MATERI KELARUTAN

KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU

Tujuan

:

1.      Menentukan kelarutan kristal H2C2O4.2H2O pada berbagai suhu 2.      Menentukan kalor pelarutan diferensial ( ) kristal H2C2O4.2H2O

I.     DASAR TEORI

            Larutan adalah campuran homogen dari molekul, atom ataupun ion dari dua zat atau lebih. Larutan jenuh didefinisikan sebagai larutan yang mengandung zat terlarut dalam jumlah yang diperlukan untuk adanya kesetimbangan antara zat terlarut yang larut dan yang tidak larut (Keenan,1992). Pembentukan larutan jenuh dapat dipercepat dengan pengadukan dan penambahan zat terlarut yang berlebih. Banyaknya zat terlarut yang melarut dalam pelarut yang banyaknya tertentu untuk menghasilkan suatu larutan jenuh disebut kelarutan zat terlarut, dimana biasanya dinyatakan dalam gram zat terlarut per 100 gram pelarut pada temperatur tertentu. Zat padat dapat dimurnikan dengan memanfaatkan perbedaan kelarutan pada temperatur yang berlainan. Untuk kebanyakan zat, bila larutan jenuh panas didinginkan, maka kelebihan zat padat akan mengkristal. Proses ini dapat dipermudah dengan membibit larutan itu dengan beberapa kristal halus zat padat murni. Proses ini dikenal dengan pengkristalan ulang atau rekristalisasi. Metode ini sering digunakan sebagai cara efektif untuk membuang pengotor dalam jumlah kecil dari dalam zat padat, karena pengotor itu cenderung tertinggal dalam larutan (Keenan,1992).

Adapun faktor yang mempengaruhi kelarutan zat padat yaitu:

1. Temperatur atau Suhu

Umumnya kelarutan akan naik dengan kenaikan suhu, meskipun beberapa hal yang istimewa (seperti kalium sulfat) terjadi yang sebaliknya. Dalam beberapa hal perubahan kelarutan dengan berubahnya suhu dapat menjadi dasar pemisahan.

2. Pelarut

Kebanyakan garam anorganik lebih larut dalam air murni daripada pelarut organik.

3. Ion Sekutu atau sejenis

Adanya ion sekutu akan mempengaruhi kelarutan. Ion sekutu ialah ion yang juga merupakan salah satu bahan endapan. Pada umumnya dapat dikatakan bahwa kelarutan suatu endapan akan berkurang banyak sekali jika salah satu ion sekutu terdapat dalam jumlah berlebihan, meskipun efek ini diimbangi dengan pembentukan suatu kompleks yang dapat larut.

4. Ion Asing

Dengan adanya ion asing maka kelarutan akan bertambah, tetapi pada umumnya penambahan ini sedikit, kecuali bila terjadi reaksi kimia (seperti pembentukan kompleks) antara endapan dengan ion asing, biasanya kenaikan larutan lebih mencolok.

5. pH

Kelarutan garam dari asam lemah bergantung pada pH larutan.

6. Kompleks

Banyak endapan membentuk kompleks yang larut dengan ion dari pereaksi pengendap sendiri, dalam hal ini kelarutan mula-mula turun karena pengaruh ion sejenis melewati minimum dan kemudian naik karena pembentukan kompleks menjadi nyata.

7. Konsentrasi

Bila konsentrasi lebih kecil dari kelarutan, zat padat akan terlarut dan sebaliknya bila konsentrasi melebihi dari kelarutan, maka akan terjadi pengendapan.

