REAKSI DALAM LARUTAN ELEKTROLIT Bagian IV

3. Reaksi pembentukan endapan

Sampailah saatnya membahas reaksi kimia yang dapat menghasilkan suatu endapan. Telah dibahas bahwa suatu zat yang sukar larut dalam air, jika terbentuk dalam suatu reaksi kimia akan mengendap. Ingat bahwa reaksi yang sedang dibahas adalah reaksi dalam larutan elektrolit, maka endapan yang terbentuk kemungkinan senyawa garam atau senyawa hidroksida logam (basa).

Senyawa garam dan basa dikatakan sukar larut jika kelarutannya sangat kecil, sehingga apabila Anda melarutkan senyawa tersebut, seakan-akan sama sekali tidak ada yang larut. Namun bila Anda gunakan ampermeter, tampak adanya arus. Hal ini menunjukkan bahwa dalam larutan terdapat ion-ion dari zat terlarut walaupun sangat sedikit. Sebaliknya, jika Anda mencampurkan kation dan anion dari senyawa tersebut, maka senyawa itu akan mengendap.

Sebagai contoh, AgCl(s) + air == Ag+(aq) + Cl-(aq)

Karena reaksi kesetimbangan ini menyangkut kelarutan, harga tetapan kesetimbangannya dinamakan tetapan kesetimbangan kelarutan, Ksp ( sp = solubility product). Kelarutan adalah daya, kemampuan atau batas larut. Misal kelarutan AgCl dalam air = s M, maka [Ag+] = [Cl-] = s M.

Ksp AgCl = [Ag+] [Cl-] = s M x s M = s2 M2.

Dari tabel data, Ksp AgCl = 1 x 10-10 M2.

Jadi kelarutan AgCl = s = V (1 x 10-10 M2) = 10-5 M.

Apabila Anda mencampurkan 1mL AgNO3(aq) 0,1M dan 1mL NaCl(aq) 0,1M, maka untuk memprediksi terjadi endapan atau tidak, Anda dapat menghitung Qc (quotient atau kuosien). Qc = [Ag+] [Cl-]

Konsentrasi ion-ion di atas merupakan konsentrasi dari semua ion yang dicampurkan. Qc berbeda dengan Ksp. Ksp adalah hasil kali konsentrasi ion-ion dalam keadaan jenuh.

Jika harga Qc lebih kecil dari Ksp, larutan belum jenuh, belum terjadi endapan.

Jika Qc = Ksp, larutan tepat jenuh, tetap belum terjadi endapan. Namun jika diteteskan sedikit Ag+ atau Cl-, endapan akan mulai terbentuk.

Jika Qc lebih besar dari Ksp, larutan lewat jenuh, akan terbentuk endapan.

Qc = (0,5 x 10-1)2 = 2,5 x 10-3 > Ksp. Maka jika kedua larutan di atas dicampur, akan terjadi endapan.

AgNO3(aq) + NaCl(aq) --> AgCl(s) + NaNO3(aq)

Ag+(aq) + NO3-(aq) + Na+(aq) + Cl-(aq) --> AgCl(s) + Na+(aq) + NO3-(aq)

Ag+(aq) + Cl-(aq) --> AgCl(s)

Selanjutnya Anda hanya diminta untuk menyelesaikan persamaan reaksi kimia, tidak perlu menggunakan hitungan. Berdasarkan hitungan di atas, 1mL AgNO3(aq) 0,1M + 1mL NaCl(aq) 0,1M harga Qc sudah jauh lebih besar dari Ksp. Reaksi tersebut jelas akan membentuk endapan. Oleh karena itu, kegiatan praktik reaksi pengendapan umumnya menggunakan larutan elektrolit dengan konsentrasi sekitar 0,1M - 0,005M. Hitungan kelarutan dan Ksp akan Anda pelajari pada kesempatan lain. Untuk mengetahui garam dan basa mana yang mengendap, maka Anda dapat menggunakan tabel data.

a. Larutan garam + larutan garam lain

Contoh telah dijelaskan di atas.

b. Larutan garam + larutan basa

Zn(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq) --> Zn(OH)2(s) + 2NaNO3(aq)

Zn2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2Na+(aq) + 2OH-(aq) --> Zn(OH)2(s) + 2Na+(aq) + 2NO3-(aq)

Zn2+(aq) + 2OH-(aq) --> Zn(OH)2(s)

Anda telah belajar banyak tentang reaksi-reaksi yang terjadi dalam larutan elektrolit. Berlatihlah agar Anda dapat lebih mantap memahami berbagai jenis reaksi ini. Hati-hati, perhatikan dengan cermat pola dari masing-masing reaksi.

