Bab 8 Larutan

Bab 8 LARUTAN http://chem.fmipa.ipb.ac.id

Departemen Kimia IPB

Ikthisar 1

Konsep Larutan

2

Konsentrasi Larutan

3

Kesetimbangan Larutan

4

Sifat Koligatif

Dept. Kimia FMIPA IPB

1

Konsep Larutan

Larutan adalah campuran yang homogen dari dua atau lebih zat. ZAT TERLARUT

Komponen minor

+

PELARUT

Komponen utama

LARUTAN

Sistem homogen

Larutan  bisa berwujud gas (ex:udara), padat (ex: alloy), cair (ex: air laut) Pada kuliah ini yang akan dibahas larutan berwujud cair

1

Konsep Larutan

Contoh Larutan Larutan Soft drink (l)

Zat pelarut H2O

Zat terlarut Gula, CO2

Udara (g)

N2

O2, Ar, CH4

Solder (s)

Pb

Sn

“sejenis melarutkan sejenis” “like dissolve like” Dua zat dengan gaya-gaya antarmolekul yang sama akan cenderung saling melarutkan. • molekul non-polar dapat larut dalam pelarut nonpolar CCl4 dalam C6H6 • molekul polar dapat larut dalam pelarut polar C2H5OH dalam H2O • Senyawa ionik lebih dapat larut dalam pelarut polar NaCl dalam H2O atau NH3 (l)

1

Konsep Larutan

LARUTAN BERAIR DARI SPESIES MOLEKUL

Kelarutan metanol dalam air

1

Konsep Larutan

REAKSI PELARUTAN MOLEKUL

Misal: Zat terlarut : sukrosa Pelarut : air sukrosa (padatan, s) dilarutkan dalam air menghasilkan larutan sukrosa (aqueous, aq) C12H22O11 (s) → C12H22O11 (aq) LARUTAN BERAIR

LARUTAN BERAIR DARI SPESIES IONIK (ELEKTROLIT)

NaCl (s) → Na+ (aq) + Cl-(aq)

setiap ion positif dikelilingi molekul air dan setiap ion negatif juga dikelilingi molekul air

Proses dimana sebuah ion dikelilingi oleh molekul-molekul air yang tersusun dalam keadaan tertentu disebut hidrasi.

d-

d+

H2O

Elektrolit adalah suatu zat, yang ketika dilarutkan dalam air akan menghasilkan larutan yang dapat menghantarkan arus listrik.

Nonelektrolit merupakan zat yang tidak menghantarkan arus listrik ketika dilarutkan dalam air.

nonelektrolit

elektrolit lemah

elektrolit kuat

Contoh soal Soal: Di dalam pelarut yang manakah tiap-tiap zat terlarut di bawah ini akan dapat lebih larut? (a) Br2 dalam benzena (C6H6) atau dalam air (b) KCl dalam karbon tetra klorida (CCl4) atau amonia (NH3) (c) Urea(NH2)2CO dalam karbon disulfida (CS2)atau dalam air. Jawab:

(a) benzena (b) amonia (c) air

Latihan Soal: Di dalam pelarut yang manakah tiap-tiap zat terlarut di bawah ini akan dapat lebih larut? (a) Magnesium klorida dalam metanol(CH3OH) atau dalam propanol (CH3CH2CH2OH). (b) Etilena glikol(HOCH2CH2OH) dalam air atau dalam heksana (CH3CH2CH2CH2CH2CH3). (c) Dietil eter(CH3CH2OCH2CH3) dalam etanol(CH3CH2OH) atau dalam air. Jawab:

2

Konsentrasi Larutan

2

Konsentrasi Larutan

Konsentrasi suatu larutan adalah banyaknya zat terlarut dalam sejumlah tertentu pelarut atau larutan. a. Persen berdasar Massa massa zat terlarut % massa = massa zat terlarut + massa pelarut (% b/b) massa zat terlarut x 100% = massa larutan

b. Persen berdasar Volume volume zat terlarut x 100% % volume = volume larutan (% v/v)

x 100%

2

Konsentrasi Larutan

c. Persen bobot/volume volume zat terlarut x 100% % bobot/volume = volume larutan (% b/v)

d. Molaritas (M) mol zat terlarut M = liter larutan e. Molalitas (m) mol zat terlarut m = massa pelarut (kg)

