16.6 Kelarutan
Kesetimbangan
Reaksi
presipitasi sangat
penting dalam industri, obat-obatan, dan kehidupan sehari-hari. Misalnya,
persiapan bahan
kimia industri yang
penting seperti natrium karbonat (NaCO), didasarkan pada reaksi pengendapan.
Pelarutan enamel gigi, yang terutama terbuat dari hidroksiapatit [Ca5(PO4)3OH], dalam medium asam dapat menyebabkan kerusakan
gigi. Barium sulfat (BaSO4), senyawa tidak larut yang tidak tembus
cahaya sinar X. digunakan untuk mendiagnosa penyakit pada saluran pencernaan.
Stalaktit dan stalagmit yang terdiri dari kalsium karbonat (CaCO3), diproduksi oleh
reaksi pengendapan dan begitu banyak makanan, seperti fudge.
Aturan umum untuk
memprediksi kelarutan senyawa ionik dalam air diperkenalkan dalam Bagian 4.2.
Meskipun berguna, aturan kelarutan ini tidak memungkinkan kita untuk membuat
prediksi kuantitatif tentang seberapa banyak senyawa ionik yang diberikan akan
menghilang dalam air. Untuk mengembangkan pendekatan kuantitatif, kita mulai
dengan apa yang sudah kita ketahui tentang keseimbangan kimia. Kecuali
dinyatakan lain, dalam diskusi berikut pelarutnya adalah air dan suhunya adalah
25 C.
Produk
Kelarutan
Pertimbangkan larutan perak
klorida jenuh yang bersentuhan dengan perak klorida padat. Ekuilibrium
kelarutan dapat direpresentasikan sebagai
:
AgCl(s) ⇋ Ag+(aq)
+ Cl-(aq)
Perak klorida adalah
garam yang tidak larut. Sejumlah
kecil AgCl
padat yang larut dalam air diasumsikan terdisosiasi sepenuhnya menjadi ion Ag+ dan Cl-. Kita tahu dari Bab 14
bahwa untuk reaksi heterogen, konsentrasi padatan Recal adalah konstanta.
Dengan demikian, kita dapat menulis konstanta kesetimbangan untuk pelarutan AgCl.
Ksp = [Ag+][Cl-]
Sebagai
mana Ksp disebut produk kelarutan konstan atau hanya produk kelarutan. Secara
umum, produk kelarutan senyawa adalah produk dari konsentrasi molar ion
konstituen, masing-masing naik ke kekuatan koefisien stoikiometrinya dalam
persamaan kesetimbangan.
Karena setiap unit AgCl
hanya berisi satu ion Ag+
dan satu ion Cl-
ekspresi produk kelarutannya sangat sederhana untuk ditulis. Berikut ini contoh lebih kompleks .
·
MgF2
MgF2(s) ⇋ Mg2+(aq)
+2F-(aq) Ksp
= [Mg2+][F-]2
·
Ag2CO3
Ag2CO3(s) ⇋ 2Ag+(aq) +CO32-(aq) Ksp = [Ag+]2[CO32-]
·
Ca3(PO4)2
Ca3(PO4)2(s) ⇋ 3Ca2+(aq) +2PO32- (aq) Ksp
= [Ca2+]3[PO32-]2
Tabel 16.2 daftar
produk kelarutan untuk sejumlah garam dengan kelarutan rendah. Garam terlarut
seperti NaCl
dan KNO3, yang memiliki nilai Ksp sangat besar, tidak
terdaftar dalam tabel karena pada dasarnya alasan yang sama yang kami tidak
memasukkan Ka,
nilai untuk asam kuat pada Tabel 15.3. Nilai Ksp menunjukkan kelarutan suatu ionik yang
semakin kecil nilai nilainya untuk membandingkan kelarutan, kita harus memilih senyawa
yang memiliki rumus serupa, seperti AgCl
dan ZnS, atau CaF2
dan Fe(OH)2,
semakin kurang senyawa dalam air.
Namun, catatan dalam Bab 15 (hal. 663) berasumsi bahwa zat
terlarut menunjukkan perilaku ideal untuk perhitungan yang melibatkan
konsentrasi larutan, tetapi asumsi ini tidak selalu valid. Sebagai contoh,
solusi barium fuoride (BaF2)
dapat mengandung pasangan ion netral dan bermuatan, seperti BaF2, dan BaF+,
selain
ion Ba2+
dan F-
bebas. Selanjutnya, banyak anion dalam senyawa ionik yang tercantum dalam Tabel
16.2 adalah konjugat. Asam
lemah, pertimbangkan tembaga sulfida (CuS),
ion S2- dapat
menghidrolisis sebagai berikut :
S2-(aq) + H2O(l)
⇋ HS-(aq) + OH-(aq)
HS-(aq) + H2O(l) ⇋ H2S-(aq) + OH-(aq)
Ion logam kecil
bermuatan tinggi seperti Al3+
dan Bi3+
akan mengalami hidrolisis seperti dibahas pada Bagian 15.10. Baik pembentukan
pasangan ion dan hidrolisis garam menurunkan konsentrasi ion yang muncul dalam
ekspresi Ksp, tetapi tidak perlu khawatir dengan penyimpangan dari perilaku
ideal di sini.
