4.1 Sifat Umum Larutan (aq)

Suatu larutan adalah campuran dua atau lebih zat yang homogen. Zat terlarut adalah zat yang ada dalam jumlah yang lebih kecil, dan pelarut adalah zat yang ada dalam jumlah yang lebih besar. Suatu larutan dapat berupa gas (seperti udara), padat (seperti paduan logam), atau cairan (misalnya air laut). Pada bagian ini kita hanya akan membahas zat yang dilarutkan dalam air yang kita sebut larutan dalam air atau aqueous (aq), di mana zat terlarut awalnya berupa cairan atau padatan dan pelarutnya adalah air.

Sifat Elektrolit

Semua zat terlarut yang larut dalam air dapat menjadi salah satu dari dua kategori berikut: larutan elektrolit dan larutan nonelektrolit. Elektrolit adalah zat yang, jika larut dalam air, menghasilkan larutan yang dapat menghantarkan listrik. Nonelektrolit adalah zat yang terlarut dalam air tidak dapat menghantarkan listrik. Gambar 4.1 menunjukkan metode yang mudah dan langsung untuk membedakan antara elektrolit dan nonelektrolit. Sepasang elektroda inert (tembaga atau platinum) direndam dalam gelas berisi air. Untuk menyalakan bola lampu, arus listrik harus mengalir dari satu elektroda ke elektroda lainnya, sehingga melengkapi sirkuit. Air murni adalah penghantar listrik yang sangat buruk. Namun, jika kita menambahkan sedikit natrium klorida (NaCl), bola lampu akan bercahaya begitu garam larut dalam air. NaCl padat, merupakan senyawa ionik, terurai menjadi ion Na⁺ dan Cl⁻ ketika larut dalam air. Ion Na⁺ ditarik ke elektroda negatif (anoda), dan ion Cl⁻ ke elektroda positif (katoda). Gerakan ini mengatur arus listrik yang setara dengan aliran elektron di sepanjang kawat logam. Karena larutan NaCl menghantarkan listrik, kita mengatakan bahwa NaCl adalah elektrolit. Air murni mengandung sangat sedikit ion, sehingga tidak dapat menghantarkan listrik.

Dengan membandingkan kecerahan bola lampu untuk jumlah molar zat terlarut yang sama membantu kita membedakan antara elektrolit kuat dan elektrolit lemah. Sifat elektrolit kuat adalah bahwa zat terlarut diasumsikan 100 persen terdisosiasi menjadi ion dalam larutan. (Dengan disosiasi yang dimaksudkan adalah memecah senyawa menjadi kation dan anion.) Dengan demikian, kita dapat merepresentasikan natrium klorida yang larut dalam air sebagai

Persamaan ini menunjukkan bahwa semua natrium klorida yang dilarutkan ke dalam air berakhir sebagai ion Na⁺ dan ion Cl⁻; tidak ada satuan NaCl yang tidak terdisosiasi dalam larutan.

Ketika elektroda ditempatkan dalam larutan elektrolit dan tegangan listrik diberikan, elektrolit akan menghantarkan arus listrik. Elektron tunggal biasanya tidak dapat melewati elektrolit; sebaliknya, reaksi kimia terjadi pada katoda yang mengonsumsi elektron dari anoda. Reaksi lain terjadi di anoda, menghasilkan elektron yang akhirnya ditransfer ke katoda. Akibatnya, awan muatan negatif berkembang dalam elektrolit di sekitar katoda, dan muatan positif berkembang di sekitar anoda. Ion-ion dalam elektrolit menetralkan muatan ini, memungkinkan elektron untuk terus mengalir dan reaksi berlanjut.

Gambar 4.1. Pengaturan untuk membedakan antara larutan elektrolit dan larutan nonelektrolit. Kemampuan larutan untuk menghantarkan listrik tergantung pada jumlah ion yang dikandungnya. (a) Larutan nonelektrolit tidak mengandung ion, dan bola lampu tidak menyala. (b) Larutan elektrolit lemah mengandung sejumlah kecil ion, dan bola lampu menyala redup. (c) Suatu larutan elektrolit yang kuat mengandung sejumlah besar ion, dan bola lampu menyala terang. Jumlah molar zat terlarut adalah sama dalam ketiga larutan.

Tabel 4.1 Kelompok Zat Terlarut Yang Larut Dalam Air

*H₂SO₄ memiliki dua ion H⁺ terionisasi.
Air murni adalah elektrolit yang sangat lemah.

Tabel 4.1 mencantumkan contoh zat terlarut yang dikelompokkan menjadi elektrolit kuat, elektrolit lemah, dan nonelektrolit. Senyawa ionik, seperti natrium klorida, kalium iodida (KI), dan kalsium nitrat [Ca(NO₃)₂], adalah elektrolit yang kuat. Sangat menarik untuk dicatat bahwa cairan tubuh manusia mengandung banyak elektrolit yang kuat dan lemah.

Air adalah pelarut yang sangat efektif untuk senyawa ionik. Walaupun air adalah molekul yang netral secara listrik, air memiliki daerah positif (atom H) dan daerah negatif (atom O), atau "kutub" positif dan "kutub" negatif; karena alasan inilah air merupakan pelarut polar. Ketika senyawa ionik seperti natrium klorida larut dalam air, jaringan tiga dimensi ion dalam padatan kristal ionik dipecah (terdisosiasi). Ion Na⁺ dan Cl⁻ dipisahkan antara satu sama lain dan mengalami hidrasi, yaitu proses di mana ion dikelilingi oleh molekul air yang tersusun dengan cara tertentu. Setiap ion Na⁺ dikelilingi oleh sejumlah molekul air yang mengarahkan kutub negatifnya ke arah kation. Demikian pula, setiap ion Cl⁻ dikelilingi oleh molekul air dengan kutub positif yang berorientasi pada anion (Gambar 4.2). Hidrasi membantu menstabilkan ion dalam larutan dan mencegah kation bergabung dengan anion.

Gambar 4.2 Hidrasi ion Na⁺ dan Cl⁻

Asam dan basa juga merupakan elektrolit. Beberapa asam, termasuk asam klorida (HCl) dan asam nitrat (HNO₃), adalah elektrolit yang kuat. Asam-asam ini diasumsikan terionisasi seluruhnya dalam air; misalnya, ketika gas hidrogen klorida larut dalam air, gas ini membentuk ion H⁺ dan Cl⁻ yang terhidrasi:

CH₃COOH

Dengan kata lain, semua molekul HCl terlarut dalam air terionisasi menjadi ion H⁺ terhidrasi dan Cl⁻ terhidrasi. Jadi, jika kita menulis HCl (aq), dapat dipahami bahwa dalam larutan hanya ada ion H⁺ (aq) terhidrasi dan Cl⁻ (aq) terhidrasi tetapi tidak ada molekul HCl yang tetap eksis dalam larutan. Di sisi lain, asam-asam tertentu, seperti asam asetat (CH₃COOH), yang memberikan rasa asam pada cuka, tidak terionisasi seluruhnya dan merupakan elektrolit yang lemah. Kita mereprsentasikan ionisasi asam asetat sebagai

di mana CH₃COO⁻ disebut ion asetat. Kita menggunakan istilah ionisasi untuk menggambarkan pemisahan asam dan basa menjadi ion. Dengan menulis rumus asam asetat sebagai CH₃COOH, kita menunjukkan bahwa proton yang dapat terionisasi ada dalam gugus -COOH.

Ionisasi asam asetat ditulis dengan panah ganda untuk menunjukkan bahwa reaksi itu adalah reaksi reversibel; yaitu, reaksi yang dapat terjadi bolak-balik. Awalnya, sejumlah molekul CH₃COOH pecah menjadi ion CH₃COO⁻ dan H⁺. Seiring berjalannya waktu, sebagian ion CH₃COO⁻ dan H⁺ bergabung kembali membentuk molekul CH₃COOH. Akhirnya, suatu keadaan tercapai di mana molekul asam terionisasi secepat ion bergabung kembali. Keadaan kimiawi seperti itu, di mana tidak ada perubahan bersih dapat diamati (meskipun aktivitasnya kontinu pada tingkat molekul), disebut kesetimbangan kimia. Asam asetat adalah elektrolit yang lemah karena ionisasi dalam air tidak sempurna. Sebaliknya, dalam larutan asam klorida ion H⁺ dan Cl⁻ tidak memiliki kecenderungan untuk bergabung kembali dan membentuk molekul HCl. Kita menggunakan panah tunggal untuk merepresentasi ionisasi sempurna.

Ulasan Konsep

Gambar berikut ini menunjukkan tiga senyawa AB₂ (a), AC₂ (b), dan AD₂ (c) yang dilarutkan dalam air. Mana yang merupakan elektrolit terkuat dan mana yang terlemah? (Untuk penyederhanaan, molekul air tidak diperlihatkan.)