2

Konsentrasi Larutan

f. Fraksi Mol (X) mol zat A XA = jumlah mol seluruh komponen g. ppm banyaknya bagian zat terlarut dalam 106 bagian pelarut

ppm =

mg terlarut L larutan

ppm =

mg terlarut Kg larutan

h. ppb banyaknya bagian zat terlarut dalam 109 bagian pelarut µg terlarut µg terlarut ppm = ppm = L larutan Kg larutan

Pengenceran larutan adalah prosedur untuk penyiapan larutan yang kurang pekat dari larutan yang lebih pekat.

Pengenceran Penambahan pelarut

Mol zat terlarut Sebelum pengenceran (i)

MiVi

= =

Mol zat terlarut Setelah pengenceran (f)

MfVf

Contoh soal Soal: Hitunglah molalitas suatu larutan yang dibuat dengan cara melarutkan 75,0 g Ba(NO3)2 (s) ke dalam 374,00 g air pada 250C. Jawab: massa molar Ba(NO3)2 = 261,32 g/mol 75,0 g Ba(NO3)2 x

1 mol 261,32 g

molalitas = 0,287 mol 0,374 kg

= 0,287 mol

= 0,76739 m = 0,767 m

Contoh soal Bagaimana menyiapkan 60,0 mL 0,2 M HNO3 dari larutan “stok” 4,00 M HNO3? Jawab: MiVi = MfVf Mi = 4,00

Vi =

Mf = 0,200 MfVf

Mi 3 mL asam

Vf = 0,06 L

Vi = ? L

0,200 x 0,06 = = 0,003 L = 3 mL 4,00 + 57 mL air

= 60 mL larutan

Latihan Soal: konsentrasi asam klorida komersial adalah 11,8 M dan memiliki kerapatan 1,190 g/ml. Hitunglah (a) % massa HCl, (b) molalitas (c) fraksi mol dari HCl.

Jawaban

Latihan Soal: Hitunglah konsentrasi dalam satuan molaritas dan ppm dari 1,74 molal larutan sukrosa (C12H22O11) yang kerapatannya 1,12 g/mL.

Jawaban

3

Kesetimbangan Larutan

BILA PERISTIWA PELARUTAN = PERISTIWA PENGENDAPAN AKAN DIPEROLEH JUMLAH ZAT TERLARUT DI DALAM LARUTAN TETAP

LARUTANNYA DISEBUT LARUTAN JENUH (Kesetimbangan dinamis)

PEMBENTUKAN LARUTAN JENUH

3

Kesetimbangan Larutan

Jenis Larutan Larutan takjenuh mengandung zat terlarut lebih sedikit daripada yang sebenarnya dapat dilarutkan oleh pelarut pada suhu tertentu. Larutan jenuh mengandung jumlah maksimum zat terlarut yang dapat larut dalam suatu pelarut pada suhu tertentu. Larutan lewat-jenuh mengandung zat terlarut lebih banyak daripada yang terdapat dalam larutan jenuh pada suhu tertentu.

Suhu dan Kelarutan Kelarutan padatan dan suhu

Kelarutan meningkat ketika suhu meningkat Kelarutan menurun ketika suhu meningkat

Suhu dan Kelarutan – O2 Kelarutan gas dan suhu

Kelarutan biasanya menurun ketika suhu meningkat

Tekanan dan Kelarutan Gas Kelarutan suatu gas dalam cairan berbanding lurus dengan tekanan gas di atas larutan (hukum Henry). c = konsentrasi (M) gas yang terlarut

c = kP

P = tekanan gas di atas larutan

k = konstanta (mol/L•atm) yang hanya bergantung pada suhu

P rendah

P tinggi

c rendah

c tinggi

Contoh soal Diketahui kelarutan H2S(g) 437,0 cm3 dalam 100,0 g H2O (STP). Berapa konsentrasi molal pada tekanan 10,0 atm ?

