LAPORAN PRAKTIKUM DAN PROYEK KIMIA
(KEASAMAN ION LOGAM TERHIDRAT)
OLEH :
AFSARI AMIATI
17728251020
PENDIDIKAN KIMIA A
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2017
PERCOBAAN I
KEASAMAN ION LOGAM TERHIDRAT A. TUJUAN
Tujuan percobaan “Keasaman Ion Logam Terhidrat” berdasarkan metode pH-metri akan ditunjukkan bahwa ion metalik terhidrat memiliki perilaku seperti suatu mono asam dengan konstanta keasaman yang tergantung pada suasana lingkungan dan derajad oksidasi kation logam.
B. TINJAUAN PUSTAKA
Pemahaman pembentukan senyawa kompleks dalam larutan (air) sangat penting. Pembentukan suatu senyawa kompleks dalam larutan berlangsung secara bertahap (stepwise) terhadap pengikatan ligan pada atom pusat. Jadi, apabila sebuah ligan netral L membentuk senyawa kompleks dengan ion metal MX+, maka dapat dibentuk sejumlah tetapan kesetimbangan yang berurutan, K1, K2,...., Kn n= jumlah maksimal ligan yang terikat pada ion metal dalam kondisi eksperimen khusus). Oleh karena ion metal dalam larutan air tidak berada sebagai ion sederhana MX+ melainkan sebagai senyawa kompleks [M(H2O)n]X+, maka reaksi pembentukan senyawa kompleks pada pengikatan ligan L dapat dinyatakan dengan suatu persamaan reaksi sebagai berikut:
[M(H2O)n]x+ + L ↔ [M(H2O)n-1L]x+ + H2O [M(H2O)n-1L]x+ + L ↔ [M(H2O)n-2L2]x+ + H2O ... [M(H2O)n-1L]x+ + L ↔ [MLn]x+ + H2O
(Sugiyarto, 2012).
Nama aluminium diturunkan dari kata alum yang menunjuk pada senyawa garam rangkap Al(SO4)2. 12H2O; kata ini berasal dari bahasa alumen yang artinya garam pahit. Oleh Humphry Davy, logam dari garam rangkap ini diusulkan dengan nama aluminium dan kemudian berubah menjadi aluminum. Namun nama ini pun segera dimodifikasi menjadi aluminium yang menjadi popular diseluruh dunia kecuali di Amerika Utara dimana American Chemical Society pada tahun 1925 memutuskan tetap menggunakan istilah aluminum didalam publikasinya. Sejumlah garam aluminum mengkristal dari larutannya dalam bentuk terhidrat
seperti AlX3.nH2O (dimana x= Cl, Br, I, ClO3, dan n= 6) dan Al (NO3)3 9H2O. Aluminium sulfat yang dapat dibuat dari aluminium oksida dengan asam sulfat pekat panas, mengkristal sebagai Al2(SO4)2. 18 H2O.garam ini dibuat dengan bahan dasar lempung kaolin Al2Si2O3(OH)4. Demikian juga reaksi kalium sulfat dengan aluminium sulfat dalam jumlah mol yang sama akan menghasilkan garam rangkap tawas KSO4 Al2 (SO4)3 24 H2O atau KAl(SO4)2. 12 H2O (Sugiyarto,
2003: 133). Dalam air, ion aluminium terdapat sebagai ion
heksaakuaaluminium(III), [Al(H2O)6]3+, tetapi mengalami hidrolisis secara bertahap hingga menjadi ion tetraakuadihidroksoaliminium(III) menurut reaksi : [Al(H2O)6]3++ H2O ⇌ [Al(H2O)5(OH)]2+ + H3O+
[Al(H2O)5(OH)]2++ H2O ⇌ [Al(H2O)4(OH)2]+ + H3O+
Kobalt adalah logam berwarna abu-abu seperti baja dan bersifat sedikit magnetis. Ia melebur pada 1490oC. Logam ini mudah melarut dalam asam-asam mineral encer.
Co + 2 H+ Co2+ + H2
Pelarutan dalam asam nitrat disertai dengan pembentukan nitrogen oksida.
