop)



Tipe-tipe larutan Komponen 1



Komponen 2



Bentuk larutan



Contoh



gas



gas



gas



udara



gas



cairan



cairan



Air



soda



(CO2



dalam air) gas



padat



padat



H2 dalam palladium



cairan



cairan



cairan



Etanol dalam air



padat



cair



cair



NaCl dalam air



padat



padat



padat



solder



(Sn/Pb),



kuningan (Cu/Zn)



Kelarutan



Kelarutan 



g zat terlar ut yang dibutuhkan untuk membuat larutan jenuh 100 g pelarut



(bergantung suhu)



Larutan Jenuh Keadaan dimana larutan tersebut tidak dapat lagi melarutkan zat terlarut, pada temperatur tertentu. Larutan tidak jenuh Jumlah zat terlarut masih lebih sedikit, sehingga larutan tersebut masih mampu melarutka zat terlarut tambahan. Contoh kelarutan beberapa zat pada suhu tertentu Senyawa



Rumus Kimia



Kelarutan (g/100 g air)



Sodium Klorida



NaCl



35.7 pada 0°C 39.1 pada 100°C



Sodium Hidroksida



Na(OH)



42 pada 0°C 347 pada 100°C



Kalsium Karbonat



CaCO3



0.0015 pada 25°C



Reaksi Pengendapan Reaksi pengendapan adalah reaksi yang menghasilkan endapan (zat yang tidak larut). (lihat gambar 4) reaksi antara larutan KI dengan larutan Pb(NO 3)2 yang menghasilkan endapan PbI2 melalui persamaan reaksi sebagai berikut: 2KI (aq) + Pb(NO3)2 (aq)  PbI2 (s) + 2KNO3(aq)



Gambar 4. Reaksi pengendapan Jika di lihat dari gambar 4, larutan KI dan larutan Pb(NO 3)2 secara molecular tersusun atas ion-ion K+, I-, Pb2+ dan NO3-. Setelah kedua larutan tersebut dicampurkan, terbentuk endapan kuning, yaitu PbI, sedangkan larutan KNO 3 yang dihasilkan secara molecular tersusun atas ion K+ dan ion NO3-.



Larutan Elektrolit dan Larutan Nonelektrolit Dari segi daya hantar listrik, larutan berair dikelompokkan menjadi larutan elektrolit (dapat menghantarkan arus listrik, ditandai dengan lampu yang menyawa dan/atau adanya gelembung di larutan) dan larutan non elektrolit (tidak dapat menghantarkan arus listrik, lampu tidak menyala, tidak ada gelembung di larutan). Larutan elektrolit memiliki ion yang dapat bergerak dan menghasilkan aliran elektron, sehingga dapat menghasilkan arus listrik, sedangkan larutan non elektrolit tidak memiliki ion sehingga tidak ada aliran electron dan tidak ada arus listrik yang dihasilkan. Perhatikan gambar berikut :



tidak ada aliran arus



a. Non elektrolit



Banyak ion



sedikit ion



tidak ada ion



ada aliran arus (kecil)



b. Elektrolit lemah



c. Elektrolit kuat



Gambar 2. Sistem larutan elektrolit dan non elektrolit



ada aliran arus (besar)



Perhatikan gambar 3. Gambar sebelah kiri merupakan larutan glukosa sedangkan sebelah kanan merupakan larutan garam NaCl. Gula memiliki bentuk molekul yang besar dan tidak terurai dalam air. Sehingga dalam air, molekul gula dikelilingi oleh molekul air. Dalam gelas di sebelah kanan, NaCl mengalami ionisasi sebagai berikut : NaCl (s)  Na+(aq) + Cl-(aq) Ion Na+ maupun ion Cl- masing –masing akan dikelilingi oleh molekul air (hidrasi)



Gambar 3. System larutan gula (larutan non elektrolit) dan larutan garam (larutan elektrolit)



Molekul ion dalam air Molekul air akan berada di sekeliling ion, dan memisahkan ion negative dan ion positif. Mekanisme larutnya senyawa ionik dalam larutan : Tahap 1 : disosiasi Garam terurai menjadi ion ketika masuk dalam pelarut. Tahap 2 : ion-ion terpisah



Proses hidrasi : molekul air mengelilingi ion-ion hidrasi hidrasi



Gambar 4. Proses larutnya molekul ion (sumber: Brady)



Senyawa kovalen (polar) dalam air Ketika senyawa kovalen polar dilarutkan dalam air, senyawa tersebut dikelilingi molekul air, senyawa tersebut tidak mengalami disosiasi. Molekul ion



