VLUMETRI / TITRIMETRI Volumetri atau titrimetri merupakan suatu metode analisis kuantitatif didasarkan pada pengukuran volume titran yang bereaksi sempurna dengan analit. Titran merupakan zat yang digunakan untuk mentitrasi. Analit adalah zat yang akan ditentukan konsentrasi/kadarnya. Gambar 1. Peralatan yang dipergunakan dalam volumetri (Chang, 2005) Gambar 1 menunjukkan peralatan sederhana yang diperlukan dalam titrasi, yaitu buret untuk menempatkan larutan titran dan labu erlenmeyer untuk menempatkan larutan analit. Persyaratan Titrasi Reaksi yang dapat digunakan dalam metode volumetri adalah reaksi-reaksi kimia yang sesuai dengan persyaratan sebagai berikut: 1. Reaksi harus berlangsung cepat 2. Tidak terdapat reaksi samping 3. Reaksi harus stoikiometri, yaitu diketahui dengan pasti reaktan dan produk serta perbandingan mol / koefisien reaksinya 4. Terdapat zat yang dapat digunakan untuk mengetahui saat titrasi harus dihentikan (titik akhir titrasi) yang disebut zat indikator Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 1
Standar primer Larutan titran haruslah diketahui komposisi dan konsentrasinya. Idealnya kita harus memulai dengan larutan standar primer. Larutan standar primer dibuat dengan melarutkan zat dengan kemurnian yang tinggi (standar primer) yang diketahui dengan tepat beratnya dalam suatu larutan yang diketahui dengan tepat volumnya. Apabila titran tidak cukup murni, maka perlu distandardisasi dengan standar primer. Standar yang tidak termasuk standar primer dikelompokkan sebagai standar sekunder, contohnya NaH; karena NaH tidak cukup murni (mengandung air, natrium karbonat dan logam-logam tertentu) untuk digunakan sebagai larutan standar secara langsung, maka perlu distandardisai dengan asam yang merupakan standar primer misal: kalium hidrogen ftalat (KHP) Persyaratan standar primer 1. Kemurnian tinggi 2. Stabil terhadap udara 3. Bukan kelompok hidrat 4. Tersedia dengan mudah 5. Cukup mudah larut 6. Berat molekul cukup besar Contoh standar primer: Kalium hidrogen ftalat (KHP) KHC 8 H 4 lebih sering digunakan berat ekuivalen tinggi (204,2 gram/ek) kemurnian tinggi stabilitas termal tinggi reaksi dengan NaH / KH cepat 2-Furanic acid lebih kuat dari asam kalium ftalat CH C- K+ CH Larutan standar yang ideal untuk titrasi 1. Cukup stabil sehingga penentuan konsentrasi cukup dilakukan sekali 2. Bereaksi cepat dengan analit sehingga waktu titrasi dapat dipersingkat 3. Bereaksi sempurna dengan analit sehingga titik akhir yang memuaskan dapat dicapai 4. Melangsungkan reaksi selektif dengan analit Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 2
