MAKALAH PRAKTIKUM KIMIA ANALITIK KUALITATIF I
REAKSI – REAKSI KATION
DISUSUN
OLEH :
NAMA : MIDUN SIAGIAN
NIM : 4133210029
PROGRAM : KIMIA 2013
JURUSAN : KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2014
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Di sekitar kita dapat ditemukan banyak ion-ion terlarut seperti pada sungai, limbah, air laut, atau pun dalam bentuk padatannya seperti pada tanah dan pupuk. Unsur logam dalam larutannya akan membentuk ion positif atau kation, sedangkan unsur nonlogam akan membentuk ion negatif atau anion. Metode yang digunakan untuk menentukan keberadaan kation dan anion tersebut dalam bidang kimia disebut analisiskualitatif. Banyak pendekatan yang dapat digunakan untuk melakukan analisis kualitatif.
Ion-ion dapat diidentifikasi berdasarkan sifat fisika dan kimianya.Analisis Kualitatif merupakan metode analisis kimia yang digunakan untuk mengenali atau mengidentifikasi suatu unsur atau senyawa kimia (anion atau kation) yang terdapat dalam sebuah sampel berdasarkan sifat kimia dan fisikanya. Sifat fisika suatu zat kimia adalah sifat yang dapat diamati dengan pancaindera dan sifat yang dapat diukur tanpa mengubah susunan kimia zat tersebut. Sifat yang dapat diamati dengan pancaindera adalah wujud/rupa, warna, bau, rasa, tekstur, terbentuknya gelembung gas, dan terbentuknya endapan, sedangkan sifat yang dapat diukur tanpa mengubah susunan kimia zat antara lain bobot jenis, indeks bias, titik didih, dan titik leleh/beku.
B. RUMUSAN MASALAH
Apa yang dimaksud dengan kation ?
Bagaimana cara menganalisis kation ?
Bagaimana reaksi kation terhadap reagensia ?
C. TUJUAN
Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui cara menganalisis kation dan reaksi-reaksi kation pada setiap reagensia.
BAB II
PEMBAHASAN
B. DASAR TEORI
B.1. Analisis Kualitatif
Analisis kualitatif adalah metode analisis yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan kandungan suatu unsur kimia pada suatu zat yang tidak diketahui komposisinya (Harvey, 2000). Analisis kualititatif merupakan metode efektif yang dapat digunakan untuk mempelajari kandungan suatu larutan. Metode analisis kualitatif menggunakan pereaksi golongan/selektif dan pereaksi spesifik.Penggunaan pereaksi ini bertujuan untuk mengetahui kation dan anion yang terdapat dalam suatu larutan (Patnaik, 2004).
Reaksi spesifik adalah reaksi khas yang merupakan reaksi antara bahan tertentu dengan pereaksi spesifik untuk bahan tersebut. Contoh reaksi ini adalah reaksi pada metode spot test. Reaksi sensitif adalah reaksi peka yang mampu menunjukkan keberadaan bahan yang hanya berjumlah sedikit sekali tetapi sudah tampak hasilnya dengan jelas. Pereaksi selektif adalah pereaksi khas (karakteristik) bereaksi dengan beberapa jenis zat. Misalnya, suatu sampel mengandung beberapa kation Hg2+, Hg+, Ba2+, Pb2+, Ag+, dan Zn2+ditambahkan larutan NaCl, terbentuk endapan berwarna putih dari Hg2Cl2, PbCl2 dan AgCl2. Kation-kation lainnya Hg+, Ba2+, dan Zn2+ dengan NaCl tidak mengendap, dalam hal ini larutan NaCl adalah pereaksi selektif untuk Ag+, Pb2+ dan Hg+.
Dalam metode analisis kualitatif, uji-uji identifikasi dapat digolongkan menjadi pereaksi spesifik, pereaksi sensitif, dan pereaksi selektif karena pereaksi tersebut digunakan untuk dapat membedakan endapan yang terjadi antara golongan I dengan golongan lainnya. Contoh dari reaksi selektif dapat dilihat pada uji golongan klorida dimana reaksi selektif yang terjadi dapat memisahkan ion golongan klorida dengan ion lainnya (Harjadi 1989).
Untuk tujuan analisis kualitatif sistematik kation-kation diklasifikasikan dalam lima golongan berdasarkan sifat-sifat kation itu terhadap beberapa reagensia. Dengan memakai apa yang disebut reagensia golongan secara spesifik, dapat kita tetapkan ada tidaknya golongan-golongan kation, dan dapat juga memisahkan golongan-golongan ini dengan pemeriksaan lebih lanjut. Selain merupakan carayang tradisional untuk menyajikan bahan, urut-urutan ini juga memudahkan dalam mempelajari reaksi-reaksi. Reagensia golongan yang dipakai untuk klasifikasi kation yang paling umum adalah asam klorida, hidrogen sulfida, dan amonium karbonat. Klasifikasi ini didasarkan atas apakah suatu kation bereaksi dengan reagensia-reagensia ini dengan membentuk endapan atau tidak. Jadi boleh kita katakan bahwa klasifikasi kation yang paling umum, didasarkan atas perbedaan kelarutan klorida, sulfida, dan karbonat dari kation tersebut (Vogel,1985).