Gambar 5. Proses larutnya senyawa kovalen polar dalam air



Konduktivitas listrik Elektrolit 



Zat terlarut yang mengasilkan larutan dengan konduktivitas elektrik







Mengasilkan ion-ion yang terpisah ketika senyawa tersebut memasuki larutan



Elektrolit Kuat -



Elektrolit yang terurai (terdisosiasi) 100% dalam air



-



Mengasilkan larutan berair yang menghantarkan listrik



-



Konduktivitas elektrik yang baik



-



Merupakan senyawa ionik



-



Merupakan asam dan basa kuat



Contoh : NaBr, KNO3, HClO4, HCl Elektrolit lemah -



Larutan berair yang dapat menghantarkan listrik dengan kekuatan lemah yang dihasilkan dari ioninisasi yang rendah (terurai < 100%)



-



Merupakan asam dan basa lemah



Contoh : asam asetat (HC2H3O2), amonia (NH3) Non Elektrolit -



Larutan berair yang tidak dapat menghantarkan arus listrik



-



Molekul tetap utuh (tidak terdisosiasi) dalam larutan



Contoh : gula, alcohol



Contoh soal : 1. Berapa jumlah ion yang dapat terbentuk dari terurainya Na3PO4? a. 1



d. 4



b. 2



e. 8



c.



3



2. Berapa jumlah ion yang dapat terbentuk dari terurainya Al2(SO4)3? a. 2



d. 9



b. 3



e. 14



c. 5



Persamaan untuk reaksi disosiasi senyawa ionik larut menghasilkan ion terhidrasi. (hidrasi = dikelilingi oleh molekul air). Ion yang terhidrasi dalam persamaan reaksi kimia disimbolkan dengan fasa (aq) dan ion-ion tersebut ditulis secara terpisah. Contoh : KBr(s)  K+(aq) + Br(aq) Mg(HCO3)2(s)  Mg2+(aq) + 2HCO3(aq)



Latihan : Tuliskan persamaan yang mengilustrasikan disosiasi senyawa berikut : 



Na3PO4(aq)







Al2(SO4)3(aq)







CaCl2(aq)







Ca(MnO4)2(aq)



Ada tiga jenis persamaan kimia yang bisa digunakan dalam menuliskan persamaan reaksi ketiga dua larutan ionic dicampurkan sebagai berikut : 1. Persamaan molekul 



Merupakan rumus yang lengkap, seluruh reaktan dan produk ditulis dalam persamaan reaksi.







Semua ditulis dalam bentuk senyawa, seolah-olah tidak ada ion dalam reaksi tersebut







Memberikan identitas semua senyawa







Bagus untuk merencanakan eksperimen



Contoh : Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq)  PbI2(s) + 2KNO3(aq)



2. Persamaan ionic 



Menekankan reaksi antara ion







Semua elektrolit kuat berdisosiasi menjadi ion







Digunakan untuk memvisualisasikan apa yang sebenarnya terjadi dalam larutan







Padatan yang tidak larut ditulis bersama-sama karena mereka tidak berdisosiasi dengan tingkat yang cukup berarti



Contoh : Pb2+(aq) + 2NO3(aq) + 2K+(aq) + 2I(aq)  PbI2(s) + 2K+(aq) + 2NO3(aq) Dalam persamaan ionic terdapat ion spectator yang sebenarnya tidak terlibat dalam reaksi contoh K+ & NO3 dalam reaksi di atas.



3. Persamaan ion bersih 



Tidak melibatkan ion spectator







Menekankan reaksi sebenarnya







Focus pada perubahan zat yang terjadi



Contoh : Pb2+(aq) + 2I(aq)  PbI2(s) PbI2 dapat dibuat dengan beberapa metoda, dua contoh metoda yaitu melalui reaksi sebagai berikut : 1. Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq)  PbI2(s) + 2KNO3(aq) 2. Pb(C2H3O2)2(aq) + 2NH4I(aq)  PbI2(s) + 2NH4C2H3O2(aq) Walaupun berbeda bahan kimia yang digunakan untuk memproduksi PbI2, namun tetap reaki ion bersih untuk kedua reaksi diatas adalah sama, yaitu : Pb2+(aq) + 2I(aq)  PbI2(s)



Kriteria dalam menyetaraan persamaan ion adalah tidak hanya menyamakan jumlah atom kiri dan kanan namun juga muatan elektrik kiri dan kanan.



Asam dan Basa sebagai senyawa elektrolit Banyak bahan kimia maupun bahan-bahan kebutuhan rumah tangga yang merupakan senyawa asam maupun basa. Senyawa asam atau basa dapat diidentifikasi dengan menggunakan



indicator.