Keakuratan hasil metode titrasi amat bergantung pada keakuratan penentuan konsentrasi larutan standar. Untuk menentukan konsentrasi suatu larutan standar dapat digunakan 2 cara 1. Dengan cara langsung, menimbang dengan tepat standar primer, melarutkannya dalam pelarut hingga volume tertentu 2. Dengan standarisasi, yaitu titran yang akan ditentukan konsentrasinya digunakan untuk mentitrasi standar primer/sekunder yang telah diketahui beratnya Titrasi balik (back-titration) Terkadang suatu reaksi berlangsung lambat dan tidak dapat diperoleh titik akhir yang tegas. Untuk itu metoda titrasi balik dapat digunakan untuk mengatasinya. Caranya dengan menambahkan titran secara berlebih, setelah reaksi dengan analit berjalan sempurna, kelebihan titran ditentukan dengan menitrasi dengan larutan standar lainnya. Dengan mengetahui mmol titran dan menghitung mmol yang tak bereaksi, akan diperoleh mmol titran yang bereaksi dengan analit. T (mmol titran yang bereaksi) = mmol titran berlebih - mmol titrasi balik mg analit = T faktor (mmol analit/mmol titran yang bereaksi) BM analit Contoh suatu sampel 0,500 g yang mengandung Na 2 dianalisa dengan menambahkan 50 ml 0,100 M HCl berlebih, dididihkan untuk menghilangkan C 2, kemudian dititrasi balik dengan 0,100 M NaH. Jika 5,6 ml NaH diperlukan untuk titrasi balik, berapa persen Na 2 dalam sampel 2- + 2H + H 2 tiap Na 2 bereaksi dengan 2H + mmol titrasi balik = (0,1 mmol/ml) (5,6 ml) = 0,56 mmol HCl T = mmol titran berlebih - mmol titrasi balik = {(0,100 mmol/ml) 50 ml} - 0,56 mmol = 5-0,56 mmol = 4,44 mmol mg Na 2 =(4,44 mmol HCl) (1 mmol Na 2 / 2 mmol HCl) (106 mg/mmol Na 2 ) =235,32 mg Titer Untuk titrasi yang bersifat rutin, lebih disukai untuk menghitung titer dari titran. Titer adalah berat analit yang ekuivalen dengan 1 ml titran, biasanya dinyatakan dalam mgram. Satuannya= mg analit / ml titran Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 3
Contoh: dalam penentuan Na 2. Berat sampel 0,50 gram. Untuk mencapai titik akhir diperlukan 22,12 ml 0,120 M HCl diasumsikan semua karbonat adalah Na 2. mgna 2 = (1,0 ml HCl) (0,120 mmol / ml HCl) (1mmol Na 2 / 2mmol HCl) (106 mg/mmolna 2 ) = 6,36 mg titer adalah 6,36 mg Na 2 / ml HCl sehingga % dalam sampel adalah: 22,12 ml HCl (6,36 mg Na 2 / ml HCl) 500 mg sampel 100% = 28,13% PERHITUNGAN VLUMETRI Molaritas M = mol A Liter larutan = mmol A ml larutan Hitung molaritas suatu larutan H 2 S yang mempunyai densitas 1,30 g/ml dan mengandung 32,6% bobot S 3. BM S 3 =80,06 jawab: 1 liter larutan mengandung 1,30 g/ml 1000mL/L 0,326 = 424 g S 3 (424g) / (80,06 g/mol) M = 1 liter = 5,3 mol/l Karena 1 mol S 3 menghasilkan 1 mol H 2 S dalam air maka ada 5,3 mol/l H 2 S dalam larutan itu Normalitas N = ek A Liter larutan = mek A ml larutan Berat Ekuivalen untuk reaksi: 1. Asam-basa: berat (dalam gram) suatu zat yang diperlukan untuk bereaksi dengan 1 mol (1,008 gram) H + Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 4