REAKSI DALAM LARUTAN ELEKTROLIT Bagian III

2. Reaksi pembentukan gas

Reaksi netralisasi telah selesai. Sekarang kita menuju reaksi yang kedua, yaitu reaksi kimia yang menghasilkan gas.  

a. Reaksi pembentukan gas amoniak, NH3

Garam amonium + larutan basa kuat 

NH3(g) dapat larut dalam air membentuk larutan basa lemah NH3(aq) atau dapat ditulis sebagai NH4OH(aq). Jika suatu reaksi menghasilkan NH4OH, maka segera akan terurai menjadi NH3(g) dan H2O(l). Hati-hati, jangan dekatkan hidung Anda ke mulut tabung reaksi. Harus agak jauh, kemudian Anda dapat mengibaskan tangan Anda di atas tabung reaksi apabila bau NH3 belum tercium. Mungkin Anda sedang pilek, atau gas yang terbentuk sedikit. 

Garam amonium yang digunakan dapat berupa padatan atau larutan. Jika garamnya padatan, tentu gas NH3 yang dihasilkan akan lebih banyak, sehingga Anda perlu berjaga-jaga, jangan terkejut karena baunya merangsang hidung dan kecing.

NH4Cl(aq) + NaOH(aq) --> NaCl(aq) + NH3(g) + H2O(l)

NH4+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) --> Na+(aq) + Cl-(aq) + NH3(g) + H2O(l)

NH4+(aq) + OH-(aq) --> NH3(g) + H2O(l)

Pada persamaan reaksi pertama, jika Anda bingung, maka tuliskan dahulu sebagai NH4OH, baru kemudian uraikan rumus itu menjadi NH3(g) dan H2O(l). 

b. Reaksi pembentukan gas CO2.

Garam karbonat + asam kuat, maka gas CO2 yang 

Seperti reaksi (a), jika garam karbonatnya padat maka gas yang dihasilkan lebih banyak. Namun gas ini tidak berwarna dan tidak berbau; yang tampak adalah terjadinya gelembung gas. 

CaCO3(s) + 2HCl(aq) --> CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)

CaCO3(s) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq) --> Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + CO2(g) + H2O(l)

CaCO3(s) + 2H+(aq) --> Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l)

Sama halnya dengan persamaan reaksi terdahulu, jika Anda merasa masih bingung memahami persamaan reaksi pertama, tuliskan dahulu H2CO3, namun segera ubahlah menjadi CO2(g) dan H2O(l). 

c. Reaksi pembentukan gas H2.

Logam + asam kuat encer  

Semua logam, golongan A dan B dalam sistem periodik unsur dapat bereaksi dengan asam kuat encer, kecuali logam-logam mulia, yaitu Cu, Hg, Ag, Pt, dan Au. Logam-logam tersebut dikatakan logam aktif, karena mudah melepaskan elektron valensinya membentuk senyawa ion. Reaksi ini tergolong reaksi redoks (reduksi dan oksidasi). Logam mengalami oksidasi sedang ion H+ dari asam kuat mengalami reduksi sehingga membentuk gas H2. 

Mg(s) + 2HCl(aq) --> MgCl2(aq) + H2(g)

Mg(s) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq) --> Mg2+(aq) + 2Cl-(aq) + H2(g)

Mg(s) + 2H+(aq) --> Mg2+(aq) + H2(g)

d. Logam + asam oksidator

Semua logam dapat bereaksi, kecuali Pt dan Au yang merupakan logam paling mulia. Asam oksidator meliputi asam sulfat pekat, asam nitrat encer maupun pekat. Asam-asam ini dikatakan sebagai asam oksidator karena mampu mengoksidasi logam, terutama logam mulia. Logam yang kurang mulia atau logam aktif, lebih mudah dioksidasi. 