Dalam analisa kualitatif cara memisahkan ion logam tertentu harus mengikuti prosedur kerja yang khas. Zat yang diselidiki harus disiapkan atau diubah dalam bentuk suatu larutan. Untuk zat padat kita harus memilih pelarut yang cocok. Ion-ion pada golongan-golongan diendapkan satu per satu, endapan dipisahkan dari larutan dengan cara disaring atau diputar dengan centrifuga. Endapan dicuci untuk membebaskan dari larutan pokok atau filtrat dan tiap-tiap logam yang mungkin akan dipisahkan (Cokrosarjiwanto,1977).
Kation-kation golongan I adalah kation-kation yang akan mengendap bila ditambahkan dengan asam klorida(HCl). Yaitu Ag , Pb² , dan Hg² yang akan mengendap sebagai campuran AgCl2, HgCl2 , dan PbCl2. Pengendapan ion-ion golongan I harus pada temperatur kamar atau lebih rendah karena PbCl2 terlalu mudah larut dalam air panas. Juga harus dijaga agar asam klorida tidak terlalu banyak ditambahkan. Dalam larutan HCl pekat, AgCl2 dan PbCl2 melarut, karena Ag dan Pb² membentuk kompleksi dapat larut (Keenan,1984).
Kation golongan II tidak bereaksi dengan asam klorida, tetapi membentuk endapan dengan hidrogen sulfide dalam suasana asam mineral encer. Ion-ion golongan ini adalah Merkurium (II), Tembaga, Bismut, Kadnium, Arsenik (II), Arsenik (V), Stibium (III), Stibium (V), Timah (II), Timah (III), dan Timah (IV). Keempat ion yang pertama merupakan sub golongan IIA dan keenam yang terakhir sub golongan IIB. Sementara sulfida dari kation dalam golongan IIA tak dapat larut dalam amonium polisulfida. Sulfida dari kation dalam golongan IIB justru dapat larut. Kation golongan III tidak bereaksi dengan asam klorida encer ataupun dengan hidrogen sulfida dalam suasana asam mineral encer. Namun, kation ini membentuk endapan dengan amonium sulfida dalam suasana netral atau amoniak. Kation-kation golongan ini adalah Cobalt (II), Nikel (II), Besi (II), Besi (III), Aluminium, Zink, dan Mangan (II). Kation golongan IV tidak bereaksi dengan reagensia golongan I, II, dan III. Kation-kation ini membentuk endapan dengan amonium karbonat dengan adanya amonium klorida, dalam suasana netral atau sedikit asam. Kation-kation golongan ini adalah Kalsium, Strontium, dan Barium. Kation-kation golongan V merupakan kation-kation yang umum tidak bereaksi dengan reagensia golongan sebulumnya. Yang termasuk anggota golongan ini adalah ion-ion Magnesium, Natrium, Kalium, Amonium, Litium, dan Hidrogen(Vogel,1985).
Banyak reaksi-reaksi yang menghasilkan endapan berperan penting dalam analisa kualitatif. Endapan tersebut dapat berbentuk Kristal atau koloid dan dengan warna yang berbeda-beda. Pemisahan endapan dapat dilakukan dengan penyaringan ataupun sentrifugasi. Endapan tersebut terbentuk jika larutan menjadi terlalu jenuh dengan zat yang bersangkutan. Kelarutan suatu endapan adalah sama dengan konsentrasi molar dari larutan jenuhnya. Kelarutan bergantung pada berbagai kondisi seperti tekanan, suhu, konsentrasi bahan lain dan jenis pelarut. Perubahan larutan dengan perubahan tekanan tidak mempunyai arti penting dalam analisa kualitatif, karena semua pekarjaan dilakukan dalam wadah terbuka pada tekanan atmosfer.
Kenaikan suhu umumnya dapat memperbesar kelarutan endapan kecuali pada beberapa endapan, seperti kalsium sulfat, berlaku sebaliknya. Perbedaan kelarutan karena suhu ini dapat digunakan sebagai dasar pemisahan kation. Misalnya, pemisahan kation Ag, Hg(I), dan Pb dapat dilakukan dengan mengendapkan ketiganya sebagai garam klorida, kemudian memisahkan Pb dari Ag dan Hg(I) dengan memberikan air panas. Kenaikan suhu akan memperbesar kelarutan Pb sehingga endapan tersebut larut sedangkan kedua kation lainnya tidak (Masterton, 1991).
B.2 Kation
Kation adalah ion yang bermuatan positif, sedangkan anion adalah ionyang bermuatan negatif. Ion satu dengan lainnya dapat dibedakan karena tiap ion mempunyai reaksi kimia spesifik. Kation dan anion merupakan penyusun suatu senyawa, sehingga untuk menentukan jenis zat atau senyawa tunggal secara sederhana dapat dilakukan dengan menganalisis jenis kation dan anion yang dikandungnya.
