KELARUTAN DAN HASIL KALI KELARUTAN

Kelarutan zat dalam air sangat beragam.Ada zat yang mudah larut dan ada pula yang sukar larut.Sebagai patokan kasar, zat yang memiliki kelarutan lebih besar dari 0,02 mol L ^-1 dianggap larut, sedangkan yang lebih kecil dari itu dianggap sukar larut.Pada umumnya kelarutan bertambah pada kenaikan suhu. Kelarutan juga dipengaruhi pH larutan. Dalam bab ini akan dibahas kelarutan garam dan basa dalam air, khususnya yang tergolong sukar larut.

A.       Kelarutan dan Hasilkali Kelarutan

1.         Kelarutan

a.       Pengertian kelarutan

Bayangkan jika kita menambahkan satu sendok the Kristal natrium klorida ( garam dapur) ke dalam segelas air, kemudian diaduk. Kristal itu larut, bukan? Apa yang terjadi jika natrium klorida ditambah dan ditambah lagi?Apakah natrium klorida selalu dapat larut? Tentu tidak, pada suatu saat larutan menjadi jenuh, dan garam tidak dapat larut lebih banyak lagi. Istilah kelarutan (solubility) digunakan untuk menyatakan jumlah maksimum zat yang dapat larut dalam sejumlah tertentu pelarut.

Kelarutan (solubility) adalah jumlah maksimum zat yang dapat larut dalam sejumlah tertentu pelarut/larutan pada suhu tertentu.

b.      Satuan kelarutan

Kelarutan (khususnya untuk zat yang sukar larut) dinyatakan dalam mol L^-1. Jadi kelarutan sama dengan kemolaran dari larutan jenuhnya.

Contoh Soal :

Sebanyak 4,35 miligram Ag₂CrO₄ dapat larut dalam 100 ml air. Nyatakan kelarutan Ag₂CrO₄ tersebut dalam mol L ^-1. ( Ar O = 16; Cr = 52; Ag = 108 )

Jawab :

Kelarutan = molaritas larutan jenuh ; s = n/v

                            4,35 x 10 ^-3 gram

Mol Ag₂CrO₄ =                                

                            332 gram mol ^-1

          n                  1,31 x 10 ^-5 mol          

s =                  =                                  = 1,31 x 10 ^-4 mol L^-1

          v                      0, 1 liter

2.         Tetapan Hasilkali Kelarutan ( Ksp)

Perak kromat ( Ag₂CrO₄) merupakan contoh garam yang sangat sukar larut dalam air. Jika kita memasukkan sedikit saja Kristal garam itu ke dalam segelas air kemudian diaduk, kita akan melihat bahwa sebagian besar dari garam itu tidak larut (mengendap di dalam gelas).Larutan perak kromat mudah sekali jenuh. Apakah setelah mencapai keadaan jenuh proses melarut berhenti?ternyata tidak?Melalui percobaan telah diketahui bahwa dalam larutan jenuh tetap terjadi proses melarut, tetapi pada saat yang sama terjadi pula proses pengkristalan dengan laju yang sama. Dengan kata lain, dalam keadaan jenuh terdapat kesetimbangan antara zat padat tak larut dengan larutannya. Khusus untuk elektrolit (garam atau basa), kesetimbangan itu terjadi antara zat padat tak larut dengan ion-ionnya. Kesetimbangan dalam larutan jenuh perak kromat adalah sebagai berikut :

Ag₂CrO_{4 (s)} D 2Ag⁺_(aq) + CrO₄ ^2-_(aq)

Tetapan kesetimbangan dari kesetimbangan antara garam atau basa yang sedikit larut disebut tetapan hasilkali kelarutan( solubility product constant) dan dinyatakan dengan lambing Ksp. Persamaan tetapan hasilkali kelarutan untuk Ag₂CrO₄ adalah:

Ksp = [Ag⁺ ] ²[CrO₄ ^2-]

Secara umum, persamaan kesetimbangan larutan garam A_xB_y yang sedikit larut adalah sebagai berikut :

A_xB_y(s) D xA^y+ _(aq) + yB^x-_(aq)

Ksp = [A^y+]^x[B^x-]^y

Latihan soal :

Tuliskan persamaan tetapan hasilkali kelarutan untuk senyawa berikut:

1.      PbSO₄                                                4. Ag₃PO₄

2.      Ag₂CrO₄                                            5. Al₂(CO₃)₃

3.      PbCl₂

3.         Hubungan Kelarutan (s) dan Tetapan Hasilkali Kelarutan (Ksp)

Perhatikanlah kembali kesetimbangan yang terjadi dalam larutan jenuh Ag₂CrO₄

Ag₂CrO_{4 (s)} D 2Ag⁺_(aq) + CrO₄ ^2-_(aq)

Konsentrasi kesetimbangan ion Ag⁺ dan ion CrO₄^2- dalam larutan jenuh  dapat dikaitkan dengan kelarutan Ag₂CrO_4,yaitu sesuai dengan stoikiometri reaksi (perbandingan koefisien reaksinya). Jika kelarutan Ag₂CrO₄ dinyatakan dengan s, maka konsentrasi ion Ag⁺ dalam larutan itu sama dengan 2s dan konsentrasi ion CrO₄ ^2- sama dengan s:

Ag₂CrO_{4 (s)} D 2Ag⁺_(aq) + CrO₄ ^2-_(aq)

     s                   2s               s

Dengan demikian, nilai tetapan hasilkali kelarutan (Ksp) Ag₂CrO₄ dapat dikaitkan dengan nilai kelarutannya (s), sebagai berikut :

Ksp = [Ag⁺ ] ²[CrO₄ ^2-]

       = (2s)² (s)

       = 4s³

Secara umum, hubungan antara kelarutan (s) dengan tetapan hasilkali kelarutan (Ksp) untuk elektrolit A_xB_y dapat dinyatakan sebagai berikut :

A_xB_y(s) D xA^y+ _(aq) +  yB^x-_(aq)

Ksp = [A^y+]^x[B^x-]^y

       = (xs)^x( ys)^y

       = x^xy^ys ^(x+y)

Contoh Soal :

1.      Tulislah hubungan kelarutan dengan tetapan hasilkali kelarutan untuk elektrolit Al(OH)₃

Jawab : Al(OH)_3(s) D Al³⁺ _(aq) + 3OH^- _(aq)

                 s                  s               3s

Ksp = [Al⁺³] [OH^-]³

       = (s) (3s)³

       = 27s⁴

2.      Sebanyak 100 ml larutan jenuh MgF₂ pada 18˚C diuapkan dan diperoleh 7,6 mg MgF₂ padat.Berapakah Ksp MgF₂ pada 18˚C ? (Ar Mg = 24; F =19 )

Jawab :

Mula-mula ditentukan kelarutan MgF₂, kemudian dihubungkan dengan konsentrasi ion Mg²⁺ dan konsentrasi ion F^-

                      7,6 x 10^-3

Mol MgF₂ =                           = 1,22 x 10^-4 mol

                      ((24+ (2x19))

                 

         1,22 x 10^-4 mol

s =                              = 0,0012 mol L^-1

           0,1 liter

MgF_2(s) D Mg²⁺ _(aq) + 2F^- _(aq)

s                  s              s

Ksp MgF₂ = [Mg⁺²] [F^-]²

           = s (2s)²

           = 4s³

           = 4 ( 0,0012)³

           = 6,9 x 10^-9

Latihan soal :

1.      Tulislah hubungan kelarutan dengan tetapan hasilkali kelarutan untuk elektrolit berikut:

a.             CaSO₄                                       c. Mn(OH)₂

b.            Hg(CN)₂                                   d. Ni₃(AsO₄)₂

2.      Diketahui Ksp dari Ag2CrO4 pada 25˚C= 2,4 x 10^-12. Berapakah kelarutan molar dari Ag₂CrO₄ pada 25˚C ?

3.      Kelarutan magnesium oksalat, MgC₂O₄ dalam air sebesar 0,0093 mol L^-1. Hitunglah Ksp magnesium oksalat itu ( Ar O = 16; C = 12; Mg = 24 )

4.      Dalam 500 ml larutan dapat terlarut 0,65 gram Cu(IO₃)₂. Berapakah Ksp garam itu? ( Ar O= 16; Cu = 63,5; I = 127 )

5.      Tentukan konsentrasi ion Ag⁺ dalam larutan jenuh Ag₂CrO₄. Ksp Ag₂CrO₄ = 1,1 x 10^-12

6.      Diketahui Ksp Ca(OH)₂ = 5 x 10^-6. Tentukan pH larutan jenuh Ca(OH)₂

7.      Larutan jenuh Mg(OH)₂ mempunyai pH = 9.Tentukan Ksp Mg(OH)₂

B.        Pengaruh ion senama terhadap kelarutan

Marilah kita perhatikan kembali larutan jenuh Ag₂CrO₄. Apakah yang akan terjadi apabila ke dalam larutan jenuh itu kita tambahkan larutan AgNO₃ atau larutan K₂CrO₄?

Dalam larutan jenuh Ag₂CrO₄ terdapat kesetimbangan antara Ag₂CrO₄ padat dengan ion- ion Ag⁺ dan ion CrO₄^2-

Ag₂CrO_{4 (s)} D 2Ag⁺_(aq) + CrO₄ ^2-_(aq)

Penambahan larutan larutan AgNO₃ atau larutan K₂CrO₄ akan memperbesar konsentrasi ion Ag⁺ atau ion CrO₄ ^2- dalam larutan.

AgNO_3(aq) D Ag⁺_(aq) + NO₃^- _(aq)

K₂CrO₄ D 2K⁺ + CrO₄ ^2- _(aq)

Sesuai dengan azas Le Chatelier tentang pergeseran kesetimbangan, penambahan konsentrasi ion Ag⁺

atau ion CrO₄ ^2- akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Akibat dari pergeseran itu, jumlah Ag₂CrO₄ yang larut menjadi berkurang. Jadi, dapat disimpulkan bahwa ion senama memperkecil kelarutan. Akan tetapi, sebagaimana halnya pada kesetimbangan pada umumnya, ion senama tidak mempengaruhi harga tetapan hasilkali kelarutan, asal suhu tidak berubah.

Contoh soal :

Diketahui kelarutan Ag₂CrO₄ dalam air murni, yaitu 8,43 x 10 ^-5 mol L^-1 pada 25˚C. Tentukanlah kelarutan Ag₂CrO₄ ( Ksp Ag₂CrO₄ = 2,4 x 10 -12) itu dalam :

Larutan AgNO₃ 0,1 M

Jawab :

Kelarutan Ag₂CrO₄ dalam larutan AgNO₃ 0,1 M.

Larutan AgNO₃ 0,1 M mengandung 0,1 M ion Ag⁺ dan 0,1 M ion NO₃^-

AgNO_3(aq) D Ag⁺_(aq) + NO₃^- _(aq)

0,1 M             0,1 M      0,1 M

Jika ke dalam larutan ditambahkan Ag₂CrO₄ padat, maka kristal itu akan larut hingga larutan jenuh.

Misal kelarutan Ag₂CrO₄ = s mol L^-1 maka konsentrasi ion CrO₄ ^2- yang dihasilkan = s mol L ^-1 dan ion Ag⁺ = 2s mol L^-1

Ag₂CrO_{4 (s)} D 2Ag⁺_(aq) + CrO₄ ^2-_(aq)

      s                  2s             s

jadi konsentrasi total ion Ag⁺ = 0,1 + 2s mol L^-1.Oleh karena nilai s relative kecil, yaitu s < 8,43 x 10^-5 , maka konsentrasi ion Ag⁺ dapat dianggap = 0,1 mol L^-1  ( 0,1 + 2s = 0,1 )

Dalam larutan jenuh Ag₂CrO₄ berlaku :

[Ag⁺] [CrO₄ ^2-] = Ksp Ag₂CrO₄

(0,1)² (s) = 2,4 x 10^-12

s = 2,4 x 10^-10

Latihan Soal :

1.      Diketahui Ksp AgCl = 1 x 10^-10. Tentukanlah kelarutan AgCl dalam larutan

a.       NaCl 0,1 M

b.      CaCl₂ 0,1 M

2.      Kelarutan PbCl₂ dalam air sebesar 1,62 x 10^-2 mol L-1. Tentukanlah

a.       Kelarutan PbCl₂ dalam larutan HCl 0,1 M

b.      Massa PbCl₂ yang dapat larut dalam 100 ml larutan CaCl₂ 0,1 M. (Ar Cl = 35,5; Pb = 206)

C.       Kelarutan dan pH

Tingkat keasaman larutan (pH) dapat mempengaruhi kelarutan dari berbagai jenis zat. Suatu basa umumnya lebih larut dalam larutan yang bersifat asam, dan sebaliknya lebih sukar larut dalam larutan yang bersifat basa. Garam-garam yang berasal dari asam lemah akan lebih mudah larut dalam larutan yang bersifat asam kuat.

