Bab 2 Sistem pelarut Anfis.pdf

SISTEM PELARUT

Kimia Anorganik Fisik13 April 2012

Topik :

• Air sebagai Pelarut (sifat kimia, fisika, energi hidrasi)

• Macam Pelarut Non Air• Self Ionization dan energi solvasi

Solution A solution is a mixture of two or more substances

that is homogeneous at the molecular level. The particles in a solution exist as individual

atoms, ions, or molecules.

A solution is a mixture of solutedissolved in a solvent.

Solubility describes the amount of solute that will dissolve in a given amount of solvent.

Which is play a role as a solute and a solvent?

Pelarut

Air (universal) Non Air

1. Organik2. Anorganik (asam basa)

Air sebagai Pelarut

1. Covalent bonding2. Polar covalent bond – unequal sharing of

electrons

A great example of a molecule with polar covalent bonds is water. Why is water considered polar?

Chemistry of Water

Properties of Water

Covalent bonding vs. Hydrogen bonding

Covalent Bond

Hydrogen Bond

Ikatan Hidrogen antar Molekul Air

Sifat Fisik Air Adhesion

Cohesion

Capillary action

High surface tension

Less dense as a solid than a liquid

Cohesion

Adhesion

High surface tension

Capillary action

Less dense as a solid than a liquid

AIR

Tetapan dielektrik ~81,7 cocok untuk pelarut senyawa ionik

Universal dan melimpah Titik beku 0C dan titik didih 100C, cocok

untuk daerah kerja mahluk hidup ~ 25-40C Penanganannya mudah Air dapat mengalami auto ionisasi

2H2O H3O+ + OH-

Dalam air …. Zat terionisasi menjadi elektrolit

gas (kovalen polar) HCl H3O+ + Cl-

padatan basa NaOH Na+ + OH-

garam NaCl Na+ + Cl-

kompleks K4[Fe(CN)6] K+ + [Fe(CN)6]4-

Zat tidak terionisasiGlukosa C6H12O6 larutan C6H12O6

Brom Br2 air Br2

Reaksi dengan air

Logam alkali/alkali tanahNa +H2O Na+ + H2 + OH-

HidrolisisCuSO4 Cu2+ +SO4

2-

2H2O 2OH- + 2H+

CuSO4 + 2H2O Cu(OH)2(s) + SO42- + 2H+

Hidrolisis tidak hanya pada garam, juga pada asam-basa lemah

HidrasiMX(s) M(aq) n+ + X(aq)y-

FeCl2 + 6H2O Fe(H2O)62+ + 2Cl-

Reaksi pertukaran ion

Dalam air ion-ion dapat bertukar pasanganNaOH(aq) + HCl(aq) H2O + Na+ + Cl-

BaCl2(aq) + CuSO4(aq) BaSO4(s) + 2Cl- + Cu2+

BaCl2(aq) + 2AgNO3(aq) 2AgCl(s) + 2NO3- + Ba2+

AgNO3(aq) + CuSO4(aq) ?AgNO3(aq) + HCl(aq) ?AgNO3(aq) + NaOH(aq) ?HCl(aq) + CuSO4(aq) ?NaOH(aq) + CuSO4(aq) ?BaCl2(aq) + NaOH(aq) ?

Tuliskan persamaan reaksi secara lengkap dan benarTuliskan persamaan reaksi secara lengkap dan benar

Kriteria Larut

LARUT: suatu zat disebut larut bila dalam air menghasilkan konsentrasi minimal 0.1M pada temperatur ruang.

TIDAK LARUT : Suatu zat disebut tidak larut bila konsentrasi dalam pelarut air pada temperatur ruang kurang dari 0.001M.

AGAK LARUT: diantara kedua keadaan tersebut.

Soluble or insoluble in water??

• Consider NaCl (solute) dissolving in water (solvent):• The water H-bonds have to be interrupted,• NaCl dissociates into Na+ and Cl-,• Ion-dipole forces form: Na+ … -OH2 and Cl- … +H2O.• Such interaction between solute and solvent are called

solvation.– If water is the solvent, we say the ions are hydrated.