3Co + 2 HNO3 + 6 H+ 3Co2+ + 2NO + 4H2O
Ion kobalt (III) Co3+ tidak stabil tapi kompleksnya stabil, baik dalam larutan maupun dalam bentuk kering. Kompleks-kompleks kobalt (II) dapat dioksidasikan dengan mudah menjadi kompleks-kompleks kobalt (III) (Svehla,1985:276). Menurut KH. Sugiyarto dan Retno D. Suyanti (2010: 296), Garam kobalt(II) berwarna pink jika ion logam ini mengadopsi geometri oktahedral, misalnya [Co(H2O)6]2+. Penambahan ion hidroksida ke dalam larutan ion kobalt(II) menghasilkan endapan kobalt(II) yang berwarna biru pada awalnya, tetapi menjadi pink setelah dibiarkan beberapa lama.
[Al(H2O)6]3+ + 2OH- Co(OH)2 + 6H2O
Menurut KH. Sugiyarto dan Retno D. Suyanti (2010: 307-308), Tembaga membentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +1 dan +2, namun hanya tembaga(II) yang stabil mendominasi dalam larutannya. Dalam air, hampir semua garam tembaga(II) berwarna biru oleh karena warna ion kompleks koordinasi
enam, ion [Cu(H2O)6]3+ . Suatu pengecualian yang terkenal adalah tembaga(II) klorida yang berwarna kehijauan oleh karena ion kompleks koordinasi empat [CuCl4]2-, yang mempunyai bangun geometri dasar tetrahedral atau bujursangkar bergantung pada anion ligannya. Dalam larutan encer garam klorida ini berwarna biru karena terjadinya pendeksakan ligan Cl- oleh ligan H2O. Oleh karena itu, jika warna hijau ingin dipertahankan, ke dalam larutan pekat CuCl2 dalam air dapat dipertahankan ion senama Cl- misalnya dengan penambahan padatan NaCl atau HCl pekat atau HCl gas.
[CuCl4]2- + 6H2O ⇌ [Cu(H2O)6]2+ + 4Cl
-Unsur-unsur yang dikelompokkan pada golongan-golongan memiliki karakteristik yang sudah tersusun berdasarkan nomor atom. unsur-unsur yang digolongkan kedalam satu golongan dari atas ke bawah memiliki sifat keasaman yang semikin kecil karena nomor atom semakin besar. Nomer atom semakin besar maka memiliki ikatan elektron yang semikin lemah sehingga mudah melepas elektron. Elektron yang mudah dilepaskan maka akan semakin bersifat asam. Berbeda dengan periode unsur semakin kekanan sifat keasaman semakin besar. Hal ini berdasarkan teori asam dan basa yang menyatakan bahwa suatu asam didefinisikan zat yang menghasilkan ion H+ bila terlarut dalam air. Suatu basa merupakan zat yang mampu menghasilkan ion OH- jika dilarutkan dalam air.
Penentuan pKa setiap ion terhidrat dengan cara:
Reaksi [M(H2O)6]x+ + H2O ↔ [M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H3O+ atau
[M(H2O)6]x+ ↔ [M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H+ Dalam kesetimbangan:
konsentrasi [M(H2O)5(OH)](x-1)+ = konsentrasi H+ Maka: 𝐾𝑎 = [H+]2
[M(H2O)6x+]
pKa = - log Ka dan pH = - log [H+], maka: pKa = 2 pH + log Casam
C. ALAT DAN BAHAN 1. Alat
Alat yang digunakan dalam praktikum keasaman ion logam terhidrat sebagai berikut :
a. Gelas beker 100 ml (@3 buah)
b. pH meter (@1 set)
c. Labu Ukur 100 ml (@1 buah)
d. Batang Pengaduk (@1 buah)
e. Pipet tetes (@2 buah)
f. Neraca Analitik (@1 buah)
g. Botol Aquades (@1 buah)
2. Bahan
Bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah : a. Aluminium(III) Nitrat nanohidrat, Al(NO3)3.9H2O b. Kobalt(II) Nitrat heksahidrat, Co(NO3)2.6H2O c. Tembaga(II) Nitrat trihidrat, Cu(NO3)2.3H2O d. Aquades
D. PROSEDUR KERJA
1. Preparasi ion logam dengan konsentrasi 0,04 M dilakukan dengan cara: a. Al(NO3)3.9H2O ditimbang sebanyak ±1,5 gram (Sampel 1)
b. Co(NO3)2.6H2O ditimbang sebanyak ±0,96 gram (Sampel 2) c. Cu(NO3)2.3H2O ditimbang sebanyak ±1,15 gram (Sampel 3)
2. Sampel yang telah ditimbang kemudian dilarutkan sedikit sebelum dimasukkan ke dalam labu ukur 100 ml (Untuk mempermudah sampel yang berbentuk padaatan masuk ke dalam labu ukur).
