Pertemuan 2
PREPARASI LARUTAN
Penyiapan/pembuatan larutan merupakan aktivitas yang sering sekali dilakukan dalam bekerja di laboratorium, baik dalam analisis kimia secara konvensional (volumetri dan gravimetri maupun dalam analisis secara instrumentasi (spektrometri, kromatografi, dsb). Dalam analisis konvensional misalnya adalah pembuatan larutan standar yang digunakan untuk titrasi, sedangkan dalam analisis instrumentasi misalnya adalah pembuatan serangkaian larutan standar untuk memperoleh grafik standar.
2.1 PENGENCERAN
Pengenceran digunakan untuk membuat larutan dengan konsentrasi yarg Lebih rendah dari larutan dengan konsentrasi lebih tinggi/pekat. Perhitungan yang digunakan adalah:
C1 x V1 = C2 x V2...………..………(2-1) Di mana : C1 = Konsentrasi larutan asal / pekat
V1 = Volume larutan asal yang akan diencerkan
C2 = Konsentrasi larutan standar yang akan dibuat
V2 = Volume larutan standar yang akan dibuat
Dari persamaan (2-l) di atas, konsentrasi larutan asal harus diketahui. Jika volumedan konsentrasi larutan yang akan dibuat juga diketahui, maka dapat ditentukanberapa volume larutan asal yang diperlukan untuk pengenceran. Satuankonsentrasi dapat berupa persen, molaritas, normalitas, dll.Contoh :
Berapa ml larutan NaCl 10% yang diperlukan untuk membuat larutan NaCl 2% sebanyak 500 ml
Jawab :
l0 x V1= 2 x 500
100 mI NaCl l0% dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml, kemudian ditambahkan aquades sampai tanda batas.
umumnya pengenceran dilakukan dengan cara menambahkan pelarut (air) ke dalam zat yang akan diencerkan, tetapi untuk zat-zat yang menunjukkan reaksi eksotermis pada pengencerannya seperti asam sulfat pekat, pengenceran dilakukan dengan cara menuangkan asam sulfat pekat sedikit demi sedikit ke dalam pelarut (air). Jika air dituangkan langsung ke dalam labu ukur yang berisi asam sulfat pekat dapat menyebabkan terjadinya ledakan.
Tabel 2.1 Konsentrasi Asam dan Basa Pekat yang tersedia di pasaran
Nama asam/basa Rumus kimia Konsentrasi (M)
Asam asetat Asam florida Asam bromida Asam klorida Asam nitrat Asam perklorat Asam fosfat Asam sulfat Amonium hidroksida CH3COOH HF HBr HCl HNO: HCIO+ HgPO+ HzSO+ NH4OH l7 26 9 12 I6 12 l5 18 l5 2.2 PERSEN
Terdapat 3 jenis satuan persen yaitu persen volume/volume (v/v), persen berat/berat (w/w) dan persen berat/volume (w/v).
……….(2-3)
……….……(2-4)
Satuan pada persamaan (2-2) dapat sembarang satuan berat atau volume, selama satuan pembilang dan penyebutnya sama, sedangkan satuan pada persamaan (2-4) harus mempunyai perbandingan seperti gr/ml, kg/lt atau mgr/ult.
2.2.1 Persen volume/volume (v/v)
Persen v/v biasa digunakan jika zat yang akan dilarutkan berbentuk cairan, karena cairan lebih mudah diukur volumenya daripada ditimbang beratnya.
V1= x V... (2-5)
Dimana :
V1= volume zat yang akan dilarutkan
V2= volume zat yang akan dibuat
a = persen yang akan dibuat
contoh :
Bagaimana cara membuat 500 ml etanol 15% (v/v) dalam air?
Jawab :
V1= x 500
=75 ml
75ml etanol dimasukan kedalam labu ukur 500ml, tambahkan aquadest sampai tanda batas.
Persen w/w biasa digunakan jika zat yang akan dilarutkan berupa padatan, karena lebih mudah menimbang berat padatan daripada mengukur volumenya, namun demikian persen w/w kadang-kadang juga digunakan walaupun zat yang akan dilarutkan berupa cairan.