Formation of a SolutionFormation of a Solution

• There are three energy steps in forming a solution:– Separation of solute molecules (H1),– Separation of solvent molecules (H2), and

formation of solute-solvent interactions (H3).• We define the enthalpy change in the solution

process as Hsoln = H1 + H2 + H3.

• Hsoln can either be positive or negative depending on the intermolecular forces.

Energy Changes in Solution Energy Changes in Solution FormationFormation

Enthalpic ContributionsEnthalpic Contributions

• Breaking attractive intermolecular forces is always endothermic.

• Forming attractive intermolecular forces is always exothermic.

• To determine whether Hsoln is positive or negative, we consider the strengths of all solute-solute and solute-solvent interactions:• H1 and H2 are both positive.• H3 is always negative.

• Solutions will not form under certain conditions.• “like substances dissolve like substance”.

Enthalpy Properties of a SolutionEnthalpy Properties of a Solution

• Solution can either be endothermic or exothermic:• For example:

– NaOH added to water has Hsoln = -44.48 kJ/mol.– NH4NO3 added to water has Hsoln = + 26.4 kJ/mol.

• Endothermic meaning heat has been gained by the system.• This is represented by a Hsoln > 0.

• Exothermic meaning heat has been released (or lost) from the system.• This is represented by a Hsoln < 0.

The Solution ProcessThe Solution Process

Perubahan Energi dalam Proses Pelarutan

Agar suatu zat dapat larut ada 3 tahapan:1. Partikel solut harus terpisah satu sama lain2. Beberapa partikel solven harus terpisah untuk

memberi ruang bagi partikel solut3. Partikel solut dan solven harus bercampur menjadi

satu Kesimpulannya pelarutan akan disertai perubahan

entalpi

Proses pelarutan dan energipelarutanProses pelarutan adalah proses ketika kation dalam

fasa gas atau anion dalam fasa gas bereaksi dengan pelarut dalam fasa cair, diperoleh kation terlarut atau anion terlarut.

Energi yang dibebaskan disebut energi pelarutan.M+ (g) + solvent M+(sol) + E pelarutanX- (g) + solvent X-(sol) + E pelarutan

Proses hidrasi dan energihidrasiProses hidrasi adalah proses ketika kation dalam

fasa gas atau anion dalam fasa gas bereaksi dengan air sehingga dihasilkan kation terhidrasi atau anion terhidrasi dengan melepaskan energi.

Energi yang dilepaskan disebut energi hidrasi.

M+ (g) + H2O (l) atau aq M+(aq) + E hidrasiX- (g) + H2O (l) atau aq X-(aq) + E hidrasi

Effect Temperature in SolubilityEffect Temperature in Solubility

Pelarut Non Air

Misalnya NH3(l), HF(l), HCN(l), SO2(l) Mampu melarutkan bahan-bahan

anorganik Mempunyai sifat waterlike Dapat mengalami auto ionisasi

Amonia, pelarut bersifat basa

Mudah di dapat dan mudah penanganannya Mempunyai ikatan H yang lebih lemah daripada H2O

sehingga t.d dan t.l lebih rendah daripada H2O Titik beku -77oC dan titik didih -33oC, daerah kerjanya

sempit Mampu membentuk senyawa kompleks yang larut:

AgCl+ NH3 [Ag(NH3)2]+

Autoionisasi2NH3 (l) NH4

+(am) + NH2-(am)

ion amonium ion amida

Tetapan dielektrik = 22.7 pada -50oC, mampu menurunkan kelarutan senyawa ion

Untuk molekul yang mengandung banyak elektron, seperti senyawa iod dan senyawa non polar seperti hidrokarbon, NH3 merupakan pelarut yang lebih baik dibanding H2O

Kemampuan NH3 dalam melarutkan logam-logam alkali dihasilkan warna biru tua dan logam-logam terlarut dapat diperoleh kembali dg penguapan pelarut

