Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan (KSP)

Pelarutan & pengendapan merupakan reaksi kimia yg biasa terjadi di sekitar kehidupan kita sehari-hari & bahkan di dlm badan kita. Enamel gigi yg komposisi utamanya yaitu mineral hidroksiapatit [Ca₅(PO₄)₃OH] dapat mengalami pelarutan dlm medium bersifat asam yg dengan-cara lanjut akan menyebabkan karies gigi.

Pengendapan garam-garam tertentu dlm ginjal akan menimbulkan terbentuknya watu ginjal. Pengendapan CaCO₃ dr air tanah memegang peranan penting dlm pembentukan stalaktit & stalagmit. Selain itu, air maritim dgn fokus ion-ion Ca²⁺ & CO₃²⁻ cukup tinggi turut kuat terhadap eksistensi terumbu karang yg tersusun dr CaCO₃.

Pada pembahasan tentang reaksi pengendapan dlm artikel “Kelarutan Garam”, sudah diterangkan petunjuk umum memprediksikan kelarutan garam dlm air yg merupakan aspek kualitatif kesetimbangan larutan. Selanjutnya, postingan ini akan memfokuskan pembahasan pada prediksi kelarutan dr aspek kuantitatif.

Kelarutan (s)

Jika kita melarutkan sedikit garam dapur (NaCl), misalnya 10 g ke dlm 100 mL air pada suhu ruang, maka seluruh NaCl akan larut. Bagaimana bila kita menambahkan lebih banyak NaCl? Apakah suplemen NaCl tersebut masih akan larut? Adakah batas-batas di mana NaCl tak mampu larut lagi?

Bila kita melarutkan 100 g NaCl ke dlm 100 mL air, maka sebagian NaCl akan tak larut. Pada kondisi ini, larutan dibilang “jenuh”. Larutan bosan yaitu larutan di mana pelarut tak dapat melarutkan zat terlarut lagi sehingga terdapat zat terlarut yg tak larut (mengendap). Kelarutan (solubility) didefinisikan selaku jumlah maksimum zat yg dapat larut dlm sejumlah tertentu pelarut pada suhu tertentu. Kelarutan sebuah zat umumnya dinyatakan dlm satuan g/L atau mol/L. Kelarutan yg dinyatakan dlm mol/L umumnya disebut selaku kelarutan molar, s.

Contoh Soal Kelarutan:

Dalam 500 mL larutan bosan kalsium fluorida (CaF₂) terdapat 8,2 mg CaF₂. Tentukan kelarutan CaF₂ dlm mol/L.

Pembahasan:

Kelarutan molar = molaritas larutan jenuh; s = n / V. Jadi, massa zat terlarut mesti dikonversi terlebih dulu menjadi jumlah mol zat terlarut. Lalu, molaritas larutan diputuskan dr jumlah mol zat terlarut per satuan volum larutan.

Jumlah mol CaF₂ = =

Kelarutan CaF₂ = s = = .

Tetapan Hasil Kali Kelarutan (K_sp)

Dalam larutan jenuh, semua zat terlarut yg berwujud padat pula masih akan terus melarut. Namun, dengan-cara serentak pula ada zat terlarut yg telah larut berganti kembali menjadi padat dgn laju yg sama. Dengan kata lain, dlm larutan bosan terdapat kesetimbangan dinamis zat terlarut yg padat dgn yg larut.

Sebagai contoh, pada larutan jenuh BaSO₄ terdapat kesetimbangan antara proses pelarutan padatan BaSO₄ sehingga terdisosiasi menjadi ion-ion Ba²⁺ & SO₄²⁻ dgn proses pengendapan BaSO₄ dr interaksi elektrostatik tarik-menawan ion Ba²⁺ dgn ion SO₄²⁻.

BaSO₄(s) ⇌ Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)

Tetapan kesetimbangan kelarutan padatan ionik dgn ion-ionnya yg terlarut disebut tetapan hasil kali kelarutan (solubility product constant), K_sp. Tetapan hasil kali kelarutan untuk BaSO₄, yakni:

K_sp = [Ba²⁺][SO₄²⁻]

Secara biasa , persamaan K_sp untuk senyawa ionik A_xB_y adalah:

A_xB_y(s) ⇌ xA^m+(aq) + yBⁿ⁻(aq)

K_sp = [A^m+]^x[Bⁿ⁻]^y

Nilai K_sp hanya bergantung pada temperatur, sama mirip tetapan kesetimbangan lainnya. Tabel berikut memperlihatkan nilai K_sp dr beberapa senyawa ionik pada 25°C. Senyawa-senyawa ionik yg gampang larut mirip NaCl & KNO₃ memiliki nilai K_sp yg sungguh besar namun tak akurat sehingga tak terdaftar dlm tabel. Rendahnya akurasi disebabkan oleh tingginya fokus ion-ion pada larutan jenuhnya sehingga larutan menjadi tak ideal.