W1= W2 ...(2-6)
Di mana :
W1 = Berat zat yang akan dilarutkan
W2 = Berat larutan yang akan dibuat
a = Persen yang akan dibuat
Contoh :
Buatlah 500 gr larutan NaCl 12% (w/w)!
Jawab :
W1 = 500
= 60 gr
60 gr Kristal NaCl ditambah aquadest samapai beratnya 500 gr.
Jika diinginkan volume larutan yang dibuat dan bukan berat larutan, maka volume larutan yang akan dibuat dapat dihitung dari kerapatannya (P).
W=V x P ...………… (2-7) Dimana : W = Berat zat V = Volume zat P = Kerapatan zat Contoh :
Bagaimana cara membuat 500 ml larutan NaCl 12% (w/w), jika kerapan NaCl 12% adalah 1,05 g/ml?
Jawab :
Berat larutan = 500 x 1,05
=525 gr
Berat Kristal NaCl yang diperlukan = x 525
= 63 gr
63 gr Kristal NaCl dimasukan ke dalam labu ukur 500 ml, tambahkan aquadest secukupnya, kocok sampai semua Kristal larut kemudian tambahkan aquadest sampai tanda batas.
2.2.3 Persen berat/volume (w/v)
Persen w/v biasa digunakan jika zat yang akan dilarutkan berbentuk padatan.
W = x v ...(2-8)
Dimana :
W = Berat zat yang akan dilarutkan
V = Volume zat yang akan dibuat
a = Persen yang akan dibuat
Dari persamaan (2-8) di atas menunjukan bahwa tidak diperlukan menimbang berat total larutan, tetapi hanya menimbang zat yang akan diperlukan dan menambah aquadest sampai volume yang dikehendaki.
Contoh :
Bagaimana cara membuat 500 ml larutan NaCl 5% (w/v) ?
W = x 500
= 25 gr
25 gr Kristal NaCl, dimasukan ke dalam labu ukur 500 ml, tambahkan aquadest sampai tanda batas.
Tabel 2.2 kerapatan dan komposisi persen (w/w) asam dan basa pekat
Asam/basa Rumus kimia Kerapatan Persen w/w
Asam asetat CH3COOH 1,05 99,5
Asam bromide HBr 1,52 48
Asam klorida HCl 1,18 37
Asam florida HF 1,14 45
Asam nitrat HNO3 1,42 72
Asam perklorat HClO4 1,67 70
Asam fosfat H3PO4 1,69 85
Asam sulfat H2SO4 1,82 96
Amonium hidroksida NH4OH 0,90 58
2.3 MOLARITAS (M)
Molaritas adalah banyaknya mol zat terlarut tiap 1 liter larutan. LarutanNaCl 2 M berarti dalam 1 liter larutan tersebut terdapat 2 mol NaCl. Untukmembuat larutan dengan molaritas tersebut dari bahan kimia murni dapatdigunakan persamaan berikut :
W = VxMxBM ………(2-9)
dimana :
W = Berat zatyangharus ditimbang (gr) V = Volume larutan yang akan dibuat (lt)
M = Molaritas larutan yang akan dibuat BM = Berat molekul zat yang akan dilarutkan Contoh:
Bagaimana cara membuat 500 ml larutan NaOH 0,2 M dari NaOH padat ? Jawab:
W = 0,5x0,2x40 = 4,0 g
4,0 gram NaOH padat dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml, tambahkan aquades secukupnya, kocok sampai semua NaOH padat larut, kemudian tambahkan aquades sampai 500 ml.
2.4 NORMALITAS (N)
Normalitas adalah banyaknya grek (gram ekivalen) zat terlarut dalam Setiap 1 liter larutan. Larutan KMnO4 0,25 N berarti Setiap liter larutan tersebut terdapat 0,25 gram ekivalen garam kalium permanganat.