Jawab:

Mol H2S = 437,0 cm3 x

1L x 1 mol = 0,0195 mol 1000 cm3 22,4 L molalitas H2S = 0,0195 mol = 0,195 m 0,1 kg Konsentrasi molal pada 10 atm = k x P = 0,195 m/1 atm x 10 atm = 1,95 m

Latihan soal Diketahui kelarutan zat X adalah 0,1g/mL pada 1 atm. Berapa konsentrasi Molar pada tekanan 10,0 atm jika Ar X adalah 100 g/mol

Jawab:

Contoh Fenomena hubungan tekanan dan kelarutan

Kesetimbangan Kelarutan AgCl (s) Ksp = [Ag+][Cl-]

Ag+ (aq) + Cl- (aq)

Ksp adalah konstanta hasilkali kelarutan

konstanta hasil kali kelarutan (hasil kali kelarutan) = hasil kali konsentrasi molar dari ion-ion penyusun dipangkatkan koefisien stoikiometri pada kesetimbangan Ag2CO3 (s) Ca3(PO4)2 (s)

MgF2 (s)

2Ag+ (aq) + CO32- (aq) 3Ca2+ (aq) + 2PO43- (aq)

Mg2+ (aq) + 2F- (aq)

Ksp = [Ag+]2[CO32-] Ksp = [Ca2+]3[PO33-]2

Ksp = [Mg2+][F-]2

Latihan soal

Tulislah hasilkali kelarutan dari (a) perak bromida; (b) stronsium fosfat; (c) aluminum karbonat; (d) nikel(II) sulfida. Jawaban

Kelarutan (g/L) jumlah gram zat terlarut dalam 1 L larutan jenuh. Kelarutan Molar (mol/L) jumlah mol zat terlarut dalam 1 L larutan jenuh.

17.6

17.6

Contoh soal Kelarutan kalsium sulfat adalah 0,67 g/L. Tentukan nilai Ksp Kalsium sulfat Catatan: Kelarutan adalah konsentrasi suatu larutan jenuh. Konstanta hasilkali kelarutan adalah konstanta kesetimbangan.

Jawaban Perlu mengubah kelarutan menjadi kelarutan molar 0,67 g/L x 1 mol = 4,9 x 10-3 mol/L 136,2 g CaSO4 (s) Ca2+ (aq) + SO42- (aq) [Ca2+]= 4,9 x 10-3 mol/L, [SO42- ] = 4,9 x 10-3 mol/L Ksp = [Ca2+] [SO42- ] = (4,9 x 10-3 ) (4,9 x 10-3 ) = 2,4 x 10-5

Latihan soal (a) timbal kromat adalah senyawa tak dapat larut yang digunakan sebagai pigmen. Kelarutannya dalam air adalah 1,6 x 10 -5g/100mL. Berapakah Ksp-nya? (b) Kelarutan molar dari perak sulfat adalah 1,5 x 10-2 mol/L. Berapakah Ksp-nya?

Jawaban

Contoh soal Berapakah kelarutan perak klorida dalam g/L jika Ksp AgCl adalah 1,6 x 10-10

AgCl (s) Awal (M) Perubahan (M) Akhir (M)

Ag+ (aq) + Cl- (aq) 0,00 0,00 +s

+s

s

s

Ksp = 1,6 x 10-10 Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp = s2

s = Ksp s = 1,3 x 10-5

[Ag+] = 1,3 x 10-5 M

[Cl-] = 1,3 x 10-5 M

1,3 x 10-5 mol AgCl 143,35 g AgCl kelarutan AgCl = x = 1,9 x 10-3 g/L 1 L larutan 1 mol AgCl

Latihan soal a. Berapakah kelarutan BaSO4 dalam g/L jika Ksp BaSO4 adalah 1,1 x 10-10 b. Berapakah kelarutan Ca3(PO4)2 dalam g/L jika Ksp Ca3(PO4)2 adalah 1,2 x 10-26

Jawaban

hasil kali ion, Q = hasil kali konsentrasi molar dari ion-ion penyusun dipangkatkan koefisien stoikiometri

Q = [Ag+]0[Cl-] 0 Subskrip 0 menunjukkan konsentrasi awal dan tidak selalu berarti konsentrasi pada kesetimbangan

