Stoikiometri Larutan
Seperti yang telah kita pelajari sebelumnya, reaksi penggantian ganda melibatkan reaksi antara senyawa ionik dalam larutan dan, selama reaksi berlangsung, ion dalam dua senyawa yang bereaksi "bertukar" (mereka saling menggantikan). Karena reaksi ini terjadi dalam larutan berair, kita dapat menggunakan konsep molaritas untuk menghitung secara langsung jumlah mol reaktan atau produk yang akan terbentuk, dan juga jumlahnya (yaitu volume larutan atau massa endapan).
Pada bagian sebelumnya, kita berfokus pada komposisi zat: contoh zat yang hanya mengandung satu jenis unsur atau senyawa. Namun, campuran --- sampel materi yang mengandung dua atau lebih zat yang digabungkan secara fisik --- lebih sering ditemui di alam daripada zat murni. Mirip dengan zat murni, komposisi relatif suatu campuran memainkan peran penting dalam menentukan sifat-sifatnya. Jumlah relatif oksigen di atmosfer planet menentukan kemampuannya untuk mempertahankan kehidupan aerobik. Jumlah relatif besi, karbon, nikel, dan elemen lain dalam baja (campuran padat yang dikenal sebagai "paduan") menentukan kekuatan fisik dan ketahanan terhadap korosi. Jumlah relatif bahan aktif dalam obat menentukan keefektifannya dalam mencapai efek farmakologis yang diinginkan. Jumlah relatif gula dalam minuman menentukan rasa manisnya. Pada bagian ini, kami akan menjelaskan salah satu cara yang paling umum di mana komposisi relatif campuran dapat dihitung.
Kami sebelumnya telah mendefinisikan larutan sebagai campuran homogen, yang berarti bahwa komposisi campuran (dan sifat-sifatnya) seragam di seluruh volumenya. Solusi sering terjadi di alam dan juga telah diimplementasikan dalam berbagai bentuk teknologi buatan manusia. Kita akan mengeksplorasi pembahasan yang lebih menyeluruh tentang sifat-sifat larutan dalam bab tentang larutan dan koloid, tetapi di sini kita akan memperkenalkan beberapa sifat dasar larutan.
Jumlah relatif komponen larutan yang diberikan dikenal sebagai konsentrasinya. Seringkali, meskipun tidak selalu, suatu larutan mengandung satu komponen dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada semua komponen lainnya. Komponen ini disebut pelarut dan dapat dilihat sebagai media di mana komponen lainnya terdispersi, atau terlarut. Solusi di mana air adalah pelarut, tentu saja, sangat umum di planet kita. Larutan yang pelarutnya air disebut larutan berair.
Zat terlarut adalah komponen larutan yang hadir dalam jumlah yang jauh lebih rendah daripada pelarut. Konsentrasi zat terlarut sering digambarkan dengan istilah kualitatif seperti encer (konsentrasi relatif rendah) dan terkonsentrasi (konsentrasi relatif tinggi).
Konsentrasi dapat dinilai secara kuantitatif menggunakan berbagai unit pengukuran, masing-masing nyaman untuk aplikasi tertentu. Molaritas (M) adalah satuan konsentrasi yang berguna untuk banyak aplikasi dalam kimia. Molaritas didefinisikan sebagai jumlah mol zat terlarut dalam tepat 1 liter (1 L) larutan
Larutan Penyangga
Buffer adalah larutan yang dapat menahan perubahan pH pada penambahan komponen asam atau basa. Ia mampu menetralkan sejumlah kecil asam atau basa yang ditambahkan, sehingga menjaga pH larutan relatif stabil. Hal ini penting untuk proses dan/atau reaksi yang memerlukan kisaran pH yang spesifik dan stabil. Larutan penyangga memiliki rentang dan kapasitas pH kerja yang menentukan berapa banyak asam/basa yang dapat dinetralkan sebelum pH berubah, dan jumlah perubahannya.
Untuk mempertahankan kisaran pH secara efektif, buffer harus terdiri dari pasangan asam-basa konjugasi lemah, yang berarti a. asam lemah dan basa konjugasinya, atau b. basa lemah dan asam konjugasinya. Penggunaan satu atau yang lain tergantung pada pH yang diinginkan saat menyiapkan buffer. Sebagai contoh, berikut ini dapat berfungsi sebagai buffer ketika bersama-sama dalam larutan:
Asam asetat (asam organik lemah dengan rumus CH 3 COOH) dan garam yang mengandung basa konjugatnya, anion asetat (CH 3 COO - ), seperti natrium asetat (CH 3 COONa)
Piridin (basa lemah dengan rumus C 5 H 5 N) dan garam yang mengandung asam konjugasinya, kation piridinium (C 5 H 5 NH + ), seperti Pyridinium Chloride.
