Kelarutan dan Hasil kali Kelarutan (Ksp) (Fepy S. XI IPA 4 11)

Kelarutan dan Hasil kali Kelarutan (K_sp)

A.  Kelarutan

Kelarutan ( s = solubility ) adalah jumlah maksimum suatu zat yang dapat larut dalam pelarut tertentu. Satuan kelarutan biasanya dinyatakan dalam gram/Liter atau mol/Liter.

B.   Faktor - Faktor yang Mempengaruhi Larutan

Minuman karbonasi, seperti coca cola dan sprite, mengandung senyawa bikarbonat yang dalam air membentuk gas CO₂ terlarut. Ketika tutup botol dibuka, gas ini akan keluar. Ikan dapat hidup di air, karena gas O₂ di udara dapat larut ke dalam air. Kelarutan gas CO₂ dan O₂ dalam air berbeda, karena bergantung pada sifat gas/zat yang terlarut.

Kelarutan adalah pengukuran jumlah maksimum zat yang dapat larut dalam jumlah tertentu pelarut pada tekanan dan temperatur tertentu. Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan meliputi,

1.   sifat zat terlarut dan pelarut,

2.   temperatur, dan

3.   tekanan.

Diberikan suatu demontrasi pelarutan tembaga(II) sulfat ke dalam air. Tampak semua zat terlarut bercampur menjadi satu fase, dikatakan larutan belum jenuh. Ditambahkan lagi satu sendok zat terlarut, diaduk dan terdapatlah sisa padatan. Berarti larutan itu telah jenuh.

Kemudian larutan dipanaskan di atas api, beberapa saat ditambahkan lagi zat terlarut. Ternyata semuanya dapat larut, berarti larutan itu belum jenuh. Suatu saat tampak sedikit padatan di dasar gelas kimia. Ini berarti bahwa larutan telah mencapai jenuh. Dalam air panas, jumlah zat terlarut makin banyak. 

Ketika api dimatikan, kemudian larutan jenuh kedua yang panas itu disaring dan dipindahkan ke dalam gelas kimia lain. Di atas kertas saring terdapat kristal zat terlarut. Ini menunjukkan bahwa dalam keadaan dingin kelarutan zat kembali seperti awal.

C.   Kesetimbangan Larutan

Kesetimbangan kelarutan adalah sistem kesetimbangan yang menyangkut kelarutan zat-zat elektrolit yang sukar larut. Zat elektrolit yang sukar larut ini meliputi senyawa-senyawa garam dan basa. Senyawa-senyawa ini ketika dilarutkan ke dalam air, sangat sukar larut. Zat yang dapat larut dalam air membentuk ion-ion. Sisa zat yang tidak larut dan ion-ion yang berada di larutan berada dalam keadaan setimbang yang dikenal sebagai kesetimbangan kelarutan.

Contoh suatu kesetimbangan kelarutan dari garam barium sulfat, BaSO₄ dalam air.

BaSO₄(s) ↔ Ba²⁺(aq) + SO₄^2-(aq)

Jika jumlah air diperbanyak, jumlah garam yang larut makin banyak pula. Dikatakan kesetimbangan bergeser ke kanan. Seberapapun banyaknya jumlah air yang ditambahkan, jumlah garam yang dapat larut tetap terbatas. Batas kemampuan larut atau daya larut ini dinamakan kelarutan atau solubilitas (solubility). Tetapan atau konstanta kesetimbangan kelarutan atau hasil kali kelarutan (Constant solubility product) diberi simbol Ksp. Ungkapan harga Ksp dari garam di atas adalah:

Ksp BaSO₄ = [Ba²⁺] [SO₄^2-]

Kelarutan BaSO₄ dalam air adalah 3,9 x 10^-5 mol/L pada 1 atm. 25^oC . Berarti dalam 1,0 L larutan, BaSO₄ yang dapat larut hanya sebesar 3,9 x 10^-5 mol. Harga Ksp dari BaSO₄ pada 1 atm. 25^oC dapat dihitung dengan menggunakan rumus di atas.

Ksp BaSO₄ = (3,9 x 10^-5) (3,9 x 10^-5) = 1,2 x 10^-9.

Suatu larutan jenuh adalah suatu larutan yang zat terlarutnya telah mencapai jumlah batas larut. Artinya, larutan itu sudah tidak mampu lagi menampung zat terlarut. Bagaimana cara mengetahui bahwa suatu larutan telah mencapai keadaan jenuh? Ketika kita melarutkan suatu zat, kemudian zat itu semua dapat larut, kita tambahkan lagi zat itu. Namun ketika diaduk-aduk, terdapat sejumlah zat yang tak dapat larut. Ini menunjukkan larutan itu sudah jenuh. 