Pelarutan suatu padatan ionik ke dalam larutan berair: Q < Ksp

Larutan tak jenuh

Q = Ksp

Larutan jenuh

Q > Ksp

Larutan lewat jenuh

Tidak ada endapan

Endapan akan terbentuk

Contoh soal: Memprediksi Reaksi Pengendapan Jika 2,00 mL NaOH (0,200 M) ditambahkan ke dalam 1,00 L CaCl2 (0,100 M), apakah akan terjadi endapan? Ion-ion yang ada dalam larutan adalah Na+, OH-, Ca2+, Cl-. Zat yang mungkin mengendap adalah Ca(OH)2 (aturan kelarutan).

Apakah Q > Ksp untukCa(OH)2? [Ca2+]0 = 0,100 M

[OH-]0 = 4,0 x 10-4 M

Q = [Ca2+]0[OH-]02 = (0,10) x (4,0 x 10-4)2 = 1,6 x 10-8 Ksp = [Ca2+][OH-]2 = 8,0 x 10-6 Q < Ksp

Tidak ada endapan

Latihan soal Sebanyak 75 mL NaF 0,060 M dicampur dengan 25 mL Sr(NO3)2 0,15 M. Tentukan apakah terbentuk endapan SrF2 jika Ksp SrF2 = 2,0 x 10-10

Jawaban

Efek ion senama adalah pergeseran kesetimbangan yang disebabkan oleh penambahan senyawa yang memiliki ion yang sama zat yang dilarutkan.

Adanya ion senama menurunkan ionisasi asam lemah atau basa lemah.

Perhatikan campuran CH3COONa (elektrolit kuat) dan CH3COOH (asam lemah). CH3COONa (s)

Na+ (aq) + CH3COO- (aq)

CH3COOH (aq)

H+ (aq) + CH3COO- (aq)

ion senama

Efek Ion Senama dan Kelarutan Adanya ion senama akan menurunkan kelarutan garam.

Berapakah kelarutan molar AgBr dalam (a) air murni dan (b) 0,0010 M NaBr? AgBr (s) Ag+ (aq) + Br- (aq) Ksp = 7,7 x 10-13 s2 = Ksp s = 8,8 x 10-7

NaBr (s)

Na+ (aq) + Br- (aq)

[Br-] = 0,0010 M AgBr (s) Ag+ (aq) + Br- (aq) [Ag+] = s

[Br-] = 0,0010 + s  0,0010 Ksp = 0,0010 x s s = 7,7 x 10-10

Sifat-sifat Koligatif Sifat-sifat larutan yang bergantung pada banyaknya partikel (atom, molekul, ion) zat terlarut dan tidak begantung pada jenis zat terlarut I)

Penurunan Tekanan-Uap - Hukum Raoult P = X P 1 1 1

II )

Kenaikan Titik-Didih

DTd = Kd m

III ) Penurunan Titik-Beku DTb = Kb m

IV ) Tekanan Osmotik

p = MRT

Sifat Koligatif Larutan Nonelektrolit Penurunan Tekanan-Uap P1 = X1 P

0 1

Hukum Raoult

P 10 = tekanan uap pelarut murni X1 = fraksi mol pelarut

Jika larutan hanya mengandung satu zat terlarut:

X1 = 1 – X2

∆P = X2P 10

P 10 - P1 = DP = X2 P 10

X2 = fraksi mol zat terlarut

Larutan Ideal

PA = XA P A0 PB = XB P 0B PT = PA + PB PT = XA P A0 + XB P 0B

Contoh soal Pada suhu 25°C tekanan uap benzena murni 0,1252 atm. Andaikan

6,40 g naftalena (C10H8) dengan massa molar 128,17 g mol-1 dilarutkan dalam 78,0 g benzena (C6H6) dengan massa molar 78,0 g mol-1. Hitunglah tekanan uap benzena di atas larutan, dengan asumsi perilaku ideal

Penyelesaian mol naftalena = 6,40 g x 1 mol = 0,05 mol 128,17 g Mol benzena = 78,0 g x 1 mol = 1 mol 78,0 g Tekanan uap benzena di atas larutan : Pbenzena = Po x fraksi mol benzena = 0,1252 atm x 1 mol = 0,119 atm (1 + 0,05) mol