Reagensia golongan yang dipakai untuk klasifikasi kation yang paling umum adalah asam klorida, hidrogen sulfida, ammonium sulfida, dan ammonium karbonat. Klasifikasi ini didasarkan atas apakah suatu kation bereaksi dengan reagensia-reagensia ini dengan membentuk endapan atau tidak. Jadi boleh dikatakan, bahwa klasifikasi kation yang paling umum didasarkan atas perbedaan kelarutan dari klorida, sulfida, dan karbonat dari kation tersebut. Kelima golongan kation dan ciri khas golongan-golongan ini adalah
sebagai berikut:
Golongan I : kation golongan ini membentuk endapan dengan asam klorida encer.
Golongan II : kation golongan ini tidak bereaksi dengan asam klorida, tetapi membentuk endapan dengan hydrogen sulfida dalam suasana asam mineral encer.
Golongan III : kation golongan ini tak bereaksi dengan asamm klorida encer, ataupun dengan hydrogen sulfida dalam suasana asam mineral encer.Namun, kation ini membentuk endapan dengan ammonium sulfida dalam suasana netral atau amoniak.
Golongan IV : kation golongan ini tak bereaksi dengan reagensia golongan I, II, III. Kation-kation ini membentuk endapan dengan amonium karbonat denganadanya amonium klorida, dalam suasana netral atau sedikit asam.
Golongan V : kation-kation yang umum, yang tidak bereaksi dengan reagensia reagensia golongan sebelumnya, merupakan golongan kation yang terakhir.
B.2.1 Klasifikasi Kation
Kation-kation dikelompokkan dalam lima golongan yang bertujuan untuk analisis kualitatif sistematik. Kation-kation digolongkan berdasarkan sifat-sifat kation terhadap beberapa reagensia. Reagensia golongan yang biasanya digunakan untuk klasifikasi kation adalah asam klorida, hidrogen sulfida, amonium sulfida, dan amonium karbonat. Klasifikasi ini didasarkan pada kemampuan suatu kation untuk bereaksi dengan reagensia-reagensia dengan membentuk endapan atau tidak.
1. Golongan Kation I: Timbel (II), Merkurium (I), dan Perak (I)
Kation pada golongan pertama membentuk klorida-klorida yang tidak larut. Tetapi timbel klorida sedikit larut dalam air sehingga tidak pernah mengendap dengan sempurna bila ditambahkan asam klorida encer pada suatu cuplikan; ion timbel yang tersisa itu, diendapkan secara kuantitatif dengan hidrogen sulfida dalam suasana asam bersama kation golongan kedua.
1.1 Timbel (Pb)
Timbel merupakan logam berwarna abu-abu kebiruan dengan rapatan sebesar 11,48 g/ml pada suhu kamar. Timbel mudah larut dalam asam nitrat dengan tingkat kepekatan sedang (8M), dan terbentuk nitrogen oksida:
3Pb + 8HNO3 3Pb2 + 6NO3- + 2NO + 4H2O
Gas nitrogen (II) oksida yang tidak berwarna bila tercampur dengan udara akanteroksidasi menjadi nitrogen dioksida berwarna merah:
2NO (tidak berwarna) + O2 2NO2 (merah)
Dengan asam nitrat pekat dapat terbentuk lapisan pelindung berupa timbel nitratpada permukaan logam yang mencegah pelarutan lebih lanjut. Reaksi-reaksi dari ion timbel (II)
Asam klorida encer
Hidrogen sulfida dalam suasana netral atau asam encer: endapan hitam timbel sulfide
Larutan ammonia
Natrium hidroksida
1.2 Merkurium atau Raksa (Hg)
Merkurium adalah logam cair berwarna putih keperakan pada suhu biasa denganrapatan 13,534 g/ml pada 25 . Merkurium mudah bereaksi dengan asam nitrat, namun tidak dipengaruhi oleh asam klorida atau asam sulfat encer (2M).
Reaksi-reaksi dari ion merkurium (I)
Asam klorida encer atau klorida-klorida yang larut: endapan putih merkurium(I) klorida (kalomel)
Hidrogen sulfida dalam suasana netral atau asam encer: endapan hitam, yangmerupakan campuran dari merkurium (II) sulfida dan logammerkurium
Larutan amonia: endapan hitam yang merupakan campuran logam merkuriumdan merkurium (II) amidonitrat basa.
Natrium hidroksida: endapan hitam merkurium (I) oksida
1.3 Perak, (Ag)
Perak adalah logam berwarna yang putih, dapat ditempa, liat dengan rapatan 10,5g/ml dan melebur pada 960,5 . Perak tidak larut dalam asam klorida, asam sulfat encer (1M) atau asam nitrat encer (2M). Dalam larutan asam nitrat yang lebih pekat (8M) atau dalam asam pekat panas, perak melarut:
6Ag + 8 HNO3 6Ag+ + 2NO + 6NO3- +4H2O
2Ag + 2H2SO4 2Ag+ + SO42- + SO2 + 2H2O
Reaksi-reaksi ion perak (I):
Asam klorida encer (atau klorida-klorida yang larut): endapan putih perakKlorida.
