LARUTAN DAN KELARUTAN A. LARU LARUTA TAN N
Larutan adalah campuran yang bersifat homogen antara mole moleku kul, l, atom atom atau ataupu pun n iond iondar arii dua dua zat zat atau atau lebi lebih. h. Dise Disebu butt campuran karena susunannya atau komposisinya dapat berubah. Disebut homogen karena susunanya begitu seragam sehingga tidak tidak dapat dapat diama diamati ti adany adanya a bagi bagianan-ba bagi gian an yang yang berlai berlaina nan, n, bahkan dengan mikroskop optis sekalipun. Fase larutan dapat berwujud gas, padat ataupun cair. Larutan gas misalnya udara. Larutan padat misalnya perunggu, amalgam dan paduan logam yang lain. Larutan cair misalnya air laut, larutan gula dalam air, dan lain-lain. Komponen larutan terdiri dari pelarut (solvent) dan zat terlarut (solute). Pelarut Pelarut merupaka merupakan n kompone komponen n yang utama yang yang
terd terdap apat at
komp kompon onen en
dala dalam m
minor minorny nya a
juml jumlah ah
yang yang
merup merupak akan an
bany banyak ak,,
zat
seda sedang ngk kan
terlar terlarut. ut.
Laru Larutan tan
terbentuk melalui pencampuran dua atau lebih zat murni yang
molekulnya
berinteraksi
langsung
dalam
keadaan
terc tercam ampu pur. r. Semu Semua a gas bers bersif ifat at dap dapat berc bercam ampu purr deng dengan an sesamanya, karena itu campuran gas adalah larutan. Sifat fisik larutan pada umumnya terbagi menjadi 3 Yaitu: 1. Sifat koligatif. koligatif. tergantung tergantung pada jumlah partikel partikel dalam dalam larutan larutan 2.
Sifat aditif. tergantung pada atom total dalam molekul atau pada jumlah sifat
konstituen dalam larutan,
3. Sifat Sifat konst konstitu itutif tif,, tergan tergantu tung ng pada pada atom atom penyu penyusu sun n molek molekuk uk (pada jenis atom dan jumlah atom) Sedangkan larutan nyata, tidak mengikuti hukum Roult,, atau terjad terjadii penyim penyimpa pang ngan, an, Penyim Penyimpa pang ngann annya ya dapat dapat posit positif if dan dan 1
negatif,, Penyimpangan negatif jika Penyimpangan cukup besar, kurva tekanan uap total memperlihatkan minimum, mengikuti hukum Roult, kecenderunagn melepaskan diri, Sedangkan untuk penyimpangan positif jikakurva tekanan uap total maksimum, tekanan
parsial
lebih
besar
daripada
hukum
Roult,
kecenderungan melepaskan diri akibat ketidaksamaan kepolaran atau tekanan dalam dari konstituen
Jenis-jenis Larutan a.
Berdasarkan kemampuannya menghantarkan listrik
Berdasarkan
kemampuannya
menghantarkan
listrik,
larutan dapat dibedakan sebagai larutan elektrolit dan larutan non-elektrolit. Larutan elektrolit mengandung zat elektrolit sehingga dapat menghantarkan listrik, sementara larutan non-elektrolit tidak dapat menghantarkan listrik. •
Larutan Elektrolit Larutan
elektrolit
adalah
larutan
yang
dapat
menghantarkan arus listrik Zat elektrolit dapat berupa senyawa ion atau senyawa kovalen polar yang dapat terhidrolisis
(bereaksi dengan air ) . Larutan elektrolit
terbentuk dari suatu zat yang larut atau terurai kedalam bentuk ion-ion dan membuat larutan menjadi konduktor elektrik. Ion merupakan atom-atom yang bermuatan elektrik. Contoh : larutan HCl. Arus listrik adalah aliran muatan. Arus listrik melalui logam adalah aliran elektron, dan arus listrik melalui larutan adalah aliran ion-ion. Ion-ion ini berasal dari zat-zat yang terlarut dan terionisasi menjadi atom-atom bermuatan. Karena itu, larutan elektrolit dapat berupa asam, basa 2
maupun garam. Larutan asam adalah larutan dimana zat terlarutnya terdisosiasi melepaskan ion hidrogen (H +) di dalam larutan. Larutan basa adalah larutan dimana zat terlarutnya terdisosiasi melepaskan ion hidroksida (OH -) di dalam larutan. Larutan garam adalah larutan dimana zat terlarutnya bersifat netral dan terdisosiasi menjadi ion-ion pembentuk
garamnya
di
dalam
larutan.