Logam alkali tanah larut dalam NH3 secara kimia. Pada penguapan pelarut, logam yang di dapat dalam bentuk heksaamin, M(NH3)6

Senyawa nitrit, nitrat, tiosianat dan kebanyakan sianida larut dalam NH3

Mayoritas senyawa oksida, hidroksida sulfat, fosfat, karbonat, sulfit, sebagian besar sulfida tdk larut dalam NH3

Pada halida, kelarutan menurun dari I ke Cl, kecuali F Sebagian besar senyawa I larut, Br kurang larut dan

untuk Cl, hanya NH4Cl, BeCl2, dan NaCl yang dapat larut

Keuntungan :- Kurangnya kecenderungan NH3 untuk terlibat dalam reaksi dengan solut (solvolisis)

Kelemahan :- peralatan yang digunakan lebih rumit dan butuh teknik

khusus, karena sifat fisik NH3

Ct : t.d NH3 murni : -33,35oC shg harus bekerja pada T rendah- NH3 sangat higroskopis shg harus ditangani dengan

seksama agar kelembaban udara tidak masuk dalam sistem NH3

Larutan logam-NH3(l) Tingkat autoionisasi relatif rendah sehingga NH3(l) murni

tidak dapat terionisasi dengan sendirinya secara sempurna

NH3 + NH3 NH4+ + NH2

-

Oleh karena itu, larutan logam-logam alkali dalam NH3(l) stabil pada T kamar dalam waktu lama.

2NH3 + 2Na 2NaNH2 + H2

Dengan adanya sedikit katalis FeO, reaksi berlangsung sgt cepat

• Logam alkali/alkali tanah larut dalam amonia membentuk larutan berwarna biru, dapat menghantarkan arus listrik (konduktivitas tergantung pada kation logam).

• Bila ditambahkan logam alkali berlebih akan berwarna bronze (perunggu), bila amonia diuapkan terbentuk logam alkali kembali.Reaksi tsb lebih lambat dibanding reaksi logam alkali dalam air.

Reaksi asam-basa

Asam lemah dalam air, dengan amonia menjadi asam kuatCH3COOH + NH3 CH3COO- + NH4

+

Molekul netral dalam air menjadi asam lemah dalam amonia

NH2-CO-NH2 + NH3 NH4+ + NH2-CO-NH-

Garam NH4+ akan bertindak sebagai asam,

sedangkan amida, imida maupun nitrida akan bertindak sebagai basa dalam NH3(l)

Reaksi netralisasi

Menurut Bronsted, netralisasi adalah proses dimana asam bereaksi dengan basa menghasilkan asam dan basa yang lain atau reaksi antara asam dan basa menghasilkan garam dan pelarut.Asam1 + basa2 asam2 + basa1

asam + basa garam + pelarut NH4

+ + NH2- 2NH3

NH4I + KNH2 2NH3 + KINH4I, NH4NO3, NH4NCS sangat larut dalam amonia, larutan

yang pekat dapat bereaksi dengan logam menghasilkan H2.nM + 2NH4

+ H2 + 2NH3 + Mn+

Reaksi Pengendapan

Apabila 2 ion yang kurang larut bertemu dan berinteraksi akan membentuk endapan

Dalam air KCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl (s) + NO3

- + K+

Dalam amonia AgCl (am) + KNO3(am) KCl(s) + NO3

- + Ag+

Amonia lebih basa dari air dan tetapan dielektrik lebih rendah

Senyawa yang tidak larut dalam NH3(l) berbeda dengan senyawa yang tidak larut dalam H2O(l)

Sebagian besar senyawa klorida tidak larut dalam NH3(l) kecuali NaCl, NH4Cl, dan BeCl2

Kebanyakan nitrat larut dalam NH3(l) sehingga dapat digunakan untuk metode pengendapan.