            Panas pencampuran didefinisikan sebagai perubahan entalpi yang terjadi bila dua atau lebih zat murni dicampur membentuk suatu larutan pada temperatur konstan dan tekanan 1 atm. Panas pelarutan didefinisikan sebagai perubahan 1 mol zat dilarutkan dalam n mol solvent pada temperatur dan tekanan yang sama, hal ini disebabkan adanya ikatan kimia baru dari atom-atom. Demikian juga pada peristiwa pelarutan, kadang-kadang terjadi perubahan energi, hal ini disebabkan adanya perbedaan gaya tarik-menarik antara molekul sejenis. Gaya ini jauh lebih kecil daripada gaya tarik pada ikatan kimia, sehingga panas pelarutan biasanya jauh lebih kecil daripada panas reaksi. Panas pelarutan differensial adalah panas yang menyertai pada penambahan satu mol solute ke dalam sejumlah larutan dengan konsentrasi tertentu, sehingga penambahan solute tersebut tidak mempengaruhi larutan (Rohman,dkk., 2004).

Jika kelarutan suhu suatu sistem kimia dalam keseimbangan dengan padatan, cairan atau gas yang lain pada suhu tertentu, maka larutan disebut jenuh. Larutan jenuh adalah larutan yang kandungan solutenya sudah mencapai maksimal sehingga penambahan solute lebih lanjut tidak dapat larut (Chang, 2004). Konsentrasi solute dalam larutan jenuh disebut kelarutan. Untuk solute padat, maka larutan jenuhnya terjadi keseimbangan, dimana molekul fase padat meninggalkan fasenya dan masuk ke fase cairan dengan kecepatan sama dengan molekul-molekul ion dari fase cair yang mengkristal menjadi fase padat. Dalam larutan jenuh terjadi keseimbangan antara molekul-molekul zat yang larut dan tidak larut. Keseimbangan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut (Retug,dkk., 2004).

A (s)                            A (l)

A (s) merupakan molekul zat tidak larut, dan A (l) adalah molekul zat yang terlarut. Tetapan keseimbangan proses pelarutan tersebut adalah sebagai berikut (Retug.,dkk, 2004).

…………………………………………………………..(1)

Dimana:

a_z = keaktifan zat yang terlarut

a_z^* = keaktifan zat yang tidak larut (bernilai l untuk zat padat dalam keadaan atandar)

γ = koefisien keaktifan zat yang terlarut

m = kemolalan zat yang terlarut (karena larutan jenuh sering disebut kelarutan)

Hubungan tetapan keseimbangan suatu proses dengan suhu diberikan oleh isobar reaksi Van’t Hoff sebagai berikut (Retug,dkk., 2004).

..............................................................................................(2)

∆H⁰ = perubahan entalpi proses

R = tetapan gas ideal

Persamaan (1) dan (2) memberikan:

.......................................................................................(3)

∆H_DS = kalor pelarutan diferensial pada konsentrasi jenuh

Selanjutnya persamaan (3) dapat diuraikan menjadi:

...............................................................................(4)

 dapat diabaikan sehingga persamaan (4) dapat dituliskan menjadi:

......................................................(5)

Dengan demikian, ∆H_DS dapat ditentukan dari arah garis singgung (slope) pada kurva log m terhadap 1/T. Apabila ∆H_DS tidak tergantung pada suhu, maka grafik log m terhadap 1/T akan linear dan integrasi persamaan (5) antara suhu T₁  dan T₂ memberikan (Retug.,dkk, 2004):

..........................................................................(6)

Pada reaksi endoterm ΔH (+) maka (-∆H)/2,303RT berharga (-) sehingga =10^{(∆H/2,303RT)}. Dengan demikian jika suhu dinaikkan, pangkat dari 10 menjadi kecil sehingga S menjadi semakin besar. Dan pada reaksi eksoterm ΔH (-) maka ∆H/2,303RT berharga (+). Juga apabila suhu diperbesar maka S semakin besar dan sebaliknya. Semakin besar luas permukaan, partikel akan mudah larut. Dengan pengadukan, tumbukan antara molekul-molekul solvent makin cepat sehingga semakin cepat larut (kelarutannya besar). Jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil, gerakan partikel semakin cepat. Hal ini berpengaruh besar terhadap fase gas sedang pada zat cair hal ini tidak berpengaruh.

