KIMIA ANALITIK/KIMIA ANALISIS
Kimia analitik merupakan ilmu kimia yang mendasari analisis dan pemisahan sampel. Analisis dapat bertujuan untuk menentukan jenis komponen apa saja yang terdapat dalam suatu sampel (kualitatif), dan juga menentukan berapa banyak komponen yang ada dalam suatu sampel (kuantitatif). Tidak semua unsur atau senyawa yang ada dalam sampel dapat dianalisis secara langsung, sebagian besar memerlukan proses pemisahan terlebih dulu dari unsur yang mengganggu. Karena itu cara-cara atau prosedur pemisahan merupakan hal penting juga yang dipelajari dalam bidang ini. Dibandingkan dengan cabang ilmu kimia lainnya seperti kimia anorganik, organik, fisik dan biokimia, maka kimia analitik mempunyai penerapan yang lebih luas. Kimia analitik tidak saja dipakai di cabang ilmu kimia lainnya, tapi juga dipakai luas dalam cabang ilmu pengetahuan lain seperti ilmu lingkungan, kedokteran, pertanian, kelautan dan sebagainya. Demikian juga di bidang industri, profesi, kesehatan dan bidang lainnya kimia analitik memberikan peranan yang tidak sedikit. Dalam ilmu lingkungan, pemantauan kadar pencemar memerlukan metoda analisis yang tepat, cepat dan peka untuk menentukan berbagai konstituen yang sering berjumlah renik. Dalam bidang kedokteran diperlukan berbagai analisis untuk menentukan berbagai unsur atau senyawa dalam sampel seperti darah, urin, rambut, tulang dan sebagainya. Di bidang pertanian, komposisi pupuk yang tepat sehingga tumbuhan menghasilkan panen seperti yang diharapkan juga memerlukan metoda analisis yang tepat untuk mengetahuinya. Di bidang industri metoda analisis diperlukan untuk memonitoring bahan baku, proses produksi, produk maupun limbah yang dihasilkan. Itu adalah sebagian saja yang dapat dikemukakan mengenai peranan kimia analitik dalam kehidupan manusia. Ditinjau dari caranya, kimia analitik digolongkan menjadi : I.
Analisis klasik
Analisis klasik berdasarkan pada reaksi kimia dengan stoikiometri yang telah diketahui dengan pasti. Cara ini disebut juga cara absolut karena penentuan suatu komponen di dalam suatu sampel diperhitungkan berdasarkan perhitungan kimia pada reaksi yang digunakan. Contoh analisis klasik yaitu volumetri dan gravimetri. Pada volumetri, besaran volume zatzat yang bereaksi meupakan besaran yang diukur, sedangkan pada gravimetri, massa dari zatzat merupakan besaran yang diukur.
1
1. ANALISIS GRAVIMETRI
Dalam analisis kuantitatif selalu memfokuskan pada jumlah atau kuantitas dari sebuah sampel, pengukuran sampel dapat dilakukan dengan menghitung berat zat, menghitung volume atau menghitung konsentrasi. Gravimetri merupakan penetapan kuantitas atau jumlah sampel melalui penghitungan berat zat. Sehingga dalam gravimetri produk harus selalu dalam bentuk padatan (solid). Analisis gravimetri adalah analisis kimia secara kuantitatif berdasarkan proses pemisahan dan penimbangan suatu unsur atau senyawa tertentu dalam bentuk yang semurni mungkin. Gravimetri dalam ilmu kimia merupakan