pertemuan ke 1 larutan dan gaya...

20
1 PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKUL Tujuan Pembelajaran: Mahasiswa mampu menjelaskan gaya antar molekul, jenis larutan, proses pelarutan dari sudut pandang molekul, satuan konsentrasi larutan, dan perubahan energi yang menyertai kelarutan, serta pengaruh suhu dan tekanan terhadap kelarutan

Upload: others

Post on 10-Sep-2019

53 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

1

PERTEMUAN KE 1

LARUTAN DAN

GAYA ANTARMOLEKUL

Tujuan Pembelajaran:

Mahasiswa mampu menjelaskan gaya antar molekul, jenis larutan, proses

pelarutan dari sudut pandang molekul, satuan konsentrasi larutan, dan

perubahan energi yang menyertai kelarutan, serta pengaruh suhu dan

tekanan terhadap kelarutan

Page 2: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

2

Molekul-molekul dalam cairan berinteraksi melalui satu atau lebih jenis gaya tarik.

Cairan juga memiliki volume tertentu, karena molekul-molekul dalam cairan tidak

saling memisah karena adanya gaya tarik tersebut. Tetapi, molekul-molekul tersebut

dapat bertukar tempat dengan bebas, sehingga cairan dapat mengalir, dapat dituang,

dan memiliki bentuk seperti wadahnya.

1. Gaya Antarmolekul

Gaya tarik di antara molekul-molekul, disebut gaya antarmolekul (intermolecular

forces), menyebabkan perilaku gas non ideal, dan menentukan keberadaan materi

terkondensasi, berupa cairan dan padatan. Ketika suhu gas turun, energi kinetik rata-

rata molekulnya turun. Akhirnya, pada suhu cukup rendah, molekul-molekul itu tidak

lagi memiliki cukup energi untuk memisahkan diri dari tarikan molekul lainnya. Pada

titik ini, molekul-molekul mengelompok untuk membentuk tetes-tetes cairan yang

kecil. Fenomena perubahan wujud gas menjadi cair dikenal sebagai pengembunan.

Berbeda dengan gaya antarmolekul, gaya intramolekul (intramolecular forces) adalah

gaya yang mengikat atom-atom dalam molekul. Gaya intramolekul, misalnya ikatan

kovalen, menstabilkan molekul masing-masing, sedangkan gaya antarmolekul

terutama menyebabkan sifat-sifat materi dalam jumlah besar (misalnya: titik leleh dan

titik didih). Umumnya, gaya antarmolekul jauh lebih lemah daripada gaya

intramolekul. Misalnya, diperlukan sekitar 41 kJ energi untuk menguapkan 1 mol air

pada titik didihnya; sedangkan energi yang diperlukan untuk memutuskan dua ikatan

O―H dalam 1 molekul air adalah sebesar 930 kJ.

Berbagai jenis gaya antarmolekul, yaitu: gaya dipol-dipol (dipol permanen), gaya

dipol-dipol terinduksi, dan gaya antar dipol-terinduksi (disebut juga gaya dispersi atau

gaya London) tercakup dalam gaya van der Walls. Gaya antar molekul lainnya yang

tidak termasuk ke dalam kelompok gaya van der Walls, yaitu gaya ion-dipol dan ikatan

hidrogen. Tarik-menarik antara ion dan dipol dengan gaya elektrostatik disebut gaya

Page 3: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

3

ion-dipol. Sedangkan ikatan hidrogen merupakan interaksi dipol-dipol yang cukup

kuat.

Gaya antarmolekul, misalnya antar molekul H2O dalam air atau es batu, seringkali

disebut gaya tarik fisik, karena pemutusan interaksi antar molekul tersebut hanya

berupa perubahan fisika (penguapan) dan bukan perubahan kimia. Berbeda dengan

ikatan kovalen yang termasuk ikatan kimia. Tapi dalam sistem tertentu yang lebih

kompleks, pemutusan gaya antarmolekul bisa pula menyebabkan terjadinya perubahan

sifat kimia.

1.1 Gaya Dipol-Dipol

Gaya dipol-dipol (dipole-dipole forces) merupakan gaya yang bekerja antara

molekul-molekul polar, yaitu antara molekul-molekul yang memiliki momen dipol.

Asal gaya ini adalah gaya elektrostatik. Makin besar momen dipolnya, makin kuat

gayanya. Gambar 1.1.1 menunjukkan orientasi molekul polar dalam suatu padatan.