Pada percobaan ini, membahas kelarutan sebagai fungsi suhu, dimana zat yang digunakan adalah asam oksalat (H₂C₂O₄.2H₂O) dan sebagai larutan penitrasinya adalah larutan NaOH 0,2 N. Kelarutan di sini sangat dipengaruhi oleh suhu. Apabila suhunya dinaikkan, maka kelarutannya akan besar. Sedangkan jika suhunya diturunkan, maka kelarutannya kecil. Pada suhu 40°C, larutan asam oksalat diambil 10 ml kemudian dititrasi, selanjutnya dengan cara yang sama dilakukan pada suhu 30°C, 20°C, dan 10°C.

II.                 ALAT DAN BAHAN

2.1.   Alat

Tabel 1. Nama dan Jumlah Alat yang Digunakan dalam Praktikum

Nama Alat	Jumlah
Gelas kimia 500 mL	2 buah
Batang pengaduk	1 buah
Termometer 100°C	1 buah
Gelas ukur 5 mL	1 buah
Gelas kimia 100 mL	3 buah
Labu Erlenmeyer 250 mL	1 buah
Labu Erlenmeyer 100 mL	1 buah
Labu Erlenmeyer 50 mL	1 buah
Labu ukur 100 mL	1 buah
Kaca arloji	1 buah
Spatula	1 buah
Pemanas listrik	1 buah
Penjepit tabung reaksi	2 buah
Statif + klem	2 set

2.2.    Bahan

Tabel 2. Nama dan Jumlah Bahan yang Digunakan dalam Praktikum

Nama Bahan	Keterangan
H2C2O4.2H2O	Kristal putih secukupnya
Larutan NaOH	0,5 N
Aquades	1000 mL
Es	1 bungkus
Indikator metil merah	5 mL

