Analisis Kimia Tim Dosen Kimia

Analisis Kimia

Analisis kimia

• Analisis kualitatif  mengidentifikasi

komponen baik unsur maupun gugus dalam suatu zat

Analisis kuantitatif  menghitung /

menentukan perbandingan banyaknya

masing-masing komponen yang terkandung dalam suatu zat yang dianalisis.

Metode Analisis

• Konvensional Gravimetri Volumetri

• Instrumental  menggunakan instrumen / peralatan

Cara Elektrokimia

Cara Spektrofotometri Cara Kromatografi

Gravimetri

• Analisis gravimetri  analisis kuantitatif

dengan menimbang, yaitu proses pemisahan dan penimbangan suatu komponen (unsur atau radikal) dalam suatu zat yang

banyaknya tertentu dalam keadaan semurni mungkin.

• Banyaknya komponen yang dianalisis

dihitung dari hubungan massa atom, massa molekul dan berat senyawa yang ditimbang

Persyaratan pd analisis gravimetri

1. Zat yg ditentukan hrs dpt diendapkan secara terhitung (99%)

2. Endapan yg terbentuk hrs cukup murni dan dapat diperoleh dlm bentuk yg cocok untuk pengolahan selanjutnya.

Metode Gravimetri

Analisis gravimetri dapat dilakukan dengan metode :

• Pengendapan • Penguapan • Elektrolisis

Pengendapan

• Komponen dari suatu zat yang dianalisis diendapkan dari larutan dengan suatu pereaksi menjadi suatu endapan.

• Contoh pereaksi anorganik yang dapat digunakan :

HCl encer untuk mengendapkan ion Ag+_{, Hg}2+_{, dan ion Pb}2+

Buffer ammonia untuk mengendapkan ion Al3+, Cr3+, dan Fe3+.

Penguapan

• Digunakan untuk menetapkan komponen

suatu senyawa yang relatif mudah menguap. • Penguapan dapat dilakukan dengan :

Pemanasan dalam udara atau gas tertentu Penambahan pereaksi tertentu sehingga

Penguapan

• Metode penguapan ini dapat digunakan

untuk menentukan kadar air(hidrat) dalam suatu senyawa atau kadar air dalam suatu sampel basah.

• Perhitungan  menimbang berat sampel sebelum dan sesudah penguapan

• Contoh : pada penentuan NH3 dalam garam amonium, penentuan kadar N dalam protein

Elektrolisis

• Dengan metode ini unsur suatu senyawa ionik akan ditentukan dengan diendapkan atau dibebaskan secara elektrolisis pada elektroda yang sesuai

• Hukum dasar elektrolisis : Hukum Faraday

Elektrolisis

• Metode elektrolisis dilakukan dengan cara mereduksi ion-ion logam terlarut menjadi endapan logam.

• Ion-ion logam berada dalam bentuk kation apabila dialiri dengan arus listrik dengan

besar tertentu dalam waktu tertentu maka akan terjadi reaksi reduksi menjadi logam dengan bilangan oksidasi 0.

Elektrolisis

• Endapan yang terbentuk selanjutnya dapat ditentukan berdasarkan beratnya

• misalnya mengendapkan tembaga terlarut dalam suatu sampel cair dengan cara

mereduksi.

• Cara elektrolisis ini dapat diberlakukan pada sampel yang diduga mengandung kadar

logam terlarut cukup besar seperti air limbah.

Keuntungan metode gravimetri • sederhana

• Akurat (accurate)

• Kesalahan 0,1 – 0,3%

• Analisis makro, diperlukan endapan 10 mg atau lebih

Kerugian metode gravimetri

• Memakan waktu lama (time consuming), sekitar ½ hari

Langkah-langkah metode gravimetri

• Pengeringan dan penimbangan sampel • Pelarutan sampel

• Pengendapan dg cara penambahan pereaksi

(berlebih) yang sesuai

• Pemisahan/penyaringan endapan • Pencucian endapan

• Pengeringan atau pemijaran endapan ---> stabil dan diketahui komposisinya

Penambahan Pereaksi Pengendap

• Sebagai pereaksi pengendap dapat

digunakan senyawa anorganik atau senyawa organik tetapi dipilih yang spesifik dan

mudah menguap.

• Mengapa harus dipilih yang mudah menguap?

Pencucian endapan

• Tujuan: menghilangkan sisa pereaksi, hasil samping, impurities ---> endapan murni • Syarat cairan pencuci :

 Tidak melarutkan endapan tetapi melarutkan pengotor (imputities)

 Tidak menyebabkan dispersi endapan

 Tidak membentuk hasil yang atsiri ataupun tak dapat larut dengan endapan

 Mudah menguap pada pengeringan

Pencucian endapan

• Pencucian endapan Fe(OH)₃ menggunakan larutan elektrolit asam-nitrat, harus bebas ion Cl-,

dipijarkan pada suhu 600o_C

• Pencucian endapan BaSO₄ harus bebas ion sulfat, tidak dipijarkan untuk menghindari reduksi

endapan oleh karbon menjadi BaS

Pengeringan

• Tujuan: menghilangkan sisa pelarut, mendapatkan senyawa stabil dengan komposisi tertentu/diketahui

• Pengeringan suhu rendah (1050 C) untuk senyawa yang termolabil, misalnya AgCl

• Pemijaran untuk senyawa yang termo stabil, mis BaSO₄ atau untuk mendapatkan

Analisis gravimetri

Zat yang dianalisis

Endapan Zat yang

ditimbang

Contoh

pengganggu

Fe Fe(OH)₃ Fe₂O₃ Al, Ti, Cr

Al Al(OH)₃ Al₂O= Fe, