Untuk SMA/MA Program Ilmu Pengetahuan Alam Sepfina Nurul Mundharifah Universitas Negeri Semarang
Kompetensi Inti KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya KI 2 : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan proaktif, dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia KI 3 : Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan Kompetensi Dasar 1.1 Menyadari adanya keteraturan dari sifat hidrokarbon, termokimia, laju reaksi, kesetimbangan kimia, larutan dan koloid sebagai wujud kebesaran Tuhan YME dan pengetahuan tentang adanya keteraturan tersebut sebagai hasil pemikiran kreatif manusia yang kebenarannya bersifat tentatif. 2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu, disiplin, jujur, objektif, terbuka, mampu membedakan fakta dan opini, ulet, teliti, bertanggung jawab, kritis, kreatif, inovatif, demokratis, komunikatif) dalam merancang dan melakukan percobaan serta berdiskusi yang diwujudkan dalam sikap sehari-hari. 2.2 Menunjukkan perilaku kerjasama, santun, toleran, cintadamai dan peduli lingkungan serta hemat dalam memanfaatkan sumber daya alam. 2.3 Menunjukkan perilaku responsifdan pro-aktif serta bijaksana sebagai wujud kemampuan memecahkan masalah dan membuat keputusan 3.14 Memprediksi terbentuknya endapan dari suatu reaksi berdasarkan prinsip kelarutan dan data hasil kali kelarutan (Ksp). 4.14 Mengolah dan menganalisis data hasil percobaan untuk memprediksi terbentuknya endapan. Tujuan pembelajaran 1. Siswa dapat mengucap syukur adanya kelarutan sebagai wujud kebesaran Tuhan YME 2. Siswa dapat mengembangkan sikap jujur,menghargai orang lain mengenai data hasil percobaan dan diskusi kelompok yang kemudian akan diterapkan pada kehidupan sehari-hari Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 1
3. Siswa dapat mengembangkan rasa ingin tahu mengenai materi kelarutan dan hasil kali kelarutan dalam diskusi kelompok dan presentasi. 4. Siswa dapat Memprediksi terbentuknya endapan dari suatu reaksi berdasarkan prinsip kelarutan dan data hasil kali kelarutan (Ksp) setelah melakukan diskusi dan percobaan. Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 2
PENDAHULUAN J ika Anda memasukkan satu sendok gula ke dalam segelas air, kemudian Anda aduk, apa yang terjadi? Ya, gulanya larut dalam air. Tetapi jika Anda tambahkan lagi gula lalu diaduk, kemudian tambah gula lagi dan diaduk, begitu seterusnya, maka apa yang terjadi? Ya, larutan akan mencapai jenuh dan tidak dapat melarutkan gula lagi. Jika suatu zat padat secara terus menerus ditambahkan ke dalam air, maka pada suatu saat kita akan mendapati zat tersebut tidak akan larut lagi. Ini berarti pada saat itu, konsentrasi zat terlarut sudah mencapai harga yang maksimum (tidak dapat diperbesar lagi). Larutan yang sudah mengandung zat terlarut dalam konsentrasi yang maksimum itu, disebut larutan jenuh. Dan harga konsentrasi yang maksimum itu dinamakan kelarutan (s) dari zat terlarut. Misalnya, zat A memiliki kelarutan sebesar 0,5 M. Artinya, konsentrasi maksimum yang dapat di capai oleh zat A dalam suatu larutan adalah 0,5 M. Tidak mungkin zat A memiliki konsentrasi yang lebih besar dari 0,5 M. Jika konsentrasi zat A adalah 0,5 M, berarti larutan tersebut tepat jenuh. Dan jika terhadap larutan jenuh ini kita terus menerus menambahkan zat A, maka zat A pasti mengendap (tidak dapat larut lagi). Setiap elektrolit mempunyai suatu besaran yang disebut hasil kali kelarutan (Ksp). Jadi Ksp dapat didefinisikan sebagai hasil kali konsentrasi ion-ion suatu elektrolit dalam larutan yang tepat jenuh. A. PENGERTIAN KELARUTAN Kemampuan garam-garam larut dalam air tidaklah sama, ada garam yang mudah larut dalam air seperti natrium klorida dan ada pula garam sukar larut dalam air seperti perak klorida (AgCl). Apabila natrium klorida dilarutkan ke dalam air, mula-mula akan larut. Akan tetapi, jika natrium klorida ditambahkan terus-menerus ke dalam air, pada suatu saat ada natrium klorida yang tidak dapat larut. Semakin banyak natrium klorida ditambahkan ke dalam air, semakin banyak endapan yang diperoleh. Larutan yang demikian itu disebut larutan jenuh artinya pelarut tidak dapat lagi melarutkan natrium klorida. Perak klorida sukar larut dalam air, tetapi dari hasil percobaan ternyata jika perak klorida dilarutkan dalam air diperoleh kelarutan sebanyak 1,25 x 10 1 mol dalam setiap liter larutan. Berdasarkan contoh di atas dapat diketahui bahwa selalu ada sejumlah garam yang dapat larut di dalam air. Bagi garam yang sukar larut dalam air, larutan akan jenuh walau hanya sedikit zat terlarut dimasukkan. Sebaliknya bagi garam yang mudah larut dalam air, larutan akan jenuh setelah banyak zat terlarut dilarutkan. Ada sejumlah maksimum garam sebagai zat terlarut yang selalu dapat dilarutkan ke dalam air. Jumlah maksimum zat terlarut yang dapat larut dalam pelarut disebut kelarutan. Selain bergantung pada jumlah zat yang dapat larut, kelarutan juga bergantung pada jenis zat pelarutnya. Natrium klorida yang mudah larut dalam air, ternyata sukar larut dalam pelarut benzena. Suatu zat terlarut tidak mungkin memiliki konsentrasi Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 3
yang lebih besar daripada harga kelarutannya. Dalam 1 liter larutan dapat terlarut 357 gram NaCl, maka ada 357 58,5 mol per liter atau 6,1 mol per liter (Mr NaCI = 58,5). AgCI hanya mampu larut sejumlah 1,45 mg dalam 1 liter larutan, maka hanya 0,00145 143,5 atau 10 5 mol per liter. Kelarutan NaCI sangat besar dalam air, sedangkan AgCI kelarutannya sangat kecil atau AgCI sukar larut dalam air. Apabila daiam elektrolit dikenal garam yang tidak larut, itu berarti bukan tidak larut sama sekali, melainkan jumlah yang larut sangat sedikit. Kelarutan AgCI = 1,25 10 5 mol per liter, berarti jumlah maksimum AgCl yang dapat larut hanya 1,25 10 5 mol dalam 1 liter larutan. AgCI yang terlarut dalam air terurai menjadi ionionnya, yakni Ag+ dan Cl. Larutan AgCI yang mengandung AgCI padat adalah Iarutan jenuh, dan kesetimbangan reaksi ionnya sebagai berikut. AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) Dalam larutan jenuh AgCI terdapat ion Ag+ sebanyak 1,25 10 5 mol per liter dan ion Cl sebanyak 1,25 x 10 9 mol per liter. B. Hasil Kali Kelarutan (Ksp) Hasil kali kelarutan ialah hasil kali konsentrasi ion-ion dari larutan jenuh garam yang sukar larut dalam air, setelah masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien menurut persamaan ionisasinya. Garam-garam yang sukar larut seperti BaSO4, AgCl, dan HgF2, jika dimasukkan dalam air murni lalu diaduk, akan terlarut juga walaupun hanya sedikit sekali. Karena garamgaram ini adalah elektrolit, maka garam yang terlarut akan terionisasi, sehingga dalam larutan akan terbentuk suatu kesetimbangan ion. Contoh: Suatu larutan jenuh elektrolit AxBy dalam air yang berisi AxBy padat. Dalam larutan terjadi kesetimbangan ion. AxBy(s) xa y+ (aq) + yb x ( aq). Berdasarkan reaksi kesetimbangan ini dapat dihitung harga tetapan kesetimbangan: K = [Ay+ ] x [B x ] y A x B y...(1) Di dalam larutan jenuh AxBy konsentrasi AxBy yang terlarut tidak berubah selama AxBy padat masih terdapat dalam larutan dan suhu percobaan tetap. Persamaan (1) dapat juga ditulis sebagai: K. [A x B y ] = [A y+ ] x [B x ] y...(2) Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 4
Karena harga K tetap dan harga konsentrasi AxBy merupakan tetapan baru. Tetapan baru ini dinyatakan dengan notasi Ksp, maka persamaan (2) dapat ditulis: Ksp. [A x B y ] = [A y+ ] x [B x ] y Keterangan : Ksp zat A x B y = hasil kali kelarutana x B y [A y+ ] / [B x ] = konsentrasi ion-ion A x+ dan B y- Contoh : 1. AgCl(s) Ag+(aq) + Cl (aq) Ksp = [Ag + ][Cl ] 2. Ag2SO4(s) 2Ag + (aq) + 2SO4 (aq) Ksp = [Ag + ]2 2[SO4 ] 3. Al(OH)3(s) Al 3+ (aq) + 3 OH (aq) Ksp = [Al 3+ ][OH ] 3 Hasil kali konsentrasi ion dalam larutan garam yang sukar larut dalam air setelah masing-masing konsentrasi dipangkatkan dengan koefisien menurut persamaan ionisasinya tidak dapat melampaui harga Ksp-nya. Berarti, Ksp adalah batas maksimal hasil kali konsentrasi ion-ion dalam larutan jenuh elektrolit yang sukar larut dalam air. Dalam perhitungan-perhitungan, jika hasil kali konsentrasi ion-ion: 1. kurang dari Ksp : berarti larutan belum jenuh; 2. sama dengan Ksp : berarti larutan tepat jenuh; 3. lebih dari Ksp : berarti larutan lewat jenuh dan terjadi pengendapan garamnya. C. Hubungan Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan Untuk mengetahui terjadinya pengendapan, belum jenuh, atau tepat jenuh dari pencampuran dua zat, maka harus dibandingkan dengan hasil kali konsentrasi ion-ion yang dicampurkan (Qc) dengan harga Ksp. Jika: 1. Qc > Ksp maka terjadi pengendapan. 2. Qc = Ksp maka larutan tepat jenuh. 3. Qc < Ksp maka larutan belum jenuh (tidak mengendap). Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 5