1.      pH dan kelarutan basa

Sesuai dengan efek ion senama, suatu basa akan lebih sukar larut dalam larutan yang bersifat basa daripada dalam larutan netral.

Contoh Soal : Membandingkan kelarutan basa dalam air dan dalam larutan yang bersifat basa.

Diketahui tetapan hasil kali kelarutan Mg(OH)2 = 2 x 10 -12. Tentukanlah kelarutan Mg(OH)2 dalam :

a.       Akuades (air murni)

b.      Larutan dengan pH = 12

Jawab :

a.    Dalam air, Mg(OH)₂ akan larut hingga terjadi larutan jenuh di mana

[Mg²⁺] [OH^-]² = Ksp Mg(OH)₂

Misal kelarutan Mg(OH)₂ = s mol L ^-1

Mg(OH)_2(aq) D Mg²⁺ _(aq) + 2OH^- _(aq)

       s                s                   2s

[Mg²⁺] [OH^-]² = Ksp Mg(OH)₂

   (s)      (2s)²  = 2 x 10 ^-12

    4s³             = 2 x 10 ^-12

     s              = 7,94 x 10 ^-5 mol L^-1      

b.   Dalam larutan dengan pH = 12

pH = 12 _ pOH = 2 _ [OH^-] = 1 x 10 ^-2 mol L^-1

Mg(OH)₂ akan larut hingga terjadi larutan jenuh; misalkan kelarutan Mg(OH)₂ = x mol L^-1

Mg(OH)_2(aq) D Mg²⁺ _(aq) + 2OH^- _(aq)

       x               x                  2x

Konsentrasi ion OH- dalam larutan = ( 1 x 10 ^-2 ). Substitusi data ini ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan Mg(OH)₂ menghasilkan persamaan sebagai berikut

[Mg²⁺] [OH^-]² = Ksp Mg(OH)₂

 (x)   {(1 x 10 ^-2)+ 2x} 2 = 2 x 10 ^-12

Oleh karena dapat diduga bahwa x << 1 x 10 -2, maka (1 x 10 ^-2)+ 2x = 1 x 10 ^-2.

Persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut.

(x) ( 1 x 10-2 )2 = 2 x 10^-12

                         = 2 x 10 ^-8

Jadi, kelarutan Mg(OH)₂ dalam larutan dengan pH = 12 adalah 2 x 10^-8 mol L^-1

Kelarutan ini kira-kira 4000 kali lebih kecil daripada kelarutan Mg(OH)₂ dalam aquades

Latihan Soal :

1.      Diketahui Ksp Fe(OH)₂ = 8 x 10-16.Tentukanlah kelarutan Fe(OH)₂ dalam :

a.       akuades

b.      larutan NaOH 0,01 M

2.   Larutan jenuh M(OH)2 mempunyai pH = 10. Tentukanlah kelarutan basa tersebut dalam larutan yang mempunyai pH = 13

2.      pH dan kelarutan garam

Kalsium karbonat ( CaCO₃ ) sukar larut dalam air, tetapi larut dalam larutan HCl. Fakta ini dapat diterangkan sebagai berikut :

Dalam larutan jenuh CaCO₃ terdapat kesetimbangan sebagai berikut

CaCO_{3 (s)} D Ca²⁺ _(aq) + CO₃ ^2- _(aq)

Dalam larutan asam, ion CO₃^2- akan diikat oleh ion H⁺ membentuk HCO₃^- atau H₂CO₃, H₂CO₃ selanjutnya akan terurai membentuk CO₂ dan H₂O. Hal ini akan menggeser kesetimbangan di atas ke kanan. Dengan kata lain menyebabkan CaCO₃ melarut.