III.             PROSEDUR KERJA DAN HASIL PENGAMATAN

Tabel 3. Prosedur Kerja dan Hasil Pengamatan Kelarutan sebagai Fungsi Suhu

No.	Langkah Kerja	Hasil Pengamatan
1	Tabung A dilengkapi dengan batang pengaduk lingkar (C) dan termometer (D), seperti gambar di bawah.	·     Termometer yang digunakan adalah termometer 1000C. ·     Rangkaian alat:
2	·       Air dimasukkan kira-kira sepertiga dari sisi tabung A (50 mL) dan dipanaskan sampai suhu kira-kira 60°C. ·       Kristal H2C2O4.2H2O dilarutkan ke dalam tabung tersebut hingga larutan menjadi jenuh yang ditandai sampai zat tersebut tidak larut lagi.	·      Sebanyak 60 mL aquades dipanaskan sampai suhu 600C. ·      Kristal asam oksalat (H2C2O4.2H2O) berwarna putih. ·      Setelah suhu aquades mencapai 600C, kristal asam oksalat dilarutkan dalam aquades hingga larutan menjadi jenuh yang ditandai dengan zat yang dimasukkan tidak larut lagi. ·      Kristal mula-mula larut membentuk larutan bening tidak berwarna. ·      Setelah ditambahkan lebih banyak kristal asam oksalat, larutan menjadi keruh tidak berwarna dan lama kelamaan kristal asam oksalat tidak melarut lagi (larutan jenuh).
3	Tabung yang berisi larutan jenuh H2C2O4.2H2O (tabung A) dipindahkan ke dalam tabung selubung (B) yang ukurannya lebih besar. Kemudian tabung B dimasukkan ke dalam beaker gelas yang berisi air pada suhu kamar.	·     Larutan jenuh disaring menggunakan kertas saring, sehingga diperoleh filtrat berupa larutan bening tak berwarna dan residu berupa kristal bening yang merupakan kristal asam oksalat. ·     Filtrat dimasukkan ke dalam tabung A, kemudian tabung A dimasukkan ke dalam gelas kimia 100 mL yang sudah ada dalam gelas kimia 500 mL (seperti rangkaian alat di atas). ·     Suhu larutan jenuh saat dimasukkan ke dalam tabung A adalah sebesar 430C. ·     Setelah larutan ada dalam rangkaian alat, lama kelamaan suhu larutan mulai turun sedikit demi sedikit.
4	Larutan dalam tabung A diaduk  terus-menerus. Jika suhu mencapai 40°C, sebanyak 10 mL larutan tersebut diambil dan dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL. Selanjutnya larutan yang diambil diencerkan dengan aquades hingga tanda batas.	·      Setelah suhu larutan turun mencapai 400C, larutan diambil sebanyak 10 mL. ·      Larutan yang diambil kemudian diencerkan dengan menambahkan aquades sampai tanda batas labu ukur 100 mL. ·      Larutan yang terbentuk berupa larutan bening tidak berwarna.
5.	Pengambilan yang sama dilakukan pada suhu 30°C, 20°C, dan 10°C. Untuk mencapai suhu 20°C dan 10°C dilakukan dengan cara memasukkan es pada gelas beaker yang berisi air.	·        Suhu larutan dalam tabung A kembali diturunkan sampai mencapai 300C, 200C, dan 100C. ·      Suhu larutan diturunkan dengan menambahkan air dan sedikit demi sedikit es ke dalam gelas kimia 500 mL. ·      Setiap penurunan suhu sampai 300C, 200C, dan 100C diperlakukan sama seperti pada larutan suhu 400C (diambil 10 mL, diencerkan, dan selanjutnya dititrasi). ·      Pengenceran larutan suhu 300C, 200C, dan 100C berupa larutan bening tidak berwarna.
6.	Keempat larutan tersebut dititrasi dengan larutan NaOH dan metil merah sebagai indikatornya.	·      Larutan pada suhu 400C, 300C, 200C, dan 100C yang sudah diencerkan diambil sebanyak 2 mL (sebanyak 3x) untuk dititrasi. ·      Sebelum dititrasi, ke dalam 2 mL larutan tersebut ditambahkan 1 tetes indikator MM (metil merah berupa larutan berwarna merah) dan larutan menjadi berwarna merah muda.      Metil Merah Larutan Merah Muda   ·      Larutan dititrasi dengan menggunakan NaOH 0,5 N (titran) yang telah dibuat. ·      Titrasi dilakukan sampai larutan berubah warna menjadi kuning. ·      Setelah terbentuk larutan kuning, titrasi dihentikan dan diperoleh volume NaOH yang dihabiskan untuk titrasi disajikan pada tabel di bawah ini. Titrasi Larutan Pada Suhu 400C Titrasi Larutan Pada Suhu 300C   Titrasi Larutan Pada Suhu 200C   Titrasi Larutan Pada Suhu 100C   Tabel 4. Volume NaOH yang Diperlukan untuk Titrasi No Volume H2C2O4 (t = 40oC, titrat) Volume NaOH 0,5 N (titran) 1 2 mL 1.3 mL 2 2 mL 1,4 mL 3 2 mL 1,2 mL No. Volume H2C2O4 (t = 30oC, titrat) Volume NaOH 0,5 N (titran) 1. 2 mL 1,2 mL 2. 2 mL 1,2 mL 3. 2 mL 1,3 mL No. Volume H2C2O4 (t = 20oC, titrat) Volume NaOH 0,5 N (titran) 1. 10 mL 0,9 mL 2. 10 mL 1,1 mL 3. 10 mL 0,9 mL No. Volume H2C2O4 (t = 10oC, titrat) Volume NaOH 0,5 N (titran) 1. 2 mL 0,5 mL 2. 2 mL 0,5 mL 3. 2 mL 0,6 mL

IV. PEMBAHASAN

  Dalam percobaan ini dilakukan penentuan kelarutan asam oksalat pada berbagai suhu dan penghitungan panas kelarutan diferensialnya dengan variabel suhu yang berbeda-beda.