Larutan jenuh merupakan suatu kesetimbangan dinamis. Sebagai contoh, garam dapur NaCl dilarutkan ke dalam air.

NaCl(s) + air → Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

Masing-masing ion di atas mengalami hidrasi, yaitu ion-ion Na⁺ dikelilingi molekul-molekul air, dan ion-ion Cl^- juga dikelilingi molekul-moleku air. Oleh sebab itu, penulisan rumus ion-ion di atas wujudnya ditulis degan tanda (aq), menunjukkan bahwa air sebagai pelarut yang membawa ion-ion itu larut dan bercampur homogen dengan air. Ion-ion yang terhidrasi dapat bergerak bebas dalam larutan. Namun dalam larutan yang jenuh, gerakan itu terbatas. Pada larutan jenuh ini, setiap saat terjadi tumbukan antara ion-ion yang terhidrasi dengan zat padat yang tidak dapat larut. Setiap satu ion Na⁺ yang terhidrat membentur zat padat, molekul air melepaskan ion itu bersatu kembali dengan adatan NaCl. Pada saat yang sama, ion Na⁺ yang yang bergerak menuju ke air dan ditarik olek kutub negatifnya, terbentuklah ion terhidrat. Hal ini juga terjadi pada ion khlorida.

D.  Tetapan Hasil Kali Kelarutan

Perak kromat Ag₂CrO₄ merupakan contoh garam yang sangat sukar larut dalam air. Jika kita memasukan sedikit saja kristal garam itu ke dalam segelas air kemudian diaduk, kita akan melihat bahwa sebagia besar dari garam itu tidak larut (mengendap didasar gelas) larutan perak kromat mudah sekali jenuh. Apakah setelah mencapai keadaan jenuh proses melarut berhenti? Ternyata tidak. Melali 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 kesetimbagan antara zat padat tak larut dengan larutanya.

Kesetimbangan dalam larutan jenuh perak kromat adalah :

Ag₂CrO₄ (s) ⇄ 2Ag+(aq) + CrO₄^2-(aq)

Dari reaksi tersebut data ditentukan persamaan tetapan keseimbangan Ag₂CrO₄ yaitu :

Tetapan keseimbangan dari kesetimbangan antara garam atau basa yang sedikit larut disebut tetapan hasilkali kelarutan (solubility product constant) yang dinyatakan dengan lambang Ksp.

Karena [Ag₂CrO₄] konstan, maka kita dapat menuliskan persamaan tetapan hasil kali kelarutan untuk Ag₂CrO₄, yaitu :

Secara umum , persamaan keseimbangan larutan garam AxBy dengan kelarutan s adalah:A_xB_y(s) ⇄ XA_y⁺(aq) + YB_x^-(aq)

Maka Ksp = [Ay⁺]^x [B_x^-]^y karena [A_xB_y] konstan

Keterangan :

X dan Y adalah koefisien

x- dan y+ adalah muatan dari ion A dan B

E.   Pengaruh pH

Jika konsentrasi ion H⁺ atau OH^- berubah, maka pH juga akan berubah. Selain itu, pH mempengaruhi tingkat larutnya berbagai zat. Suatu basa umumnya lebih larut dalam larutan yang bersifat asam, dan sebaliknya lebih sukar larut dalam larutan yang bersifat basa.

Pengaruh pH terhadap kelarutan basa yang sukar larutPada umumnya basa mudah larut dalam larutan asam, tetapi sebaliknya akan sukar larut dalam larutan basa.

Jika ke dalam larutan basa ditambahkan asam, maka konsentrasi ion H⁺ akan bertambah dan konsentrasi ion OH^- akan berkurang. Jika ion OH^- berkurang maka kelarutannya juga akan berkurang. Jika larutan ditambahkan basa, maka konsentasi OH^- akan bertambah sehingga kelarutannya juga akan bertambah. Pengaruh pH terhadap garam yang sukar larut Barium karbonat (BaCO₃) merupakan salah satu endapan yang sukar larut dalam air, tetapi jika ditambahkan asam klorida (HCl) kepada larutan yang mengandung endapan BaCO₃, maka keseimbangan berikut ini akan terjadi dalam larutan:

Mula-mula BaCO­_3­ terurai menjadi ion-ionnya :

BaCO₃(s) ⇄ Ba²⁺(aq) + CO₃^2-(aq)

Ketika ditambahkan asam klorida, maka akan terjadi reaksi antara ion H⁺ dari HCL dengan ion CO^3- dari BaCO­₃.