2. Redoks: berat (dalam gram) suatu zat yang diperlukan untuk memberikan atau bereaksi dengan 1 mol elektron. Contoh Perhitungan berat ekuivalen Berat ekuivalen S 3 dalam larutan air (aqueous solution) S 3 + H 2 H 2 S 2H + 2- + S 1 mol S 3 memberikan 2 mol H + BE= BM/2 = 80,06/2 = 40,03 g/ek Hitung berapa gram Na 2 murni diperlukan untuk membuat 250 ml larutan 0,150 N. natrium karbonat itu dititrasi dengan HCl menurut persamaan C 2-3 + 2H + H 2 tiap Na 2 bereaksi dengan 2H +, oleh itu berat ekuivalennya setengah BMnya, 106/2 = 53 g/ek jadi, banyaknya Na 2 yang diperlukan: ek = g/be g = (0,15 ek/l) (0,25 L) (53 g/ek) = 1,99 g Perhitungan Molaritas Larutan Standar SAL 1 : jelaskan pembuatan 5,0 L larutan 0,1 M Na 2 (105,99 g/mol) dari padatan standar primer jawab: mol Na 2 = volume larutan (L) C Na2C3 (mol/l) 0,1 mol Na 2 C mol Na 3 2 = 5 L = 0,5 mol Na 2 L g Na 2 = 0,5 mol Na 2 105,99 g Na 2 1 mol Na 2 = 53,0 g Na 2 Larutan disiapkan dengan melarutkan 53 g Na 2 dalam air hingga volume larutan tepat 5L SAL 2: 0,1M larutan standar Na + diperlukan untuk mengkalibrasi metode fotometri nyala. Jelaskan bagaimana 500 ml larutan tersebut disiapkan dari standar primer Na 2 jawab: karena satuan larutan dalam ml maka gunakan mmol Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 5
0,1 mmol Na + 1 mmol Na g Na 2 = 500 ml 2 0,10599 g Na 2 = 0,265 g L 2 mmol Na + 1 mmol Na 2 Larutan disiapkan dengan melarutkan 0,265 g Na 2 dalam air hingga volume larutan tepat 500 ml SAL 3: Hitung konsentrasi molar etanol dalam suatu larutan aqueous yang mengandung 2,3 g H (46,07 g/mol) dalam 3,5 L larutan jawab: mol H = 2,3 g H 1 mol H 46,07 g H = 0,04992 mol H 0,04992 mol H M H = = 0,0143 mol H / L 3,5 L SAL 4: Hitung konsentrasi molar analitik dan kesetimbangan dari spesi solut dalam suatu larutan aq yang mengandung 285 mg asam trikloro asetat Cl 3 CCH (163,4 g/mol) dalam 10 ml (asam mengalami 73% ionisasi dalam air) jawab: Cl 3 CCH merupakan asam lemah, dinotasikan dg HA mol HA = 285 mg HA dalam larutan ini 73% HA terdisosiasi menjadi H + dan A - HA H + + A - molaritas spesi HA mjd 27% [HA] = C HA 0,27 = 0,174 0,27 = 0,047 mol/l [A - ] sebanding dengan 73% dari C HA [H + ] = [A - ] = 1,744 10-3 mol HA 1 g HA 1 mol HA 1000 mg HA 163,4 g HA 1,744 10-3 mol HA 1000 ml konsentrasi molar analitik = = 0,174 mol HA /L 10 ml 1L 73 mol A - mol HA [A - ] = 0,174 = 0,127 mol A - / L 100 mol HA L Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 6
SAL 5: Terangkan cara pembuatan 2 L larutan 0,108 M BaCl 2 dari BaCl 2 (244,3 g/mol) jawab: untuk menghasilkan larutan tersebut berapa gram BaCl 2 yang diperlukan 0,108 mol BaCl 2 2 L = 0,216 mol BaCl 2 1 L 244,3 g BaCl 2 0,216 mol BaCl 2 = 52,8 g BaCl 2 mol BaCl 2 Timbang dengan tepat 52,8 g BaCl 2 larutkan dalam air, tambahkan air hingga volume larutan mencapai 2 L SAL 6: Hitung molaritas K + dalam larutan aq yang mengandung 63,3 ppm K 3 Fe(CN) 6 (329,2 g/mol) jawab: larutan ini mengandung 63,3 g solut per 10 6 g larutan. Anggap