Amonia (basa lemah dengan rumus NH 3 ) dan garam yang mengandung asam konjugasinya, kation amonium, seperti Amonium Hidroksida (NH 4 OH)
Bagaimana cara kerja penyangga?
Buffer mampu menahan perubahan pH karena kedua komponen (asam konjugat dan basa konjugat) keduanya hadir dalam jumlah yang cukup pada kesetimbangan dan mampu menetralkan sejumlah kecil asam dan basa lain (dalam bentuk H 3 O + dan OH ) . - ) ketika ditambahkan ke solusi. Untuk memperjelas efek ini, kita dapat mempertimbangkan contoh sederhana dari buffer Hydrofluoric Acid (HF) dan Sodium Fluoride (NaF). Asam hidrofluorat adalah asam lemah karena daya tarik yang kuat antara ion F - yang relatif kecil dan proton terlarut (H 3 O +), yang tidak memungkinkan untuk berdisosiasi sepenuhnya dalam air.
Kita dapat mendefinisikan asam sebagai zat yang larut dalam air menghasilkan ion H+, sedangkan basa didefinisikan sebagai zat yang larut dalam air menghasilkan ion OH. Faktanya, ini hanya satu set definisi yang mungkin. Meskipun sifat umum asam dan basa telah dikenal selama lebih dari seribu tahun, definisi asam dan basa telah berubah secara dramatis karena para ilmuwan telah mempelajari lebih banyak tentangnya. Pada zaman kuno, asam adalah zat apa pun yang memiliki rasa asam (misalnya, cuka atau jus lemon), menyebabkan perubahan warna yang konsisten pada pewarna yang berasal dari tanaman (misalnya, mengubah kertas lakmus biru menjadi merah), bereaksi dengan logam tertentu untuk menghasilkan gas hidrogen. dan larutan garam yang mengandung kation logam, dan garam karbonat terlarut seperti batu kapur (CaCO3) dengan evolusi karbon dioksida. Sebaliknya, basa adalah zat apa pun yang memiliki rasa pahit, terasa licin saat disentuh, dan menyebabkan perubahan warna pada pewarna tumbuhan yang berbeda secara diametris dari perubahan yang disebabkan oleh asam (misalnya mengubah kertas lakmus merah menjadi biru). Meskipun definisi ini berguna, mereka sepenuhnya deskriptif.
Definisi Asam dan Basa Arrhenius
Orang pertama yang mendefinisikan asam dan basa secara rinci adalah ahli kimia Swedia Svante Arrhenius (1859--1927; Hadiah Nobel Kimia, 1903). Menurut definisi Arrhenius, asam adalah zat seperti asam klorida yang larut dalam air menghasilkan ion H+ dan basa adalah zat seperti natrium hidroksida yang larut dalam air untuk menghasilkan ion hidroksida (OH).
Definisi Asam dan Basa Brnsted--Lowry
Karena keterbatasan definisi Arrhenius, diperlukan definisi asam dan basa yang lebih umum. Salah satunya diusulkan secara independen pada tahun 1923 oleh ahli kimia Denmark J. N. Brnsted (1879--1947) dan ahli kimia Inggris T. M. Lowry (1874--1936), yang mendefinisikan reaksi asam-basa dalam kaitannya dengan transfer proton (ion H+) dari satu zat. ke yang lain.
Menurut Brnsted dan Lowry, asam (zat dengan setidaknya satu atom hidrogen yang dapat berdisosiasi membentuk anion dan H+
 ion (proton) dalam larutan berair, sehingga membentuk larutan asam) adalah zat apa pun yang dapat menyumbangkan proton, dan basa (zat yang menghasilkan satu atau lebih ion hidroksida (OH) dan kation ketika dilarutkan dalam larutan berair, sehingga membentuk larutan basa) adalah zat apa pun yang dapat menerima proton. Definisi Brnsted--Lowry tentang asam pada dasarnya sama dengan definisi Arrhenius, kecuali tidak terbatas pada larutan berair. Namun, definisi basa Brnsted--Lowry jauh lebih umum karena ion hidroksida hanyalah salah satu dari banyak zat yang dapat menerima proton. Amonia, misalnya, bereaksi dengan proton membentuk NH+4, NH3 adalah basa Brnsted--Lowry dan HCl adalah asam Brnsted--Lowry. Karena sifatnya yang lebih umum, definisi Brnsted--Lowry digunakan di seluruh teks ini kecuali ditentukan lain.