Hidrogen sulfida (gas atau larutan-air jenuh) dalam suasana netral atau asam:endapan hitam perak sulfida
Larutan amonia: endapan coklat perak oksida
Natrium hidroksida: endapan coklat perak oksida
2. Golongan kation II: Merkurium (II), Timbel (II), Bismut (III), Tembaga (II), Kadmium (II), Arsenik (III) dan (V), Stibium (III) dan (V), dan Timah (II) dan (IV).
2.1 Merkurium (Raksa), Hg- Merkurium (II)
Reaksi-reaksi ion merkurium (II):
Hidrogen Sulfida (gas atau larutan air jenuh): endapan putih merkurium (II) klorosulfida terbentuk karena adanya asam klorida encer. Bila ditambahkan hidrogen sulfida lebih lanjut akan terbentuk endapan hitam merkurium (II) sulfida.
Larutan amonia: endapan putih dengan komposisi tercampur, pada dasarnya dari merkurium (II) oksida dan merkurium (II) amidonitrat:
2Hg2+ + NO3- + 4NH3 + H2O HgO.Hg(NH2)NO3 + 3NH4+
Natrium hidroksida bila ditambahkan dalam jumlah sedikit: endapan merah- kecoklatan dengan komposisi berbeda-beda, jika ditambahkan dalam jumlahstoikiometris endapan berubah menjadi kuning ketika terbentuk merkurium (II) oksida:
Hg2+ + 2OH- HgO + H2O
Kalium sianida (RACUN): tidak terdapat perubahan apapun dalam larutan encer (perbedaan dari ion-ion lain dari sub-golongan tembaga)
Lembaran atau mata uang tembaga mereduksi ion merkurium (II) menjadi logamnya:
Cu + Hg2+ Cu2+ + Hg
2.2 Bismut, Bi
Bismut adalah logam yang putih-kemerahan, kristalin, getas, dan mempunyai titik lebur 271,5oC. Bismut tidak larut dalam asam klorida namun dapat larut dalam asam pengoksid seperti asam nitrat pekat, air raja, atau asam sulfat pekat. Reaksi-reaksi ion bismut (III)
Hidrogen sulfida (gas larutan air jenuh): endapan hitam bismut sulfide
Larutan amonia: garam basa putih dengan berbagai komposisi.
Natrium hidroksida: endapan putih bismut (III) hidroksida
Kalium sianida (RACUN): endapan putih, bismut hidroksida. Reaksi ini adalah suatu hidrolisis:
Bi3+ + 3H2O + 3CN- Bi(OH)3 + 3HCN
2.3 Tembaga, Cu
Tembaga adalah logam berwarna merah muda, lunak, dapat ditempa, dan liat. Tembaga mempunyai titik lebur 1038oC. Tembaga tidak larut dalam asam klorida dan asam sulfat encer, namun dapat sedikit larut dengan adanya oksigen. Reaksi-reaksi ion tembaga (II):
Hidrogen sulfida (gas atau larutan-air jenuh): endapan hitam, tembaga(II) sulfide
Larutan amonia bila ditambahkan dalam jumlah yang sangat sedikit: endapan biru suatu garam basa (tembaga sulfat basa).
Natrium hidroksida dalam larutan dingin: endapan biru tembaga (II) hidroksida.
Kalium iodida: mengendapkan tembaga (I) iodida yang putih, tetapi larutannya berwarna coklat tua karena terbentuknya ion-ion tri-iodida (iod).
Kalium sianida (RACUN): terbentuk endapan kuning tembaga(II) sianida apabila ditambahkan dengan sedikit sekali.
2.4. Kadmium, Cd
Kadmium adalah logam putih keperakan yang dapat ditempa dan liat. Kadmium mempunyai titik lebut pada 321oC dan melarut dengan lambat dalam asam encer dengan melepaskan hidrogen.
Cd + 2H+ Cd2+ + H2
Reaksi-reaksi ion kadmium (II):
Hidrogen sulfida (gas atau larutan air jenuh): endapan kuning kadmium sulfide
Larutan amonia bila ditambahkan tetes demi tetes: endapan putih cadmium (II) hidroksida
Natrium hidroksida: endapan putih kadmium(II) hidroksida
Kalium sianida (RACUN): endapan putih kadmium sianida
Kalium tiosianat: tidak membentuk endapan (perbedaan dari tembaga)
Kalium iodida: tidak membentuk endapan (perbedaan dari tembaga)
2.5 Arsenik,As-Arsenik (III)
Arsenik merupakan zat padat berwarna abu-abu seperti baja, getas, dan berkilapseperti logam. Arsenik bersublimasi dan timbul bau seperti bawang putih apabila dipanaskan. Reaksi-reaksi ion arsenik (III)
Hidrogen sulfida: endapan kuning arsenik(III) sulfide
Perak nitrat: endapan kuning perak arsenit dalam larutan netral (perbedaandari arsenat)
Larutan tembaga sulfat: endapan hijau tembaga arsenit (hijau Scheele)
Kalium tri-iodida (larutan iod dalam kalium iodida): mengoksidasikan ionarsenit sambil kehilangan warna
2.6. Arsenik, As-Arsenik (V)
Reaksi-reaksi ion arsenat:
Hidrogen sulfida: tidak terjadi endapan segera dengan adanya asam kloridaencer.