Untuk pelarutan padatan
ionik dalam larutan berair, salah satu dari berikut ini kondisi mungkin ada:
1)
Solusinya
tidak jenuh
2)
Solusinya
jenuh, atau
3)
Solusinya
adalah jenuh.
Untuk
konsentrasi ion yang tidak sesuai dengan kondisi kesetimbangan, maka menggunakan hasil bagi
reaksi (lihat Bagian 14.4), yang dalam hal ini disebut produk ion (Q), untuk memprediksi
apakah endapan akan terbentuk. Perhatikan bahwa Q memiliki bentuk yang sama dengan Ksp
kecuali bahwa konsentrasi ion bukan konsentrasi kesetimbangan. Sebagai contoh,
jika kita mencampurkan suatu larutan yang mengandung ion Ag+ dengan satu yang
mengandung ion Cl-,
maka produk ion diberikan adalah :
Q = [Ag+]0[Cl-]0
Subscript 0 mengingatkan bahwa ini adalah
konsentrasi awal dan tidak selalu berhubungan dengan pada kesetimbangan.
Kemungkinan hubungan antara Q dan Ksp
adalah :
Q < Ksp
[Ag+]0[Cl-]0
< 1.6 x 10-10 Larutan
Tak Jenuh (Tanpa Pengendapan)
Q = Ksp
[Ag+][Cl-]
= 1.6 x 10-10 Larutan
Jenuh (Tanpa Pengendapan)
Q > Ksp Larutan
Jenuh : AgCl akan mengendap sampai
[Ag+]0[Cl-]0
> 1.6 x 10-10 konsentrasi
ionik sama dengan 1.6 x 10-10
TINJAUAN
KONSEP
Diagram berikut merupakan solusi dari
AgCl, yang mungkin juga mengandung ion seperti Na+ dan NO3-)
(tidak ditampilkan) yang tidak mempengaruhi kelarutan AgCl. Jika (a) merupakan solusi jenuh
AgCl, klasifikasikan senyawa
lain sebagai tak jenuh,
jenuh, atau jenuh.
Kelarutan
Molar dan Kelarutan
Ada dua cara lain untuk
mengekspresikan kelarutan suatu zat
:
kelarutan molar, yang merupakan jumlah mol zat terlarut dalam 1 L dari larutan jenuh
(mol/L), dan
kelarutan, yang merupakan jumlah gram zat terlarut dalam 1 L larutan jenuh (g /
L). Perhatikan bahwa kedua ekspresi ini merujuk pada konsentrasi larutan jenuh
pada beberapa suhu tertentu (biasanya 25 °C)
Kelarutan dan kelarutan molar
keduanya mudah digunakan di laboratorium. dapat menggunakannya untuk menentukan
Ksp, dengan mengikuti
langkah-langkah yang diuraikan pada Gambar 16.9 (a). Contoh 16.8
mengilustrasikan prosedur yaitu :
Asam-basa Kesetimbangan dan
Kelarutan Kesetimbangan
Contoh 16.8
Kelarutan kalsium sulfat
(CaSO4) ditemukan menjadi 0,67 g / L. Hitung nilai Ksp untuk kalsium sulfat.
Ingat
: Diberi kelarutan CaSO4, dan diminta untuk
menghitung Ksp-nya. Urutan langkah-langkah konversi, sesuai dengan Gambar 16.9
(a), adalah :
Penyelesain
: Pertimbangkan disosiasi
CasO4,
dalam air. Biarlah kelarutan molar (dalam mol / L) dari CaSO4
Produk dari larutan CaSO4
adalah :
Pertama, hitung jumlah mol
CaSO4 yang dilarutkan dalam 1 L larutan :
Dari kesetimbangan
solubilitas kita melihat bahwa untuk setiap mol CaSO4 yang larut, 1
mol Ca dan 1 mol
dihasilkan kesetimbangan :
Kadang-kadang diberi nilai Ksp untuk senyawa dan
diminta untuk menghitung kelarutan molar senyawa. Sebagai contoh, Ksp perak
bromida (AgBr) adalah 7,7 x 10
dapat
dihitung kelarutan
molarnya dengan prosedur yang sama seperti untuk konstanta ionisasi asam.
Pertama kita mengidentifikasi spesies yang ada pada kesetimbangan. Di sini kita
memiliki ion Ag+ dan Br-, menjadi kelarutan molar
(dalam mol / L) AgBr. Karena satu unit AgBr menghasilkan satu Ag dan satu ion Br,
pada kesetimbangan baik [Ag+]
dan [Br-] sama dengan s. Perubahan konsenrasi
sebagai berikut:
Contoh
16.9
Dengan menggunakan data pada Tabel 16.2, hitung kelarutan
tembaga (II) hidroksida, Cu (OH) dalam g / L.
