REAKSI KIMIA DALAM LARUTAN AIR

MODUL 5

REAKSI KIMIA DALAM LARUTAN AIR

Oleh : Ir. Nanang Ruhyat, MT.

Dalam mudul 3 telah dipelajari bahwa agar lebih praktis banyak reaksi dilakukan dalam bentuk larutan. Bila suatu pereaksi dilarutkan dalam suatu pelarut, partikelnya akan terbagi dan bercampur secara merata dengan bebas dalam larutan. Hal ini menyebabkan reaksi akan begalan lebih mudah dan cepat.

Salah satu pelarut yang paling penting bagi reaksi kimia adalah air. Air suatu zat yang umum tapi merupakan pelarut yang baik untuk bermacam zat kimia baik yang berbentuk ion atau molekul. Malah, kemampuan air untuk melarutkan bermacam zat kimia dalam berbagai derajat merupa­kan kekhawatiran pokok dari masyarakat modern sekarang, yang se-clang bergumul dengan bertambahnya persoalan pencemaran air pada daerah padat penduduk. Banyaknya perhatian yang telah diberikan pada reaksi dalam larutan air, sebagian karena air merupakan pelarut umum yang mudah didapat dalam laboratorium dan sebagian lagi karena ada­nya reaksi pencemaran air yang potensial disekeliling kita dan jugs disebabkan karena air merupakan media dimana reaksi biokimia terjadi.

ISTILAH-ISTILAH PADA LARUTAN

Banyak istilah yang kita pakai pada pembicaraan mengenai larutan telah diperkenalkan pada modul Termasuk istilah pelarut (solven) dan zat terlarut (solut). Solven umumnya adalah zat yang berada pada larutan dalam jumlah yang besar, sedangkan zat lainnya dianggap sebagai solut. Pada larutan yang mengandung air maka air tersebut selalu dianggap sebagai solven walaupun jumlahnya relatif sedikit. Misalnya pada cam­puran dari H2SO4 96% dan H2O 4% berat, dinamakan "asam sulfat pekat", menggambarkan bahwa sejumlah besar asam sulfat dilarutkan dalam sedikit air, jadi air merupakan solven dan H2SO4 solutnya.

lstilah lain yang adalah pekat dan encer. Canaan pekat mengandung relatif lebih banyak solut dibanding solven se­dangkan larutan encer mengandung relatif lebih sedⁱkit solut dibanding solvennya. Ditekankan di sini kata relatif, sebab ada larutan disebut pekat bila dibandingkan dengan larutan lain yang mempunyai perban­dingan solut lebih rendah terhadap solvennya.

Dalam beberapa hal, ada batas dari jumlah solut yang dapat lanit dalam sejumlah solven pada temperatur tertentu. Misalnya bila kita tambahkan natrium klorida pada 100 ml air pada 0°C hanya 35,79 g garam yang akan larut, berapapun banyaknya jurnlah garam yang kita masulckan. Kelebihan NaCl rya akan mengendap di dasar wadah. Suatu larutan yang mengandung sejumlah solut yang larut clan mengadakan kesetimbangan den^gan solut padatnya disebut larutan jenuh dan jumlah solut yang larut dalam larutan jenuh ini dinamakan kelarutan zat tersebut sehingga kelarutan dari natrium klorida dalam air pada 0°C adalah 35,7 g NaCI dalam 100 ml- air. Berarti untuk kelaruitan, kita selalu harus menyebut temperaturnya.

Bila suatu larutan mengandung solut kurang dari yang diperlukan untuk membuat larutan jenuh, dikatakan larutan tidakjenuh. Misalnya bila akan melarutkan 20 g NaCI dalam 100 mL air pada 0°C. Suatu larutan tak jenuh masih mampu melarutkan lebih banyak solut, dalam hat ini penambahan 15,7 g NaCI dapat dilarutkan tiap 100 mL air.