Larutan perak nitrat: endapan merah kecoklatan, perak arsenat Ag3AsO4 darilarutan netral. Endapan larut dalam asam dan dalam larutan amonia tetapitidak larut dalam asam asetat.
2.7 Stibium, Sb-Stibium (III)
Stibium adalah logam putih keperakan mengkilap yang memiliki titik lebur
630 . Stibium tidak larut dalam asam klorida dan asam sulfat encer. Senyawa-
senyawa stibium (V) mengandung ion antimonat, SbO43-. Ciri-ciri khasnya serupa
dengan senyawa-senyawa arsenik padanannya.
2.8. Timah, Sn-Timah (II)
3. Golongan kation III: besi (II) dan (III), Aluminium, Kromium (III) dan (VI), Nikel, Kobalt, Mangan (II) dan (VII), dan Zink.
Reagensia golongan: hidrogen sulfida (gas atau larutan air jenuh) dengan adanya amonia dan amonium klorida, atau larutan amonium sulfida. Reaksi golongan: endapan-endapan dengan berbagai warna: besi (II) sulfida(hitam), aluminium hidroksida (putih), kromium (III) hidroksida (hijau), nikel sulfida (hitam), kobalt sulfida (hitam), mangan (II) sulfida (merah jambu), dan zink sulfida (putih).
3.1. Besi, Fe-Besi (II)
Besi murni adalah logam berwarna putih perak yang kukuh dan liat. Besi memiliki titik lebur pada 1535 . Biasanya besi mengandung sejumlah kecil karbida, silisida, fosfida, dan sulfida dari besi, serta sedikit grafit.
3.2 Besi, Fe-Besi (III)
3.3. Aluminium – Al
Aluminium adalah logam berwarna putih yang liat dan dapat ditempa. Aluminium melebur pada suhu 659 . Aluminium dapat teroksidasi pada permukaannya apabila terkena udara. Oksida dari aluminium melindungi objek oksida lebih lanjut. Asam klorida encer dapat melarutkan logam ini dengan mudah.
3.4. Kromium, Cr – Kromium (II)
Kromium adalah logam kristalin berwarna putih,tidak begitu liat, dan tidak dapat ditempa. Logam kromium memiliki titik lebur 1765 .logam ini larut dalam asam klorida encer maupun pekat.
3.5. Oksoanion Logam-Logam Golongan III: Kromat dan Permanganat
Oksoanion logam-logam golongan III seperti kromat (CrO42-) dan dikromat (Cr2O72-), dan permanganat (MnO4-) direduksi oleh hidrogen sulfida dalam suasana asam klorida menjadi masing-masing ion-ion kromium (III) dan mangan(II). Dalam pengerjaan analisis, suatu cuplikan yang tidak diketahui, anion-anion ini sudah diubah menjadi kation-kation Golongan III ketika proses pemisahan mencapai tahap ini.
3.6. Kobalt, Co
Kobalt adalah logam berwarna abu-abu seperti baja yang bersifat sedikit magnetis. Kobalt melebur pada 1490 dan dapat melarut dalam asam-asam mineral encer.
3.7. Nikel
Nikel adalah logam berwarna putih perak dengan sifat material yang keras, kukuh, bersifat liat, dan dapat ditempa. Logam nikel memiliki titik lebur pada 1455 dan sedikit magnetis.
3.8. Mangan, Mn- Mangan (II)
Mangan adalah logam berwarna putih abu-abu seperti besi tuang. Mangan melebur pada suhu 1250 . Mangan bereaksi dengan air hangat membentuk mangan (II) hidroksida dan hidrogen.
3.9. Zink, Zn
Zink adalah logam yang berwarna putih kebiruan, mudah ditempa dan liat pada suhu 110-150 . Zink mempunyai titik lebur pada 410 dan titik didih pada906 .
4.Golongan kation IV: Barium, Strontium, dan Kalsium
Reagensia golongan adalah larutan amonium karbonat 1M. Reagensia tidakberwarnadan memperlihatkan reaksi basa karena hidrolisis.
4.1. Barium, Ba
Barium adalah logam putih perak yang dapat ditempa, liat, dan stabildalam udara
kering.
4.2. Strontium, Sr
Strontium adalah logam berwarna putih perak yang dapat ditempa dan liat. Strontium memiliki titik lebur 771 . Strontium memiliki sifat-sifat seperti barium.
4.3. Kalsium, Ca
Kalsium adalah logam putih perak dengan struktur sedikit lunak dan mempunyai
titik lebur 845 .
5. Golongan kation V: Magnesium, Natrium, Kalium, danAmonium.
Pada golongan ini tidak terdapat reagensia golongan umum untuk kation-kation.Kation-kation golongan V tidak bereaksi dengan asam klorida, hidrogen sulfida, amonium sulfida atau dengan amonium karbonat. Hal yang dapat dilakukan untukmengidentifikasi ion-ion ini adalah dengan uji nyala atau reaksi khusus.
5.1. Magnesium, Mg
Magnesium adalah logam putih yang dapat ditempa, liat, memiliki titik lebur pada650 . Logam magnesium dapat terbakar dalam oksigen dengan mudah,
mengeluarkan cahaya putih dan membentuk oksida MgO dan nitrida Mg3N2.
5.2. Kalium, K
Kalium adalah logam berwarna putih perak, lunak, memiliki titik lebur pada
63,5 . Kalium tidak berubah pada udara kering namun dapat teroksidasi dengan cepat pada udara lembab. Logam kalium menguraikan air dengan dahsyat menghasilkan hidrogen dan terbakar dengan nyala lembayung.
5.3. Natrium, Na
Natrium adalah logam berwarna putih perak berteskstur lunak dan memiliki titiklebur 97,5 . Dalam udara lembab, natrium dapat teroksidasi dengan cepat sehingga harus disimpan dalam pelarut nafta atau silena. Logam natrium dapat bereaksi hebat dengan air membentuk natrium oksida dan hidrogen.
5.4. Ion Amonium, NH4+
Ciri-ciri khas ion amonium serupa dengan ciri-ciri khas ion logam-logam alkali.Garam-garam amonium umumnya adalah senyawa-senyawa yang larut dalam air dengan membentuk larutan yang tidak berwarna.
Analisis kualitatif berdasarkan sifat kimia melibatkan beberapa reaksi kimiaseperti reaksi asam basa, redoks, kompleks, dan pengendapan. Hukum kesetimbangan massa sangat berguna untuk menentukan ke arah mana reaksi berjalan. Dalam bahasan berikut akan diberikan tinjauan ringkas tentang prinsip-prinsip reaksi tersebut dan bagaimana kegunaanya dalam analisis kualitatif.
Kesetimbangan
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut:
aA + bB cC + dD
adalah :Cc+DdAa+Bb
Nilai K tersebut konstan pada suhu dan tekanan tertentu. Dalam analisa kualitatif nilai K tersebut dapat digunakan untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi yang dikehendaki. Kesetimbangan kimia dapat digeser ke arah pembentukan hasil reaksi dengan menambahkan lebih banyak pereaksi atau dengan mengeluarkan salah satu hasil reaksidari sistem kesetimbangan. Dalam prakteknya hal ini berarti menambahkanpereaksi-pereaksi dengan berlebih, atau mengeluarkan hasil reaksi dari fase larutan misalnya dengan pengendapan, penguapan atau pun ekstraksi. Pergeseran kesetimbangan juga dapat dilakukan dengan cara merubah suhu atau pun tekanan.
Reaksi Pengendapan
Banyak reaksi-reaksi yang menghasilkan endapan berperan penting dalam
analisa kualitatif. Endapan tersebut dapat berbentuk kristal atau koloid dan dengan warna yang berbeda-beda. Pemisahan endapan dapat dilakukan dengan penyaringan atau pun sentrifus. Endapan tersebut terbentuk jika larutan menjadi terlalu jenuh dengan zat yang bersangkutan. Kelarutan suatu endapan adalah sama dengan konsentrasi molar dari larutan jenuhnya. Kelarutan bergantung pada berbagai kondisi seperti tekanan, suhu, konsentrasi bahan lain dan jenis pelarut. Perubahan kelarutan dengan perubahan tekanan tidak mempunyai arti penting dalam analisa kualitatif, karena semua pekerjaan dilakukan dalam wadah terbuka pada tekanan atmosfer.
Kenaikan suhu umumnya dapat memperbesar kelarutan endapan kecuali pada beberapa endapan, seperti kalsium sulfat, berlaku sebaliknya.Perbedaan kelarutan karena suhu ini dapat digunakan sebagai dasar pemisahan kation. Misalnya, pemisahan kation Ag, Hg(I), dan Pb dapat dilakukan dengan mengendapkan ketiganya sebagai garam klorida, kemudian memisahkan Pb dari Ag dan Hg(I) dengan memberikan air panas. Kenaikan suhu akan memperbesar kelarutan Pb sehingga endapan tersebut larut sedangkan kedua kation lainnya tidak.