1) Zn(s) + H2SO4(aq) --> ZnSO4(aq) + SO2(g) + H2O(l)

2) Mg(s) + HNO3(aq) --> Mg(NO3)2(aq) + NO(g) + H2O(l)

3) Fe(s) + HNO3(pekat) --> Fe(NO3)3(aq) + NO2(g) + H2O(l)

Koefisien reaksinya cukup sulit jika ditentukan secara langsung. Anda dapat menggunakan penyetaraan reaksi ini dengan cara redoks, yaitu cara bilangan oksidasi. Jika Anda belum mempelajarinya, maka reaksi ini sebagai pengetahuan tambahan saja. Kelanjutannya, tunggulah setelah Anda mempelajari konsep redoks, khususnya penyetaraan persamaan reaksi redoks. 

Masih ada lagi pembentukan gas-gas yang lain, namun caranya serupa. Ibu sangat berharap Anda mampu menalar reaksi-reaksi tersebut.

Kerjakan persamaan reaksi dalam (pm) dan (pi) seperti contoh-contoh ibu, untuk reaksi pembentukan gas berikut ini.

1. Larutan amonium sulfat + larutan natrium hidroksida 

2. Larutan natrium karbonat + larutan asam sulfat

3. Larutan natrium sulfida + larutan asam klorida --> gas hidrogen sulfida

4. Larutan natrium sulfit + larutan asam klorida --> gas sulfur dioksida.

Kedua reaksi terakhir membentuk gas yang berbeda dengan contoh-contoh yang diberikan, namun gas yang terbentuk diketahui, sehingga Anda dapat mengerjakannya dengan mudah.

REAKSI DALAM LARUTAN ELEKTROLIT Bagian II

CONTOH REAKSI NETRALISASI

Sekarang saatnya Anda berlatih mengerjakan persamaan reaksi setara yang ditulis dalam persamaan reaksi molekuler (pm) dan persamaan reaksi ion (pi). Sebelum Anda berlatih, perhatikan contoh di bawah. 

1. Reaksi netralisasi.
a. Larutan asam kuat + Larutan basa kuat

(pm)

2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) --> CaCl2(aq) + 2H2O(l)

(pi)

2H+(aq) + 2Cl-(aq) + Ca2+(aq) + 2OH-(aq) --> Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2H2O(l)

2H+(aq) + 2OH-(aq) --> 2H2O(l)

H+(aq) + OH-(aq) --> H2O(l)aq) 

Tampak bahwa persamaan reaksi ion merupakan persamaan reaksi yang paling tepat dalam menggambarkan kejadian yang sebenarnya. Ingat bahwa persamaan reaksi kimia menggambarkan partikel-partikel zat yang bereaksi dan hasil reaksi. Karena yang bereaksi hanya ion-ion H+ dan OH- dan hasil reaksinya adalah H2O, maka Ca2+ dan Cl- yang tidak bereaksi, tetap berada dalam larutan sebagai ion; sehingga dalam persamaan reaksi ini bersih ion-ion ini tidak dicantumkan. Dapat disimpulkan bahwa dalam larutan elektrolit, persamaan reaksi yang tepat adalah persamaan reaksi ion. Partikel-partikel yang berada dalam bentuk ion, ditulis sebagai ion, sedang partikel-partikel yang bukan ion, berwujud padat dan gas, serta larutan asam dan basa lemah, ditulis dalam rumus kimianya.

b. Larutan asam lemah + larutan basa kuat

CH3COOH(aq) + NaOH(aq) --> CH3COONa(aq) + H2O(l)

CH3COOH(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) --> CH3COO-(aq) + Na+(aq) + H2O(l)

CH3COOH(aq) + OH-(aq) --> CH3COO-(aq) + H2O(l)