Jenis
dan
konsentrasi (kepekatan) suatu larutan dapat berpengaruh terhadap daya hantar listriknya. Untuk menunjukkan kekuatan elektrolit digunakan derajat ionisasi yaitu jumlah ion bebas yang dihasilkan oleh suatu larutan. Derajat ionisasi (a) didapat dari perbandingan antara jumlah zat
yang mengion dengan jumlah zat yang dilarutkan. Makin besar harga a , makin kuat keelektrolitan larutan tersebut.
Dari nilai derajat ionisasi tersebut, larutan elektrolit dapat dibedakan menjadi elektolit kuat dan lemah. Larutan
elektrolit
lemah
adalah
larutan
elektrolit
dimana zat yang terlarut tidak terionisasi seluruhnya (ionisasi sebagian 0 < a < 1 ). Sifat kekonduktorannya buruk karena sedikitnya zat yang mengion. Persamaan reaksi ionisasi elektrolit lemah ditandai dengan panah dua arah (reaksi reversible) artinya tidak semua molekul terurai (ionisasi tidak sempurna). Larutan ini biasanya berupa larutan asam lemah dan basa lemah,
3
a. Asam Lemah
Asam lemah adalah zat asam yang tidak terionisasi seluruhnya ketika zat asam tersebut dilarutkan dalam air. Tetapan ionisasinya dituliskan dalam bentuk K a.
K a
didefinisikan sebagai:
b. Basa Lemah
Basa
lemah
adalah
zat
basa
yang
tidak
berubah
seluruhnya menjadi ion hidroksida dalam larutan. Tetapan ionisasinya dituliskan dalam bentuk K b. K b didefinisikan sebagai:
Larutan Elektrolit 1. Dapat menghantarkan listrik 2.
Larutan Non Elektrolit 1. Tidak dapat menghantarkan listrik 2. Tidak terjadi proses
Terjadi proses ionisasi 3. (terurai menjadi ion-ion)
3. ionisasi Lampu tidak menyala
Lampu dapat menyala
dan tidak ada
terang atau redup dan ada
gelembung gas
gelembung gas Contoh:
Contoh: 4
Garam dapur (NaCl)
Larutan gula
Cuka dapur (CH3COOH)
(C12H22O11)
Air accu (H2SO4)
Larutan urea (CO
Garam magnesium (MgCl2)
NH2)2 Larutan alkohol C2H5OH (etanol) Larutan glukosa (C6H12O6)
b.
Berdasarkan fase zat terlarut dan pelarutnya.
Tabel berikut menunjukkan contoh-contoh larutan berdasarkan fase komponen-komponennya. Contoh larutan Pelar Gas ut
Zat terlarut Gas
Cairan
Padatan
Udara (oksigen Uap air di udara
Bau suatu
dan gas-gas
zat padat
(kelembapan)
lain dalam
yang timbul
nitrogen)
dari larutnya molekul padatan tersebut di udara 5
Sukrosa (gula) dalam Air
Etanol dalam air;
terkarbonasi
campuran
Cairan (karbon
klorida (garam
berbagai
dapur)
dioksida dalam hidrokarbon air)
air; natrium
dalam air;
(minyak bumi)
amalgam emas dalam
Hidrogen larut Padata dalam logam, n
misalnya platina
Air dalam arang aktif ; uap air dalam kayu
raksa Aloi logam seperti baja dan duralumin
B. KELARUTAN
Kelarutan atau solubilitas adalah kemampuan suatu zat kimia tertentu, zat terlarut (solute), untuk larut dalam suatu pelarut (solvent ). Kelarutan dinyatakan dalam jumlah maksimum zat terlarut yang larut dalam suatu pelarut pada kesetimbangan. Larutan hasil disebut larutan jenuh. Zat-zat tertentu dapat larut dengan
perbandingan
apapun
terhadap
suatu
pelarut.
