16.10 Kesetimbangan Ion Kompleks dan Kelarutan

Reaksi asam-basa Lewis terjadi ketika kation logam bergabung dengan basa Lewis menghasilkan pembentukan ion kompleks. Dengan demikian, dapat didefinisikan ion kompleks sebagai ion yang mengandung kation logam pusat yang terikat pada satu atau lebih molekul atau ion. Ion kompleks sangat penting bagi banyak proses kimia dan biologis. Di sini akan dibahas pengaruh pembentukan ion kompleks pada kelarutan. Dalam Bab 22 akan dibahas kimia ion kompleks secara lebih rinci.

Gambar 16.10 (Kiri) Larutan kobalt (II) klorida berair. Warna merah muda ini disebabkan adanya ion Co(H₂O)₆²⁺.
(Kanan) Setelah penambahan larutan HCl, larutan berubah menjadi biru karena terbentuknya ion CoCl₄²⁺ kompleks.

Logam transisi memiliki kecenderungan tertentu membentuk ion kompleks karena memiliki subkulit d yang tidak terisi penuh. Sifat ini memungkinkannya untuk bertindak secara efektif sebagai asam Lewis dalam reaksi dengan banyak molekul atau ion yang berfungsi sebagai donor elektron, atau sebagai basa Lewis. Sebagai contoh, larutan kobalt (II) klorida berwarna merah muda karena adanya ion Co(H₂O)₆²⁺ (Gambar 16.10). Ketika HCl ditambahkan, larutan menjadi biru sebagai hasil dari pembentukan ion kompleks CoCl₄²⁻:

Co²⁺(aq) + 4Cl⁻(aq) ⇋ CoCl₄²⁻(aq)

Tembaga (II) sulfat (CuSO₄) larut dalam air menghasilkan larutan biru. Ion tembaga (II) terhidrasi bertanggung jawab atas warna ini; banyak sulfat lainnya (Na₂SO₄, misalnya) tidak berwarna. Dengan menambahkan beberapa tetes larutan amonia pekat ke larutan CuSO₄ menyebabkan pembentukan endapan biru muda, tembaga (II) hidroksida:

Cu²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) ⇋ Cu(OH)₂(s)

Gambar 16.11 Kiri: Larutan tembaga (II) sulfat dalam air. Tengah: Setelah penambahan beberapa tetes larutan amonia encer pekat, endapan Cu(OH)₂ berwarna biru muda terbentuk. Kanan: Ketika larutan amonia encer yang lebih pekat ditambahkan, endapan Cu(OH)₂ larut membentuk ion kompleks biru tua Cu(NH₃)₄²⁺.

Ion OH⁻ disuplai oleh larutan amonia. Jika lebih banyak NH₃ ditambahkan, endapan biru larut kembali menghasilkan larutan biru tua yang indah, kali ini karena pembentukan ion kompleks Cu(NH₃)₄²⁺ (Gambar 16.11):

Cu(OH)₂(s) + 4NH₃(aq) ⇋ Cu(NH₃)₄²⁺(aq) + 2OH⁻(aq)

Dengan demikian, pembentukan ion kompleks Cu(NH₃)₄²⁺ meningkatkan kelarutan Cu(OH)₂.

Ukuran kecenderungan ion logam membentuk ion kompleks ditentukan oleh konstanta pembentukan Kf (juga disebut konstanta stabilitas), yang merupakan konstanta kesetimbangan untuk pembentukan ion kompleks. Semakin besar Kf, semakin stabil ion kompleks tersebut. Tabel 16.4 mencantumkan konstanta pembentukan sejumlah ion kompleks.

Pembentukan ion Cu(NH₃)₄²⁺ dapat dinyatakan sebagai

Cu²⁺(aq) + 4NH₃(aq) ⇋ Cu(NH₃)₄²⁺(aq)

yang merupakan konstanta pembentukannya

Nilai Kf yang sangat besar dalam hal ini menunjukkan bahwa ion kompleks cukup stabil dalam larutan dan menyebabkan konsentrasi ion tembaga (II) yang sangat rendah pada kesetimbangan.

Contoh 16.15

Sebanyak 0,20 mol CuSO₄ ditambahkan ke satu liter larutan 1,20 M NH₃. Berapa konsentrasi ion Cu²⁺ pada kesetimbangan? 

Strategi 

Penambahan CuSO₄ ke dalam larutan NH₃ menghasilkan pembentukan ion kompleks

Cu²⁺(aq) + 4NH₃(aq) ⇋ Cu(NH₃)₄²⁺(aq)

Dari Tabel 16.4 dapat dilihat bahwa konstanta pembentukan (Kf) untuk reaksi ini sangat besar; oleh karena itu, reaksinya kebanyakan mengarah ke kanan. Pada kesetimbangan, konsentrasi Cu²⁺ akan sangat kecil. Sebagai pendekatan yang baik, dapat diasumsikan bahwa pada dasarnya semua ion Cu²⁺ yang terlarut berakhir sebagai ion Cu(NH₃)₄²⁺. Berapa mol NH₃ yang akan bereaksi dengan 0,20 mol Cu²⁺? Berapa mol Cu(NH₃)₄²⁺ yang akan dihasilkan? Sejumlah kecil Cu²⁺ akan hadir pada kesetimbangan. Tuliskan ekspresi Kf untuk kesetimbangan sebelumnya untuk mencari [Cu²⁺]. 