Penting diketahui bahwa istilah jenuh dan tak jenuh tak ada hubung­ an secara langsung dengan istilah larutan pekat dan encer. Misalnya suatu larutan jenuh perak klorida pada temperatur kamar hanya mengan­dung 0,000089 g AgCl/100 mL air, sehingga bisa kita anggap larutan encer. Tetapi sebaliknya diperlukan kira-kira 500 g litium klorat (Li-CIO,) per 100 mL untuk membuat larutan jenuh nada temperatur yang sama. Pada hat larutan yang mengandung 400 g LiClO, dalam 100 niL air sudah dikatakan pekat walaupun belum jenuh.

Akhimya ada beberapa zat yang acap kali mernbentl ik larutan sangat jenuh (super saturated) vaitu larutan yang inen^gandLIM- lebih banyak solut dari pada yang diperlukan untuk larutan jenuh. Contohnya adalah natrium asetat (CH3COONa) Pada 0°C senyawa ini dapat larut sampai. mencapai 119 g/100 int., tetapi kelarutannya akan bertambah dengan naiknya temperatur. Bila suatu larutan tak jenuh yang panas yang me­ngandung 119 g lebili NaC,H₂O, per 100 ml didinginkan sampai 0°C, scharusnya kelebihan solut akan mengendap pada dasar larutan, tetapi biasanya tidak. Kelebihan solut akan tetap berada dalam bentuk larutan.

ELEKTROLIT

Umumnya air adalah pelarut (solven) yang baik untuk senyawa ion dan larutan air yang yang mengandung zat-zat ini akan mempunyai sifat-si­ fat yang khan, salah satu adalah dapat meneruskan arcs listrik. Dapat diperlihatkan oleh alai pada Gambar 5.2. Bila elektroda dicelupkan ke dalam air murni, bola lampu tak akan menyala karena air adalah kon­ duktor listrik yang sangat jelek. Tetapi bila suatu senyawa ion yang larut seperti NaCI ditambahkan pada air, setelah solutnya lanit, bola lampu mulai menyala dengan terang. Senyawa seperti NaCl yang membuat larutan menjadi konduktor listrik disebut elektrolit.

Bagaimana keterangan dari sifat konduktor listrik larutan senyawa ion dalam air ini? Ketika zat larut dalam air, ion-ion yang tadinya terikat kuat dalam zat padatnya akan lepas dan melayang-layang dalam larutan, bebas satu dengan yang lain. Dikatakan senyawa telah terdisosiasi atau melepaskan diri menghasilkan ion-ion dan adanya ion-on bebas inilah yang menyebabkan larutan menjadi konduktor listrik.

Keterangan mengenai elektrolit ini pertama kali diberikan oleh Svante Arrhenius , ahli kimia terkeital dari Swedia. Sangatlah menarik untuk disimak bahwa hampir saja is tak diberikan gelar doktornya pada tahun 1884 di Universitas Upsala, Swedia, karena mengemukakan hal ini. Bagaimanapun teorinya tetap bertahan sampai kini, karena telah menerangkan dengan sukses mengenai sifat larutan garam.

Bila senyawa ion berdisosiasi dalam air, ion-ionnya tak bebas sama sekali, karena ion-ion tersebut akan dihalangi oleh molekul-molekul air sehingga dikatakan akan terhidrasi. Hal ini dinyatakan dengan tulisan (aq) dibelakang dari rumus ion-ion tersebut. Misalnya pada disosiasiNatrium klorida yang terjadi bila zat padatnya dilarutkan dalam air dapat atakan dalam persamaan:

NaCl(s) ----> Na⁺(aq) + CI^-(aq)

Kerapkali, untuk mudahnya huruf s dan aq dihilangkan saja.