2.4.1 Berat Ekivalen
Suatu senyawa dapat mempunyai berat ekivalen yang berbeda-beda tergantung pada jenis reaksinya. Berat ekivalen suatu senyawa dalam reaksi netralisasi dapat berbeda dengan berat ekivalennya dalam reaksi reduksi-oksidasi(redoks).
2.4.1a Berat Ekivalen pada Reaksi Netralisasi
Reaksi netralisasi adalah reaksi yang menghasilkan garam biasanya terjadi antara asam dengan basa seperti contoh di bawah ini :
NaOH + HCl --- NaCl +H2O 2NaOH + H2SO4 --- Na2SO4 + 2H2O
Berat ekivalen asam adalah banyaknya mol asam tersebut yang dapat melepaskan 1 mol ion H+, sehingga untuk asam-asam monobasisi seperti HCl, HNO3, CH3COOH, dsb berat ekivalennya adalah 1 mol, sedangkan untuk asamasam dibasis seperti H2SO4, H2CO3, dan asam-asam tribasis seperti H3PO4 masing-masing berat ekivalennya adalah ½ mol an 1/3 mol.
Berat ekivalen basa dalam reaksi netralisasi adalah banyaknya mol basa tersebut yang dapat melepaskan 1 mol ion OH+ atau dapat menerima 1 mol ion H+. Jadi untuk basa-basa berasam satu seperti KOH dan NH4OH berat ekivalennya adalah sama dengan 1 mol, sedangkan untuk basa berasam dua seperti Ca(OH)2 dan Mg(OH)2 dan basa berasam tiga seperti Al(OH)3 berat ekivalennya masing-masing adalah ½ mol dan 1/3 mol.
Berat ekivalen garam terhidrolisis tergantung pada valensi asam dan valensi basa penyusunnya Untuk garam terhidrolisis yang sama valensi asam dan biasanya seperti NH4CI dan MgSO4, berat ekivalennya untuk garam terhidrolisis yang valensi asam dan basanya tidak sama,
berat ekivalennya sama dengan 1 mol dibagi dengan hasil kali valensi asam dan basa penyusunnya.
2.4.1b Berat Ekivalen pada Reaksi Pengendapan dan/atau Pembentukan Kompleks
Berat ekivalen suatu zat dalam reaksi pengendapan adalah banyaknya mol Zat tersebut yang mengandung atau dapat bereaksi dengan 1 mol logam univalent atau ½ mol logam bivalen, sedang untuk logam tersebut, berat ekivalennya sama dengan berat atom dibagi valensinya, misalnya berat ekivalen H2SO4dalam reaksi
pengendapan sebagai BaSO4 sama dengan1/2 mol. Berat ekivalen suatu zat dalam reaksi pembentukan kompleks ditentukan dari persamaan reaksi ionnya.
Ag+ + 2CN ---> Ag(CN)
-Dari persamaan reaksi di atas, berat ekivalen KCN dalam pembentukan senyawa
kompleks K Ag(CN)2 adalah 2 mol. Untuk NH3, dalam reaksi dibawah ini 1 grek = 2mol. Cu2+ + 4NH3 cu(NH3)42+
2.4.1c Berat Ekivalen Dalam Reaksi Redoks
Dalam reaksi redoks, berat ekivalen suatu zat dapat ditentukan dengan 3 cara, yaitu : 1. Menghitung Jumlah Elektron yang Diterima/Dilepas
Dengan cara ini, yang dimaksud dengan berat ekivalen suatu zat adalah banyaknya mol zat tersebut yang dapat melepaskan atau menerimasebuah electron.
Contoh : Dalam reaksi di bawah ini 2S2O3 S406- + 2e
2. Melihat Jumlah Atom Oksigen yang Dilepas/Diterima
Dalam hal ini, berat ekivalen suatu zat adalahbanyaknya mol zat tersebut yang dapat melepaskan atau menerima1/2 mol atom oksigen.
Contoh : Berat ekivalen KMnO4 dalam reaksi di bawah ini adalah 1/3 mol.