Dalam cairan, molekul-molekul tidak terikat sekaku seperti pada padatan, tetapi

molekul-molekul cenderung tersusun sedemikian rupa sehingga, secara rata-rata,

interaksi tarik-menarik pada keadaan maksimum.

Gambar 1.1.1 Molekul-molekul yang memiliki momen dipol permanen cenderung

mengatur diri dengan kepolaran yang berlawanan dalam fasa padat

untuk menghasilkan interaksi tarikan yang maksimum.

1.2 Gaya Ion-Dipol

Interkasi elektrostatik juga menjelaskan gaya ion-dipol (ion-dipole forces) yang terjadi

antara suatu ion (bisa kation atau anion) dengan suatu molekul polar (Gambar 1.2.1).

Page 4: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

4

Kekuatan interaksi ini bergantung pada muatan dan ukuran ion dan pada besarnya

momen dipol dan ukuran molekul. Muatan kation umumnya lebih terpusat, karena

kation biasanya lebih kecil daripada anion. Jadi untuk muatan yang sama, kation

berinteraksi lebih kuat daripada anion.

Gambar 1.2.1 Dua jenis interaksi ion-dipol

Hidrasi, yang telah dibahas sebelumnya, adalah salah satu contoh interaksi ion-dipol.

Dalam larutan NaCl dalam air, ion-ion Na+ dan Cl- dikelilingi oleh molekul air, yang

memiliki momen dipol yang besar (1,87 D). Bila senyawa ionik seperti NaCl

dilarutkan, molekul-molekul air bertindak sebagai isolator listrik yang

mempertahankan ion-ion saling berjauhan. Di sisi lain, karbon tetraklorida (CCl4)

adalah molekul nonpolar, dan karena itu tidak memiliki kemampuan untuk terlibat

dalam interaksi ion-dipol. Yang kita temukan dalam prakteknya adalah bahwa karbon

tetraklorida merupakan pelarut yang buruk untuk senyawa ionik, seperti kebanyakan

cairan nonpolar lainnya.

Salah satu contoh interaksi ion-dipol lainnya yaitu hidrasi antara ion Na+ dan Mg2+

dikelilingi oleh molekul air, yang memiliki momen dipol yang besar (1,87 D). Karena

ion Mg2+ memiliki muatan yang lebih besar dan jari-jari ion yang lebih kecil (78pm)

dibanding ion Na+- (98 pm), maka ion Mg2+ memiliki interaksi yang lebih kuat

dibanding Na+ dengan molekul air (Gambar 1.2.2).

Gambar 1.2.2 Interaksi ion-dipol antara ion Na+ dan Mg2+ dengan molekul air

Page 5: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

5

1.3 Gaya Dispersi

Sejauh ini hanya spesi-spesi ion dan molekul polar yang telah dibahas. Interaksi tarik-

menarik seperti apa yang ada antara molekul nonpolar? Untuk belajar menjawab

pertanyaan ini, perhatikan susunan yang ditunjukkan oleh Gambar 1.3.1. Jika kita

menempatkan ion atau molekul polar di dekat suatu atom (atau molekul nonpolar),

maka distribusi elektron pada atom (atau molekul) itu akan terganggu dengan gaya

yang dilakukan oleh ion atau molekul polar tersebut. Dipol yang dihasilkan dalam atom

(atau molekul) itu disebut dipol terinduksi (induced dipole) sebab pemisahan muatan

positif dan negatif dalam atom (atau molekul nonpolar) itu disebabkan oleh

kedekatannya dengan suatu ion atau molekul polar. Interaksi tarik-menarik antara ion

dan dipol terinduksi disebut interaksi ion-dipol terinduksi, dan interaksi tarik antara

dipol dan dipol terinduksi disebut interaksi dipol-dipol terinduksi.

Gambar 1.3.1 (a) Distribusi muatan bola pada atom helium, (b) Gangguan yang

disebabkan oleh mendekatnya kation, (c) Gangguan yang disebabkan

oleh mendekatnya suatu dipol

Kemungkinan momen dipol akan terinduksi bergantung bukan hanya pada muatan ion

atau kekuatan dipol tetapi juga bergantung pada kepolaran atom atau molekul.