kerapatan larutan sama dengan kerapatan air murni yaitu 1 g/ml atau 1000g/L [K + ] = 63,3 g K 3 Fe(CN) 6 10 6 g larutan 10 6 g larutan 1 mol K 3 Fe(CN) 6 3 mol K + L larutan 329,2 g K 3 Fe(CN) 6 1 mol K 3 Fe(CN) 6 = 5,77 10-4 mol K+ L SAL 7: Hitung konsentrasi molar HN 3 (63,0 g/mol) dalam suatu larutan dengan specific gravity 1,42 dan 70% HN 3 (w/w) jawab: hitung dulu berapa g asam dalam 1 L larutan kemudian ubah g asam/l mol asam/l g HN 3 = 1,42 g reagen m 10 3 m 70 g HN 3 100 g reagen = 994 g HN 3 C HN3 = 994 g HN 3 1 mol HN 3 15,8 mol HN 3 = 63,0 g HN 3 Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 7
SAL 8: Terangkan cara pembuatan 100 ml 6 M HCl dari larutan pekat dengan specific gravity 1,18 dan mengandung 37% (w/w) HCl (36,5 g/mol) C HCl = 1,18 103 g reagen 37 g HCl 1mol HCl = 12 M 100 g reagen 36,5 g HCl Banyaknya mol HCl yang dibutuhkan 1 L 6 mol HCl mol HCl = 100 ml = 0,6 mol 1000 ml L Banyaknya volume larutan pekat Vol HCl pekat = 0,6 mol HCl 1 = 0,05 L atau 50 ml 12 mol HCl Encerkan 50 ml HCl pekat sampai 100 ml Perhitungan molaritas dari data standardisasi SAL 9 : 50 ml larutan HCl memerlukan 29,71 ml larutan Ba(H 0,01963 M untuk mencapai titik akhir dengan indikator bromokresol hijau. Hitung molaritas HCl. Jawab: 2 mmol HCl 1 mmol Ba(H mmol Ba(H = 29,71 ml Ba(H 0,01963 mmol HCl = (29,71 0,01963) mmol Ba(H mmol Ba(H ml Ba(H 2 mmol HCl 1 mmol Ba(H C HCl = (29,71 0,01963 2) mmol HCl 50 ml HCl = 0,023328 mmol/ml HCl = 0,023328 M SAL 10: Titrasi 0,2121 g Na 2 ( 134,00 g/mol) murni memerlukan 43,31 ml KMn. Hitung molaritas larutan KMn. Reaksi yang berlangsung: 2Mn - 4 + 5 2-4 + 16H + 2Mn 2+ + 10C 2 + 8H 2 jawab: dari reaksi di atas 2 mmol KMn 5 mmol Na 2 mmol KMn = 0,2121 g Na 2 1 mmol Na 2 134 mg Na 2 2 mmol KMn 5 mmol Na 2 Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 8
C KMn = 0,2121 134 2 5 mmol KMn 43,31 ml KMn = 0,01462 M Perhitungan jumlah analit dari data titrasi SAL 11: suatu sampel bijih besi seberat 0,8040 g dilarutkan dalam asam. Besi kemudian direduksi menjadi Fe 2+ dan dititrasi dengan 0,02242 M KMn ternyata diperlukan 47,22 ml sampai tercapainya titik akhir. Hitung a) %Fe (55,847 g/mol) dan b) %Fe 3 (231,54 g/mol) di dalam sampel. Reaksi analit dengan reagen adalah: - Mn + 5Fe 2+ 8H + Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2 - jawab: 1 mmol Mn 5 mmol Fe 2+ 0,02242 mmol KMn 5 mmol Fe 2+ berat Fe 2+ = 47,22mL KMn 1 ml KMn 1 mmol KMn 55,847 mg Fe 2+ 1 mmol Fe 2+ % Fe 2+ = berat Fe 2+ 100% = 36,77% berat sampel 1 mmol Mn - 5 mmol Fe 2+ 1 mmol Fe 3 3 mmol Fe 2+ 5 mmol Fe 3 3 mmol Mn - 0,02242 mmol KMn 5 mmol Fe berat Fe 3 = 47,22mL KMn 3 1 ml KMn 3 mmol KMn 231,54 mg Fe 3 1 mmol Fe 3 berat Fe 3 % Fe 3 = 100% = 50,81% berat sampel SAL 12: suatu sampel bahan organik yang mengandung merkuri seberat 3,776 g diuraikan dengan HN 3. Setelah pengenceran, Hg 2+ dititrasi dengan 21,30 ml larutan NH 4 SCN 0,1144 M. Hitung %Hg (200,59 g/mol) di dalam sampel. Jawab: titrasi ini melibatkan pembentukan kompleks stabil Hg(SCN Hg 2+ + 2SCN - Hg(SCN (aq) pada titik ekuivalen 1 mmol Hg 2+ 2 mmol NH 4 SCN 0,1144 mmol NH 4 SCN berat Hg 2+ 1 mmol Hg = 47,22mL NH 4 SCN 2+ 1 ml NH 4 SCN 2 mmol NH 4 SCN 200,59 mg Hg 2+ 1 mmol Hg 2+ Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 9