2KMnO4 K2O+2MnO2 +30
Mn2+ 3. Melihat Perubahan Bilangan Oksidasi
Dengan cara ini, yang dimaksud dengan berat ekivalen adalah banyaknya mol zat tersebut yang dapat mengalami perubahan 1 satuan bilangan oksidasi.
Contohnya adalah dalam reaksi berikut
2FeSO4 . 7H2O + O2H+ Fe2(SO4)3 + l5H2O
Dalam2FeSO4. 7H2O, BO Fe adalah 2, sedang BO Fe dalam Fe2SO4, adalah 3 hingga terjadi perubahan BO sebesar 1 satuan. Jadi berat ekivalen FeSO4 . 7H2O adalah 1 mol.
2.4.2 Cara Pembuatan Larutan
Untuk membuat larutan dengan normalitas tertentu, digunakan persamaan berikut : W = VxNxBE ………(2-10)
di mana :
W = Berat zatyangdiperlukan (gr)
V = Volume larutan yang akan dibuat (lt) N=Nornalitas larutan yang akan dibuat BE = Berat ekivalen zat tersebut Contoh :
Buatlah 500 ml larutan KH2PO4 0,2 N (padat, murni) untuk digunakan dalam reaksi berikut : KH2PO4 + 2KOH K3PO4 + 2H2O
Jawab :
W = 0,5 x 0,2 x = 6,8 gr
6,8 gr garam KH2PO4 dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml, kemudian ditambah aquades sampai tanda batas.
Untuk membuat larutan dari suatu larutan yang lebih pekat, dapat dihitung dengan persamaan pengenceran, pers. (2-1) untuk mengubah molaritas menjadi normalitas, dapat digunakan persamaan berikut :
N = M x B ………..(2-11)
di mana :
N = Normalitas larutan M = Molaritas larutan B = Berat ekivalen permol 1 grek = x mol
N = x M
Contoh :
Bagaimana cara membuat 500 ml larutan H2SO4 0,2 N dari H2SO4 pekat (18 M) Jawab :
Normalitas H2SO4 = 18 x 1/2 = 9 Sesuai persamaan (2-1) :
9 x V1 = 0,2 x 500 V1 = 11,… ml
11,… ml H₂SO₄ pekat dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml, kemudian ditambah aquades sampai tanda batas.
2.5 ppm dan ppb
Bagian perjuta (ppm/partpermillion) sering dianggap sebagai jumlah (milligram) zat terlarut dalam 1 liter larutan sedangkan bagian permilyar (ppb/partperbillion) dianggap sebagai jumlah (mikrogram) zat terlarut dalam 1 liter larutan, walaupun sebenarnya ppm adalah jumlah (milligram) per kilogram larutan dan ppb adalah jumlah (mikrogram) per kilogram larutan. Oleh karena kerapatan air pada temperatur kamar mendekati satu, maka satuan volume (liter) dan satuan berat (kilogram) untuk larutan encer dianggap sama.
Untuk membuat larutan dengan konsentrasi ppm, digunakan perhitungan berikut :
Di mana :
W = Berat zat murni yang diperlukan (gr)
V = Volume larutan yang akan dibuat (lt)
Ppm = Konsentrasi (ppm) larutan yang dibuat
Untuk membuat larutan dengan konsentrasi ppb, digunakan persamaan :
...(2-13)
Di mana :
W = Berat zat murni yang diperlukan (gr)
V = Volume larutan yang akan dibuat (lt)
Ppm = Konsentrasi (ppm) larutan yang dibuat
Dalam pembuatan suatu larutan, jarang sekali dilakukan dengan cara melarutkan zat murninya secara langsung, tetapi biasanya dilakukan dengan cara melarutkan garamnya, misalnya dalam pembuatan larutan standar natrium, jarang sekali dibuat dengan cara melarutkan logam natrium murni, tetapi lebih sering dilakukan dengan cara melarutkan garam NaCl, demikian juga dalam pembuatan larutan dilakukan dengan cara melarutkan garamnya seperti KNO₃.
Untuk memperoleh konsentrasi yang diinginkan dari berat garam yang ditimbang digunakan istilah faktor gravimetri (fg).