salah satu metode analisis kuantitatif suatu zat atau komponen yang telah diketahui dengan cara pengukuran berat komponen dalam keadaan murni setelah melalui proses pemisahan. Analisis gravimetri adalah proses isolasi dan pengukuran berat suatu unsur atau senyawa tertentu. Metode gravimetri memakan waktu yang cukup lama, adanya pengotor pada konstiven dapat diuju dan bila perlu faktorfaktor koreksi dapat digunakan. Alat utama dalam gravimetri adalah timbangan dengan tingkat ketelitian yang baik. Umumnya reaksi kimia tidak dalam ukuran besar seperti kilogram, namun dalam satuan yang lebih kecil seperti gram dan mili gram. Timbangan yang dipergunakan memiliki ketelitian yang tinggi atau kepekaan yang tinggi dan disebut dengan neraca analitik atau analytical balance. balance. Kinerja Metode Gravimetri • Relatif lambat lambat • Memerlukan sedikit peralatan ⇒ • Tidak memerlukan kalibrasi ⇒ • Akurasi 1-2 1-2 bagian per seribu • Sensitivitas: analit > 1% • Selektivitas: tidak terlalu spesifik Metode Gravimetri Analisis gravimetri dapat dilakukan dengan metode : A. Pengendapan B. Penguapan C. Elektrolisis A. PENGENDAPAN
Endapan yang dikehendaki: 2
1) Mudah disaring dan dibersihkan dari pengotor 2) Memiliki kelarutan cukup rendah sehingga tidak ada analit yang terbuang pada saat
penyaringan dan pencucian 3) Tidak reaktif terhadap udara 4) Setelah dikeringkan atau dibakar, menghasilkan pr oduk yang diketahui komposisinya
Agen pengendap 1) Agen pengendap spesifik: bereaksi hanya dengan satu spesi kimia (jarang) 2) Agen pengendap selektif: bereaksi dengan spesi tertentu
Ukuran partikel Endapan yang dapat disaring harus memiliki ukuran partikel yang cukup besar. Von Weimarn menemukan bahwa ukuran partikel endapan berbanding terbalik dengan kelewatjenuhan relatif dari larutan. Dimana: Q = konsentrasi spesi S = kesetimbangan kelarutan RSS dapat digunakan untuk memperkirakan/ mengontrol endapan yang terbentuk Jika RSS >> endapan berbentuk koloid Jika RSS << endapan berbentuk kristalin Syarat-syarat Syarat-syarat umum dalam dal am gravimetri metode pengendapan :
Kelarutan zat yang dibuat endapannya itu harus kecil sehingga zat yang harus dipisahkan mengendap secara kuantitatif.
Endapan harus dipisahkan dengan cara penyaringan.
Komponen yang diinginkan harus dapat dirubah menjadi senyawa murni dengan susunan kimia yang tepat.
Proses Pengendapan Dalam Analisis Gravimetri
1. Partikel hasil proses pengendapan ditentukan oleh proses nukleasi dan pembentukan nukleus. 2. Dalam analisa gravimetri harus selalu diupayakan agar didapat endapan yang murni dan partikel-partikelnya cukup besar sehingga mudah disaring dan dicuci. 3. Pembentukan partikel endapan terjadi dalam larutan yang lewat jenuh. 4. Langkah pertama terjadi partikel-partikel nukleus. 5. Kation dan anion dalam larutan bertambah dengan nukleus-nukleus itu dan melekat pada permukaannya dengan ikatan kimia. kimia . Itulah yang menyebabkan tumbuhnya suatu kisi kristal berdimensi tiga.
