12.5 Pengaruh Tekanan pada Kelarutan Gas

Untuk semua tujuan praktis, tekanan eksternal tidak memiliki pengaruh pada kelarutan cairan dan padatan, tetapi untuk kelarutan gas sangat mempengaruhi. Hubungan kuantitatif antara kelarutan dan tekanan gas diberikan oleh hukum Henry, yang menyatakan bahwa kelarutan gas dalam cairan berbanding lurus dengan tekanan gas pada larutan:

Di sini c adalah konsentrasi molar (mol/L) gas terlarut; P adalah tekanan (dalam satuan atm) gas di atas larutan pada kesetimbangan; dan, untuk gas tertentu, k adalah konstanta yang hanya bergantung pada suhu. Konstanta k memiliki satuan mol/L.atm. Kita dapat menunjukkan bahwa ketika tekanan gas sama dengan 1 atm, c secara numerik sama dengan k. Jika terdapat beberapa gas yang ada dalam larutannya, maka P adalah tekanan parsial.

Hukum Henry dapat dipahami secara kualitatif dari segi teori kinetika molekul. Jumlah gas yang akan larut dalam pelarut tergantung pada seberapa sering molekul gas bertabrakan dengan permukaan cairan dan terperangkap oleh kondensasi fase. Misalkan kita memiliki gas dalam kesetimbangan dinamis dengan larutan [Gambar 12.6(a)]. Setiap saat, jumlah molekul gas yang memasuki larutan sama dengan jumlah molekul terlarut yang bergerak ke fase gas. Jika tekanan parsial gas meningkat [Gambar 12.6(b)], lebih banyak molekul larut dalam cairan karena lebih banyak molekul yang menumbuk permukaan cairan. Proses ini berlanjut sampai konsentrasi larutan sekali lagi sedemikian rupa sehingga jumlah molekul yang meninggalkan larutan per detik sama dengan jumlah yang memasuki larutan. Karena semakin tinggi konsentrasi molekul baik dalam fase gas maupun larutan, sehingga jumlah ini lebih besar di (b) daripada di (a), di mana tekanan parsial lebih rendah.

Gambar 12.6 Interpretasi molekuler dari hukum Henry. Ketika tekanan parsial gas di atas larutan meningkat dari (a) sampai (b), konsentrasi gas terlarut juga meningkat menurut Persamaan (12.3).

Demonstrasi praktis dari hukum Henry adalah buih minuman ringan ketika tutup botol dilepas. Sebelum botol minuman disegel, diberi tekanan dengan campuran udara dan CO2 jenuh dengan uap air. Karena parsial yang tinggi tekanan CO2 dalam campuran gas bertekanan, jumlah terlarut dalam minuman ringan adalah berkali-kali jumlah yang akan larut dalam kondisi atmosfer normal. Ketika tutupnya dilepas, gas bertekanan keluar, akhirnya tekanan dalam botol turun ke tekanan atmosfer, dan jumlah CO2 yang tersisa dalam minuman ditentukan hanya oleh tekanan parsial atmosfer normal CO2, 0,0003 atm. Kelebihan CO2 terlarut keluar dari larutan, menyebabkan buih.

Contoh 12.6 menerapkan hukum Henry untuk gas nitrogen.

Contoh 12.6

Kelarutan gas nitrogen pada 25°C dan 1 atm adalah 6,8 x 10⁻⁴ mol/L. Apakah konsentrasi (dalam molaritas) nitrogen terlarut dalam air di bawah kondisi atmosfer? Tekanan parsial gas nitrogen di atmosfer adalah 0,78 atm. 

Strategi 

Kelarutan yang diberikan memungkinkan kita untuk menghitung konstanta hukum Henry (k), yang kemudian dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi larutan. 

Penyelesaian 

Langkah pertama adalah menghitung besaran k dalam Persamaan (12.3):

Penurunan kelarutan ini disebabkan oleh penurunan tekanan dari 1 atm menjadi 0,78 atm.

Periksa

Rasio konsentrasi [(5,3 x 10⁻⁴ M/6,8 x 10⁻⁴ M) = 0,78] seharusnya sama dengan rasio tekanan (0,78 atm/1,0 atm = 0,78).

Latihan

Hitung konsentrasi molar oksigen dalam air pada 25°C untuk tekanan parsial 0,22 atm. Konstanta hukum Henry untuk oksigen adalah 1,3 x 10⁻³ mol/L.atm.

Sebagian besar gas mematuhi hukum Henry, tetapi ada beberapa pengecualian penting. Sebagai contoh, jika gas terlarut bereaksi dengan air, kelarutan yang lebih tinggi dapat dihasilkan. Kelarutan amonia jauh lebih tinggi dari yang diharapkan karena reaksi

Karbon dioksida juga bereaksi dengan air, sebagai berikut:

Contoh menarik lainnya adalah pelarutan molekul oksigen dalam darah. Biasanya, gas oksigen hanya sedikit larut dalam air (lihat Latihan pada Contoh 12.6). Namun, kelarutannya dalam darah secara dramatis lebih besar karena kandungan yang tinggi dari molekul hemoglobin (Hb). Setiap molekul hemoglobin dapat mengikat hingga empat molekul oksigen, yang akhirnya dikirim ke jaringan untuk digunakan dalam metabolisme:

Proses inilah yang menyebabkan tingginya kelarutan molekul oksigen dalam darah. Esai Kimia dalam Tindakan nyata terdapat pada bagian soal menjelaskan bencana alam dengan menggunakan hukum Henry.

Ulasan Konsep

Manakah dari gas berikut yang memiliki konstanta hukum Henry terbesar dalam air pada 25°C: CH4, Ne, HCl, H2?