3. Aquades ditambahkan ke dalam labu ukur yang telah terdapat sampel sampai tanda batas. Labu ukur digoyang-goyangkan hingga larutan larut sempurna.
5. Setiap sampel yang telah diprepasi kemudian diambil sebanyak 50 ml ke dalam masing-masing beker gelas. (sampel 1,2, dan 3)
6. Masing-masing sampel diukur pHnya dengan menggunakan pH-meter kemudian dicatat hasilnya.
E. DATA HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN 1. Data Hasil Pengukuran dan Pengamatan
Hasil pengukuran sebagai berikut (Kuantitatif) :
Bahan Mr (gr/mol) Massa (gr) pH I II III Al(NO3)3.9H2O 375,15 1,50 4,2 4,2 4,2 Co(NO3)2.6H2O 291,04 0,96 6,2 6,2 6,2 Cu(NO3)2.3H2O 241,62 1,15 5,2 5,3 5,3
Hasil pengamatan sebagai berikut (Kualitatif) :
Bahan Warna Gambar
Al(NO3)3.9H2O +
Aquades Tak berwarna
Co(NO3)2.6H2O +
Aquades Merah Muda
Cu(NO3)2.3H2O +
2. Perhitungan
Perhitungan Ka dan pKa dilakukan berdasarkan reaksi berikut : [M(H2O)6]x+ + H2O ↔ [M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H3O+
atau
[M(H2O)6]x+ ↔ [M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H+ Dalam kesetimbangan:
konsentrasi [M(H2O)5(OH)](x-1)+ = konsentrasi H+ Maka: 𝐾𝑎 = [H+]2
[M(H2O)6x+]
pKa = - log Ka dan pH = - log [H+], maka: pKa = 2 pH + log Casam
a. Alumunium (III) Nitrat Nanohidrat Al(NO3)3.9H2O
Reaksi:
1) [Al(H2O)6]3++ H2O ⇌ [Al(H2O)5(OH)]2+ + [H3O]+ [Al(H2O)6]3+⇌ [Al(H2O)5(OH)]2+ + H+
Dalam kesetimbangan konsentrasi [Al(H2O)5(OH)]2+ = konsentrasi H+
Maka: 𝐾𝑎 = [H+]2 [Asam] M = 𝑔 𝑀𝑟𝑥 1000 𝑣 = 1,50 375,13𝑥 1000 100 = 0,039 M 2) pKa = -log Ka pH = -log [H+]
Maka: pKa = 2 pH + log Casam pKa = 2 (4,2) + log (0,039)
pKa = 8,4 – 1,409 pKa = 7
3) Menentukan Ka dari pKa: pKa = -log Ka
7 = -log Ka
b. Kobalt (II) nitrat heksahidrat Co(NO3)2.6H2O
Reaksi:
1) [Co(H2O)6]3++ H2O ⇌ [Co(H2O)5(OH)]2+ + [H3O]+ [Co(H2O)6]3+⇌ [Co(H2O)5(OH)]2+ + H+
Dalam kesetimbangan konsentrasi [Co(H2O)5(OH)]2+ = konsentrasi H+
Maka: 𝐾𝑎 = [H+]2 [Asam] M = 𝑔 𝑀𝑟𝑥 1000 𝑣 = 0,96 291,04𝑥 1000 100 = 0,033 M 2) pKa = -log Ka pH = -log [H+]
Maka: pKa = 2 pH + log Casam pKa = 2 (6,2) + log (0,033)
pKa = 12,4 – 1,48 pKa = 10,92 3) Menentukan Ka dari pKa:
pKa = -log Ka 10,92 = -log Ka
Ka = 1,20 x 10-11
c. Tembaga (II) nitrat trihidrat Cu(NO3)2.3H2O
Reaksi:
1) [Cu(H2O)6]3++ H2O ⇌ [Cu(H2O)5(OH)]2+ + [H3O]+ [Cu(H2O)6]3+⇌ [Cu(H2O)5(OH)]2+ + H+
Dalam kesetimbangan konsentrasi [Cu(H2O)5(OH)]2+ = konsentrasi H+
Maka: 𝐾𝑎 = [H+]2 [Asam] M = 𝑔 𝑀𝑟𝑥 1000 𝑣 = 1,15 241,60𝑥 1000 100 = 0,047 M 2) pKa = -log Ka pH = -log [H+]