3
6. Jadi dalam prakteknya harus diusahakan menambahkan sedikit pereaksi agar terjadi nukleasi atau inti-inti hablur yang jumlahnya tidak terlalu besar dan inti-inti hablur itu yang selanjutnya menjadi partikelpartikel endapan yang mudah disaring. B. PENGUAPAN
Metode penguapan ini dapat digunakan untuk menentukan kadar air (hidrat) dalam suatu senyawa atau kadar air dalam suatu s uatu sampel basah. Perhitungan
menimbang berat sampel sebelum dan sesudah penguapan
Contoh: Pada penentuan NH3 dalam garam amonium, penentuan kadar N dalam protein. C. ELEKTROLISIS
Dengan metode ini unsur suatu senyawa ionik akan ditentukan dengan diendapkan atau dibebaskan secara elektrolisis pada elektroda yang sesuai. Hukum dasar elektrolisis : •Hukum Faraday •Hukum Ohm Metode elektrolisis dilakukan dengan cara mereduksi ion-ion logam terlarut menjadi endapan logam.Ion-ion logam berada dalam bentuk kation apabila dialiri dengan arus listrik dengan besar tertentu dalam waktu tertentu maka akan terjadi reaksi reduksi menjadi logam dengan bilangan oksidasi 0. Endapan yang terbentuk selanjutnya dapat ditentukan berdasarkan beratnya. Misalnya mengendapkan tembaga terlarut dalam suatu sampel cair dengan cara mereduksi.Cara elektrolisis ini dapat diberlakukan pada sampel yang diduga mengandung kadar logam terlarut cukup besar seperti air limbah. Langkah-langkah Analisis Gravimetri
a) Cuplikan ditimbang dan dilarutkan sehingga partikel yang akan diendapkan dijadikan ionionnya. b) Ditambahkan pereaksi agar terjadi endapan. Perhatikan : - Reaksi yang terjadi - Keadaan optimum untuk pengendapan - Kemurnian endapan - Proses terjadinya kopresipitasi - Terjadinya endapan yang mudah disaring - Endapan yang mudah dicuci
4
c) Proses pemisahan endapan/penyaringan endapan, macam-macam penyaring, memilih kertas saring yang sesuai, cara-cara mempersiapkan kertas saring pada corong, cara memelihara cairan dalam corong waktu menyaring. d) Mencuci endapan, cairan pencuci, cara mengerjakan pencucian, cara memeriksa kebersihan dan mengeringkan endapan. e) Mengabukan kertas saring dan memijarkan endapan. Perhatikan Cara : - Melipat kertas saring yg ada endapannya - Mengabukan kertas saring di dalam cawan porselin yang bobotnya bobotnya konstan - Memijarkan endapan sampai beratnya konstan d) Menghitung hasil analisa. Faktor kimia ( factor gravimetric) gravimetric) dapat digunakan. Perhitungan Dlm Analisis Gravimetri
Dalam analisis gravimetri endapan yang dihasilkan ditimbang dan dibandingkan dengan berat sampel.
Prosentase berat analit A terhadap sampel dinyatakan dengan persamaan : Berat A % A = x 100 % Berat sampel
Untuk menetapkan berat analit dari berat endapan sering dihitung melalui faktor gravimetri. gravimetri.
Faktor gravimetri didefinisikan sebagai jumlah berat analit dalam 1 gram berat endapan.
Hasil kali dari endapan P dengan faktor sama dengan berat analit.
Berat analit A = berat endapan P x faktor gravimetri, Sehingga : Berat endapan P x faktor gravimetri % A = x 100 % Berat sampel
Faktor gravimetri dapat dihitung bila rumus kimia analit dari endapan diketahui dengan tepat.
2 hal yang perlu diingat pada penentuan faktor gravimetri yaitu : o
Berat molekuler atau berat atom analit yang ditetapkan merupakan pembilang, berat zat atau endapan yang ditimbang merupakan merupakan penyebut.
o
Jumlah molekul atau atom dalam pembilang dan penyebut harus ekivalen. 5
Kesalahan dalam analisis Gravimetri
1. Kesalahan yang sering terjadi pada metode analisis gravimetri adalah pembentukan endapan, pemurnian (pencucian), pemanasan atau pemijaran dan penimbangan. 2. Pada pembentukan endapan kadang dalam contoh mengandung zat lain yang juga membentuk endapan dengan pereaksi yang digunakan, sehingga diperoleh hasil yang lebih besar dari yang sebenarnya.Kesalahan ini kadang dimbangi dengan kelarutan zat dalam pelarut yang digunakan. 3. Pada proses pemurnian (pencucian endapan), dengan melakukan pencucian bukan hanya zat pengotor saja yang larut tetapi juga zat yang dianalisis juga ikut larut, meskipun kelarutannya jauh lebih kecil. Dengan demikan penggunaan pencuci harus sedemikan kecil supaya kehilangan zat yang dianalisis masih dapat diabaikan, artinya masih lebih kecil dari pada sensitivitas timbangan yang digunakan. 4. Pada proses pembakaran atau pemijaran kadang terjadi pelepasan air yang tidak sempurna atau sifat zat yang diendapkan yang mudah menguap menguap (volatil). 5. Hal yang penting juga adalah adanya beberapa endapan yang mudah tereduksi oleh karbon bila disaring dengan kertas saring seperti perak klorida, sehingga harus disaring dengan menggunakan cawan penyaring (berpori) dapat juga terjadi kelebihan pemijaran sehingga terjadi dekomposisi sehingga komposisi komposisi zat tidak tentu. 6. Kesalahan juga terjadi dari suatu endapan yang telah dipijarkan akan mengalami penyerapan air atau gas karbondioksida selama pendinginan sehingga hasil penimbangan menjadi lebih besar dari yang seharusnya, ini dihindari dengan alat penggunaan penutup cawan yang rapat dan desikator yang cukup baik selama pendinginan, Penggunaan Analisis Gravimetri
Analisis gravimetri telah banyak diaplikasikan untuk analisis kation dari unsur-unsur yang terdapat dalam sistem periodik unsur.