Keterpolaran (polarizability) adalah kemudahan terganggunya distribusi elektron

dalam suatu atom (atau molekul). Umumnya, semakin banyak jumlah elektron dan

semakin menyebar awan elektron dalam suatu atom atau molekul, akan semakin besar

keterpolarannya. Yang dimaksud dengan awam yang menyebar adalah awan elektron

Page 6: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

6

yang tersebar dalam volume yang cukup besar, sehingga elektron-elektron tersebut

tidak terikat kuat oleh inti.

Keterpolaran kemungkinan gas-gas yang mengandung atom atau molekul nonpolar

(misalnya He dan N2) untuk mengembun. Dalam atom helium elektron-elektron

bergerak pada jarak tertentu dari inti. Pada saat tertentu mungkin saja atom ini memiliki

momen dipol yangdihasilkan oleh letak tertentu elekton-elektron tersebut. Momen

dipol ini disebut dipol sesaat karena dipol ini hanya berlangsung sepersekian detik

yang sangat singkat. Pada saat berikutnya elektron-elektron berada pada tempat yang

bebeda dan atom ini memiliki dipol sesaat yang baru, dan seterusnya. Tetapi, jika

dirata-ratakan terhadap waktu (yaitu, waktu yang diperlukan untuk melakukan

pengukuran momen dipol), atom tersebut tidak memiliki momen dipol karena dipol-

dipol sesaat saling menghilangkan satu sama lain. Dalam kumpulan atom-atom He,

dipol sesaat suatu atom He dapat menginduksi dipol pada setiap atom tetangga

terdekatnya (Gambar 1.3.2). Pada saat berikutnya, dipol sesaat yang berbeda dapat

menciptakan dipol-dipol sementara pada atom-atom He di sekitarnya. Hal penting di

sini adalah bahwa interaksi semacam ini menghasilkan tarik-menarik antara atom-atom

He. Pada suhu yang sangat rendah (dan laju gerak atom turun), tarik-menarik ini cukup

untuk mengikat atom-atom itu, menyebabkan gas helium untuk mengembun. Tarik-

menarik antara molekul-molekul nonpolar dapat dijelaskan dengan cara serupa.

Gambar 1.3.2 Dipol terinduksi yang berinteraksi satu sama lain. Pola tersebut hanya

ada sesaat; susunan baru terbentuk pada saat berikutnya. Jenis interaksi

ini menyebabkan pengembunan gas-gas nonpolar

Page 7: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

7

Seorang fisikawan Jerman, London, menunjukkan bahwa besarnya tarik-menarik ini

berbanding lurus dengan keterpolaran atom atau molekul. Gaya tarik-menarik yang

timbul sebagai hasil dipol-dipol yang terinduksi sementara dalam atom atau molekul,

yang disebut gaya dispersi (dispersion forces), kemungkinan cukup lemah. Hal

tersebut benar untuk helium, yang memiliki titik didih hanya 4,2 K atau -269 °C. Jadi,

atom helium memiliki keterpolaran yang kecil.

Gaya dispersi biasanya meningkat dengan meningkatnya ukuran molekul karena

molekul-molekul dengan ukuran yang lebih besar cenderung semakin mudah untuk

terjadi pemisahan muatan positif dan negatif, dan semakin mudah untuk menjadi dipol

terinduksi. Tabel 1.3.1 membandingkan titik leleh beberapa zat yang terdiri atas

molekul-molekul nonpolar. Titik leleh meningkat dengan bertambahnya ukuran

molekul. Karena semuanya adalah molekul nonpolar, satu-satunya gaya tarik-menarik

antarmolekul yang ada adalah gaya dispersi.

Tabel 1.3.1 Titik leleh senyawa-senyawa nonpolar yang serupa

Dalam banyak kasus, gaya dispersi sebanding atau bahkan lebih besar daripada gaya

dipol-dipol antara molekul-molekul polar. Sebagai contoh, perbandingan titik didih

CH3F (-78,4 °C) dan CCl4 (76,5 °C). Walaupun CH3F memiliki momen dipol sebesar

1,8 D, zat ini mendidih pada suhu yang lebih rendah daripada CCl4, suatu molekul

nonpolar yang mengandung lebih banyak elektron. Sebagai hasilnya, gaya dispersi

antara molekul CCl4 lebih kuat daripada daripada gaya dispersi dan gaya dipol-dipol

antara molekul CH3F.

Page 8: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

8

Latihan 1.

Jenis gaya antarmolekul apa yang ada di antara pasangan-pasangan ini? (a) HBr dan

H2S, (b) Cl2 dan CBr4, (c) I2 dan NO3-, dan (d) NH3 dan C6H6, (e) LiF, (f) CH4, dan (g)

SO2.