Hubungan Kelarutan (s) & Tetapan Hasil Kali Kelarutan (K_sp)

Kelarutan dr sebuah zat mampu berganti bergantung pada beberapa faktor. Misalnya, kelarutan dr senyawa hidroksida mirip Mg(OH)₂, bergantung pada pH larutan. Kelarutan zat pula dipengaruhi oleh fokus ion-ion lain dlm larutan, khususnya ion-ion senama. Dengan kata lain, nilai kelarutan dr suatu zat terlarut akan berubah bila spesi lain dlm larutan berubah. Hal ini berlainan dgn K_sp, nilai K_sp dr sebuah zat terlarut selalu tetap pada setiap temperatur yg spesifik. Untuk memahami kekerabatan s & K_sp, amati kesetimbangan kelarutan dlm larutan bosan Ag₂CO₃ berikut.

Ag₂CO₃(s) ⇌ 2Ag⁺(aq) + CO₃²⁻(aq)

Konsentrasi ion Ag⁺ & ion CO₃²⁻ dlm larutan jenuh pada ketika setimbang dapat dikaitkan dgn kelarutan Ag₂CO₃ sesuai dgn stoikiometri perbandingan koefisien reaksi. Jika kelarutan Ag₂CO₃ dinyatakan dgn s, maka konsentrasi ion Ag⁺ sama dgn 2s & konsentrasi ion CO₃²⁻ sama dgn s.

Ag₂CO₃(s) ⇌ 2Ag⁺(aq) + CO₃²⁻(aq)

Dengan demikian, kekerabatan _s & K_sp Ag₂CO₃ dapat dinyatakan sebagai berikut.

Pengaruh Ion Senama kepada Kelarutan

Berdasarkan asas Le Châtelier, bila pada adonan yg berada dlm kesetimbangan dinaikkan konsentrasi salah satu reaktannya maka kesetimbangan akan bergeser ke arah penghematan jumlah reaktan tersebut. Makara, kelarutan dr sebuah senyawa ionik akan menyusut dgn adanya zat terlarut lain yg memiliki ion senama. Sebagai teladan, kelarutan AgCl dlm air murni akan lebih besar dibanding kelarutan AgCl dlm larutan NaCl.

Pada kesetimbangan kelarutan AgCl dlm larutan NaCl akan menyebabkan terbentuknya lebih banyak endapan AgCl jika dibanding dgn dlm air murni. Garam NaCl merupakan elektrolit kuat yg mudah terdisosiasi menjadi ion Na⁺ & ion Cl⁻. Ion Cl⁻ yg merupakan ion senama bila konsentrasinya bertambah, maka akan menjadikan kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan endapan AgCl. Akibatnya, kelarutan AgCl menjadi berkurang.

Pengaruh pH kepada Kelarutan

Tingkat keasaman larutan (pH) mampu mensugesti kelarutan dr aneka macam jenis zat, terutama senyawa hidroksida & garam dr asam lemah yg sulit larut. Untuk lebih jelasnya, amati kedua acuan berikut.

1. pH & kelarutan senyawa hidroksida

Mg(OH)₂(s) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq)           K_sp = 1,8 × 10⁻¹¹

Larutan bosan Mg(OH)₂ memiliki pH = 10,52 dgn kelarutannya 1,7 × 10⁻⁴ mol/L.

Bila Mg(OH)₂ dilarutkan dlm larutan buffer dgn pH = 9,0, maka pOH = 5,0 & [OH⁻] = 1,0 × 10⁻⁵, maka lewat perhitungan persamaan tetapan kesetimbangan kelarutan Mg(OH)₂ diperoleh:

Kelarutan Mg(OH)₂ dlm larutan buffer pH 9,0 yakni 0,18 mol/L. Hal ini menunjukkan bahwa kelarutan Mg(OH)₂ meningkat seiring dgn penurunan pH larutan.

Secara lazim, kalau pH mengalami penurunan, maka kelarutan senyawa hidroksida akan meningkat.

2. pH & kelarutan garam dr asam lemah

Kelarutan PbF₂ pula meningkat seiring bertambahnya keasaman larutan. Hal ini dikarenakan anion F⁻ bersifat basa (F⁻ yaitu basa konjugasi dr asam lemah HF). Oleh lantaran itu, kesetimbangan kelarutan PbF₂ bergeser ke kanan berhubung konsentrasi F⁻ menyusut seiring protonasi membentuk HF.