2. ANALISIS VOLUMETRI
Volumetri atau titrimetri merupakan suatu metode analisis kuantitatif didasarkan pada pengukuran volume titran yang bereaksi sempurna dengan analit. anali t. Titran merupakan zat yang digunakan untuk mentitrasi. Analit adalah zat yang akan ditentukan konsentrasi/kadarnya.
6
Gambar 1. Peralatan yang dipergunakan dalam volumetri Gambar 1 menunjukkan peralatan sederhana yang diperlukan dalam titrasi, yaitu buret untuk menempatkan larutan titran dan labu erlenmeyer untuk menempatkan larutan analit.
Persyaratan Persyaratan Titrasi
Reaksi yang dapat digunakan dalam metode volumetri adalah reaksi-reaksi kimia yang sesuai dengan persyaratan sebagai berikut: 1. Reaksi harus berlangsung cepat 2. Tidak terdapat reaksi samping 3. Reaksi harus stoikiometri, yaitu diketahui dengan pasti reaktan dan produk serta perbandingan mol / koefisien reaksinya 4. Terdapat zat yang dapat digunakan untuk mengetahui saat titrasi harus dihentikan (ti tik akhir titrasi) yang disebut zat indicator.
KLASIFIKASI TITRASI
Berdasarkan macam reaksi 1. Titrasi asam – asam – basa basa 2. Titrasi redoks 3. Titrasi pengendapan 4. Titrasi kompleksometri Berdasarkan titran yang dipakai 1. Acidimetri 2. Alkalimetri 3. Permanganometri
7
4. Argentometri 5. Iodimetri 6. Nitrimetri 7. Bromometri 8. Bromatometri Berdasarkan cara penetapan titk akhir titrasi 1. Titrasi visual 2. Titrasi elektrometrik 3. Titrasi fotometrik Berdasarkan konsentrasi dan komponen zat uji 1. Titrasi makro 2. Titrasi semimikro 3. Titrasi mikro Berdasarkan teknis pelaksanaannya 1. Titrasi langsung 2. Titrasi kembali (Digunakan untuk reaksi titrasi yang berlangsung agak lambat apabila dengan penambahan titran tetes demi tetes. Untuk menghindari hal ini, larutan titer ditambahkan berlebih, kemudian kelebihannya dititrasi dengan titran yang cocok) 3. Titrasi blanko (Dilakukan untuk mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh zat pereaksi, pelarut, p elarut, atau kondisi percobaabn. Prosedurnya sama dengan titrasi tit rasi terhadap zat uji, namun tanpa menggunakan zat uji) Disamping itu, berdasarkan pelarut yang digunakan dikenal titrasi bebas air (titr asi non aqua). Standar primer
Larutan titran haruslah diketahui komposisi dan konsentrasinya. Idealnya kita harus memulai dengan larutan standar primer. Larutan standar primer dibuat dengan melarutkan zat dengan kemurnian yang tinggi (standar primer) yang diketahui dengan tepat beratnya dalam suatu larutan yang diketahui dengan tepat volumnya. Apabila titran tidak cukup murni, maka perlu distandardisasi dengan standar primer. Standar yang tidak termasuk standar primer dikelompokkan sebagai standar sekunder, contohnya NaOH; karena NaOH tidak cukup murni (mengandung air, natrium karbonat dan logam-logam tertentu) untuk digunakan sebagai larutan standar secara langsung, maka perlu distandardisai dengan asam yang merupakan standar primer misal: kalium hidrogen ftalat (KHP) 8