Contohnya adalah etanol di dalam air. Sifat ini lebih dalam bahasa Inggris lebih tepatnya disebut miscible. Pelarut umumnya merupakan suatu cairan yang dapat berupa zat murni ataupun campuran. Zat yang terlarut, dapat berupa gas, cairan lain, atau padat. Kelarutan bervariasi dari selalu larut seperti etanol dalam air, hingga sulit terlarut, seperti 6
perak klorida dalam air. Istilah "tak larut" ( insoluble) sering diterapkan pada senyawa yang sulit larut, walaupun sebenarnya hanya ada sangat sedikit kasus yang benar-benar tidak ada bahan
yang
terlarut.
Dalam
beberapa
kondisi,
titik
kesetimbangan kelarutan dapat dilampaui untuk menghasilkan suatu larutan yang disebut lewat jenuh (supersaturated ) yang metastabil. Kelarutan tergantung pada: •
Sifat solvent
Kelarutan yang besar terjadi bila molekul-molekul solute mempunyai kesamaan dalam struktur dan sifat-sifat kelistrikan dari molekul-molekul solvent. Bila ada kesamaan dari sifat-sifat kelistrikan, misalnya momen dipol yang tinggi, antara solvent-solvent, maka gaya-gaya tarik yang terjadi antara solute solvent adalah kuat. Sebaliknya, bila tidak ada kesamaan, maka gaya-gaya terik solute solvent lemah. Secara umum, padatan ionik mempunyai kelarutan yang lebih tinggi dalam solvent polar daripada dalam pelarut non-polar. Juga, jika solvent lebih polar, maka kelarutan dari padatan-padatan ionik akan lebih besar. •
Suhu
Kelarutan gas dalam air biasanya menurun jika suhu larutan dinaikkan. Gelembung-gelembung kecil yang dibentuk bila air dipanaskan adalah kenyataan bahwa udara yang terlarut menjadi kurang larut pada suhu-suhu yang lebih kecil. Hal yang serupa, tidak ada aturan yang 7
umum untuk perubahan suhu terhadap kelrutan cairancairan dan padatan-padatan. •
Tekanan
Kelarutan dari semua gas naik jika tekanan saham dari gas yang terletak di atas larutan dinaikkan. Secara kuantitatif, hal ini dinyatakan dalam hukum Henry, yang menyatakan bahwa pada suhu tetap perbandingan dari tekanan saham dari solute gas dibagi dengan mol fraksi dari gas dalam larutan adalah tetap. Satuan Kelarutan
Kelarutan (khususnya untuk zat yang sukar larut) dinyatakan dalam mol L. Jadi kelarutan sama dengan kemolaran dari larutan jenuhnya. S = n/v dimana n adalah jumlah mol dan v = volume (liter)
Sifat Koligatif Larutan Non-elektrolit Sifat larutan berbeda dengan sifat pelarut murninya. Terdapat empat sifat fisika yang penting yang besarnya bergantung pada banyaknya partikel zat terlarut tetapi tidak bergantung pada jenis zat terlarutnya. Keempat sifat ini dikenal dengan sifat koligatif larutan. Sifat ini besarnya berbanding lurus dengan jumlah partikel zat terlarut. Sifat koligatif tersebut adalah : 8
•
tekanan uap
•
titik didih
•
titik beku
•
tekanan osmosis.
