Untuk mempelajari stoikiometri larutan, kita harus tahu berapa banyak reaktan yang ada dalam larutan dan juga bagaimana mengontrol jumlah reaktan yang digunakan untuk menghasilkan reaksi dalam larutan berair.
Konsentrasi larutan adalah jumlah zat terlarut yang ada dalam jumlah pelarut tertentu, atau jumlah larutan tertentu. (Untuk diskusi ini, kita akan menganggap zat terlarut adalah cairan atau padatan dan pelarut adalah air) Konsentrasi larutan dapat dinyatakan dalam berbagai cara, seperti yang akan kita lihat di Bab 12. Di sini kita akan membahas satu satuan yang paling umum digunakan dalam kimia, yaitu molaritas (M), atau konsentrasi molar, yang merupakan jumlah mol zat terlarut per liter larutan. Molaritas didefinisikan sebagai
Persamaan (4.1) juga dapat dinyatakan secara aljabar
di mana n menunjukkan jumlah mol zat terlarut dan V adalah volume larutan dalam liter.
Larutan 1,46 molar glukosa (C₆H₁₂O₆), ditulis sebagai 1,46 M C₆H₁₂O₆, mengandung 1,46 mol zat terlarut (C₆H₁₂O₆) dalam 1 L larutan. Tentu saja, kita tidak selalu bekerja dengan volume larutan 1 L. Dengan demikian, larutan 500 mL yang mengandung 0,730 mol C₆H₁₂O₆ juga memiliki konsentrasi 1,46 M:
Perhatikan bahwa konsentrasi, seperti kepadatan, adalah sifat yang intensif, sehingga nilainya tidak tergantung pada berapa banyak larutan yang ada.
Penting untuk diingat bahwa molaritas hanya mengacu pada jumlah zat terlarut yang semula terlarut dalam air dan tidak memperhitungkan proses selanjutnya, seperti pemisahan garam atau ionisasi asam. Perhatikan apa yang terjadi ketika sampel kalium klorida (KCl) dilarutkan dalam air yang cukup untuk membuat larutan 1 M:
Karena KCl adalah elektrolit yang kuat, KCl mengalami disosiasi sempurna dalam larutan. Dengan demikian, larutan 1 M KCl mengandung 1 mol ion K⁺ dan 1 mol ion Cl⁻, dan tidak ada molekul KCl yang tetap eksis. Konsentrasi ion dapat dinyatakan sebagai [K⁺] = 1 M dan [Cl⁻] = 1 M, di mana tanda kurung siku [ ] menunjukkan bahwa konsentrasi dinyatakan dalam molaritas. Demikian pula, dalam larutan 1 M barium nitrat [Ba(NO₃)₂]
kami memiliki [Ba²⁺] = 1 M dan [NO₃⁻] = 2 M dan tidak ada molekul Ba(NO₃)₂ sama sekali.
Prosedur untuk menyiapkan larutan molaritas yang diketahui adalah sebagai berikut. Pertama, zat terlarut secara akurat ditimbang dan dipindahkan ke labu volumetrik melalui corong (Gambar 4.18). Selanjutnya, air ditambahkan ke labu, yang diaduk dengan hati-hati untuk melarutkan padatan. Setelah semua padatan larut, lebih banyak air ditambahkan perlahan sampai tingkat larutan tepat ke tanda tera volume. Mengetahui volume larutan dalam labu dan jumlah senyawa (jumlah mol) yang dilarutkan, kita dapat menghitung molaritas larutan menggunakan Persamaan (4.1). Perhatikan bahwa prosedur ini tidak perlu mengetahui jumlah air yang ditambahkan, selama volume larutan akhir diketahui.
Gambar 4.18 Mempersiapkan larutan molaritas yang diketahui. (a) Sejumlah zat terlarut padat yang diketahui dipindahkan ke dalam labu volumetrik; Kemudian air ditambahkan melalui corong. (b) Padatan perlahan dilarutkan dengan lembut memutar labu dengan cara digoyang. (c) Setelah padatan benar-benar larut, lebih banyak air ditambahkan sampai tanda tera volume. Mengetahui volume larutan dan jumlah zat terlarut di dalamnya, kita dapat menghitung molaritas larutan yang disiapkan.
Contoh 4.6 dan 4.7 mengilustrasikan aplikasi Persamaan (4.1) dan (4.2).
Contoh 4.6
Berapa gram kalium dikromat (K₂Cr₂O₇) yang diperlukan untuk membuat larutan 250 mL yang konsentrasinya adalah 2,16 M?
Strategi
Berapa banyak mol K₂Cr₂O₇ yang terdapat dalam 1L (atau 1000 mL) 2,16 M larutan K₂Cr₂O₇? larutan 250 mL? Bagaimana kita mengonversi mol menjadi gram?
