12.2 Proses Pelarutan

Daya tarik antarmolekul yang menyatukan molekul dalam cairan dan padatan juga memainkan peran sentral dalam pembentukan larutan. Ketika satu zat (zat terlarut) larut dalam zat lain (pelarut), partikel-partikel zat terlarut tersebar ke seluruh pelarut. Partikel terlarut menempati posisi yang biasanya diambil oleh molekul pelarut. Mudahnya suatu partikel terlarut menggantikan molekul pelarut tergantung pada kekuatan relatif dari tiga jenis interaksi berikut, yaitu:

• interaksi pelarut-pelarut

• interaksi terlarut-terlarut

• interaksi pelarut-terlarut

Agar lebih sederhana, dapat dibayangkan proses larutan berlangsung dalam tiga langkah berbeda (Gambar 12.2). Langkah pertama adalah pemisahan molekul pelarut, dan langkah kedua memerlukan pemisahan molekul zat terlarut. Langkah-langkah ini membutuhkan masukan energi untuk memecah gaya antarmolekul yang saling tarik menarik; oleh karena itu, bersifat endotermik. Pada langkah ketiga, molekul pelarut dan zat terlarut bercampur. Proses ini bisa eksotermik ataupun endotermik. Kalor dari larutan ΔHlar diperoleh dengan rumus:

ΔHlar = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

Jika tarikan pelarut-pelarut lebih kuat daripada tarikan terlarut-terlarut dan tarikan pelarut-terlarut, proses pelarutannya lebih disukai, atau eksotermik (ΔHlar < 0). Jika interaksi terlarut-pelarut lebih lemah dari interaksi pelarut-pelarut dan interaksi terlarut-terlarut, maka proses pelarutannya adalah endotermik (ΔHlar > 0).

Mungkin muncul pertanyaan mengapa zat terlarut larut sama sekali dalam pelarut jika tarikan molekulnya sendiri lebih kuat daripada tarikan zat terlarut-pelarut. Proses pelarutan, seperti semua proses fisika dan kimia, diatur oleh dua faktor. Salah satunya adalah energi, yang menentukan apakah suatu proses larutan eksotermik atau endotermik. Faktor kedua adalah kecenderungan yang melekat pada ketidakteraturan di semua peristiwa alam. Dengan cara yang hampir sama bahwa setumpuk kartu remi baru tercampur setelah dikocok beberapa kali, ketika molekul zat terlarut dan pelarut bercampur membentuk larutan, terjadi peningkatan keacakan, atau ketidakteraturan. Dalam keadaan murni, pelarut dan zat terlarut memiliki tingkat keteraturan yang merata, yang dicirikan oleh susunan atom, molekul, atau ion yang kurang lebih teratur dalam ruang tiga dimensi. Sebagian besar urutan ini berantakan ketika zat terlarut ada dalam pelarut (lihat Gambar 12.2). Oleh karena itu, proses pemecahannya disertai dengan peningkatan ketidakteraturan. Ini adalah peningkatan ketidakteraturan sistem yang mendukung kelarutan zat apa pun, bahkan jika proses pelarutannya adalah endotermik.

Gambar 12.2 Gambaran molekuler dari proses pelarutan yang digambarkan berlangsung dalam tiga langkah: Pertama, molekul pelarut dan zat terlarut dipisahkan (langkah 1 dan 2). Kemudian campuran molekul pelarut dan zat terlarut (langkah 3).

Kelarutan adalah ukuran berapa banyak zat terlarut yang akan larut dalam pelarut pada suhu tertentu. Ungkapan "suka sama suka" berguna untuk memprediksi kelarutan suatu zat dalam pelarut tertentu. Arti dari ungkapan ini adalah bahwa dua zat dengan gaya antarmolekul dengan jenis dan besaran yang sama cenderung dapat larut satu sama lain. Misalnya, karbon tetraklorida (CCl4) dan benzena (C6H6) adalah cairan nonpolar. Satu-satunya gaya antarmolekul yang ada dalam zat ini adalah gaya dispersi (lihat Bagian 11.2). Ketika kedua cairan ini bercampur, keduanya akan segera larut satu sama lain, karena tarikan antara molekul CCl4 dan C6H6 sebanding besarnya dengan gaya antar molekul CCl4 dan antar molekul C6H6. Dua cairan dikatakan dapat larut jika keduanya benar-benar larut satu sama lain dalam semua proporsi. Alkohol seperti metanol, etanol, dan 1,2-etilen glikol dapat larut dengan air karena dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air:

Ketika natrium klorida larut dalam air, ion-ion distabilkan dalam larutan melalui hidrasi, yang melibatkan interaksi ion-dipol. Secara umum, diperkirakan bahwa senyawa ionik harus jauh lebih larut dalam pelarut polar, seperti air, amonia cair, dan hidrogen fluorida cair, daripada dalam pelarut nonpolar, seperti benzena dan karbon tetraklorida. Karena molekul pelarut nonpolar memiliki momen dipol lemah, mereka tidak dapat secara efektif melarutkan ion Na⁺ dan Cl⁻. (Pelarutan adalah proses di mana ion atau molekul dikelilingi oleh molekul pelarut yang disusun dengan cara tertentu. Proses ini disebut hidrasi jika pelarutnya adalah air.) Interaksi antarmolekul yang dominan antara ion dan senyawa nonpolar adalah interaksi dipol yang diinduksi ion, yang jauh lebih lemah daripada interaksi ion-dipol. Akibatnya, senyawa ionik biasanya memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam pelarut nonpolar.

Contoh 12.1 menggambarkan cara memprediksi kelarutan jika diketahui gaya antarmolekul dalam zat terlarut dan pelarut.

Contoh 12.1

Perkirakan kelarutan relatif dalam kasus berikut: (a) Brom (Br2) dalam benzena (C6H6, 𝜇 = 0 D) dan dalam air (𝜇 = 1,87 D), (b) KCl dalam karbon tetraklorida (CCl4, 𝜇 = 0 D ) dan dalam amonia cair (NH3, 𝜇 = 1,46 D), (c) formaldehida (CH2O) dalam karbon disulfida (CS2, 𝜇 = 0 D) dan dalam air.

Strategi

Dalam memprediksi kelarutan, ingat ungkapan: suka sama suka. Larutan nonpolar akan larut dalam pelarut nonpolar; senyawa ionik umumnya akan larut dalam pelarut polar karena interaksi ion-dipol yang menguntungkan; zat terlarut yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan pelarut akan memiliki kelarutan yang tinggi dalam pelarut tersebut.

Penyelesaian

(a) Br2 adalah molekul nonpolar dan oleh karena itu harus lebih larut dalam C6H6, yang juga nonpolar, daripada dalam air. Satu-satunya gaya antarmolekul antara Br2 dan C6H6 adalah gaya dispersi.

(b) KCl adalah senyawa ionik. Untuk melarutkannya, ion K⁺ dan Cl⁻ tunggal harus distabilkan dengan interaksi ion-dipol. Karena CCl4 tidak memiliki momen dipol, KCl seharusnya lebih larut dalam NH3 cair, molekul polar dengan momen dipol yang besar.

(c) Karena CH2O adalah molekul polar dan CS2 (molekul linier) nonpolar, maka gaya antara molekul CH2O dan CS2 adalah dipol yang diinduksi dipol dan dispersi. Di sisi lain, CH2O dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air, sehingga seharusnya lebih mudah larut dalam pelarut tersebut.

Latihan

Apakah yodium (I2) lebih larut dalam air atau dalam karbon disulfida (CS2)?