1.4 Ikatan Hidrogen

Bukti awal adanya ikatan hidrogen berasal dari kajian mengenai titik didih senyawa.

Biasanya, titik didih sederet senyawa yang mengandung unsur-unsur dalam golongan

yang sama meningkat dengan meningkatnya massa molar. Tetapi, seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar 1.4.2, senyawa hidrogen unsur-unsur golongan 5A, 6A, dan

7A tidak mengikuti kecenderungan ini. Dalam setiap deret ini, senyawa yang paling

ringan (NH3, H2O, dan HF) memiliki titik didih tertinggi. Alasannya adalah adanya

ikatan hidrogen yang meluas antara molekul-molekul dalam senyawa ini.

Gambar 1.4.2 Titik didih senyawa hidrogen untuk unsur-unsur golongan 5A, 6A, dan

7A

Ikatan hidrogen (hydrogen bond) adalah jenis khusus interaksi dipol-dipol antara

atom hidrogen dalam ikatan polar, seperti N―H, O―H, atau F―H, dengan atom

elektronegatif O, N, atau F (Gambar 1.4.1).

Page 9: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

9

Gambar 1.4.1 Ikatan hidrogen antar molekul-molekul air, amonia, dan hidrogen

flourida. Garis tidak putus-putus mewakili ikatan kovalen, dan garis

putus-putus mewakili ikatan hidrogen.

Energi rata-rata satu ikatan hidrogen cukup besar untuk satu interaksi dipol-dipol

hingga 40 kJ/mol. Kekuatan ikatan hidrogen ditentukan oleh interaksi coulomb antara

pasangan elektron bebas pada atom elektronegatif dan inti hidrogen. Agak aneh

mengetahui titik didih HF yang lebih rendah dari air. Flourin lebih elektronegatif

dibandingkan oksigen, sehingga diharapkan ikatan hidrogen yang lebih kuat terdapat

dalam cairan HF daripada dalam H2O. Tetapi H2O termasuk unik karena molekul-

molekulnya terlibat dalam empat ikatan hidrogen antarmolekul dan karena itu molekul

H2O saling terikat lebih kuat.

Latihan 2.

1. Manakah di antara yang berikut yang dpaat membentuk ikatan hidrogen dengan air?

(a) CH3OCH3, (b) CH4, (c) F-, (d) HCOOH, (e) Na+.

2. Manakah di antara spesi-spesi berikut yangdapat berikatan hidrogen antar

sesamanya? (a) H2S, (b) C6H6, (c) CH3OH.

Page 10: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

10

Kebanyakan reaksi kimia berlangsung bukan antara padatan murni, cairan murni, atau

gas murni, melainkan antara ion-ion dan molekul-molekul yang terlarut dalam air atau

pelarut yang lain. Penerapan yang luas dalam kemampuan cairan untuk dalam

melarutkan zat terlarut. Sebagai contoh, air dan gasolin tidak dapat melarutkan satu

sama lain, tetapi air dan etanol dapat larut dalam berbagai perbandingan. Hal yang

sama, yaitu garam seperti kalium bromida dapat larut dalam air tetapi tidak dapat larut

dalam hidrokarbon cair. Untuk dapat memahami alasan perbedaan kedua contoh di

atas, kita dapat memepelajari faktor pendorong atau penghambat dalam pembentukkan

larutan.

2. Jenis Larutan

Larutan ialah campuran homogen dari dua zat atau lebih. Karena

definisi ini tidak menyatakan batasan mengenai jenis zat yang terlibat,

kita dapat membedakan enam jenis larutan, bergantung pada wujud

asal (padatan, cairan, dan gas) komponen larutan (Tablel 2.1).

Kimiawan juga membedakan larutan berdasarkan kemampuannya

melarutkan zat terlarut. Larutan yang mengandung jumlah maksimum

zat terlarut di dalam pelarut, pada suhu tertentu, dinamakan larutan

jenuh (saturated solution). Sebelum titik jenuh tercapai, larutannya

disebut larutan tak jenuh (unsaturated solution); larutan ini

mengandung zat terlarut lebih sedikit dibandingkan dengan

kemampuannya untuk melarutkan. Jenis ketiga, larutan lewat jenuh

(supersaturated solution), mengandung lebih banyak zat terlarut

dibandingkan yang terdapat di dalam larutan jenuh, walaupun

keadaan ini sulit untuk dicapai.