H⁺(aq) + CO₃^2-(aq) ⇄ HCO^3-(aq)

HCO^3- yang terbentuk secara berkelanjutan bereaksi dengan ion H⁺ lagi sehingga terbentuk H₂CO₃ yang tidak stabil dan terurai menjadi H₂O dan CO₂.

H⁺(aq) + HCO^3-(aq) ⇄ H₂CO₃(aq) ⇄ H₂O(l) + CO²(g)

Keseimbangan-keseimbangan pada reaksi di atas dapat dinyatakan dengan hasilkali kelarutan.

Ksp = [Ba²⁺][CO₃^2-] = 8,1.10^-9

Harga tetapan ion asam karbonat ada 2 yang diturunkan dari reaksi ion :

H₂CO₃(aq) ⇄ H⁺(aq) + HCO^3-(aq)

HCO^3-(aq) ⇄ H⁺(aq) + CO₃^2-(aq)

Sehingga :

K1 = [H⁺][CO₃^2-] = 5,61. 10^-11 dan K2 = [H⁺][HCO^3-] = 4,31. 10^-7

[HCO^3-] [H₂CO₃]Oleh karena harga K yang rendah dari kedua tetapan ion asam karbonat, maka ion hydrogen akan segera bergabung dengan ion karbonat yang terdapat dalam larutan (hasil peruraian BaCO₃) dengan mula-mula terbentuk in hydrogen karbonat kemudian membentuk asam karbonat yang pada akhirnya akan terurai menjadi air dan gas karbondioksida yang biasanya keluar dari system. Jika ion H⁺ yang ditambahkan cukup banyak, maka keseimbangan akan bergeser kearah kanan dan akhirnya BaCO₃ terurai dan melarut.

F.    Pengaruh Ion Senama

Kesetimbangan kelarutan garam perak yodida, AgI dapat dituliskan sebagai berikut:

AgI(s) ↔ Ag⁺(aq) + I^-(aq)

Ungkapan Ksp dari AgI dapat dirumuskan sebagai:

Ksp AgI = [Ag⁺] [I^-]

Hubungan antara Ksp AgI dengan kelarutan AgI dalam air adalah:

Ksp AgI = s M x s M = s² M²

Simbol s adalah kelarutan dari AgI dengan satuan molar (M = mol/L).

Garam AgI sukar larut dalam air. Apabila ke dalam kesetimbangan kelarutan AgI ini ditambahkan larutan natrium yodida, NaI maka ion-ion yodida dalam larutan bertambah banyak. Konsentrasi ion yodida yang meningkat ini mempengaruhi kesetimbangan kelarutan dari AgI, karena ion yodida merupakan ion senama/sejenis. Menurut azas Le Chatelier, apabila konsentrasi salah satu ion diperbesar, maka kesetimbangan bergeser ke arah lawan, yaitu konsentrasi yang diperbesar menjadi sekecil mungkin. Berarti kesetimbangan ini bergeser ke kiri, yaitu endapan AgI bertambah, sedang [Ag⁺] berkurang. Konsentrasi ion perak yang baru ini menunjukkan kelarutan AgI yang baru, yaitu kelarutan AgI dalam ion senama.

Jika kelarutan awal dan kelarutan baru dibandingkan, maka kelarutan AgI dalam ion senama (baru) lebih kecil dari kelarutan AgI dalam air.

Berikut adalah beberapa contoh reaksi yang melibatkan adanya ion senama.

a.         Pembentukan garam - garam

Contoh : Kelarutan CaCO₃(s) dalam air yang berisi CO₂ lebih besar daripada dalamair.
CaCO₃ (s) + H₂O(l) + CO₂(g) → Ca(HCO₃)₂(aq)

Larut

b.         Reaksi antara basa amfoter dengan basa kuat

Contoh : Kelarutan Al(OH)₃ dalam KOH lebih besar daripada kelarutan Al(OH)3 dalam air.

Al(OH)₃(s) + KOH(aq) → KAlO₂ (aq) + 2H₂O(l)
larut

c.          Pembentukan senyawa kompleks

Contoh : Kelarutan AgCl(s) dalam NH₄OH lebih besar daripada AgCl dalam air.
AgCl(s) + NH₄OH(aq) → Ag(NH₃)₂Cl(aq) + H₂O(l)
larut

G.  Reaksi Pengendapan

Kita dapat mengeluarkan suatu ion dari larutannya melalui reaksi pengendapan. Misalnya, ion kalsium (Ca²⁺) dalam air sadah dapat dikeluarkan dengan menambahkan larutan Na₂CO₃. Dalam hal ini, ion Ca²⁺ akan bergabung dengan ion karbonat (CO₃^2-) membentuk CaCO₃, suatu garam yang sukar larut, sehingga mengendap.