Terbentuknya ion-ion dalam larutan tak hanya terbatas untuk senya­ wa ion saja. Banyak juga zat berbentuk molekul yang bereaksi dengan air akan menghasilkan ion-ion sehingga juga merupakan suatu elek­trolit. Contohnya adalah HCI. Bila gas HCI dilarutkan dalam air, akan terjadi reaksi sebagai berikut:

HCI(g) + H₂0 à H₂O ⁺(aq) + Cl-(aq)

Reaksi semacam ini biasanya disebut reaksi ionisasi karena mengha­ silkan ion-ion yang sebelurnnva tak ada (Tetapi sering disebut sebagai disosiasi agar tak usah menggunakan istilah yang berbeda untuk elek­ trolit ion dan molekul). Reaksi terjadi karena adanya perpindahan pro­ ton atau ion hidrogen (H⁺) dan molekul HCI ke molekul air meng­hasilkan ion hidronium H₂O⁺ dan ion klorida (CI-). Sehingga walaupun hidrogen klorida murni berada sebagai molekul yang kelistrikannya netral (cairan HCI tak menghantarkan listrik) bila dilarutkan dalam air akan teqadi reaksi kimia dan menghasilkan ion dan menjadi suatu elektrolit.

Seperti terlihat, ion hidronium merupakan sesuatu yang sangat penting untuk dibicarakan pada reaksi kimia dalam lamtan air. Sangatlah berguna untuk menganggap ion hidronium itu sebagai ion H⁺ atau proton yang berasosiasi dengan molekul air. Kita dapat melakukan hal ini karena bila ion hidronium bereaksi, akan dilepaskan protonnya dan yang tinggal molekul air sebagai salah satu hasil reaksi. Sebetulnya H₂0 dari ion hidronium hanya bertindak sebagai pembawa untuk ion H⁺. Karena itu ion hidronium sering ditulis sebagai _H+_, dan kita sering membicarakan ion H₃0⁺ sebagai ion hidrogen. Bila H₂0 dari H₃0⁺ ion kita hilangkan, disosiasi HCI dapat ditulis sebagai berikut:

HCI(aq) à 4 H⁺(aq) + Cl^-(aq)

Walaupun kita menulis hanya H⁺, harus selalu diingat bahwa paling sedikit satu tapi mungkin ada beberapa lagi molekul H₂0 yang berasosi­ dengan proton ini dalam larutan

Elektrolit Kuat dan Elektrolit Lemah

Dua contoh elektrolit yang dibicarakan diatas yaitu NaCl dan HCl, dalam larutan akan terdisosiasi secara sempurna; 1 mol NaCl akan memberikan 1 mol Na⁺ dan 1 mol Cl^-, demikian juga 1 mol HCl akan menghasilkan 1 mol ion H⁺ dan 1 mol ion Cl^-. Zat-zat semacam NaCI dan HCI yang dalam larutan akan terdisosiasi sempurna disebut elektrolit kuat.

Banyak juga zat-zat yang berbentuk molekul bila dilarutkan dalam air yang sama sekali tak mempunyai kemampuan untuk terionisasi. Contohnya alkohol dan gula. Bila senyawa-senyawa ini dilarutkan dalam air, molekul-molekulnya hanya bercampur dengan molekul-­molekul air membentuk larutan yang homogen, tetapi larutannya tak mengandung ion-ion karena solutnya tak bereaksi dengan air. Karena solut ini tak menghasilkan ion dalam larutan, larutannya tak menghan­tarkan listrik dan solut semacam ini dinamakan non elektrolit.

Diantara elektrolit kuat dan nonelektrolit ada sejumlah senyawa yang disebut elektrolit lemah. Senyawa-senyawa ini menghasilkan larutan yang menghantarkan listrik, tetapi lemah sekali. Contohnya asam asetat CH3COOH suatu zat yang membuat cuka rasanya asam. Bila elektroda dari alas konduktor dicelupkan ke dalam larutan asam ini dari bola lampu hanya redup saja.