Titrasi asam-basa adalah teknik eksperimental yang digunakan untuk memperoleh informasi tentang larutan yang mengandung asam atau basa. Ratusan senyawa baik organik maupun anorganik dapat ditentukan dengan titrasi berdasarkan sifat asam atau basa. Asam dititrasi dengan basa dan basa dititrasi dengan asam. Titik akhir biasanya terdeteksi dengan menambahkan indikator. Titrasi asam-basa melibatkan asam atau basa kuat atau lemah. Secara khusus, titrasi asam-basa dapat digunakan untuk mengetahui hal berikut.
Konsentrasi asam atau basa
Apakah asam atau basa yang tidak diketahui kuat atau lemah. pKa dari asam yang tidak diketahui atau pKb dari basa yang tidak diketahui. Mari kita pertimbangkan reaksi asam-basa yang berlangsung dengan akseptor proton. Di dalam air, proton biasanya dilarutkan sebagai H3O+. H2O ditambahkan ke basa untuk menghilangkan (OH--) atau mendapatkan (H3O+). Reaksi asam-basa bersifat reversibel. Indikator asam-basa adalah zat yang berubah warna atau menjadi keruh pada pH tertentu. Mereka menemukan titik ekivalen dan juga mengukur pH. Mereka sendiri asam atau basa larut, stabil dan menunjukkan perubahan warna yang kuat. Mereka bersifat organik. Resonansi isomerisme elektron bertanggung jawab atas perubahan warna. Berbagai indikator memiliki konstanta ionisasi yang berbeda dan karenanya menunjukkan perubahan warna pada interval pH yang berbeda. Indikator asam-basa secara luas dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok. Dua indikator umum yang digunakan dalam titrasi asam-basa adalah Fenolftalein dan jingga metil. Dalam empat jenis titrasi asam-basa, basa ditambahkan ke asam dalam setiap kasus. Grafik ditunjukkan di bawah ini di mana pH terhadap volume basa yang ditambahkan dipertimbangkan. Kisaran pH di mana kedua indikator berubah warna. Indikator harus berubah dalam bagian vertikal kurva pH.
Hidrolisis Garam
Hidrolisis adalah reaksi di mana salah satu ion dari garam bereaksi dengan air, membentuk larutan asam atau basa.
Garam Yang Membentuk Larutan Dasar
Ketika natrium fluorida padat dilarutkan ke dalam air, ia benar-benar terdisosiasi menjadi ion natrium dan ion fluorida. Ion natrium tidak memiliki kemampuan untuk menghidrolisis, tetapi ion fluorida menghidrolisis untuk menghasilkan sejumlah kecil asam fluorida dan ion hidroksida.
Garam adalah senyawa yang terbentuk dari reaksi netralisasi antara asam dan basa. Mereka umumnya terionisasi dalam air memberikan kation dan anion. Kation atau anion yang terbentuk selama ionisasi garam ada sebagai ion terhidrasi dalam larutan air atau berinteraksi dengan air untuk meregenerasi asam dan basa. Proses interaksi antara kation atau anion garam dan air dikenal sebagai hidrolisis garam. Berdasarkan hidrolisis, garam dibagi menjadi tiga kategori:
Garam asam
 Garam dasar
Garam netral
Mari kita bahas hidrolisis garam dari jenis berikut:
Garam dari asam kuat dan basa kuat: Garam yang dibentuk oleh netralisasi asam kuat dan basa kuat bersifat netral karena ikatan dalam larutan garam tidak akan pecah. Mereka umumnya terhidrasi tetapi tidak menghidrolisis. Oleh karena itu, garam semacam itu umumnya dikenal sebagai garam netral.
Contoh: NaCl
Garam dari asam lemah dan basa kuat: Garam yang dibentuk oleh netralisasi asam lemah dan basa kuat bersifat basa. Contoh: CH3COONa.
Seperti yang kita ketahui amonium hidroksida adalah basa lemah, ia tetap tidak terikat dalam larutan. Hal ini mengakibatkan peningkatan konsentrasi ion H+ yang membuat larutan bersifat asam. pH larutan tersebut kurang dari 7.