Contoh soal: 1. Bila kelarutan AgCl = 10 5 M, maka tentukan hasil kali kelarutan AgCl! Jawab: AgCl Ag + + Cl 10 5 M 10 5 M 10 5 M Ksp AgCl = [Ag + ] [Cl ] = (10 5 ) (10 5 ) = 10 10 moll 1 2. Buktikan dengan perhitungan apakah terjadi endapan bila 10 ml larutan CaCl2 0,2 M dicampurkan dengan 10 Ml larutan NaOH 0,02 M jika diketahui Ksp Ca(OH)2 = 8 x 10 6! 10 ml Jawab: [CaCl 2 ] = x 0,2 M = 0,1 M 20 ml [Ca 2+ ] = 10 1 M 10 ml [NaOH] = x 0,02 M = 0,01 M 20 ml [OH ] = 0,01 M Qc = [Ca 2+ ] [OH ] 2 = (10 1 ) (10 2 ) 2 = 10 5 Karena Qc > Ksp maka campuran larutan akan mengendap. D. Kelarutan Garam dalam Air Apabila rumus umum garam AxBy, maka kelarutan garam dalam air dapat dinyatakan dengan: Kelarutan (s) = x+y Ksp X x Y y Contoh soal: 1. Bila Ksp AgCl 10 10 moll 1, maka tentukan kelarutan AgCl dalam air! Jawab: s = 10 10 = 10 5 moll 1 2. Bila Ksp CaCO3 = 9 x 10 8 moll 1, maka berapa gram kelarutan CaCO3 dalam 250 ml air (Mr CaCO3 = 100)? Jawab: s = 9 x 10 8 = 3 x 10 4 moll 1 Jadi, kelarutan dalam 250 ml air: 250 ml = 3 x 1.000 ml 10 4 mol = 3 4 10 4 mol x 100 = 7,5 x10 3 gram = 7,5 mg Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 6
E. Pengaruh Ion Sejenis/Ion Senama Penambahan ion sejenis akan menurunkan kelarutan (sukar larut). Contoh soal: 1. Bila diketahui Ksp CaF2 adalah 4 x 10 10, maka tentukan kelarutan CaF2 dalam larutan CaCl2 0,01 M! Jawab: CaF2 Ca2 + + 2 F x x 2x CaCl2 Ca 2+ + 2 Cl 0,01 M 0,01 M 0,02 M Ksp CaF2 = [Ca 2+ ] [F ] 2 4. 10 10 = (x + 0,01). (2x) 2 diabaikan 4. 10 10 = 10 2. 4x 2 x = 10 4 M Jadi, kelarutan CaF2 dalam larutan CaCl2 = 10 4 M. Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 7
PERCOBAAN Hasil Kali Kelarutan Kalsium Hidroksida Tujuan: Mengamati kelarutan kalsium hidroksida dalam air dan pengaruh ion sejenis. Alat dan bahan: 1. tabung reaksi 2. rak tabung reaksi 3. pipet tetes 4. larutan jenuh kalsium hidroksida dalam: a. air suling b. larutan natrium hidroksida 0,025 M c. larutan natrium hidroksida 0,05 M d. larutan asam klorida 0,1 M e. indikator fenolftalein Cara Kerja: 1. Teteskan 25 tetes larutan Ca(OH)2 dalam air suling dalam tabung reaksi dengan pipet tetes. 2. Tambahkan 1 tetes indikator fenolftalein, kemudian titrasi larutan dengan HCl 0,1 M (hentikan penetesan jika warna larutan tepat hilang). 3. Ulangi titrasi ini sampai diperoleh sekurang-kurangnya dua hasil tetap. 4. Ulangi prosedur di atas dengan larutan-larutan Ca(OH)2 dalam berbagai larutan natrium hidroksida. Hasil Pengamatan : Larutan jenuh Jumlah tetes larutan HCl 0,1 M Ca(OH) 2 dalam Air NaOH 0,025 M NaOH 0,050 M 1 2 3 4 Rata-rata hasil tetap Pertanyaan: 1. Hitung dan isikan dalam tabel! Larutan jenuh Ca(OH)2 Air NaOH 0,025 M NaOH 0,05 M dalam Jumlah tetes HCl 0,1 M yang digunakan [OH ] dalam larutan (moldm 3) [OH ] dari Ca(OH)2 (moldm 3) [Ca2+] dalam larutan (moldm 3) [Ca2+] [OH ] 2. Bagaimana pengaruh NaOH terhadap kelarutan Ca(OH) 2? 3. Berapakah kelarutan Ca(OH) 2 dalam: a. air; b. larutan NaOH 0,025 M; c. larutan NaOH 0,05 M? 4. Berapa harga hasil kali kelarutan Ca(OH) 2? 5. Buatlah kesimpulannya! Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 8