Dalam larutan asam asetat, hanya sebagian kecil dari molekul asam asetat yang dihasilkan reaksi berikut ini berbentuk ion

CH3COOH (aq) à CH3COO^- (aq) + H⁺ (aq)

MisaInya dalam larutan CH3COOH 1,0 M hanya kira-kira 0,42% yang bereaksi. Sisanya masih tetap berbentuk molekul yang tak bermuatan.

Sangatlah penting untuk dibicarakan sebab dari keterbatasan dari derajat disosiasi elektrolit lemah ini, karena hal ini akan mengabaikan hal-hal penting dari konsep kimia, sehingga akan diuraikan dalam modul dibelakang.

Pada larutan asam asetat, molekul-molekul CH3COOH secara tetap akan bertumbukan dengan molekul air dan setiap tumbukan ada ke­mungkinan sebuah proton dari molekul CH3COOHakan berpindah ke molekul air dan menghasilkan H⁺ serta CH3COO^- ion. Tapi dalam larutan ini ada juga pertemuan antara ion asetat dan ion hidronium. Bila kedua ion ini bertemu, kemungkinan besar dari ion H⁺ akan melepaskan protonnya ke ion CH3COO^- untuk membentuk kembali mo­lekul-molekul CH3COOHdan H₂0. Sehingga dalam larutan ini ada dua reaksi yang berjalan bersamaan

CH3COOH + H2O à H⁺ + CH3COO^-

H⁺ + CH3COO^- à CH3COOH + H2O

Biila kecepatan reaksi (1) untuk membentuk ion-ion sama dengan ke­cepatan reaksi (2) yang menghilangkan ion-ion tersebut, maka konsen­trasi masing-masing zat dalam larutan tak akan berubah. Malah mulai saat ini konsentrasi masing-masing zat akan tetap, walaupun bila kita teliti ada beberapa unit CH3COOHyang kadang-kadang berbentuk ion CH3COO^- , kadang-kadang sebagai molekul CH3COOH_{. .} Keadaan sema­cam ini disebut seimbang. Disebut keseimbangan dinamik karena dalam larutan selalu terjadi perubahan - tedadi dua rekasi: ion-ion bereaksi menjadi molekul dan molekul bereaksi membentuk ion-ion.

Untuk menunjukkan adanya reaksi kesetimbangan dalam suatu reaksi, digunakan dua tanda panah == > pada reaksi kimianya. Sehingga, kesetimbangan yang kita bicarakar, ditulis sebagai berikut:

CH3COOH + H2O == > H⁺ + CH3COO^-

Penggunaan panah dua arah ini menyatakan bahwa kecepatan reaksi dari kiri ke kanan adalah sama dengan kecepatan reaksi dari kanan ke kiri. Dalam larutan asam asetat kecepatan reaksi yang sama ini terjadi sewaaktu sedikit asam asetat yang telah terionisasi. Dalam hal semacam ini dikatakan bahwa larutan asam asetat kecil. Jadi keadaan setimbang yaitu perbandingan relatif antara pereaksi dan hasil reaksi lebih kuat ke kiri berarti lebih banyak ke arah bentuk molekul. Dengan kata lain hampir seluruh asam asetat berada dalam bentuk tak terionisasi.

Untuk elektrolit kuat seperti HCl, reaksi dari ion-ionnya untuk mem­bentuk molekul kemungkinannya tak ada. Bila ion H⁺ bertemu de­ngan ion Cl- dalam larutan, tak terbentuk apa-apa. Sebab itu bila HCl dilarutkan dalam air, hanya reaksi ke kanan yang terjadi dan segera seluruh HCl akan berubah menjadi ion-ion. Solut akan terionisasi 100%. Bila kita menulis persamaan reaksi untuk elektrolit kuat dalam air, kita hilangkan tanda panah ke kiri karena reaksinya tak terjadi. Karena itu untuk reaksi HCl ditulis

HCL(aq) + H2) à H+ + Cl -(aq)