Indicator



merupakan



senyawa



pewarna



yang



akan



menunjukkan perubahan warna yang berbeda apabila ditambahkan dalam larutan asam atau basa. Asam -



-



Jika ke dalam larutan yang bersifat asam dimasukkan kertas lakmus merah, maka warna kertas tersebut akan tetap berwarna merah dan merubah lakmus biru menjadi merah Contoh : air perasan jeruk, cuka, H2SO4



Basa -



-



Jika ke dalam larutan yang bersifat basa dimasukkan kertas lakmus biru, maka warna kertas tersebut akan tetap menjadi biru, dan jika dimasukkan lakmus merah akan berubah menjadi biru. Contoh : Ammonia , NaOH



Reaksi Penetralan Asam bereaksi dengan basa menghasilkan air dan garam (senyawa ionik) Asam + basa  garam + H2O Contoh : HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H2O HBr(aq) + LiOH(aq)  LiBr(aq) + H2O 1:1 rasio mol asam : basa memberikan larutan yang netral



Teori Asam-Basa Arrhenius Asam Arrhenius Asam adalah partikel yang melepaskan ion H+ di dalam air sedangkan basa adalah partikel yang melepaskan OH- dalam air. Reaksi penetralan asam-basa adalah sebagai berikut : H+(aq) + OH–(aq)  H2O Dalam larutan, H+ menempelkan dirinya ke H2O untuk membentuk H3O+ (ion hydronium) dalam air. Beberapa hal yang perlu diketahui adalah : -



H+ tidak pernah ada di dalam larutan berair



-



Ketika H3O+ bereaksi, H+ dilepaskan



-



H+ adalah ion aktif



-



H+ sering digunakan untuk menyederhanakan reaksi, o Contoh : Reaksi : HCl(g) + H2O(l)  H3O+(aq) + Cl-(aq) Reaksi sederhana :



  O HCl(g ) H2  H ( aq )  Cl (aq )



Yang sebenarnya terjadi secara molekular adalah seperti yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini :



Secara umum reaksi asam dalam air bisa dirumuskan sebagai berikut : Acid + H2O  Anion + H3O+ HA + H2O



 A– + H3O+



Kategori asam berdasarkan jumlah ion H+ -



Asam Monoprotik o Hanya menghasilkan satu ion H+ HNO3(aq) + H2O  H3O+(aq) + NO3–(aq) HC2H3O2(aq) + H2O  H3O+(aq) + C2H3O2–(aq)



-



Asam Poliprotik o Memiliki lebih dari satu ion H+ 



Asam diprotik  menghasilkan 2 ion H+ H2SO3(aq) + H2O  H3O+(aq) + HSO3–(aq) HSO3–(aq) + H2O  H3O+(aq) + SO32–(aq)







Asam triprotik menghasilkan 3 ion H+ H3PO4  H2PO4–  HPO42–  PO43– 



Tahapan ionisasi H3PO4(aq) + H2O  H3O+(aq) + H2PO4–(aq) H2PO4–(aq) + H2O  H3O+(aq) + HPO42–(aq) HPO42–(aq) + H2O  H3O+(aq) + PO43–(aq)







Reaksi total : H3PO4(aq) + 3H2O  3H3O+(aq) + PO43–(aq)



Basa Arrhenius Senyawa yang menghasilkan OH- saat bereaksi dengan air. Senyawa ion yang memiliki OHa. Hidroksida logam -



Reaksi disosiasi logam dengan ion hidroksida



-



NaOH(s)  Na+(aq) + OH–(aq)



-



Mg(OH)2(s)  Mg2+(aq) + 2OH–(aq)



b. Anhidrida basa -



Oksida logam yang larut dalam air



-



Menghasilkan ion hidroksida (OH-) melalui reaksi ionisasi



-



Reaksi oksidasi dengan air membentuk hidroksida logam, seperti ilustrasi berikut : 



CaO(s) + H2O



Ca(OH)2(aq)



Lalu, hidroksida logam terdisosiasi dalam air : Ca(OH)2(aq)  Ca2+(aq) + 2OH–(aq)



Secara umum, reaksi ionisasi basa di dalam air menghasikan ion hidroksida dapat diilustrasikan sebagai berikut : Basa + H2O  BasaH+(aq) + OH–(aq) B + H2O  BH+(aq) + OH–(aq) NH3(aq) +



H2O







NH4+(aq) + OH–(aq)



Asam-Basa sebagai larutan elektrolit Elektrolit kuat & lemah



HCl(aq)



CH3COOH(aq)



Asam Kuat



NH3(aq)



Basa Kuat



HClO4(aq)



Asam perklorat



HClO3(aq)



Asam klorat



HCl(aq)



Asam hidroklorat



HBr(aq)



Asam hidrobromat



HI(aq)



Asam hidroiodat



HNO3(aq)



Asam nitrat



H2SO4aq)



Asam sulfat



Hidroksida logam gol IA



LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH



Hidroksida logam gol II A



Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2



-



Asam dan basa kuat memiliki kemampuan konduktivitas elektrik yang baik sehingga masuk dalam kategori elektrolit kuat. Hal ini dikarenakan senyawasenyawa yang dapat terdisosiasi sempurna dalam air. Sedangkan senyawasenyawa yang tidak ada di table di atas merupakan elektrolit lemah.



Asam dan Basa Lemah Senyawa-senyawa digolongkan asam-basa lemah dikarenakan senyawa tersebut di dalam air hanya terionisasi sebagian (