Maka: pKa = 2 pH + log Casam pKa = 2 (5,3) + log (0,047)
pKa = 10,6 – 1,38 pKa = 9,22
3) Menentukan Ka dari pKa: pKa = -log Ka
9,22 = -log Ka
Ka = 6,02 x 10-10
F. PEMBAHASAN
Percobaan “Keasama Ion Logam Terhidrat” dilakukan menggunakan 3 senyawa hidrat yaitu Al(NO3)3.9H2O, Co(NO3)2.6H2O dan Cu(NO3)2.3H2O dilakukan metode pH-metri untuk menunjukkan bahwa ion metalik (Al, Co dan Cu) terhidrat memiliki perilaku seperti suatu mono asam dengan konstanta keasaman yang tergantung pada suatu lingkungan dan derajat oksidasi kation logam. Ketiga senyawa hidrat tersebut terdiri dari masing-masing ion logam, ion nitrat dan hidrat. Hidrat adalah zat padat yang mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari struktur kristalnya.
Berdasarkan teori Bronsted-Lowry asam adalah donor proton, dapat diasumsikan bahwa kekuatan asam ditentukan oleh seberapa mudah suatu spesies untuk mendonorkan protonnya. Semakin mudah suatu spesies mendonorkan protonnya maka keasamannya akan semakin kuat begitu juga dengan sebaliknya. Mudah tidaknya suatu spesies asam untuk mendonorkan protonnya dapat dilihat dari seberapa besar harga Ka dan seberapa besar asam tersebut terionisasi dalam larutan.
Data hasil pengukuran pH untuk Al(NO3)3.9H2O 0,039 M,
Co(NO3)2.6H2O 0,033 M, Cu(NO3)2.3H2O 0,047 M secara berturut-turut adalah
4,2; 6,2; dan 5,2. pH larutan Al(NO3)3.9H2O < Cu(NO3)2.3H2O <
Co(NO3)2.6H2O. Menurut Miessler & Tarr (2003), jari-jari ion Al3+, Cu2+, dan
Co2+ berturut-turut adalah 68, 87 dan 89 untuk bilangan oksidasi 6, sehingga dapat
ditulis jari-jari ion Al3+ < Cu2+ < Co2+. Hal ini menunjukkan adanya hubungan
antara jari-jari ion dengan kekuatan asam. Semakin kecil jari-jari ion maka kekuatan asam semakin besar yang diindikasikan dengan pH yang semakin rendah.
Teori tersebut akan diperjelas dengan menghitung pKa dan Ka data pH yang diperoleh dari praktikum. pKa (derajat kelarutan asam/derajat disosiasi asam) adalah ukuran kelarutan suatu asam (atau basa) dalam pelarut air dengan kondisi standar (1 atm dan 25 °C). Sedangkan, Ka (Konstanta disosiasi
asam /konstanta keasaman) adalah sebuah konstanta atau tetapan
keseimbangan spesifik untuk sebuah asam dan basa konjugasinya di sebuah larutan.
Nilai pKa berbanding terbalik dengan tingkat keasaman suatu zat. Semakin besar nilai pKa maka zat tersebut semakin lemah sifat keasamannya. Apabila pKa semakin kecil maka zat tersebut sifat keasamanya semakin kuat. Derajat keasaman (pH) sebuah metode untuk mengetahui derajat keasaman suatu zat.