Larutan lewat jenuh bukanlah larutan yang sangat stabil. Pada saatnya, sebagian zat

terlarut akan terpisah dari larutan lewat jenuh sebagai kristal. Proses terpisahnya zat

terlarut dari larutan dan membentuk kristal dinamakan pengkristalan (crystalliza-

tion). Pengendapan dan pengkristalan kedua-duanya menjelaskan terpisahnya zat

Page 11: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

11

padat berlebih dari larutan lewat jenuh. Namun, padatan yang terbentuk berbeda

penampilannya. Endapan berbentuk partikel kecil dan kristal berukuran besar dan

bentuknya bagus.

Tabel 2.1 Jenis-jenis larutan

3. Proses Pelarutan dari Sudut Pandang Molekul

Dalam cairan dan padatan, molekul-molekul saling terikat akibat adanya tarik-menarik

antarmolekul. Gaya ini yang memainkan peranan penting dalam pembentukkan

larutan. Bila suatu zat (zat terlarut) larut dalam zat lainnya (pelarut), partikel zat terlarut

akan menyebar ke seluruh pelarut. Partikel zat terlarut ini menempati posisi yang

biasanya ditempati molekul pelarut. Kemudian zat terlarut menggantikan molekul

pelarut bergantung pada kekuatan relatif dari tiga jenis interaksi:

a. Interaski pelarut-pelarut

b. Interaski zat terlarut-zat terlarut

c. Interaski pelarut- zat terlarut

Gambar 3.1 Proses pelarutan dari sudut pandang molekul digambarkan berlangsung

dalam tiga tahap

Page 12: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

12

Untuk sederhananya, kita dapat membayangkan proses pelarutan ini berlangsung

dalam tiga tahap berbeda (Gambar 3.1). Tahap 1 ialah pemisahan molekul pelarut, dan

tahap 2 adalah pemisahan molekul zat terlarut. Kedua tahap ini memerlukan input

energi untuk memutuskan tarik-menarik antarmolekul; dengan demikian tahap ini

adalah tahap endoterm. Pada tahap 3 molekul pelarut dan molekut zat terlarut

becampur. Tahap ini dapat bersifat eksoterm atau endoterm. Kalor pelarutan ∆Hlarutan

mengikuti rumus:

∆Hlarutan = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3

Jika tarik-menarik zat terlarut-pelarut lebih kuat dibandingkan tarik-menarik pelarut-

pelarut dan tarik-menarik zat terlarut- zat terlarut, maka proses pelarutanlah yang akan

berlangsung; dengan kata lain, proses eksoterm (∆Hlarutan < 0). Jika tarik-menarik zat

terlarut-pelarut lebih lemah dibandingkan tarik-menarik pelarut-pelarut dan tarik-

menarik zat terlarut-zat terlarut, maka prosesnya endoterm (∆Hlarutan > 0).

Mengapa zat terlarut larut seluruhnya dalam pelarut padahal tarik-menarik

antara sesama molekulnya lebih kuat dibandingkan tarik-menarik antara

molekul-molekul zat telarut dengan molekul pelarut?

Proses pelarutan, seperti halnya semua proses fisis dan kimia, dipengaruhi oleh dua

faktor. Faktor pertama adalah energi, yang menentukan apakah proses pelarutan

bersifat eksoterm atau endoterm. Faktor kedua ialah kecenderungan hakiki menuju

ketidakteraturan dalam semua kejadian di alam. Ketika molekul zat terlarut dan

molekul pelarut bercampur membentuk larutan, ketidakteraturan akan meningkat.

Dalam keadaan murni, pelarut dan zat terlarut memiliki derajat keteraturan yang cukup

tinggi, tampak dari cukup teraturnya susunan atom, molekul atau ion dalam ruang tiga

dimensi. Keteraturan yang tinggi ini akan hancur bila zat terlarut larut dalam pelarut

(Gambar 3.1). Jadi, proses pelarutan diiringi oleh peningkatan ketidakteraturan atau

keacakan. Meningkatnya ketidakteraturan sistem inilah yang menyebabkan zat apapun

larut, sekalipun proses pelarutannya bersifat endoterm.