Menurut hukum sifat koligatif, selisih tekanan uap, titik beku, dan titik didih suatu larutan dengan tekanan uap, titik beku, dan titik didih pelarut murninya, berbanding langsung dengan konsentrasi molal zat terlarut. Larutan yang bisa memenuhi hukum sifat koligatif ini disebut larutan ideal. Kebanyakan larutan mendekati ideal hanya jika sangat encer.
a. Tekanan Uap Larutan Tekanan uap larutan lebih rendah dari tekanan uap pelarut murninya. Pada larutan ideal, menurut hukum Raoult , tiap komponen dalam suatu larutan melakukan tekanan yang sama dengan fraksi mol kali tekanan uap dari pelarut murni. PA = XA . P0 PA = tekanan uap yang dilakukan oleh komponen A dalam larutan. XA = fraksi mol komponen A. P0 = tekanan uap zat murni A. Dalam larutan yang mengandung zat terlarut yang tidak mudah menguap (tak-atsiri atau nonvolatile), tekanan uap hanya disebabkan oleh pelarut, sehingga P A dapat dianggap sebagai tekanan uap pelarut maupun tekanan uap larutan.
b. Titik Didih Larutan
9
Titik didih larutan bergantung pada kemudahan zat terlarutnya menguap. Jika zat terlarutnya lebih mudah menguap daripada pelarutnya (titik didih zat terlarut lebih rendah), maka titik didih larutan menjadi lebih rendah dari titik didih pelarutnya, atau dikatakan titik didih larutan turun. Contohnya larutan etil alkohol dalam air titik didihnya lebih rendah dari 100˚C tetapi lebih tinggi dari 78,3˚C (titik didih etil alkohol 78,3˚C dan titik didih air 100˚C). Jika zat terlarutnya tidak mudah menguap (tak-atsiri atau nonvolatile) daripada pelarutnya (titik didih zat terlarut lebih tinggi), maka titik didih larutan menjadi lebih tinggi dari titik didih pelarutnya, atau dikatakan titik didih larutan naik. Pada contoh larutan etil alkohol dalam air tersebut, jika dianggap pelarutnya adalah etil alkohol, maka titik didih larutan juga naik. Kenaikan titik didih larutan disebabkan oleh turunnya tekanan uap larutan. Berdasar hukum sifat koligatif larutan, kenaikan titik didih larutan dari titik didih pelarut murninya berbanding lurus dengan molalitas larutan. Δtb = kb . m Δtb = kenaikan titik didih larutan. kb = kenaikan titik didih molal pelarut. m = konsentrasi larutan dalam molal.
c. Titik Beku Larutan Penurunan tekanan uap larutan menyebabkan titik beku larutan menjadi lebih rendah dari titik beku pelarut murninya. Hukum sifat koligatif untuk penurunan titik beku larutan berlaku pada larutan dengan zat terlarut atsiri ( volatile) maupun tak-atsiri (nonvolatile). 10
Berdasar hukum tersebut, penurunan titik beku larutan dari titik beku pelarut murninya berbanding lurus dengan molalitas larutan.
Δtf = kf . m
Δtf = penurunan titik beku larutan. kf = penurunan titik beku molal pelarut. m = konsentrasi larutan dalam molal.
d. Tekanan Osmose Larutan Peristiwa lewatnya molekul pelarut menembus membran semipermeabel dan masuk ke dalam larutan disebut osmose. Tekanan osmose larutan adalah tekanan yang harus diberikan pada larutan untuk mencegah terjadinya osmose (pada tekanan 1 atm) ke dalam larutan tersebut. Hampir mirip dengan tekanan pada gas ideal, pada larutan ideal, besarnya tekanan osmose berbanding lurus dengan konsentrasi zat terlarut. π.V = (n.R.T) : V = M.R.T π= tekanan osmose (atm). n = jumlah mol zat terlarut (mol). R = tetapan gas ideal = 0,08206 L.atm/mol.K T = suhu larutan (K). V = volume larutan (L). M = molaritas (M = mol/L). Jika tekanan yang diberikan pada larutan lebih besar dari tekanan osmose, maka pelarut murni akan keluar dari larutan melewati membran semipermeabel. Peristiwa ini disebut osmose balik (reverse osmosis), misalnya pada proses pengolahan untuk memperoleh
air tawar dari air laut. 11