Ingat : Cari Ksp
dari Cu(OH)2 dan hitung kelarutannya dalam g/L. Dengan urutan
langkah-langkah konversi, sesuai Gambar 16.9 (b), adalah :
Penyelesaian : Pertimbangkan disosiasi Cu(OH)2
dalam air :
Perhatikan bahwa konsentrasi molar OH- dua kali
lipat dari Cu2+. Kelarutan Cu(OH)2 adalah :
Dari nilai Ksp pada Tabel 16.2, maka dapat diselesaikan
kelarutan molar Cu(OH)2 sebagai berikut :
Sehingga, massa molar dari Cu(OH)2 dan kelarutan
molar, kami menghitung kelarutan dalam g /L:
Seperti Contoh 16.8 dan
16.9 menunjukkan, kelarutan dan kelarutan produk terkait. Jika kita tahu satu, kita dapat
menghitung yang lain, tetapi masing-masing kuantitas memberikan informasi yang
berbeda. Tabel 16.3 menunjukkan hubungan antara kelarutan molar dan produk
kelarutan untuk sejumlah senyawa ionik.
Ketika melakukan perhitungan kelarutan
dan / atau produk kelarutan, ingatlah beberapa poin penting berikut ini:
1. Kelarutan
adalah kuantitas zat yang larut dalam jumlah air tertentu untuk menghasilkan
larutan jenuh. Dalam perhitungan kesetimbangan kelarutan, biasanya dinyatakan
sebagai gram zat terlarut per liter larutan. Kelarutan molar adalah jumlah mol
zat terlarut per liter larutan.
2. Produk
kelarutan adalah konstanta kesetimbangan.
3. Kelarutan
molar, kelarutan, dan produk kelarutan semuanya mengacu pada larutan jenuh
Memprediksi
Reaksi Pengendapan
Dari pengetahuan
tentang aturan kelarutan (lihat Bagian 4.2) dan produk kelarutan yang tercantum
dalam Tabel 16.2, kita dapat memprediksi apakah endapan akan terbentuk ketika
kita mencampur dua solusi atau menambahkan senyawa yang larut ke dalam larutan.
Kemampuan ini sering memiliki nilai praktis. Dalam persiapan industri dan
laboratorium, kita dapat menyesuaikan konsentrasi sampai produk ion melebihi Kip
untuk mendapatkan senyawa tertentu (dalam bentuk endapan). Kemampuan
memprediksi reaksi pengendapan juga berguna dalam pengobatan. Misalnya, batu
ginjal, yang bisa sangat menyakitkan, sebagian besar terdiri dari kalsium
oksalat, CaC2O4, (Ksp = 2.3 x 10-9). Konsentrasi
fisiologis normal dari ion kalsium dalam plasma darah adalah sekitar 5 mM (I mM
= 1 x 10-3 M). Ion oksalat (CaC2O42- berasal dari asam oksalat hadir dalam banyak
sayuran seperti rhubarb dan bayam, bereaksi dengan ion kalsium untuk membentuk
kalsium oksalat tak terpakai, yang dapat secara bertahap membangun di ginjal.
Penyesuaian yang tepat dari diet pasien dapat membantu mengurangi pembentukan
endapan Contoh 16.10 mengilustrasikan langkah-langkah yang terlibat dalam
memprediksi reaksi pengendapan.
Contoh
16.10
Tepat 200 mL 0,0040 M BaCl2 dicampur dengan tepat
600 mL 0,0080 M K2SO4,apakah akan bentuk endapan?
Strategi Dalam kondisi apa senyawa ionik
akan mengendap dari larutan? Ion dalam larutan adalah Ba2+, Cl-, K+, dan SO42-?
. Menurut aturan kelarutan yang tercantum pada Tabel 4.2 (hal. 125),
satu-satunya endapan yang dapat terbentuk adalah BaSO4. Dari informasi
yang diberikan, kita dapat menghitung [Ba2+]
dan [SO42-]
karena
kita tahu jumlah mol ion dalam larutan asli dan volume larutan gabungan.
Selanjutnya, kita menghitung hasil bagi reaksi Q (Q
= [Ba2+]0[SO42-]0)
dan membandingkan nilai Q dengan Ksp
dari BaSO4,
untuk melihat endapan akan
terbentuk, yaitu jika
larutanya adalah jenuh. Akan
sangat membantu untuk membuat sketsa situasi.
Solusi : Jumlah mol dalam Ba2+ 200 mL dalam larutan asli
Total volume setelah menggabungkan
dua solusi adalah 800 mL. Konsentrasi Ba2+ dalam volume 800 mL adalah
Jumlah mol SO42- dalam larutan 600 mL asli
Konsentrasi SO42- dalam 800 mL
larutan gabungan adalah
Sekarang kita harus membandingkan Q dan Ksp Dari
Tabel 16.2
Q > Ksp
Solusinya adalah jenuh karena nilai Q menunjukkan bahwa
konsentrasi ion terlalu besar. Dengan demikian, beberapa BaSO4 akan
mengendap dari larutan.