Kenaikan Titik-Didih DTd = Td – T d0 T d0adalah titik didih pelarut murni T d adalah titik didih larutan

Td > T d0 ∆Tb

∆Td

DTd > 0

DTd = Kd m m adalah molalitas larutan Kd adalah konstanta kenaikan titik-didih molal (0C/m)

Penurunan Titik-Beku DTb = T0b – Tb T 0b adalah titik beku pelarut murni T b adalah titik beku larutan

T 0b > Tb ∆Tb

∆Td

DTb > 0

DTb = Kb m m adalah molalitas larutan Kf adalah konstanta penurunan titik-beku molal (0C/m) 13.6

Kb ᵒC/m

Kd ᵒC/m

Contoh soal Berapakah titik beku suatu larutan yang mengandung 478 g etilena glikol (antibeku) dalam 3202 g air. Massa molar etilena glikol adalah 62,01 g.

DTb = Kb m

Kb air = 1,86 0C/m

mol zat terlarut m = massa pelarut (kg)

478 g x

1 mol 62,01 g

=

= 2,41 m

3,202 kg pelarut

DTb = Kb m= 1,86 0C/m x 2,41 m = 4,48 0C Tb = -4,48 0C

Latihan soal Hitunglah titik didih dan titik beku dari larutan benzena jika 257g naftalena (C10H8) dilarutkan ke dalam 500,00g benzena (C6H6).

Tekanan Osmotik (p) Osmosis adalah aliran molekul pelarut secara selektif melewati membran berpori dari larutan encer ke larutan yang lebih pekat. Membran semipermeabel memungkinkan molekul pelarut melewatinya tetapi menhalangi lewatnya zat terlarut. Tekanan osmotik (p) tekanan yang dibutuhkan untuk menghentikan osmosis

p = MRT

encer

lebih pekat

Sel dalam suatu:

larutan isotonik

larutan hipotonik

larutan hipertonik

(kurang pekat)

(lebih pekat)

Contoh Soal seorang dokter yang meneliti sejenis hemoglobin melarutkan 21,5 mg protein dalam air pada 5,0 ᵒC hingga terbentuk 1,5 ml larutan dengan tujuan untuk menghitung tekanan osmotiknya. Pada kesetimbangan, larutan tersebut memiliki tekanan osmotik sebesar 3,61 torr. Berapakah massa molar hemoglobin tersebut?

Jawaban 1 atm = 0,00475 atm 760 torr Suhu = 5,00C + 273,15 = 278,15 K P = 3,61 torr x

1 L = 1,5 x 10-3 L 1000 ml Volume = 21,5 mg x 1 g = 2,15 x 10-2 g 1000 mg Volume = 1,5 ml x

Lanjutan Jawaban p= MRT p= massa/Mr x R x T V Mr= massa x R x T πxV Mr = 2,15 x 10-2 g x 0,08205 L atm/mol K x 278,15 K 0,00475 atm x 1,5 x 10-3 L Mr = 6,87 x 104

Contoh Soal 7,85 g sampel suatu senyawa dengan rumus empiris C5H4 dilarutkan dalam 301 g benzena murni. Titik bekunya adalah 1,05 di bawah titik beku benzena murni. Berapakah massa molar dan apakah rumus molekul dari senyawa tersebut (Kb = 5,12 ᵒC/m)

Jawaban m = DTb Kb massa/Mr = DTb kg pelarut Kb



Mr = massa x Kb DTb x kg pelarut Mr = 7,85 g x 5,12 ᵒC/m 1,05 ᵒC x 0,301 kg Mr = 127 g/mol (C5H4)n = 127 g/mol  n= 2, Rumus molekul C10H8

Sifat-sifat Koligatif Larutan Ionik Untuk larutan ionik, banyaknya ion yang ada harus diperhitungkan Untuk penurunan tekanan uap:

P = i XterlarutP 0pelarut

Untuk kenaikan titik didih:

Td = i Kd m

Untuk penurunan titik beku:

Tb = i Kb m

Untuk tekanan osmotik:

p = i MRT

i = faktor van’t Hoff atau banyaknya ion yang ada

Sifat Koligatif Larutan Elektrolit 0,1 m larutan NaCl 0,1 m larutan NaCl faktor van’t Hoff(i) =

0,1 m Na+ ion & 0,1 m Cl- ion 0,2 m ion dalam larutan

jumlah partikel sebenarnya dalam lar. setelah penguraian jumlah satuan rumus yang semula terlarut dalam larutan

faktor van’t Hoff(i) = {1 + (n-1)α}

Latihan Soal 1. Urutkan dari yang titik bekunya paling rendah a. 0,1 m CaCl2, 0,1 m C12H22O11, 0,1m NaCl b. 0,05 m HCl, 0,1m HCl, 0,1m HC2H3O2 2. Berapakah titik beku 0,010 m K2SO4 yang dilarutkan dalam air 3. Tekanan osmotik dari 0,010 M KI adalah 0,456 atm pada 25 °C. Berapakah faktor van’t hoff pada konsentrasi ini?

 Latihan Soal Mandiri  Keep Spirit !!!

1. Pada konsentrasi zat terlarut yang sama, jumlah partikel dalam larutan untuk spesies ionik lebih banyak daripada untuk spesies molekul. Mengapa?

2. Suatu larutan asam sulfat berair 9,386 M memiliki rapatan 1,5090 g cm-3. Hitunglah molalitas, persen massa, dan fraksi mol asam sulfat dalam larutan ini. 3. Larutan HCl yang dijual di pasaran memiliki konsentrasi 45,0% berdasarkan bobot dengan densitas 1,18 g/mL. Bila kita memiliki 1 L larutan a. Tentukan larutan dalam persen bobot/volume b. Tentukan bobot air yang terkandung dalam larutan c. Tentukan molaritas dan molalitas d. Tentukan fraksi mol HCl dalam larutan e. Tentukan konsentrasi dalam satuan ppm

4. Sebanyak 20 mL Ba(NO3)2 0,10 M ditambahkan pada 50,0 mL Na2CO3 0,10 M. Apakah terbentuk endapan BaCO3

5. pH larutan jenuh logam hidroksida MOH ialah 9,68, tentukan Ksp larutan ini ialah. 6. Hasil kali kelarutan PbBr2 ialah 8,9 x 10-6. Tentukan kelarutan molarnya (a) dalam air murni, (b) dalam larutan KBr 0,20 M 7. Sukrosa adalah suatu zat non atsiri melarut dalam air tanpa proses ionisasi. Tentukan penurunan tekanan uap pada 25oC dari 1,25 m larutan sukrosa. Diasumsikan larutan terbentuk bersifat ideal. Tekanan uap untuk air murni pada 25oC adalah 23,8 torr.

8. Tekanan uap heptana murni pada 40oC adalah 92,0 torr dan tekanan uap murni untuk oktana adalah 31,0 torr. Jika dalam larutan terdapat 1,00 mol heptana dan 4,00 mol oktana. Hitung tekanan uap dari masing-masing komponen, tekanan uap total dalam larutan, serta fraksi mol dari masing-masing komponen dalam kesetimbangan larutan 9. Larutan zat X (densitas 1,10 g/mL) yang dibuat dengan melarutkan 1,250 g X dalam air sehingga menjadi 100 mL larutan, menunjukkan tekanan osmosis sebesar 50 mmHg pada suhu 30oC. Tentukan bobot molekul zat tersebut. 10. Hitunglah titik beku, titik didih, dan tekanan osmosis (suhu 50oC) larutan berair, a. Larutan magnesium nitrat 0,1 M b. Larutan natrium nitrat 0,1 M c. Larutan sukrosa 0,1 M

11. Pada suhu 25 oC tekanan uap air murni ialah 23,76 mmHg dan tekanan uap air laut ialah 22,98 mmHg. Dengan asumsi bahwa air laut mengandung hanya NaCl, perkirakan konsentrasinya dalam satuan molalitas 12. Tentukan tekanan osmotik larutan MgSO4 0,0500 M pada 22oC