% Hg 2+ = berat Hg 2+ 100% = 6,47% berat sampel SAL 13: sampel seberat 0,4755 g mengandung (NH 4 dilarutkan dengan air kemudian ditambah KH sehingga semua NH + 4 berubah menjadi NH 3. Selanjutnya NH 3 yang dilepaskan didistilasikan kedalam 50 ml 0,05035 M H 2 S. Kelebihan H 2 S kemudian dititrasi balik dengan 0,1214 M NaH sebanyak 11,13 ml. Hitung a)%n (14,007 g/mol) dan b) % (NH 4 (124,10 g/mol) dalam sampel jawab: a) H 2 S bereaksi dengan NH 3 dimana H 2 S + 2NH 3 2NH + 2-4 + S H 2 S bereaksi dengan NaH dimana H 2 S + 2NaH Na 2 S + 2H 2 1 mol H 2 S 2 mol NH 3 1 mol H 2 S 2 mol NaH mmol H 2 S total mmol H 2 S = 50 ml H 2 S 0,05035 ml H2 S =2,5175 mmol H 2 S mmol NaH mmol H 2 S pada titrasi balik= 11,13 ml NaH 0,1214 ml NaH 1 mmol H 2 S 2 mmol NaH =0,6756 mmol H 2 S Maka mmol H 2 S yang bereaksi dengan NH 3 = 2,5175-0,6756 = 1,8419 mmol H 2 S 1 mol H 2 S 2 mol NH 3 2 mol N mmol N = 1,8419 mmol H 2 S 2 mmol N 1 mmol H 2 S = 3,6838 mmol N Berat N = 3,6838 mmol N 14,007 mg N mmol N Berat N %N = 100% = 10,85% Berat sampel b) 1 mmol (NH 4 menghasilkan 2 mmol NH 3, sedangkan 2 mmol NH 3 bereaksi dengan 1 mmol H 2 S maka: 1 mmol (NH 4 1 mmol H 2 S mmol (NH 4 = 1,8419 mmol H 2 S 1 mmol (NH 4 1 mmol H 2 S Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 10
Berat (NH 4 = 1,8419 mmol (NH 4 124,1 mg (NH 4 1 mmol (NH 4 Berat (NH %(NH 4 = 4 100% = 48,07% Berat sampel SAL 14: Gas C dalam 20,3 L suatu sampel gas diubah mjd C 2 dengan melewatkan sampel gas pada I 2 5 dengan pemanasan 150 o C. I 2 5 (s) + 5C (g) I 2 (g) + C 2 (g) gas iodin yang dihasilkan didistilasi dan dikumpulkan pada suatu absorber yang mengandung 2-8,25 ml 0,01101 M Na 2 S 2 3 I 2 (g) + 2S 2 3 (aq) 2I - 2- (aq) + S 4 6 (aq) kelebihan Na 2 S 2 3 dititrasi balik dengan 2,16 ml larutan 0,00947 M I 2. Hitung mg C (28,01 g/mol) dalam 1 liter sampel. Jawab: 5 mol C 1 mol I 2 1 mol I 2 2 mol Na 2 S 2 3 5 mol C 2 mol Na 2 S 2 3 mmol total Na 2 S 2 3 = 8,25 ml Na 2 S 2 3 0,01101 mmol Na 2 S 2 3 ml Na 2 S 2 3 = 0,09083 mmol Na 2 S 2 3 mmol Na 2 S 2 3 yang digunakan dalam titrasi balik mmol I 2 2 mmol Na 2 S 2 3 = 2,16 ml I 2 0,00947 ml I 2 1 mmol I 2 = 0,04091 mmol Na 2 S 2 3 Maka mmol Na 2 S 2 3 yang bereaksi dengan I 2 = 0,09083-0,04091 mmol mmol C = (0,09083-0,04091) mmol Na 2 S 2 3 5 mmol C 2 mmol Na 2 S 2 3 = 0,1248 mmol C berat C = 0,1248 mmol C 28,01 mg C mmol C = 3,4956 mg 3,4956 mg C mg C = 0,172 20,3 L L Sonny Widiarto, 2009 Kimia Analitik 11