Penyelesaian

Jumlah NH₃ yang dikonsumsi dalam pembentukan ion kompleks adalah 4 x 0,20 mol, atau 0,80 mol. (Perhatikan bahwa 0,20 mol Cu²⁺ awalnya hadir dalam larutan dan empat molekul NH₃ diperlukan untuk membentuk ion kompleks dengan satu ion Cu²⁺.) Oleh karena itu, konsentrasi NH₃ pada kesetimbangan adalah (1,20 - 0,80) mol/L larutan atau 0,40 M, dan bahwa Cu(NH₃)₄²⁺ adalah 0,20 mol/L larutan atau 0,20 M, sama dengan konsentrasi awal Cu²⁺. [Ada perbandingan mol 1: 1 antara Cu²⁺ dan Cu(NH₃)₄²⁺.] Karena Cu(NH₃)₄²⁺ tidak terdisosiasi sedikit, disebut konsentrasi Cu²⁺ pada kesetimbangan x dan tuliskan

5 x 10¹³=0,2/x(0,4)⁴

Dengan menyelesaikan x dan mengingat bahwa volume larutan adalah 1 L, didapatkan

x = [Cu²⁺]=1,6 x 10¹³M

Periksa

Nilai [Cu] yang kecil pada kesetimbangan, dibandingkan dengan 0,20 M, tentu membenarkan perkiraan ini.

Latihan

Jika 2,50 g CuSO₄ dilarutkan dalam 9,0 x 10² mL 0,30 M NH₃, berapakah konsentrasi Cu²⁺, Cu(NH₃)₄²⁺, dan NH₃ pada kesetimbangan?

Pengaruh pembentukan ion kompleks umumnya adalah untuk meningkatkan kelarutan suatu zat, seperti yang ditunjukkan pada Contoh 16.16.

Contoh 16.16

Hitung kelarutan molar AgCl dalam larutan 1,0 M NH₃.

Strategi

AgCl hanya sedikit larut dalam air

AgCl(s) ⇋ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)

Ion Ag⁺ membentuk ion kompleks dengan NH₃ (lihat Tabel 16.4)

Ag⁺(aq) + 2NH₃(aq) ⇋ Ag(NH₃)₂⁺(aq)

Gabungan dua kesetimbangan ini akan memberikan kesetimbangan keseluruhan untuk proses tersebut.

Penyelesaian

Langkah 1: Awalnya, spesi dalam larutan adalah ion Ag⁺ dan Cl⁻ dan NH₃. Reaksi antara Ag⁺ dan NH₃ menghasilkan ion kompleks Ag(NH₃)₂⁺.

Langkah 2: Reaksi kesetimbangan adalah

Konstanta kesetimbangan K untuk reaksi keseluruhan adalah produk dari konstanta kesetimbangan masing-masing reaksi (lihat Bagian 14.2):

Misalkan s adalah kelarutan molar AgCl (mol/L). Ringkasan perubahan konsentrasi yang dihasilkan dari pembentukan ion kompleks sebagai berikut:

Konstanta pembentukan Ag(NH₃)₂⁺ cukup besar, sehingga sebagian besar ion perak berada dalam bentuk kompleks. Dengan tidak adanya amonia, pada kesetimbangan diperoleh [Ag⁺] = [Cl⁻]. Sebagai hasil dari pembentukan ion kompleks, dapat dituliskan [Ag(NH₃)₂⁺] = [Cl⁻].

Langkah 3:

Mengambil akar kuadrat dari kedua sisi, didapatkan

Langkah 4: Pada kesetimbangan, 0,045 mol AgCl larut dalam 1 L larutan 1,0 M NH₃.

Pemeriksaan

Kelarutan molar AgCl dalam air murni adalah 1,3 x 10⁻⁵ M. Dengan demikian, pembentukan ion kompleks Ag(NH₃)₂⁺ meningkatkan kelarutan AgCl (Gambar 16.12).

Latihan

Hitung kelarutan molar AgBr dalam larutan 1,0 M NH₃.

Ulasan Konsep

Manakah dari senyawa yang ditunjukkan di sini, jika ditambahkan ke air, yang akan meningkatkan kelarutan CdS? (a) LiNO₃. (b) Na₂SO₄. (c) KCN. (d) NaClO₃.

Akhirnya, dicatat bahwa ada kelompok hidroksida, yang disebut hidroksida amfoter, yang dapat bereaksi dengan asam dan basa. Contohnya adalah Al(OH)₃, Pb(OH)₂, Cr(OH)₃, Zn(OH)₂, dan Cd(OH)₂. Jadi, Al(OH)₃ bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut:

Peningkatan kelarutan Al(OH)₃ dalam media basa merupakan hasil pembentukan ion kompleks Al(OH)₄⁻ dimana Al(OH)₃ berperan sebagai asam Lewis dan OH⁻ berperan sebagai basa Lewis. Hidroksida amfoter lainnya berperilaku serupa.