Perhitungan Ka dan pKa dilakukan berdasarkan reaksi berikut : [M(H2O)6]x+ + H2O ↔ [M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H3O+ atau
[M(H2O)6]x+ ↔ [M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H+ Dalam kesetimbangan:
Konsentrasi [M(H2O)5(OH)](x-1)+ = konsentrasi H+ ; maka: 𝐾𝑎 = [H+]2
[M(H2O)6x+]
pKa = - log Ka dan pH = - log [H+], maka:pKa = 2 pH + log Casam
pKa dari garam dapat dihitung dengan menggunakan persamaan tersebut. Ka dihasilkan dengan menggunakan antilog. Berikut adalah besar pKa dan Ka hasil perhitungan :
Kristal pH pKa Ka
Al(NO3)3.9H2O 4,2 7 1 x 10-7
Co(NO3)2.6H2O 6,2 10,92 1,20 x 10-11
Cu(NO3)2.3H2O 5,3 9,22 6,02 x 10-10
Urutan pKa berdasarkan pengukuran dari yang paling kecil, yaitu Al(NO3)3.9H2O < Cu(NO3)2.3H2O < Co(NO3)2.6H2O. Hal ini membuktikan bahwa semakin besar harga pKa, maka tingkat keasaman larutan tersebut akan semakin bekurang atau polarisasi ikatan O-H semakin berkurang. Sebaliknya,
semakin kecil harga pKa maka kekuatan asam larutan garam tersebut akan semakin besar. Rentang pH suatu larutan adalah 1-14, dengan 1-7 adalah asam dan 8-14 adalah basa. Jadi semakin besar nilai pH, kekuatan asam suatu larutan akan semakin lemah, sedangkan semakin kecil nilai pH, kekuatan asam suatu larutan akan semakin kuat. Kekuatan asam ini ditentukan oleh ion H+. Jika pKa besar maka kekuatan asamnya lemah. Begitupun sebaliknya. Asam yang lebih kuat memiliki nilai Ka yang lebih besar dan nilai pKa yang lebih kecil.
G. KESIMPULAN
Kesimpulan dari percobaan ini berdasarkan hasil yang telah dilakukan dapat disimpulkan:
1. pH larutan Al(NO3)3.9H2O < Cu(NO3)2.3H2O < Co(NO3)2.6H2O dan pKa
larutan Al(NO3)3.9H2O < Cu(NO3)2.3H2O < Co(NO3)2.6H2O
2. Semakin besar harga pKa garam, maka tingkat keasaman akan semakin berkurang. Apabila kation logam terhidrat dengan muatan positif semakin besar dan memiliki ukuran jari-jari yang semakin kecil, maka memiliki daya polarisasi ikatan O-H yang semakin besar sehingga harga pKa akan semakin kecil.
H. PERTANYAAN DAN TUGAS
1. Bagaimanakah hubungan pKa dengan kekuatan asam, jelaskan?
Jawab :
Hubungan pKa dengan kekuatan asam adalah berbanding terbalik. Apabila harga pKa semakin besar, maka tingkat keasaman larutan akan semakin berkurang (polarisasi ikatan O-H makin berkurang) sehingga akan membuat pH larutan semakin besar.
2. Bagaimanakah hubungan kekuatan asam logam terhiderat terhadap jari-jari ion logam, jelaskan?
Jawab :
Apabila terjadi kenaikan jari-jari ion, maka kekuatan asam akan cenderung menurun. Hal ini menyatakan adanya hubungan antara jari-jari ion dengan kekuatan asam. Kekuatan keasaman kation dipengaruhi oleh perbandingan antara rasio tinggi muatan/ukuran tersebut, yaitu semakin tinggi rasio muatan/ukuran maka polarisasi ikatan O-H bertambah, sehingga kekuatan asam kation kation tersebut akan semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
Hari Sutrisno dan Amanatie. (2016). Diktat Praktikum Kimia. Yogyakarta: Pascasarjana UNY
KH. Sugiyarto. (2003). Kimia Anorganik II. Jakarta : JICA
KH. Sugiyarto. (2012) Dasar-dasar Kimia Anorganik Transisi. Yogyakarta: Graha Ilmu
KH. Sugiyarto dan Retno D. Suyanti. (2010). Kimia Anorganik Logam.
Yogyakarta: Graha Ilmu
Miessler, G.A. & Tarr, D.A. (2003). Inorganic Chemistry (3Ed). Englewood Cliffs. New Jersey: Prentice Hall
Svehla, G. (1979). Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro Dan Semimakro. Jakarta : PT. Kalman Media Pusaka