Langkah awal yang dilakukan adalah pelarutan kristal H₂C₂O₄.2H₂O dalam 50 mL aquades yang telah dipanaskan hingga suhunya 60^oC. Pelarutan ini dilakukan hingga terbentuk larutan jenuh dari asam oksalat yang ditandai dengan tidak melarutnya kristal  H₂C₂O₄.2H₂O dalam aquades. Larutan tersebut selanjutnya didinginkan hingga suhunya turun menjadi 40^oC kemudian diambil sebanyak 10 mL dan diencerkan sebanyak 10 kali. Pengambilan dan pengenceran larutan dilakukan pada masing-masing suhu yang telah ditentukan, yakni pada suhu 30^oC, 20^oC, dan 10^oC. Keempat larutan pada suhu yang berbeda tersebut selanjutnya dititrasi dengan larutan NaOH  dengan menggunakan indikator metil merah. Titrasi larutan pada suhu yang berbeda-beda tersebut dilakukan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh suhu pada penentuan kelarutan dan panas pelarutan diferensial dari larutan asam oksalat jenuh tersebut. Pada proses titrasi yang dilakukan, dapat diamati perubahan warna yang terjadi ketika tercapai titik akhir titrasi. Larutan yang awalnya bening tak berwarna berubah menjadi merah setelah ditambahkan dengan indikator metil merah dan setelah dititrasi dengan larutan NaOH, larutan menjadi berwarna kuning. Hal tersebut menunjukkan telah tercapainya titik  akhir titrasi. Dari proses titrasi yang dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap suhu, diperoleh data seperti pada tabel pengamatan.

1. Pada Suhu 40^oC

a.      Rata-Rata Volume NaOH yang Digunakan untuk Titrasi

b.      Normalitas Larutan Jenuh H₂C₂O₄

c.       Konsentrasi Awal Larutan H₂C₂O₄

d.      Molaritas Larutan H₂C₂O

n dari H₂C₂O₄= 2, maka:

e.       Kelarutan Kristal H₂C₂O₄.2H₂O

Maka kelarutan dalam gr/L adalah:

Jadi, kelarutan kristal H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC adalah 206,64 gram/L.

Jika kelarutan kristal H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC diubah dalam bentuk molalitas, maka dapat dihitung dengan cara berikut.

ρ air = 1 gr/mL. Perubahan volume akibat penambahan kristal diabaikan saat pengambilan larutan dengan volume 10 mL maka dianggap volume pelarut sebanyak 10 mL. Maka untuk menghitung molalitas maka dibutuhkan volume pelarut, yang dicari dengan cara berikut.

Maka konsentrasi larutan dalam molal adalah:

2. Pada Suhu 30^oC

a.      Rata-Rata Volume NaOH yang Digunakan untuk Titrasi

b.      Normalitas Larutan Jenuh H₂C₂O₄

c.       Konsentrasi Awal Larutan H₂C₂O₄

d.      Molaritas Larutan H₂C₂O₄

n dari H₂C₂O₄= 2, maka

e.       Kelarutan Kristal H₂C₂O₄.2H₂O

Maka kelarutan dalam gr/L adalah:

Jadi, kelarutan H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 30^oC adalah 195,7 gram/L. Jadi kelarutan H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC adalah 252 gram/L.

Jika kelarutan kristal H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC diubah dalam bentuk molalitas, maka dapat dihitung dengan cara berikut.

ρ air = 1 gr/mL. Perubahan volume akibat penambahan kristal diabaikan saat pengambilan larutan dengan volume 10 mL maka dianggap volume pelarut sebanyak 10 mL. Maka untuk menghitung molalitas maka dibutuhkan volume pelarut, yang dicari dengan cara berikut.

Maka konsentrasi larutan dalam molal adalah:

3. Pada Suhu 20^oC

a.      Rata-Rata Volume NaOH yang Digunakan untuk Titrasi

b.      Normalitas Larutan Jenuh H₂C₂O₄

c.       Konsentrasi Awal Larutan H₂C₂O₄

d.      Molaritas Larutan H₂C₂O₄

n dari H₂C₂O₄= 2, maka:

e.       Kelarutan Kristal H₂C₂O₄.2H₂O

Maka kelarutan dalam gr/L adalah

Jadi, kelarutan H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 20^oC adalah 154,287 gram/L. Jadi kelarutan H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC adalah 252 gram/L.