Berdasarkan reaksi ion bersih di atas, dapat disimpulkan bahwa ion-ion OH- menyerang molekul-molekul CH3COOH sehingga molekul-molekul ini mengalami pemutusan ikatan O-H pada gugus -COOHnya dan terbentuklah ion CH3COO-. Ion H+ ditarik oleh ion OH- membentuk H2O.

c. Larutan asam kuat + Larutan basa lemah

H2SO4(aq) + 2NH3(aq) --> (NH4)2SO4(aq)

2H+(aq) + SO42-(aq) + 2NH3(aq) --> 2NH4+(aq) + SO42-(aq)

2H+(aq) + 2NH3(aq) --> 2NH4+(aq)

H+(aq) + NH3(aq) --> NH4+(aq)

Persamaan reaksi di atas tidak seperti reaksi asaqm dan basa, karena NH3(aq) tidak tampak mengandung gugus -OH. Oleh karena itu, untuk memudahkan Anda, NH3(aq) sering ditulis sebagai NH4OH(aq). Namun jangan lupa bahwa molekul ini tidak ada, yang sebenarnya ada adalah NH4+ dan OH- yang terbentuk menurut persamaan reaksi berikut,

NH3(aq) + H2O(l) == NH4+(aq) + OH-(aq)

Jumlah molekul NH3 jauh lebih banyak dibandingkan dengan ion-ionnya. 

Persamaan reaksi (c) selanjutnya dapat ditulis sebagai berikut,

H2SO4(aq) + 2NH4OH(aq) --> (NH4)2SO4(aq(aq) + 2H2O(l)

2H+(aq) + SO42-(aq) + 2NH4OH(aq) --> 2NH4+(aq) + SO42-(aq) + 2H2O(l)

2H+(aq) +  2NH4OH(aq) --> 2H2O(l) + 2NH3(aq)

H+(aq) + NH4OH(aq) --> H2O(l) + NH3(aq)

Dalam hal ini NH4OH(aq) tidak boleh ditulis dalam bentuk ion, karena rumus ini mewakili NH3(aq) yang bersifat basa lemah.
 
d. Larutan asam kuat + padatan hidroksida logam

3HCl(aq) + Al(OH)3(s) --> AlCl3(aq) + 3H2O(l)

3H+(aq) + 3Cl-(aq) + Al(OH)3(s) --> Al3+(aq) + 3Cl-(aq) + 3H2O(l)

3H+(aq) + Al(OH)3(s) --> 3H2O(l) + Al3+(aq)

e. Oksida asam + Larutan basa

CO2(g) + 2NaOH(aq) --> Na2CO3(aq) + H2O(l)

CO2(g) + 2Na+(aq) + 2OH-(aq) --> 2Na+(aq) + CO32-(aq) + H2O(l)

CO2(g) + 2OH-(aq) --> CO32-(aq) + H2O(l) 

Untuk reaksi ini, Anda perlu berhati-hati. Sekilas tampaknya sulit dinalar. Jika reaksi itu Anda hafalkan tanpa memahami secara tuntas mengapa CO2(g) dapat membentuk CO32-(aq), maka hafalan demi hafalan akan menumpuk dipikiran, tanpa adanya keterkaitan  antara konsep satu dengan konsep yang lain,  maka konsep itu akan tersebar  kemana-mana dan sulit bagi Anda untuk mencarinya kembali, apabila Anda lupa. Perhatikan dengan baik penjelasan ibu berikut ini.