Konsep dari kesetimbangan dinamik sangatlah penting. Semua pro­ ses, baik kimia atau fisika selalu akan bergerak ke arah kesetimbangan dan kita akan menggunakan konsep ini dalam bab-bab yang akan datang untuk menganalisis perubahan fisika maupun reaksi kimia

REAKSI ANTARA ION-ION

Banyak reaksi-reaksi kimia yang dilakukan dalam laboratorium, yang merupakan bagian dalam pelajaran kimia, melibatkan elektrolit-elek­trolit yang dilarutkan dalam air. Umumnya, reaksi-reaksi ini terjadi antara ion-ion yang ada dalam larutan, sebab itu dapat disebut reaksi ­reaksi ion. Contoh yang khas adalah reaksi yang tedadi bila larutan

natrium klorida dan perak nitrat dicampur, yang diperlihatkan dalam. Ketika larutan yang satu ditambahkan pada yang lain, suatu_. endapan putih dari perak klorida terbentuk. Bila larutan natrium klorida mengandung 1 mol NaCl dan larutan perak nitrat mengandung 1 mol AgNO3_, Maka 1 mol AgCI akan terbentuk dan larutan akan me­nganduilg I mol NaNO3 yang terlarut. Bila diinginkan, kita dapat memi­sahkan AgCI dari larutan dengan jalan menyaring campuran. Bila filtrat, air yang jernih yang melalui kertas caring, diuapkan, yang tinggal adalah kristal NaNO3.

Persamaan kimia untuk perubahan yang terjadi adalah

AgNO,(aq) + NaCI(aq) à AgC1(s) + NaNO,(aq)

Reaksi semacam ini, dimana terjadi pertukaran tempat dari anion dan kation dinamakan metatesis atau perubahan rangkap, (Cl- menggan­tikan NO, - dan NO3 - menggantikan CI-).

Persamaan di atas dinamakan persamaan molekuler, sebab semua pereaksi dan hasil reaksi ditulis seolah-olah zat-zat tersebut berbentuk molekul. (Tentunya kamu telah mengetahui bahwa zat-zat ionik dalam keadaan padat maupun larutan tak berbentuk sebagai molekul. Di­namakan saja persamaan molekuler karena tak diperlihatkan adanya ion-ion).

Penyajian yang lebih tepat dari reaksi ini seperti yang terjadi sesung­guhnya didapat bila kita memperhatikan apa yang terjadi bila solut dilarutkan dalam air. Seperti telah dibicarakan sebelumnya, tiap senyawa ion yang larut, pada larutan berada bukan dalam bentuk molekul tapi sebagai ion-ion yang tersebar dalam pelarut. senyawa ini 100% akan terdisosiasi. sebab itu, dalam air NaCl berada dalam bentuk ion Na⁺ dan Cl-. Demikian juga larutan AgNO₃, berada sebagai ion Ag⁺ dan ion NO3 -. Bila kedua larutan dicampur, eat padat AgCI terbentuk karena

bergabungnya ion Ag⁺ dan ion CI-. Zat padat dalam larutan yang terben­tuk karena reaksi kimia dinamakan suatu endapan. Larutan yang ada setelah terbentuk AgCI hanya mengandung ion Na⁺ dan ion ^NO3-, jadi

adalah larutan Natrium Nitrat _(NaNO3). Untuk menunjukkan zat-zat Yang seluruhnya terdisosiasi dalam reaksi ini kita tulis persamaannya sebagai berikut:

Ag’(aq) + NO, ^-(aq) + Na-(aq) + C1 (aq) ---> AgCl(.Y) + Na’(aq) + ^NO3 -(aq)

Persamaan ini disebut persamaan ionik dan didapat dengan menulis rumus dari tiap elektrolit kuat yang larut dalam bentuk terdisosiasi dan. rumus "yang tak larut dalam bentuk molekuler".

Bila diperiksa persamaan ionik dari reaksi ini, terlihat bahwa ion Na+ dan NO3 - tak meri^galami perubahan. Ion Na⁺ dan ^NO3 - yang sama tetap