Penyelesaian
Langkah pertama adalah menentukan jumlah mol K₂Cr₂O₇ dalam 250 mL atau 0,250 L larutan 2,16 M K₂Cr₂O₇. Menyusun ulang Persamaan (4.1) memberi
mol zat terlarut = molaritas x Liter larutan
sehingga
Massa molar K₂Cr₂O₇ adalah 294,2 g, jadi kita menulis
Periksa
Sebagai perkiraan pembulatan, massa harus diberikan oleh [molaritas (mol/L) x volume (L) x massa molar (g/mol)] atau [2 mol/L x 0,25 L x 300g/mol] = 150 g. Jadi jawabannya masuk akal.
Latihan
Berapa volume (dalam mililiter) larutan NaOH 0,315 M yang mengandung 6,22 g NaOH?
Pengenceran Larutan
Larutan konsentrasi pekat sering disimpan di ruang stok laboratorium untuk digunakan sesuai kebutuhan. Kita sering mengencerkan larutan "stok" ini sebelum bekerja dengannya. Pengenceran adalah prosedur untuk menyiapkan larutan yang kurang pekat dari larutan yang lebih pekat.
Misalkan kita ingin menyiapkan 1 L larutan 0,400 M KMnO₄ dari larutan 1,00 M KMnO₄. Untuk keperluan ini, kita membutuhkan 0,400 mol KMnO₄. Karena ada 1,00 mol KMnO₄ dalam 1L dari larutan 1,00 M KMnO₄, ada 0,400 mol KMnO₄ dalam 0,400 L dari larutan yang sama:
Oleh karena itu, kita harus menarik 400 mL dari larutan 1,00 M KMnO₄ dan mengencerkannya menjadi 1000 mL dengan menambahkan air (dalam labu volumetrik 1L). Metode ini memberi kita 1 L larutan yang diinginkan dari 0,400 M KMnO₄.
Dalam melakukan proses pengenceran, penting untuk diingat bahwa menambahkan lebih banyak pelarut ke sejumlah larutan stok mengubah (mengurangi) konsentrasi larutan tanpa mengubah jumlah mol zat terlarut yang ada dalam larutan (Gambar 4.19). Dengan kata lain,
mol zat terlarut sebelum pengenceran = mol zat terlarut setelah pengenceran
Molaritas didefinisikan sebagai mol zat terlarut dalam satu liter larutan, sehingga jumlah mol zat terlarut diberikan oleh [lihat Persamaan (4.2)]
Karena semua zat terlarut berasal dari larutan stok asal, kita dapat menyimpulkan bahwa n tetap sama; karena itu,
M₁V₁ = M₂V₂
awal akhir
di mana M₁ dan M₂ adalah konsentrasi awal dan akhir dari larutan dalam molaritas dan V₁ dan V₂ adalah volume awal dan akhir dari larutan, masing-masing. Tentu saja, satuan V₁ dan V₂ harus sama (mL atau L) agar kalkulasi bekerja. Untuk memeriksa kewajaran hasil, kita pastikan bahwa M₁ > M₂ dan V₂ > V₁.
Kita menerapkan Persamaan (4.3) dalam Contoh 4.8.
Contoh 4.8
Jelaskan bagaimana kita akan menyiapkan 5,00 x 10² mL larutan 1,75 M H₂SO₄, dimulai dengan larutan stok H₂SO₄ 8,61 M!
Strategi
Karena konsentrasi larutan akhir kurang dari yang awal, ini adalah proses pengenceran. Ingatlah bahwa dalam pengenceran, konsentrasi larutan menurun tetapi jumlah mol zat terlarut tetap sama.
Penyelesaian
Kita mempersiapkan perhitungan dengan mentabulasi data:
M₁ = 8,61 M M₂ = 1,75 M
V₁ = ? V₂ = 5,00 x 10² mL
Jadi, kita harus mengencerkan 102 mL larutan 8,61M H₂SO₄ dengan air yang cukup untuk menghasilkan volume akhir 5,00 x 10² mL dalam labu volumetrik 500 mL untuk memperoleh konsentrasi larutan yang diinginkan.
Periksa
Volume awal kurang dari volume akhir, jadi jawabannya masuk akal.
Latihan
Bagaimana kita menyiapkan 2,00 x 10² mL larutan 0,866 M NaOH, dimulai dengan larutan stok 5,07 M?
Ulasan Konsep
Berapa konsentrasi akhir larutan NaCl 0,6 M jika volumenya dua kali lipat dan jumlah mol zat terlarut tiga kali lipat?
Sekarang kita telah membahas konsentrasi dan pengenceran larutan, kita dapat memeriksa aspek kuantitatif dari reaksi dalam larutan berair, atau stoikiometri larutan. Bagian 4.6–4.8 fokus pada dua teknik untuk mempelajari stoikiometri larutan: analisis dan titrasi gravimetri. Teknik-teknik ini adalah alat penting dari analisis kuantitatif, yang merupakan penentuan jumlah atau konsentrasi suatu zat dalam sampel.