Page 13: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

13

Kelarutan merupakan ukuran banyaknya zat terlarut yang akan melarut dalam pelarut

pada suhu tertentu. Ungkapan “yang sejenis melarutkan yang sejenis/like dissolved

like” membantu kita memprediksikan kelarutan zat dalam pelarut. Ungkapan ini

menyatakan bahwa dua zat dengan jenis dan besar gaya antarmolekul yang sama akan

cenderung saling melarutkan. Sebagai contoh, baik CCl4 maupun C6H6 adalah cairan

nonpolar. Gaya-gaya antarmolekul yang ada dalam kedua zat ini hanyalah gaya

dispersi. Bila kedua cairan dicampurkan, keduanya segera saling melarutkan, sebab

tarik-menarik antara molekul CCl4 dan C6H6 setara besarnya dengan tarik-menarik

antara sesama molekul CCl4 dan antara sesama molekul C6H6. Bila dua cairan saling

melarutkan dengan sempurna dalam segala perbandingan, keduanya disebut mampu

bercampur (miscible). Alkohol seperti metanol, etanol, dan etilena glikol mampu

bercampur dengan air karena kemampuannya membentuk ikatan hidrogen dengan

molekul air.

Bila natrium klorida dilarutkan dalam air, ion-ionnya distabilkan dalam larutan melalui

hidrasi, yang melibatkan interaksi ion-dipol. Secara umum, kita meramalkan bahwa

senyawa ionik akan jauh lebih larut dalam pelarut polar, seperti amonia, dan cairan

hidrogen flourida, dibandingkan dalam pelarut nonpolar, seperti benzena dan karbon

tetraklorida. Karena molekul pelarut nonpolar tidak memiliki momen dipol, molekul

seperti ini tidak dapat secara efektif mensolvasi ion Na+ dan Cl-. Solvasi (solvation)

ialah proses di mana ion atau molekul dikelilingi oleh molekul pelarut yang memiliki

susunan tertentu. Bila pelarutnya air, prosesnya dinamakan hidrasi. Interaksi

antarmolekul yang menonjol antara ion-ion dan senyawa nonpolar ialah interaksi ion

dipol terinduksi, yang jauh lebih lemah dibandingkan interaksi ion-dipol. Akibatnya,

senyawa ionik biasanya memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam pelarutan

nonpolar.

Page 14: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

14

Latihan 3.

1. Apakah iodin (I2) lebih larut dalam air atau dalam karbon disulfida (CS2)?

2. Prediksikan kelarutan relatif molekul urea dalam dalam karbon disulfida (CS2).

4. Satuan Konsentrasi

Studi kuantitatif larutan mengharuskan kita untuk mengetahui konsentrasi larutan,

yaitu banyaknya zat terlarut yang ada dalam sejumlah larutan tertentu. Kimiawan

menggunakan beberapa satuan konsentrasi, yaitu: persen berdasarkan massa, fraksi

mol, kemolaran, dan kemolalan.

4.1 Persen berdasar Massa

Persen berdasar massa (percent by mass) dengan simbol besaran %m, dan didefinisikan

sebagai:

𝑝𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛 𝑏𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 (%𝑚) = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 + 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 × 100%

=𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 × 100%

Persen berdasar massa tidak mempunyai dimensi sebab merupakan perbandingan dari

dua besaran yang sama.

4.2 Fraksi Mol

Fraksi mol didefiniskian sebagai ukuran konsentrasi larutan yang menyatakan

perbandingan jumlah mol sebagian zat terhadap jumlah mol total komponen larutan.

Fraksi mol zat terlarut (Xt) dan fraksi mol pelarut (Xp) dirumuskan sebagai berikut:

𝑋𝑡 =𝑛𝑡

𝑛𝑡+𝑛𝑝 dan 𝑋𝑝 =

𝑛𝑝

𝑛𝑡+𝑛𝑝

Page 15: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

15

nt = jumlah mol zat terlarut

np = jumlah mol pelarut

4.3 Kemolaran (CM)

Satuan kemolaran telah dipelajari sebelumnya, didefinisikan sebagai banyaknya mol

zat terlarut dalam 1 L larutan, artinya:

𝐾𝑒𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟𝑎𝑛 = 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛

Jadi, kemolaran mempunyai satuan mol per liter (mol/L) atau molar (M).