Ca²⁺ (aq) + CO₃^2- (aq)                         CaCO3 (s)

Contoh lainnya yaitu mengendapkan ion Cl^- dari air laut dengan menambahkan larutan perak nitrat (AgNO₃). Ion Cl^- akan bergabung dengan on 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 penambhan ion Ag⁺ dilanjutkan, sehingga 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 belum jenuh

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

Sebagaimana telah dipelajari ketika membahas kesetimbangan kimia, hasil kali konsentrasi kita sebut sebagai Qc. Jadi, secara umum apakah keadaan suatu larutan belum jenuh, jenuh atau terjadi pengendapan, dapat ditentukan dengan memerikas nilai Qc-nya dengan ketentuan sebagai berikut :

Jika Qc < Ksp, larutan belum jenuh.

Jika Qc = Ksp, larutan belum jenuh.

Jika Qc > Ksp, larutan belum jenuh.

H.  Prinsip – Prinsip Kelarutan dalam Kehidupan Sehari-hari

Prinsip kelarutan banyak digunakan untuk membantu kehidupan manusia. Berikut akan dipaparkan beberapa contoh prinsip kelarutan dalam kehidupan sehari-hari.

1.   Pembuatan Garam Dapur (NaCl)

Garam dapur yang dibuat dari air laut menggunakan prinsip pnguapan untuk mendapatkan kristal NaCl. Akan tetapi, ternyata dalam air laut terkandung puluhan senyawa lain, seperti MgCl₂ dan CaCl₂. Untuk memurnikan garam dapur maka dilakukan pemisahan zat-zat pengganggu tersebut berdasarkan prinsip pengendapan. Adapun reaksi yang biasanya dilakukan adalah

CaCl₂(aq) + Na₂CO₃(aq) → CaCO₃(s) + 2 NaCl(aq)

Endapan CaCO₃ yang berwarna putih segera dipisahkan dan akan diperoleh NaCl yang murni.

MgCl₂(aq) + 2NaOH(aq) → Mg(OH)₂(s) + 2NaCl(aq)

MgCl₂ direaksikan dengan basa kuat natrium hidroksida menghasilkan endapan putih Mg(OH)₂ yang tidak larut, sehingga diperoleh NaCl yang murni.

2.   Industri Fotografi

Negatif film yang nantinya akan dicetak menjadi foto terdiri dari lapisan tipis kalsium iodida yang merekat. Sebelum dicetak, negatif film ini dicelupkan dalam larutan perak nitrat untuk membentuk perak iodida yang sensitif terhadap cahaya. Bila cahaya jatuh pada film selama proses pencetakan, molekul-molekul perak iodida akan diaktifkan oleh energi dari cahaya. Film itu kemudian dicuci dengan mencelupkannya dalam sebuah larutan yang mampu mengganti garam perak yang aktif menjadi partikel-partikel logam perak sehingga tampak benar-benar hitam. Objek yang merfleksikan paling banyak cahaya pada piring tampak sebagai daerah gelap dalam negatif, sedangkan objek-objek yang tidak merefleksikan cahaya tampak transparan.

Pada proses pencetakan, cahaya disinarkan melalui negatif kaca pada kertas yang dilapisi bahan kimia lain seperti perak klorda. Di tempat negatif gelap, tidak ada cahaya yang menjangkau kertas itu dan garam perak tidak aktif, sedangkan di tempat negatif transparan, cahaya mengaktifkan garam perak. Bila kertas dicuci dan diatur dengan bahan-bahan kimia yang lebih banyak, daerah-daerah gelap menjadi terang, dan daerah transparan menjadi gelap.

3.   Penghilangan Kesadahan

Air sadah sangat mengganggu kehidupan kita. Air sadah akan mengurangi daya pembersih dari deterjen, karena Ca²⁺ yang terkandung dalam air sadah akan bereaksi membentuk garam yang sukar larut. Selain itu, air sadah juga dapat membuat peralatan masak menjadi berkerak. Air sadah adalah air yang mengandung ion Mg²⁺ dan Ca²⁺ yang cukup tinggi. Selain itu, mengandung anion HCO^3-. Untuk mengatasi kesadahan biasanya ditambahkan garam yang mengandung ion karbonat (CO₃²⁺) dan ion bikarbonat (HCO^3-). Penambahan ion-ion tersebut akan mengakibatkan Ca²⁺ akan mengendap sebagai CaCO₃, dan air pun dapat digunakan dengan baik tanpa gangguan.