D.       Reaksi pengendapan

Kita dapat mengeluarkan suatu ion dari larutannya melalui reaksi pengendapan.Misalnya, ion kalsium ( Ca⁺²) dapat dikeluarkan dengan menambahkan larutan Na₂CO_3.Dalam hal ini, ion Ca²⁺ akan bergabung dengan ion karbonat (CO₃ ^2-) membentuk CaCO₃, suatu garam yang sukar larut, sehingga mengendap.

Ca⁺² _(aq) + CO₃ ^2- _(aq) " CaCO_{3 (s)}

Contoh lainnya yaitu mengendapkan ion Cl^- dari air laut dengan menambahkan larutan perak nitrat( AgNO₃ ). Ion Cl^- akan bergabung dengan ion Ag⁺ membentuk AgCl yang sukar larut.

            Cl^- _(aq) + Ag⁺ _(aq) " AgCl _(s)

Sekarang, marilah kita perhatikan secara lebih seksama proses terjadinya endapan AgCl ketika larutan yang mengandung ion Cl^- ditetesi dengan larutan Ag⁺. Apakah endapan AgCl terbentuk begitu ada ion Ag⁺ memasuki larutan? Kita ingat kembali bahwa AgCl dapat larut dalam air, meskipun dalam jumlah yang sangat sedikit. Artinya, ion Ag⁺ dan ion Cl^- dapat berada bersama-sama dalam larutan hingga larutan jenuh, yaitu sampai hasil kali [Ag⁺][Cl^-] sama dengan nilai Ksp AgCl. Apabila penambahan ion Ag⁺ dilanjutkan hingga hasil kali [Ag⁺][Cl^-]> Ksp AgCl, maka kelebihan ion Ag⁺ dan ion Cl^- akan bergabung membentuk endapan AgCl. Jadi, pada penambahan larutan Ag⁺ ke dalam larutan Cl^- dapat terjadi tiga hal sebagai berikut.

            Jika [Ag⁺][Cl^-] < Ksp AgCl, larutan belum jenuh.

            Jika [Ag⁺][Cl^-] = Ksp AgCl, larutan tepat  jenuh.

            Jika [Ag⁺][Cl^-] > Ksp AgCl, terjadi pengendapan.

Sebagaimana telah dipelajari ketika membahas kesetimbangan kimia, hasil kali konsentrasi seperti dirumuskan dalam rumus tetapan kesetimbangan ( bukan konsentrasi setimbang) kita sebut sebagai Qc.

Jadi secara umum, apakah keadaan suatu larutan belum jenuh, jenuh, atau terjadi pengendapan, dapat ditentukan dengan memeriksa nilai Qc-nya dengan ketentuan sebagai berikut.

            Jika Qc < Ksp, larutan belum jenuh.

            Jika Qc = Ksp, larutan tepat jenuh.

            Jika Qc < Ksp, terjadi pengendapan.

Periksalah dengan suatu perhitungan, apakah terbentuk endapan Ca(OH)₂ jika 10 ml larutan CaCl2 0,2 M dicampur 0,2 M dicampur dengan 10 ml larutan NaOH 0,02 M. (Ksp Ca(OH)₂ = 8 x 10^-6 )

Jawab :

Ketika 10 ml larutan CaCl₂ 0,2 M dicampurkan dengan 10 ml larutan NaOH 0,2 M, masing-masing zat itu mengalami pengenceran dua kali, sehingga konsentrasi CaCl₂ dalam campuran menjadi 0,1 M dan konsentrasi NaOH menjadi 0,01 M. Oleh karena CaCl₂ dan dan NaOH tergolong elektrolit kuat, keduanya mengion sempurna.

CaCl_{2 (aq)} " Ca ²⁺ _(aq) + 2Cl^- _(aq)

 0,1 M           0,1 M      0,2 M

NaOH _(aq) " Na⁺ _(aq) + OH^- _(aq)

 0,01 M         0,01 M    0,01 M

Jadi, konsentrasi ion Ca²⁺ dalam campuran = 0,1 M dan konsentrasi ion OH^- = 0,01 M

Qc untuk Ca(OH)₂ = [Ca²⁺][OH^-]²

= 0,1 (0,01)²

= 1 x 10^-5

Karena Qc > Ksp, maka pada pencampuran itu terbentuk endapan Ca(OH)₂

http://adf.ly/6wF32