...(2-14)
Jadi pers. (2-12) dan (2-13) menjadi :
...(2-16)
Ppm dan ppb adalah satuan yang sangat kecil, sehingga hampir tidak mungkin menimbang zat yang akan dilarutkan, oleh karena itu biasanya larutan dibuat agak pekat, baru kemudian diencerkan. Beberapa larutan standar logam untuk analisis dengan spektrofotometer serapan atom (AAS) telah tersedia di pasaran dengan konsentrasi yang agak pekat sehingga hanya perlu mengencerkan atau bahkan mungkin mengubah dari ppm ke ppb.
Ppb = ppm x 1000 ...(2-17)
Contoh :
Buatlah larutan tembaga 25 ppm dari logam tembaga murni sebanyak 500 ml !
Jawab :
= 0,0000125 gr
0,0125 gr logam Cu dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml, tambahkan asam nitrat secukupnya untuk melarutkan Cu, kemudian tambahkan aquades sampai tanda batas.
Contoh
Bagaimanakah cara membuat 500 ml larutan natrium 100 ppm dari kristal NaCl ?
= 0,0000001271 kg
Berat yang harus ditimbang 0,0001271 gr merupakan bilangan yang sangat kecil sehingga sulit untuk ditimbang dengan tepat, untuk itu dapat dibuat larutan yang lebih pekat terlebih dahulu
(misal 100 ppm), kemudian diencerkan, 100 ppm lebih pekat 1000 kali daripada 100 ppb, sehingga NaCl yang harus ditimbang adalah 0,1271 gr. Untuk mendapatkan konsentrasi Na 100 ppb, larutan tersebut diencerkan ( dengan persamaan (2-1))
100.000 x V₁ = 100 x 500 V₁ = 0,5 ml
0,5 ml larutan Na 100 ppm diencerkan dengan aquades sampai volumenya 500 ml.
2.6 LARUTAN BUFFER
Larutan buffer adalah larutan yang dapat mempertanankan dari perubahan pH meskipun kepadanya ditambahkan asam, kuat atau basa kuat. Larutan buffer hampir selalu tersusun dari asam lemah dan garamnya atau basa lemah dan garamnya. Meskipun sekarang telah tesedia larutan buffer standar, tetapi biasanya larutan ini hanya digunakan kalibrasi pH meter dab tidak untuk mengatur atau mempertahankan sistem reaksi pada pH tertentu.
Tabel 2.2 kombinasi asam/garam dan basa/garam dan kisaran pH
Kombinasi Kisaran pH
Asam trikloro asetat dan 1,8- 3,8
Natrium trikloro asetat
Asam asetat dan Natrium asetat 3,7- 5,7
Natrium dihidrogen fosfat dan 6,1 – 8,1
Natrium monohidrogen fosfat
Amonium hidroksida dan 8,3 – 10,3
Untuk membuat larutan buffer pH dapat dilakukan dengan menggunakan larutan garam dari asam lemah atau basa lemah (konsentrasinya sembarang), kemudian ditambah asam kuat (basa kuat, jika garamnya dari basa lemah), pH larutan yang terjadi diukur dengan pH meter. Penambahan asam kuat atau basa kuat dilakukan terus sampai pH yang dikehendaki tercapai. Kombinasi antara asam kuat (basa kuat) dengan garamnya akan menghasilkan keadaan kesetimbangan yang diperlukan untuk terjadinya aksi buffer, misalnya untuk membuat larutan buffer pH 9, maka pertama dibuat larutan ammonium klorida,kemudian ditambahkan kepadanya larutan NaOH sambil diaduk, pH yang terjadi dimonitor dengan pH meter. Pembuatan larutan ini selesai jika pH larutan sudah mencapai 9 (penambahan NaOH dihentikan pada saat pH larutan mencapai 9). Larutan yang terjadi mengandung amonium hidroksida, NH4OH dan garam amonium klorida, NH4Cl.