Kelarutan bergantung juga pada sifat dan konsentrasi bahan lain yang ada dalam campuran larutan itu. Bahan lain tersebut dikenal dengan ion sekutu dan ion asing. Umumnya kelarutan endapan berkurang dengan adanya ion sekutu yang berlebih dan dalam prakteknya ini dilakukan dengan memberikan konsentrasi pereaksi yang berlebih. Tetapi penambahanpereaksi berlebih ini pada beberapa senyawa memberikan efek yang sebaliknya yaitu melarutkan endapan. Hal ini terjadi karena adanya pembentukan kompleks yang dapat larut dengan ion sekutu tersebut. Sedangkan adanya ion asing menyebabkan kelarutan endapan menjadi sedikit bertambah, kecuali jika terjadi reaksi kimia antara endapan dengan ion asing. Penambahan ion asing seperti penambahan asam atau basa kuat dan ligan dapat menyebabkan endapan menjadi larut kembali, Contohnya pada reaksi berikut:
Ni(OH)2(s) + 2H+ _ Ni2+ + 2H2O
AgCl (s) + 2NH3 _ Ag(NH3)2
+ + Cl-
Perubahan kelarutan karena komposisi pelarut mempunyai sedikit arti penting dalam analisis kualitatif. Meskipun kebanyakan pengujian dilakukan dalam larutan air, dalam beberapa hal lebih menguntungkan jika digunakan pelarut lain misalnya pelarut organik seperti alkohol,eter, dan lain-lain. Hasil kali kelarutan suatu endapan yang dipangkatkan dengan bilangan yang sama dengan jumlah masing-masing ion bersangkutan menghasilkan tetapan yang dikenal dengan Ksp. Misalnya, jika endapan perak klorida ada dalam kesetimbangan dengan larutan jenuhnya:
AgCl _ Ag+ + Cl-
Maka Ksp = [Ag+]1 [Cl-]1
Tetapan ini dalam analisis kualitatif mempunyai nilai yang berarti, karena tidak saja dapat menerangkan, tetapi juga dapat membantu meramalkan reaksi-reaksi pengendapan. Jika hasil kali ion lebih besar dari hasil kali kelarutan suatu endapan, maka akan terbentuk endapan, sebaliknya jika hasil kali ion lebih kecil dari hasil kali kelarutan maka endapan tidak akan terbentuk. Berdasarkan nilai Ksp ini maka kation-kation dapat dipisahkan menjadi beberapa kelompok kecil yang selanjutnya dapat memudahkan identifikasi masing-masing kation.
Asam Basa
Asam secara sederhana didefinisikan sebagai zat yang bila dilarutkandalam air mengalami disosiasi dengan pembentukan ion hydrogen, sedangkan basa mengalami disosiasi dengan pembentukan ion hidroksil.
Asam atau pun basa yang mengalami disosiasi sempurna merupakan asam atau basa kuat, misalnya HCl, HNO3, NaOH dan KOH. Sebaliknyabila asam atau basa hanya terdisosiasi sebagian maka disebut asam atau basa lemah, misalnya asam asetat, H2S dan amonium hidroksida. Dalam analisa kualitatif H2S digunakan untuk mengendapkan sejumlah kation menjadi garam sulfidanya. Pengendapan kation dengan H2S dipengaruhi oleh pH seperti terlihat pada penjelasan berikut. H2S merupakan asam diprotik yang mengalani disosiasi dalam dua tahap, yaitu:
H2S _ H+ + HS- Ka1= 8,9 x 10-8
HS- _ H+ + S2- Ka2 = 1,2 x 10-13
Ka1 = [H+] [HS-] dan Ka2 = [H+] [S2-]
[H2S] [HS-]
Ka1Ka2 = [H+] [HS-] [H+] [S2-] = [H+]2 [S2-] = 1,1 x 10-20
[H2S] [HS-] [H2S]
maka [S2-] = 1,1 x 10-20
[H+]2 [H2S]
jika digunakan konsentrasi H2S jenuh yaitu sekitar 0,1 M pada suhu 24oC, maka diperoleh : [S2-] = 1,1 x 10-21 [H+]2 jika kation M, diendapkan sebagai garam sulfida,MS, maka dari persamaan di atas dapat dilihat pH atau konsentrasi hidrogen akan mempengaruhi konsentrasi S2- yang kemudian akan mempengaruhi hasil kali kelarutan ion. Pada pH rendah atau konsentrasi hidrogen tinggi, konsentrasi S2- sangat rendah sehingga hanya kation dengan Ksp rendah yang dapat mengendap, misalnya Cu2+, Cd2+, dan Bi3+. Sedangkan pada pH netral atau pun tinggi yang berarti konsentrasi hidrogen rendah maka konsentrasi S2- relatif tinggi sehingga kation yang tidak terendapkan pada pH rendah akan terendapkan pada kondisi ini, misalnya kation Co2+, Ni2+ dan Mn2+.
Dalam analisa kualitatif sering kita perlu mempertahankan konsentrasi hidrogen pada nilai tertentu. Misalnya jika diperlukan suasana yang bersifat asam kuat (pH 0-2) atau basa kuat (pH 12-14) dapat dicapai dengan menambahkan asam kuat atau basa kuat secukupnya. Tetapi jika pH larutan harus dipertahankan misalnya pada pH 4, maka caradiatas tidak dapat dilakukan. Cara yang tepat untuk mempertahankan kondisi larutan yang sedikit asam atau sedikit basa adalah dengan penambahan larutan buffer. Larutan buffer yang sering digunakan dapat dibuat dengan melarutkan asam lemah dan garamnya atau basa lemah dan garamnya, misalnya asam asetat dan natrium asetat atau amonia dan ammonium klorida.