PbF₂(s) ⇌ Pb²⁺(aq) + 2F⁻(aq)

F⁻(aq) + H⁺(aq) ⇌ HF(aq)

Persamaan reaksi kesetimbangan keseluruhan untuk kedua reaksi tersebut, yaitu:

PbF₂(s) + 2H⁺(aq) ⇌ Pb²⁺(aq) + 2HF(aq)

Garam yang lain dgn anion seperti CO₃²⁻, PO₄³⁻, CN⁻, & S²⁻ pula mempunyai kecenderungan yg sama. Secara umum, jikalau pH mengalami penurunan, maka kelarutan garam dr asam lemah akan meningkat.

Memprediksikan Pengendapan

Pada pembahasan kesetimbangan kimia telah diterangkan kuosien reaksi (Q) yg dipakai untuk menentukan arah berlangsungnya reaksi untuk meraih kesetimbangan. Dalam kesetimbangan kelarutan, nilai Q adalah hasil kali fokus molar ion-ion dlm larutan dgn asumsi zat terdisosiasi tepat. Perbandingan nilai Q dgn K_sp mampu digunakan untuk memprediksikan terjadi atau tidaknya pengendapan, sebagaimana ketentuan berikut.

• Jika Q < K_sp, larutan belum bosan & tak terbentuk endapan.
• Jika Q = K_sp, larutan tepat jenuh, namun belum terbentuk endapan.
• Jika Q > K_sp, terbentuk endapan.

Contoh Soal Kelarutan & Hasil Kali Kelarutan (KSP) & Pembahasan

Contoh Soal 1:

Hitunglah kelarutan Cu(OH)₂ dlm satuan g/L, kalau dimengerti K_sp Cu(OH)₂ = 2,2 × 10⁻²⁰.

Pembahasan:

Contoh Soal 2:

Hitunglah kelarutan molar PbI₂ dlm larutan KI 0,1 M. (K_sp PbI₂ = 7,1 × 10⁻⁹)

Pembahasan:

Dalam larutan, KI akan terdisosiasi menjadi ion K⁺ & ion I⁻. Pada larutan KI 0,1 M, [I⁻] = 0,1 M. Asumsikan s yaitu jumlah mol PbI₂ yg larut menghasilkan 1 L larutan jenuh, sehingga terdapat aksesori s mol Pb²⁺/L & 2s mol I⁻/L.

PbI₂(s) ⇌ Pb²⁺(aq) + 2I⁻(aq)

Oleh karena dapat diduga bahwa s ≪ 0,1, maka dapat diasumsikan (0,1 + 2s) ≈ 0,1.

Jadi, kelarutan molar PbI₂ dlm larutan KI 0,1 M yakni 7,1 × 10⁻⁷ mol/L.

Contoh Soal 3:

Sebanyak 100 mL Ca(NO₃)₂ 0,3 M dicampurkan dgn 200 mL larutan NaF 0,06 M. Jika K_sp CaF₂ = 3,2 × 10⁻¹¹, apakah akan terbentuk endapan CaF₂?

Pembahasan:

Untuk mengetahui terbentuk atau tidaknya endapan CaF₂, kita perlu membandingkan nilai Q kepada K_sp CaF₂. Sebelum menentukan nilai Q, kita perlu mencari konsentrasi ion Ca²⁺ & ion F⁻ dlm campuran terlebih dahulu.

Dalam 100 mL Ca(NO₃)₂ 0,3 M, jumlah mol Ca(NO₃)₂ = (0,3 mol/L)(0,1 L) = 0,03 mol

Dalam 200 mL NaF 0,06 M, jumlah mol NaF = (0,06 mol/L)(0,2 L) = 0,012 mol

Ca(NO₃)₂(aq)   → Ca²⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)

0,03 mol                      0,03 mol      0,06 mol

NaF(aq)            → Na⁺(aq) + F⁻(aq)

0,012 mol                    0,012 mol    0,012 mol

Setelah pencampuran, [Ca²⁺] = & [F⁻] = .

Karena Q > K_sp, sehabis pencampuran terbentuk endapan CaF₂.

Referensi:

Atkins, Peter & Jones, Loretta. 2010. Chemical Principles: The Quest for Insight (5^th edition). New York: W.H. Freeman & Company

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Chang, Raymond & Goldsby, Kenneth A. 2016. Chemistry (12^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2009. Kimia SMA & MA untuk Kelas XI Jilid 2. Jakarta: Esis

Oxtoby, David W., Gillis, H.P., & Campion, Alan. 2012. Principles of Modern Chemistry (7^th edition). California: Brooks/Cole, Cengage Learning

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk Sekolah Menengan Atas Kelas XI. Jakarta: Erlangga

Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi Wargamasyarakat.org yang lain:

1. Konfigurasi Elektron
2. Deret Volta
3. Reaksi Redoks