Persyaratan Persyaratan standar primer
1. Kemurnian tinggi 2. Stabil terhadap udara 3. Bukan kelompok hidrat 4. Tersedia dengan mudah 5. Cukup mudah larut 6. Berat molekul cukup besar Larutan standar yang ideal untuk titrasi
1. Cukup stabil sehingga penentuan konsentrasi cukup dilakukan sekali 2. Bereaksi cepat dengan analit sehingga waktu titrasi dapat dipersingkat 3. Bereaksi sempurna dengan analit sehingga titik akhir yang memuaskan dapat dicapai 4. Melangsungkan reaksi selektif dengan analit Keakuratan hasil metode titrasi amat bergantung pada keakuratan penentuan konsentrasi larutan standar. Untuk menentukan konsentrasi suatu larutan standar dapat digunakan 2 cara: 1. Dengan cara langsung, menimbang dengan tepat standar primer, melarutkannya dalam pelarut hingga volume tertentu 2. Dengan standarisasi, yaitu titran yang akan ditentukan konsentrasinya digunakan untuk mentitrasi standar primer/sekunder yang telah diketahui beratnya
Titrasi balik (back-titration) (back-titration)
Terkadang suatu reaksi berlangsung lambat dan tidak dapat diperoleh titik akhir yang tegas. Untuk itu metoda titrasi balik dapat digunakan untuk mengatasinya. Caranya dengan menambahkan titran secara berlebih, setelah reaksi dengan analit berjalan sempurna, kelebihan titran ditentukan dengan menitrasi dengan larutan standar lainnya. Dengan mengetahui mmol titran dan menghitung mmol yang tak berea ksi, akan diperoleh mmol titran yang bereaksi dengan analit. T (mmol titran yang bereaksi) = mmol titran berlebih - mmol titrasi balik mg analit = T x faktor (mmol analit/mmol titran yang bereaksi) x BM analit Contoh
Suatu sampel 0,5 g yang mengandung Na 2CO3 dianalisa dengan menambahkan 50 mL 0,1 M HCl berlebih, dididihkan untuk menghilangkan CO 2, kemudian dititrasi balik dengan 0,1 M NaOH. Jika 5,6 mL NaOH diperlukan untuk titrasi balik, berapa persen Na 2CO3 dalam sampel 9
CO3 - + 2H+→ H2CO3 tiap Na2CO3 bereaksi dengan 2H + mmol titrasi balik = (0,1 mmol/mL) x (5,6 mL) = 0,56 mmol HCl T
= mmol titran berlebih - mmol titrasi balik = {(0,100 mmol/mL) x 50 mL} - 0,56 mmol = 5 - 0,56 mmol = 4,44 mmol
mg Na2CO3 = (4,44 mmol HCl) x (1 mmol Na 2CO3 / 2 mmol HCl) x (106 mg/mmol Na2CO3) =235,32 mg
Titer
Untuk titrasi yang bersifat rutin, lebih disukai untuk menghitung titer dari titran. Titer adalah berat analit yang ekuivalen dengan 1 mL titran, biasanya dinyatakan dalam mgram. Satuannya= mg analit / mL titran Contoh: Dalam penentuan Na2CO3, berat sampel 0,50 gram. Untuk mencapai titik akhir diperlukan 22,12 mL 0,120 M HCl diasumsikan semua karbonat adalah Na2CO3. mgNa2CO3 = (1,0 mL HCl) x (0,120 mmol mmol / mL HCl) x (1mmol Na2CO3 / 2mmol 2mmol HCl) x (106 mg/mmolNa2CO3) = 6,36 mg Titer adalah 6,36 mg Na2CO3 / mL HCl sehingga % dalam sampel adalah:
PERHITUNGAN VOLUMETRI Molaritas
10
Hitung molaritas suatu larutan H2SO4 yang mempunyai densitas 1,30 g/mL dan mengandung 32,6% bobot SO3. BM SO3=80,06 Jawab: 1 liter larutan mengandung 1,30 g/mL x 1000mL/L x 0,326 = 424 g SO3
⁄
Karena 1 mol SO3 menghasilkan 1 mol H2SO4 dalam air maka ada 5,3 mol/L H2SO4 dalam larutan itu. Normalitas
Berat Ekuivalen
Untuk reaksi: 1. Asam-basa: berat (dalam gram) suatu zat yang diperlukan untuk bereaksi dengan 1 mol (1,008 gram) H+ 2. Redoks: berat (dalam gram) suatu zat yang diperlukan untuk memberikan atau bereaksi dengan 1 mol elektron. Contoh Perhitungan berat ekuivalen
Berat ekuivalen SO3 dalam larutan air (aqueous solution) SO3 + H2O
H2SO4
2H + + SO42-
1 mol SO3 memberikan 2 mol H+ BE= BM/2 = 80,06/2 = 40,03 g/ek Hitung berapa gram Na2CO3 murni diperlukan untuk membuat 250 mL larutan 0,150 N. Natrium karbonat itu dititrasi dengan HCl menurut persamaan CO32+ + 2H+
H2CO3
tiap Na2CO3 bereaksi dengan 2H +, oleh itu berat ekuivalennya setengah BMnya, 106/2 = 53g/ek jadi, banyaknya Na2CO3 yang yang diperlukan: ek
= g/BE
g
= (0,15 ek/L) x (0,25 L) x (53 g/ek) = 1,99 g 11
II. Analisis instrumental instrumental
Analisis instrumental berdasarkan sifat fisika-kimia zat untuk keperluan analisisnya. Misalnya interaksi radiasi elektromagnetik dengan zat menimbulkan fenomena absorpsi, emisi, hamburan yang kemudian dimanfaatkan untuk teknik analisis spektroskopi. Sifat fisika – kimia kimia lain seperti pemutaran rotasi optik, hantaran listrik dan panas, beda partisi dan absorpsi diantara dua fase dan resonansi magnet inti melahirkan teknik analisis modern yang lain. Dalam analisisnya teknik ini menggunakan alat-alat yang modern sehingga disebut juga dengan analisis modern. Metode analisis Instrumental menggunakan khusus seperti Elektrokimia , Spektrofotometri, dan Kromatografik.
12
DAFTAR PUSTAKA
Darusman L K. 2001. Diktat Kimia Analitik 1 jilid 1. Bogor: Departemen Kimia FMIPAIPB. Day, R. A. Dan Underwood, A. L. 1999. Analisis Kimia Kuantitatif . Erlangga. Jakarta. Harjadi, W. 1993. Ilmu 1993. Ilmu Kimia Analitik Dasar . PT Gramedia. Jakarta. Khopkar. 2002. Konsep 2002. Konsep Dasar Kimia Analitik . UI Press. Jakarta. Vogel, A.I. 1994. Kimia 1994. Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik Edisi Edisi 4. 4 . EGC. Jakarta Widiarto,sony.2013.Volumetric.http://staff.unila.ac.id/sonnywidiarto/files/2011/09/VOLUM Widiarto,sony.2013.Volumetric .http://staff.unila.ac.id/sonnywidiarto/files/2011/09/VOLUM ETRI.pdf. Diakses ETRI.pdf. Diakses pada tanggal 13 Januari 2013 Zulfikar.
2011.
Gravimetri. Gravimetri.
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-
kesehatan/pemisahan-kimia-dan-analisis/volumetri/. Diakses kesehatan/pemisahan-kimia-dan-analisis/volumetri/. Diakses pada tanggal 13 Januari 2013
13