Jika kelarutan kristal H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC diubah dalam bentuk molalitas, maka dapat dihitung dengan cara berikut.

ρ air = 1 gr/mL. Perubahan volume akibat penambahan kristal diabaikan saat pengambilan larutan dengan volume 10 mL maka dianggap volume pelarut sebanyak 10 mL. Maka untuk menghitung molalitas maka dibutuhkan volume pelarut, yang dicari dengan cara berikut.

Maka konsentrasi larutan dalam molal adalah:

4. Pada Suhu 10^oC

a.      Rata-Rata Volume NaOH yang Digunakan untuk Titrasi

b.      Normalitas Larutan Jenuh H₂C₂O₄

c.       Konsentrasi Awal Larutan H₂C₂O₄

d.      Molaritas Larutan H₂C₂O₄

n dari H₂C₂O₄= 2, maka

e.       Kelarutan Kristal H₂C₂O₄.2H₂O

Maka kelarutan dalam gr/L adalah:

Jadi, kelarutan H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 10^oC adalah 84,3 gram/L. Jadi kelarutan H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC adalah 252 gram/L.

Jika kelarutan kristal H₂C₂O₄.2H₂O pada suhu 40^oC diubah dalam bentuk molalitas, maka dapat dihitung dengan cara berikut.

ρ air = 1 gr/mL. Perubahan volume akibat penambahan kristal diabaikan saat pengambilan larutan dengan volume 10 mL maka dianggap volume pelarut sebanyak 10 mL. Maka untuk menghitung molalitas maka dibutuhkan volume pelarut, yang dicari dengan cara berikut.

Maka konsentrasi larutan dalam molal adalah:

Untuk menentukan kalor pelarutan diferensial kristal H₂C₂O₄.2H₂O yaitu dengan membuat grafik hubungan log m dan 1/T. Adapun datanya adalah sebagai berikut.

Tabel 5.

No.	Suhu (K)	m	log m	1/T
1.	313	1,64	0,215	3,195 ´ 10-3
2.	303	1,553	0,191	3,3 ´ 10-3
3.	293	1,225	0,088	3,413 ´ 10-3
4.	283	0,669	-0,1755	3,534 ´ 10-3

Dari data di atas dapat dibuat grafik yang mengalurkan hubungan antara 1/T dengan log m, adapun grafiknya adalah sebagai berikut.

Gambar 1. Grafik Hubungan antara 1/T dengan log m

Berdasarkan grafik di atas, setelah dialurkan menjadi grafik log m vs 1/T, maka dihasilkan persamaan regresi, yakni y = -1141.x + 3,916. Di sisi lain, dari perumusan secara teoritis, dimana , dimana y = d log m, gradien = , dan x = , sehingga dapat dihitung sebagai berikut.

= 1141

= 1141 x 2,303 (0,082 J/mol)

= 215,473 J/mol

V.    SIMPULAN

Berdasarkan analisis data dan pembahasan dapat disimpulkan sebagai berikut.

1.      Kelarutan kristal asam oksalat (H₂C₂O₄.2H₂O) pada suhu 40⁰C,  30^oC, 20^oC, dan 10^oC adalah sebesar 206,64 gram/L, 197,5 gram/L, 154,287 gram/L, dan 84,3 gram/L. Hal ini menunjukkan bahwa kelarutan kristal asam oksalat (H₂C₂O₄.2H₂O) sebanding dengan kenaikan suhu, dimana apabila suhu tinggi maka kelarutan asam oksalat (H₂C₂O₄.2H₂O) semakin tinggi, dan sebaliknya. 

2.      Kalor pelarutan diferensial( ) kristal asam oksalat (H₂C₂O₄.2H₂O) dapat ditentukan dari persamaan garis kurva hubungan antara 1/T dengan log m (y = -1141x + 3,916) yaitu sebesar 215,473 J/mol.