CO2(g) yang dialirkan ke dalam larutan NaOH, mula-mula akan melarut, bercampur secara homogen . Molekul ini kemudian bertumbukan dengan molekul air, bereaksi sebagai berikut,

CO2(g) + H2O(l) --> H2CO3(aq)

H2CO3(aq) --> H+(aq) + HCO3-(aq)

HCO3-(aq) --> H+(aq) + CO32-(aq)

Dapat dikatakan bahwa CO32- adalah anion karbonat yang berasal dari asam karbonat. Suatu asam yang bervalensi 2, atau berbasa 2, mengalami 2 tahap ionisasi; pertama membentuk ion hidrokarbonat kemudian selanjutnya terjadilah ion karbonat. Nah ion karbonat inilah yang terbentuk apabila gas CO2 direaksikan dengan basa. Jika Anda telah memahami pembentukan asam oksi dari oksida asamnya, maka Anda akan mampu mencari konsep ini lebih cepat, dibanding Anda hanya menghafal tanpa memahami alasannya. Jika Anda sudah mampu berpikir cepat, maka Anda dapat memahqami bahwa CO2(g) yang tersebar dalam larutan NaOH bertumbukan dengan ion-ion OH-, CO2 berubah menjadi CO32- karena dari tumbukan tersebut ikatan O-H putus dan O2- berikatan dengan CO2 sedang H+ bergabung dengan OH- yang lain membentuk H2O. 

 
f. Oksida basa + Larutan asam
CaO(s) + 2HCl(aq) --> CaCl2(aq) + H2O(l)

CaO(s) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq) --> Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + H2O(l)

CaO(s) + 2H+(aq) --> Ca2+(aq) + H2O(l)

Kejadian ini penjelasannya serupa dengan reaksi sebelumnya. Kesimpulannya, secara langsung dapat dikatakan bahwa pada waktu padatan CaO bertumbukan dengan ion-ion H+, terjadi pemutusan ikatan ion antara Ca2+ dengan O2- yang terikat oleh kisi kristal. Ca2+ kemudian bebas berada dalam larutan, sedang O2- bergabung dengan H+ membentuk H2O.

Okay, ibu berharap Anda mampu mengembangkan nalar, sehingga kedepan nanti nalar Anda siap menerima konsep baru dan Anda mampu membangun konsep-konsep baru berdasarkan keterkaitan konsep-konsep lama yang ada hubungannya dengan konsep baru.  

REAKSI DALAM LARUTAN ELEKTROLIT Bagian I

Banyak terjadi miskonsepsi yang harus segera diperbaiki. Sebagai lanjutan dari jawaban ibu tentang reaksi netralisasi, maka kali ini ibu lanjutkan membahas reaksi-reaksi yang terjadi dalam larutan elektrolit. 

LARUTAN ELEKTROLIT

Larutan yang tergolong elektrolit adalah larutan asam, basa, dan garam. Suatu larutan dikatakan bersifat asam jika terdapat ion-ion H+ yang berasal dari zat terlarut. Sedang suatu larutan digolongkan sebagai larutan basa jika mengandung ion-ion OH- yang berasal dari zat terlarut. Teori asam basa ini dikemukakan oleh Arrhenius. Pada reaksi netralisasi antara larutan HCl dengan larutan NaOH, dihasilkan larutan garam NaCl. Ingat bahwa larutan NaCl terdiri atas ion-ion Na+ dan Cl-. Na+ berasal dari larutan NaOH sedang Cl- berasal dari larutan HCl. Jadi garam adalah senyawa yang kationnya berasal dari basa dan anionnya dari asam.

Larutan elektrolit dapat dibedakan menjadi elektrolit kuat dan elektrolit lemah, bergantung pada daya hantar listriknya yang disebabkan oleh kandungan ion-ionnya. Maka larutan asam dan basa dapat dibedakan menjadi asam kuat dan asam lemah, serta basa kuat dan basa lemah. Jadi asam kuat mengandung ion-ion H+ yang banyak, derajat ionisasinya besar sedang asam lemah memiliki jumlah ion H+ relatif sedikit, karena derajat ionisasinya kecil. Demikian pula dengan basa kuat dan basa lemah, berbeda dalam hal kandungan ion-ion OH-nya. 