Beberapa halida yang tidak larut akan mengendap sebagai amina kompleks

Garam KNH2 Lebih larut dari pada NaNH2 Kalium amida dalam air tidak menghasilkan ion amida,

reaksinya sbb:KNH2(s) + H2O(l) NH3(aq) + K+(aq) + OH-(aq)

Reaksi pembentukan kompleks

Dalam larutan air, penambahan ion CN- pada ion Ag+

menghasilkan endapan taklarut AgCN, tapi jika endapan tersebut ditambahkan ion CN- berlebih akan terbentuk kompleks Ag(CN)2

- yang larut. Reaksi yang sama juga terjadi pada NH3(l)

Dalam air Zn2+ + 2OH- Zn(OH )2 Zn(OH ) 4

2-

hidroksida berlebihDalam amonia Zn2+ + 2NH2

- Zn(NH2 )2 Zn(NH2 ) 42-

amida berlebih

Reaksi Redoks

Sama dengan dalam H2O(l)

Ketika gas O2 memasuki larutan logam Na dalam NH3(l) terlebih dahulu dihasilkan hidroksida dan amida, baru diikuti oksidasi amida menjadi nitrit2Na (am) + 1/2O2 NaOH + NaNH2

4NaNH2 + 3O2 2NaOH + 2NaNO2 + 2NH3

Larutan logam-logam alkali dan alkali tanah dalam NH3(l) bertindak sebagai donor elektron (reduktor)

Oksidasi oleh KMnO4 dalam NH3(l) lebih lemah daripadadalam H2O(l).

KMnO4 tereduksi dengan cepat menjadi K2MnO4 danMnO2 oleh kalium. Reduksi diikuti oleh reaksi lambatK2MnO4 yang tereduksi lanjut menjadi MnO

KMnO4 juga tereduksi menjadi K2MnO4 oleh KNH2

Dalam NH3(l) larutan logam merupakan reduktor kuatkarena adanya elektron bebas dalam larutan yangdengan mudah didonorkan pada akseptor elektron,sedangkan kekuatan oksidatornya lemah

Reaksi lain dalam Pelarut Amonia

• Spesi kimia basa yang lebih kuat dari ion amida menjadi basa kuat dalam amonia

H- + NH3 NH2- + H2

O2- + NH3 NH2- + OH-

• Amonia dapat menyebabkan disproporsionasi belerang5S8 + 16NH3 4S4N- + 4S6

2- + 12NH4+

S62- 2S3

- ion ini berwarna biru, dalam aluminosilikat membentuk ultramarine blue (pigmen biru)

Asam sulfat, Pelarut bersifat asam

Tetapan dielektrik ~110, jadi sangat baik sebagai pelarut senyawa ion, tetapi viskositasnya ~ 25x lebih besar dari viskositas air pelarutan dalam asam sulfat menjadi sangat lambat.

Auto ionisasi menghasilkan sulfat terprotonasi H3SO4+

dan bisulfat HSO4-

Bersifat sebagai oksidator dan dehydrator

Reaksi dalam Asam sulfat

Asam lemah dalam air menjadi basa dalam asam sulfat CH3COOH + H2SO4 HSO4

- + CH3C(OH) 2+

Asam kuat dalam air dapat bersifat sebagai asam lemah dalam asam sulfat.

HClO4 + H2SO4 H3SO4+ + ClO4

-

Non-elektrolit dalam air dapat bersifat basa dalam asam sulfat

NH2-CO-NH2 + H2SO4 HSO4- + NH2-CO-NH3

+

Asam super = kombinasi asam fluorosulfat dengan antimon pentafluorida,

SbF5+2HSO3F FSO3 SbF5- + H2SO3F

asam super dapat melarutkan lilin (alkana berantai lurus)Contoh asam super lainnya:SbF5+2HF H2F+ + SbF6