Garam dari asam lemah dan basa lemah: Garam yang dibentuk oleh netralisasi asam lemah dan basa lemah bersifat asam, basa atau netral, tergantung pada sifat asam dan basa yang terlibat. Contoh: CH3COONH4.
Kelarutan Garam
Kelarutan Garam
Disolusi terjadi ketika zat terlarut padat diberikan ke pelarut dan partikel zat terlarut larut dalam pelarut. Proses kristalisasi terjadi ketika partikel zat terlarut dalam suatu larutan saling bertabrakan dan beberapa partikel terpisah dari larutan.
Keadaan kesetimbangan dinamis dicapai antara kedua proses ini, ketika jumlah molekul zat terlarut yang memasuki larutan sesuai dengan jumlah partikel yang keluar dari larutan. Akibatnya, konsentrasi zat terlarut dalam larutan akan tetap konstan pada suhu dan tekanan tertentu.
Tidak ada zat terlarut tambahan yang dapat larut dalam pelarut setelah suhu dan tekanan tertentu, dan larutan jenuh terbentuk yang memiliki jumlah zat terlarut maksimum. Konsentrasi garam dalam larutan jenuh pada suhu dan tekanan tertentu disebut sebagai kelarutan garam. Larutan yang tidak jenuh memungkinkan penambahan lebih banyak zat terlarut.
Beberapa contoh garam yang larut adalah Perak sulfit Ag2SO3, kalium klorida (KCl), natrium klorida (NaCl), magnesium klorida (MgCl2), dan natrium sulfat Na2SO4. Garam yang mudah larut sangat penting untuk memahami konsep kelarutan karena garam tersebut mencapai kesetimbangan dengan mudah dibandingkan dengan garam lain sehingga konsentrasinya dapat diketahui. Apa pentingnya garam terlarut dalam air? Air melarutkan banyak garam karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, namun kelarutan garam dalam air juga tergantung pada faktor lain seperti sifat garam, suhu dan tekanan.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kelarutan Garam
Pengaruh Suhu:
Suhu memiliki dampak yang signifikan terhadap kelarutan padat. Menurut Prinsip Le Chatelier, jika proses pelarutan bersifat endotermik, kelarutan akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Kelarutan padatan menurun jika proses disolusi bersifat eksotermik.
Pengaruh Tekanan:
Kelarutan padat hampir tidak terpengaruh oleh perubahan tekanan karena padatan dan cairan tidak dapat dikompresi dan praktis tidak terpengaruh oleh perubahan tekanan.
Polaritas:
Zat terlarut biasanya larut dalam pelarut dengan polaritas yang sama.
Produk Kelarutan
Tetapan hasil kali kelarutan, disingkat Ksp, adalah tetapan kesetimbangan sederhana yang menggambarkan kesetimbangan antara padatan dan ion-ion yang sesuai dalam larutan. Nilainya menunjukkan betapa mudahnya suatu bahan kimia terdisosiasi dalam air. Semakin larut suatu zat, semakin tinggi konstanta hasil kali kelarutannya. Produk konsentrasi ion adalah ekspresi Ksp untuk garam tertentu.
Untuk mendapatkan kesetimbangan kelarutan, setiap konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien ion tersebut dalam persamaan yang seimbang. Konstanta hasil kali kelarutan digunakan untuk menggambarkan larutan jenuh dari zat ionik dengan kelarutan rendah.
Sebagai contoh, perak klorida terdisosiasi pada ion perak dan ion klorida ketika ditambahkan ke air karena sedikit larut.
Kemampuan suatu zat yang dikenal sebagai zat terlarut untuk larut dalam pelarut dan membuat larutan didefinisikan sebagai kelarutan. Bahan kimia ionik yang berdisosiasi dan menciptakan kation dan anion dalam air memiliki rentang kelarutan yang luas. Beberapa zat sangat larut, bahkan menyerap uap air dari udara, sedangkan yang lain sangat tidak larut. Ksp adalah konstanta kesetimbangan yang disederhanakan yang mewakili kesetimbangan antara padatan dan ion-ion yang setara dalam larutan. Nilainya mewakili kemudahan suatu bahan kimia berdisosiasi dalam air. Semakin tinggi konstanta hasil kali kelarutan, semakin larut suatu bahan.