4.4 Kemolalan (Cm)

Kemolalan (molality) ialah banyaknya mol zat terlarut dalam 1 kg (1000 g) pelarut,

artinya:

𝐾𝑒𝑚𝑜𝑙𝑎𝑙𝑎𝑛 = 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 (𝑘𝑔)

Misalnya, untuk menyiapkan 1 molal atau 1 m larutan natrium sulfat (Na2SO4), perlu

melarutkan 1 mol (142,0 g) zat tersebut dalam 1000 g (1 kg) air. Bergantung pada jenis

interaksi zat terlarut-pelarut, volume akhir larutan bisa lebih atau kurang dari 1000 mL.

4.5 Perbandingan Satuan-satuan Konsentrasi

Pemilihan satuan konsentrasi dilakukan berdasarkan tujuan pengukuran. Keuntungan

penggunaan kemolaran ialah karena biasanya lebih mudah untuk mengukur volume

larutan dengan menggunakan labu ukur yang telah dikalibrasi secara cermat,

dibandingkan dengan menimbang larutan. Dengan alasan ini, kemolaran seringkali

Page 16: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

16

lebih disukai dibandingkan kemolalan. Sebaliknya, kemolalan tidak bergantung pada

suhu, sebab konsentrasi dinyatakan dalam jumlah mol zat terlarut dan massa pelarut,

sedangkan volume larutan umumnya meningkat dengan meningkatnya suhu.

Latihan 4.

1. Hitunglah kemolaran dari 1,74 m larutan sukrosa yang kerapatannya adalah 1,12

g/mL.

2. Hitunglah kemolalan larutan 5,86 M etanol yang kerapatannya adalah 0,927 g/mL.

3. Berapa kemolalan larutan yang mengandung 7,78 g urea dalam 203 g air?

5. Pengaruh Suhu terhadap Kelarutan

Kelarutan didefinisikan sebagai jumlah maksimum zat terlarut yang akan melarut

dalam sejumlah tertentu pelarut pada suhu tertentu.

5.1 Kelarutan Padatan dan Suhu

Gambar 5.1.1 menunjukkan pengaruh suhu terhadap kelarutan beberapa senyawa

ionik dalam air. Secara umum, kelarutan zat padatan meningkat dengan meningkatnya

suhu. Secara umum, pengaruh suhu terhadap kelarutan lebih baik ditentukan melalui

percobaan.

Gambar 5.1.1 Kelarutan beberapa senyawa ionik dalam air terhadap suhu

Page 17: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

17

5.2 Kelarutan Gas dan Suhu

Kelarutan gas dalam air biasanya menurun dengan meningkatnya dengan suhu

(Gambar 5.2.1). Bila air dipanaskan dalam beaker, dapat terlihat gelembung udara

yang terbentuk di sisi kaca sebelum air mendidih dengan meningkatnya suhu, molekul

udara yang terlarut mulai “mendidih” dan keluar dari larutan jauh sebelum air itu

sendiri mendidih. Menurunnya kelarutan molekul oksigen dalam air panas

menyebabkan polusi termal, yaitu memanasnya lingkungan ke suhu yang

membahayakan bagi makhluk hidup di dalamnya.

Gambar 5.2.1 Kelarutan gas O2 dalam air yang bergantung pada suhu

Pengetahuan tentang variasi kelarutan gas terhadap suhu dapat meningkatkan

hasil tangkapan ikan ketika memancing. Pada hari yang panas, seorang

pemancing berpengalaman biasanya melempar umpan di bagian dalam dari

sungai atau danau. Karena kandungan oksigen lebih banyak di bagian yang lebih

dalam dan lebih dingin.

6. Pengaruh Tekanan terhadap Kelarutan Gas

Hubungan kuantitatif antara kelarutan gas dan tekanan ditunjukkan oleh hukum Henry

(Henry’s Law), yang menyatakan bahwa kelarutan gas dalam cairan berbanding lurus

dengan tekanan gas di atas larutannya:

CM = kP

CM = kemolaran (mol/L) gas yang terlarut

Page 18: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

18

P = tekanan gas di atas larutan (atm)

k = konstanta (mol/L.atm)

Hukum Henry dapat dipahami secara kualitatif ditinjau dari segi teori kinetik molekul.