Berikut ini adalah cara untuk membuat larutan buffer :
1. Buffer ftalat (pH 4,0)
Larutkan 10,12 gr kalium hidrogen ftalat kering dalam 1 liter larutan 2. Buffer fosfat (pH 6,9)
Larutkan 3,39 gr kalium dihidrogen fosfat (KH2PO4) kering dan 3,53 gr natrium monohidrogen fosfat (Na2HPO4) kering sampai volume larutan 1 lt.
3. Buffer amonia (pH 10,0)
Larutkan 70,0 gr amonium klorida (NH4Cl) kering dan 570 ml amonium hidroksida (NH4OH) pekat sampai volumenya mencapai 1 liter.
2.7 LARUTAN STANDAR
Larutan standar adalah larutan yang konsentrasinya telah diketahui dengan tepat. Larutan standar biasanya dinyatakan dalam besaran Normal (N).
2.7.1 Pembuatan Larutan Standar Dari Zat Cair
Pembuatan larutan standar dari zat cair dapat disebut juga dengan pengenceran, baik itu dari zat cair yang telah diketahui konsentrasinya maupun yang belum diketahui konsentrasinya. Jika zat cair yang akan diencerkan telah diketahui konsentrasinya, maka untuk menentukan volume yang akan diencerkan dapat digunakan persamaan (2-1), tetapi jika zat cairnya belum
diketahui konsentrasinya (normalitas), maka untuk menentukan jumlah zat cair yang akan diencerkan digunakan persamaan sbb :
...………..(2-18)
dimana :
V = Volume zat yang diencerkan (ml)
n = Valensi zat cair
K = Kadar ( % w/w )
P = Kerapatan (gr/ml)
N = Normalitas larutan yang akan dibuat
V’ = Volume larutan yang akan dibuat (ml) BM = Berat molekul
Contoh :
Berapakah volume HCl pekat yang harus diencerkan untuk membut 500 ml HCl 0,1 N, jika kerapatan HCl pekat 1,2 gr/ml dan kadarnya 39%?
Jawab :
= 3,9 ml
3,9 ml HCl pekat dimaksukkan ke dalam labu ukur 500 ml, kemudian ditambahkan aquades sampai tanda batas.
2.7.2 Pembuatan Larutan Standar Dari Zat Padat/Kristal
Zat padat yang digunakan untuk membuat larutan standar dibedakan menjadi dua, yaitu zat padat yang kemurniannya tinggi dan zat padat yang kemurniannya rendah. Larutan standar
yang dibuat dari zat padat yang tinggi kemurniannya disebut larutan standar primer. Pembuatan larutan standar primer dilakukan dengan cara melarutkan sejumlah tertentu zat tersebut dalam volume tertentu pula sesuai dengan normalitas dan volume dan volume yang dikehendaki. Zat – zat yang digunakan untuk membuat larutan standar primer antara lain :
Na2CO3, Na2B4O7, 10 H2O, Na2C2O42H2O, NaCl, KBrO3, dan K2Cr2O7.
Syarat – syarat agar suatu zat dapat digunakan sebagai zat standar primer adalah :
a. Kemurniannya tinggi, atau mudah dimurnikan dengan cara dipanaskan pada temperature 110 – 120o C.
b. Mempunyai berat ekuivalen tinggi,sehingga kesalahan dalam penimbangandapat diabaikan.
c. Tidak higroskopis, tidak mudah menyerap CO2 atau teroksidasi oleh udara, sehingga dapat ditimbang dengan berat yang konstan.
d. Dapat bereaksi secara kuantitatif dengan larutan zat yang akan distandarisasi (dititrasi). e. Mudah dan cepat dalam pelarut yang sesuai.
Jika zat padat yang akan digunakan untuk membuat larutan standar, kemurniannya rendah seperti NaOH, KMnO4, dan Na2S2O3 maka sebelum digunakan harus distandarisasi terlebih dulu dengan larutan standar primer, misalnya untuk NaOH distandarisasi dengan HCl, standarisasi dilakukan untuk menentukan faktor normalitas (f), yaitu perbandingan antara normalitas larutan yang terjadi dengan normalitas yang dikehendaki.