A. TETAPAN HASIL KALI KELARUTAN ( Ksp ) Secara umum, persamaan kesetimbangan larutan AxBy sebagai berikut. AxBy x A y+ (aq) + yb x- (aq) Maka : Ksp =... Perhatikan reaksi penguraian dalam air : Ag2CrO4(aq) 2Ag + (aq) + CrO4-2 (aq) Maka : Ksp =... B. HUBUNGAN KELARUTAN ( S ) DAN TETAPAN HASIL KALI KELARUTAN ( Ksp ) Contoh : AnBm na +m + mb -n S - - S ns ms - ns ms Ksp AnBm Ksp = ( ns ) n. ( ms ) m = n n S n. m m S m S n+m = Ksp n n m m S = n+m Ksp n n m m Contoh : Ag2CrO4(s) 2Ag + (aq) + CrO4-2 (aq) Jika [Ag2CrO4 ] = S mol/liter, maka kelarutan ( S ) adalah Penyelesaian : Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 9
LATIHAN : a. Tentukan rumusan Ksp untuk tiap elektrolit di bawah ini! 1. AgCl 5. NaNO3 2. BaSO4 6. Al2(SO)4 3. Ag2CrO4 4. Ca(OH)2 7. Fe3(PO)4 8. PbSO4 9. CaCO3 b. Hubungan kelarutan (s) dengan hasilkali kelarutan (Ksp). Misal elektrolitnya LmXn (s). LATIHAN 1. Diketahui Ksp HgI2 = 3,2.10-29. Berapakah kelarutan HgI2 dalam air? 2. Diketahui Ksp CaCO3 = 9.10-10. Berapa massa CaCO3 maksimum dapat larut dalam 250 ml air? 3. Diketahui Ksp L(OH)2 = 4.10-12. Berapakah ph jenuh L(OH)2? 4. ph jenuh M(OH)2 = 9. Tentukan Ksp M(OH)2? C. PENGARUH ION SENAMA TERHADAP KELARUTAN Perhatikan problem : 1. Padatan Ag2CrO4 di larutkan dalam air murni, reaksi ionisasi : Ag2CrO4 (s) 2Ag + (aq) + CrO4-2 (aq) Analisis :... 2. Padatan Ag2CrO4 di larutkan dalam air, kemudian larutan tersebut larutan AgNO3 atau larutan K2CrO4, reaksi ionisasi : Ag2CrO4 (s) Analisis : 2Ag + (aq) + CrO4-2 (aq)............ Kesimpulan : Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 10
CONTOH : 1. Diketahui Ksp AgCl = 1,6.10-10, tentukan kelarutan dalam : a. larutan AgNO3 0,1 M b. Larutan NaCl 0,2 M 2. Diketahui Ksp Ag2CrO4 = 2,4. 10-12, tentukan kelarutan dalam : a. AgNO3 0,1 M b. Na2CrO4 0,1 M Penyelesaian Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 11
D. REAKSI PENGENDAPAN Perhatikan reaksi : Ag + (aq) + Cl - (aq) AgCl(s) Bagai mana terbentuknya AgCl Jika [ Ag + ] [ Cl - ] atau Qc < Ksp AgCl, larutan belum jenuh Jika [ Ag + ] [ Cl - ] atau Qc = Ksp AgCl, larutan tepat jenuh Jika [ Ag + ] [ Cl - ] atau Qc > Ksp AgCl, terjadi pengendapan. Contoh : Periksalah dengan suatu perhitungan, apakah terbentuk endapan Ca(OH)2 jika 10 ml larutan CaCl2 0,2 M di campur dengan 10 ml larutan NaOH 0,02 M. Ksp Ca(OH) 2 = 1,8. 10-6. Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 12
Daftar Pustaka Harmanto, Ari dan Ruminten. 2009. Kimia 2 Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Kalsum, Siti., Poppy K. Devi., Masmiami., HasmiatiS., dan Liliasari.2009. Kimia 2 Kelas XI SMA dan MA. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Permana, Irvan. 2009. Memahami Kimia 2 SMA/MA Untuk Kelas XI Semester 1 dan 2 Program Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Utami, Budi., Agung N. C. Saputro., l. Mahardiani., S. Yamtinah., dan Bekti M. 2009. Kimia 2 Untuk SMA/MA Kelas XI Program Ilmu Alam. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Harmanto, Ari dan Ruminten. 2009. Kimia 2 Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Modul Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan 13