Banyaknya gas yang akan terlarut dalam pelarut bergantung pada seberapa sering

molekul-molekul dalam fasa gas bertumbukkan dengan permukaan cairan dan terjebak

oleh fasa cairan. Andaikan kita mempunyai gas dalam kesetimbangan dinamis dengan

larutan (Gambar 6.1a). Pada setiap saat, jumlah molekul gas yang memasuki larutan

sama dengan jumlah molekuk terlarut yang bergerak memasuki fasa gas. Bila tekanan

parsial dinaikkan, semakin banyak molekul yang larut dalam cairan karena semakin

banyak molekul yang menabrak permukaan cairan. Proses ini terus berlanjut sampai

konsentrasi larutan kembali sedemikian rupa sehingga jumlah molekul yang

meninggalkan larutan per detik sama dengan jumlah molekul yang memasuki larutan

(Gambar 6.1b). Karena meningkatnya konsentrasi molekul dalam fasa gas dan juga

dalam fasa larutan, jumlah molekul akan lebih banyak dalam (b) dibandingkan dalam

(a), di mana tekanan parsialnnya lebih rendah.

Gambar 6.1 Interpretasi molekular berdasarkan hukum Henry. Bila tekanan parsial

gas di atas larutan meningkat dari (a) ke (b), konsentrasi gas terlarut juga

meningkat

Page 19: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

19

Contoh praktis dari hukum Henry ialah pembuihan minuman

berkarbonasi bila tutup botol dibuka. Sebelum botol ditutup,

botol diberi tekanan berupa campuran udara dan CO2 yang

dijenuhkan dengan uap air. Karena tingginya tekanan parsial

CO2 di dalam campuran gas penekan, jumlah CO2 yang terlarut

dalam minuman berkarbonasi beberapa kali lebih tinggi

dibandingkan yang terlarut pada kondisi atmosfer normal. Bila

tutup dibuka, gas yang tertekan akan terlepas, pada akhirnya

tekanan dalam botol menurun mencapai tekanan atmosfer, dan

banyaknya CO2 yang tersisa dalam minuman ditentukan hanya

oleh tekanan parsial atmosfer normal dari CO2, yaitu 0,0003 atm.

Kelebihan CO2 yang terlarut akan keluar dari larutan,

menyebabkan pembuihan.

Latihan 5.

Hitunglah kemolaran oksigen dalam air pada 25 °C untuk tekanan parsial 0,22 atm.

Konstanta hukum Henry untuk oksigen ialah 1,3 x 10-3 mol/L.atm.

TUGAS

Selamat mengerjakan.

1. Susunlah senyawa-senyawa berikut berdasarkan meningkatnya kelarutan dalam air:

O2, LiCl, Br2, dan CH3OH.

2. Hitunglah kemolaran dan kemolalan NH3 dalam larutan yang mengandung 30 g NH3

dalam 70 g air. Kerapatan larutannya adalah 0,982 g/mL.

3. Kerapatan larutan yang mengandung 10 persen etanol berdasar massa ialah 0,984

g/mL. (a) Hitunglah kemolalan larutan, (b) Hitunglah kemolaran, (c) Berapa volume

larutan yang mengandung 0,125 mol etanol?

Page 20: PERTEMUAN KE 1 LARUTAN DAN GAYA ANTARMOLEKULkuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/41297/mod_resource/content/1/Modul 1 - Gaya... · sifat kimia. 1.1 Gaya Dipol-Dipol Gaya dipol-dipol

20

4. Seorang pria membeli seekor ikan mas di toko hewan. Setelah kembali ke rumah, ia

meletakkan ikan tersebut dalam mangkok yang berisi air yang telah didinginkan dan

didinginkan dengan cepat. Beberapa menit kemudian ikan tersebut mati. Jelaskan

apa yang terjadi dengan ikan tersebut.

5. Seorang penambang yang bekerja 260 meter di bawah permukaan laut membuka

minuman berkarbonasi sewaktu istirahat siangnya. Ia heran karena minumannya

terasa agak “hambar”. Segera setelah itu, ia naik ke permukaan, selama

perjalanannya ke atas, ia tidak berhenti bersendawa. Mengapa?

6. Kelarutan CO2 dalam air pada 25 °C dan 1 atm ialah 0,034 mol/L. Berapa

kelarutannya pada kondisi atmosfer? (tekanan parsial CO2 di udara ialah 0,0003

atm). Asumsikan bahwa CO2 mematuhi hukum Henry.

7. Kelarutan KNO3 ialah 155 g per 100 g air pada 75 °C dan 38 g pada 25 °C. Berapa

massa (dalam gram) KNO3 yang akan mengkristal dari larutan jika tepat 100 g

larutan jenuhnya pada 75 °C didinginkan menjadi 25 °C?