REAKSI NETRALISASI

Setelah Anda memahami sifat larutan elektrolit, maka barulah berpikir tentang reaksi-reaksi dalam larutan elektrolit. Reaksi-reaksi ini dapat diklasifikasi sebagai berikut:

1. Reaksi netralisasi.

a. Larutan asam kuat + Larutan basa kuat

b. Larutan asam lemah + Larutan basa kuat

c. Larutan asam kuat + Larutan basa lemah

d. Larutan asam kuat + padatan hidroksida logam

e. Oksida asam + Larutan basa

f. Oksida basa + Larutan asam

Pada kedua reaksi pertama, terjadi penggabungan antara ion-ion H+ dengan OH- membentuk H2O. Walaupun asam lemah dan basa lemah mengandung ion-ion H+ dan OH- yang relatif sedikit, namun reaksi-reaksi itu tetap dapat berlangsung. 

Untuk reaksi ketiga, larutan basa lemah satu-satunya adalah NH3(aq). Untuk memudahkan Anda, rumus ini dapat ditulis sebagai NH4OH(aq). Seperti kedua reaksi pertama, disini juga terjadi penggabungan ion-ion H+ dan OH- membentuk H2O.

Reaksi keempat, tertulis padatan hidroksida logam. Ingat, jika Anda mengatakan basa, berarti larutan basa. Karena pembawa sifat basa adalah ion OH- yang terdapat dalam larutan. Sedang suatu larutan basa, zat terlarutnya tentu mengandung gugus -OH yang dinamakan gugus hidroksil dan senyawa yang bersangkutan bernama hidroksida. Terdapat dua jenis hidroksida, yaitu hidroksida logam dan hidroksida non logam. Hidroksida non logam dalam air bersifat asam, dan tergolong asam oksi (misal asam sulfit, H2SO3 dan asam sulfat, H2SO4). Hidroksida logam dengan rumus umum L(OH)n; jika larut dalam air bersifat basa. Sebagian besar hidroksida ini sukar larut dalam air, sehingga berwujud padat, contoh Mg(OH)2. Bagaimanapun, suatu zat yang sukar larut dalam air, sebagian kecil akan larut dan terbentuklah ion OH-. Jika ion OH- ini bereaksi dengan ion H+ dari asam, maka padatan hidroksida itu akan terus melarut dan ion OH-nya bereaksi dengan ion H+. Nah untuk mudahnya, dapat dikatakan bahwa dalam reaksi larutan asam kuat dengan hidroksida logam, terjadi penggagungan antara ion H+ dengan gugus -OH membentuk H2O. 

Dua reaksi berikutnya, melibatkan senyawa oksida. Ingat bahwa oksida asam umumnya berupa gas yang dapat larut dalam air membentuk larutan asam. Oksida ini adalah oksida non logam.

Misal, SO3((g) + H2O(l) --> H2SO4(aq)

Oksida logam umumnya padatan, dalam air membentuk larutan basa. maka oksida ini dinamakan oksida basa.  

Contoh, Na2O(s) + H2O(l) --> 2 NaOH(aq) 

Namun untuk menyelesaikan kedua reaksi tersebut, tidak perlu mengubah dahulu oksida asam menjadi asam atau oksida basa menjadi basa. Anda dapat menulis reaksi itu secara langsung. 

Dalam menuliskan reaksi ion, berhati-hati bahwa untuk asam lemah atau basa lemah, tetap ditulis sebagai rumus kimianya, karena derajat ionisasi atau derajat disosiasinya relatif kecil. Jadi senyawa-senyawa itu lebih stabil dalam bentuk molekul. Untuk Asam semuanya larut dalam air, sedang sebagian besar basa sukar larut dalam air, sehingga tetap ditulis sebagai rumus kimianya. Basa yang larut dalam air meliputi semua basa dari golongan IA (1) dan sebagian golongan IIA (2), yaitu Ca(OH)2, Sr(OH)2 dan Ba(OH)2. Ingat bahwa reaksi kimia yang sedang dibahas adalah reaksi-reaksi dalam larutan; maka minimal satu pereaksi harus berupa larutan. Perhatikan bahwa reaksi antara oksida asam dan oksida basa tidak dapat dibahas disini, karena kedua pereaksi berwujud gas dan padatan.

Jadi dalam persamaan reaksi ion, hanya larutan elektrolit kuat yang ditulis sebagai ion. Larutan ini meliputi asam kuat, basa kuat, dan garam.