-

Hidrogen Fluorida

HF sebagai pelarut :• T.l = -83C• T.d = 19,4C• Tetapan dielektriknya tinggi, sehingga sifat pelarut

baik• Melarutkan beberapa garam • Aktivitas kimia ekstrim, sedikit sekali anion larut

tanpa perubahan

Proses pelarutan dalam HF

1. Disosiasi ion yang samaKF + HF K+ + HF2

-

2. Penambahan HF pada solut, diikuti dengan disosiasi menghasilkan ion kompleks dan ion F-

CH3COOH + HF CH3COOH.HFCH3COOH.HF CH3COOH2

+ + F-

3. Reaksi kimia penggantian anion solut dengan FKCN + HF HCN + KF

4. Reaksi kimia yang lebih rumitH2SO4 (aq) + 2HF HOSO2F + H3O+ + F-

Oksida dan hidroksida biasanya bereaksi keras dengan HF membentuk F- dan H2O.H2O bereaksi dengan pelarut berlebih menghasilkan hidronium dan ion bifluorida.OH- + HF F- + H2OH2O + 2HF H3O+ + HF2

-

Mayoritas senyawa Cl, Br, dan I tidak larut dan bereaksi dengan pelarut menghasilkan hidrogen halida.KCl + HF HCl + KF

K dan Na sulfat larut dengan mudah tapi sebelumnya diubah menjadi asam sulfat dan kemudian menjadi asam fluorosulfonatH2SO4 + 2HF HOSO2F + H3O+ + F-

Asam nitrat dan beberapa garam nitrat larut dalam HFNaNO3 + 4HF Na+ + H2NO3

+ + 2HF2-

Hanya fluorida, fluoborat dan perklorat yang larut dalam HF dan menghasilkan ion-ion yang sama jika dilarutkan dalam H2O.

Reaksi dalam HF

Karena hanya ada beberapa anion yang stabil dalam HF, reaksi yang umum terjadi adalah reaksi netralisasi dan pengendapanNa2SO4 + 2AgF Ag2SO4 + 2NaFKClO4 + TlF TlClO4 + KFNaClO4 + AgF AgClO4 + NaFKIO4 + AgF AgIO4 + KF

Beberapa senyawa organik larut dalam HF dan menghasilkan larutan dengan konduktivitas tinggi

Reaksi solvasi dimana molekul organik menerima proton dan membentuk ion kompleks positif

Reaksi tipe tersebut terjadi pada alkohol, fenol, eter, aldehid, asam-asam anhidrida.

ROH + 2 HF ROH2+ + HF2

-

R2O + 2 HF R2OH+ + HF2-

(RCO)2O + 2 HF (RCO)2OH+ + HF2-

R2CO + 2 HF R2COH+ + HF2-

Belerang Dioksida (SO2)

SO2 (l) sebagai pelarut :- Waterlike- T.d = -10 oC- T.b = -75 oC- Terionisasi lemah : SO2 + SO2 SO2+ + SO3

2-

- SO2 (l) tidak berasosiasi sebanyak NH3 dan HF karena SO2 (l) tidak mempunyai atom H yang dapat digunakan untuk ikatan H

- ε = 17,27 meskipun < air tapi tetap dapat melarutkan sejumlah garam

Range fasa cair luas pelarut

Larutan garam dalam SO2 (l) mempunyai konduktivitaslistrik tinggi, membuktikan bahwa pelarut merupakanmedia pengion

Kelarutan senyawa-senyawa anorganik dalam SO2 (l)sangat bervariasi dan dalam rentang nilai yang tinggi

Kecuali I, sebagian besar kelarutan halida adalah kecil(0,2-2,0 g/100ml)

Alkali dan alkal tanah-iodida mudah larut tapikelarutannya menurun dari Br ke F

SO2 (l) juga pelarut yang sempurna untuk senyawa organik dan dapat digunakan sebagai media reaksi-reaksi organik seperti Fiedel Crafts, sulfonasi dan brominasi.

Merupakan pelarut yang lebih baik untuk senyawa-senyawa kovalen daripada elektrovalen

Industri menggunakan sifat-sifat pelarut SO2 (l)untuk pemurnian produk petroleum

No Solute (zatterlarut)

Produk Reaksi dalam SolventH2O NH3 H2SO4

1 Logam K2 NaCl (s)3 Ion Cu2+

4 Cl2(g)5 CH3COOH (l)

Homework