Redoks
Banyak reaksi oksidasi dan reduksi yang digunakan untuk analisa kualitatif,baik sebagai pengoksidasi atau pun pereduksi. Beberapa reaksi oksidasireduksi yang ditunjukkan dengan adanya perubahan fisik seperti perubahanwarna sangat berguna dalam membantu identifkasi ion.
Berikut ini beberapa zat yang digunakan dalam analisa kualitatif:
Kalium permanganat, KMNO4
Zat padat coklat tua yang menghasilkan larutan ungu bila dilarutkan dengan air, merupakan pengoksidasi kuat yang dipengaruhi oleh pH dari mediumnya.
Dalam asam
MnO4- + 8H+ + 5e _ Mn2+ (warna merah muda) + 4H2O
Dalam larutan netral
MnO4- + 4H+ + 3e _ MnO2 (endapan coklat) + 2H2O
Dalam larutan basa
MnO4- + e _ MnO42- ( warna hijau)
Kalium kromat, K2CrO4, dan kalium dikromat, K2Cr2O7
Kalium kromat merupakan zat padat berwarna yang menghasilkanlarutan kuning dalam air, yang dengan adanya asam mineral encer berubah menjadi dikromat yang berwarna jingga dalam air. Sebaliknya dikromat dalam larutan basa akan menjadi kromat kembali. Sedangkan dalam larutan asam kuat dikromat direduksi menjadi kromium Cr(III) yang berwarna hijau. Reaksi-reaksi yang terjadi sebagai berikut:
2CrO4
2- + 2H+ _ Cr2O7
2- + H2O
Cr2O7
2- + 2OH- _ 2CrO4
2- + H2O
Cr2O7
2- + 14H+ + 6e _ 2Cr3+ + 7H2O
Asam nitrat, HNO3
Asam nitrat merupakan jenis asam mineral yang bersifat oksidator dantergantung pada konsentrasi asam.
HNO3 + 3H+ + 3e _ NO + 2H2O
Gas NO tak berwarna tetapi mudah bereaksi dengan oksigen di udara menghasilkan nitrogen dioksida yang berwarna coklat kemerahan.
2NO + O2 _ 2NO2
Hidrogen peroksida, H2O2
Zat ini dapat bersifat sebagai oksidator atau pun reduktor tergantung kekuatan pasangan reaksinya.
sebagai oksidator
H2O2 + 2H+ + 2e _ 2H2O
sebagai reduktor
H2O2 _ O2 + 2H+ + 2e
Reaksi Pembentukan Kompleks
Dalam pelaksanaan analisis kualitatif anorganik banyak digunakan reaksireaksiyang melibatkan pembentukan ion kompleks. Suatu ion atau molekul
kompleks terdiri dari satu atom pusat dan sejumlah ligan yang terikat dengan atom pusat tersebut. Atom pusat memiliki bilangan koordinasi tertentu yang menunjukkan jumlah ruangan yang tersedia di sekitar atom pusat. Pembentukan kompleks dalam analisa kualitatif digunakan untuk :
uji-uji spesifik
Beberapa reaksi pembentukan kompleks yang sangat peka dan spesifikdapat digunakan untuk identifikasi ion. Berikut ini beberapa reaksipembentukan kompleks yang sering digunakan dalam analisis kualitatif:
Cu2+(biru) + 4NH3 _ [Cu(NH3)4]2+(biru tua)
Fe3+ + SCN- _ [Fe(SCN-)6]3-
Ni2+ + dimetilglioksim(DMG) _1 Ni-DMG(endapan merah)
penutupan (masking)
Ketika menguji suatu ion spesifik dengan suatu pereaksi, mungkin akanmuncul gangguan karena adanya ion lain yang ada dalam larutan.Gangguan ini dapat dicegah dengan menambahkan pereaksi yangdisebut zat penutup, yang membentuk kompleks yang stabil dengan ionpengganggu. Ion yang akan diidentifikasi tidak perlu lagi dipisahkansecara fisika. Misalnya, pada uji kadmium dengan H2S dengan adanyatembaga. Ion tembaga dapat bereaksi dengan H2S juga, karena ituperlu ditutupi dengan cara pembentukan kompleks dengan CN- menjadi[Cu(CN)4]2-, dimana kompleks tetrasiano ini tidak akan membentukendapan tembaga sulfida. Sedangkan kompleks [Cd(CN)4]2- tetap dapatmembentuk endapan kadmium sulfida.
Pelarutan kembali endapan
Pembentukan kompleks dapat menyebabkan kenaikan kelarutan,sehingga suatu endapan dapat larut kembali. Contohnya pada endapanAgCl jika ditambahkan NH3 maka endapan tersebut akan larut kembali.Hal ini terjadi karena terbentuknya kompleks Ag+ dengan NH3membentuk kompleks [Ag(NH3)2]+.
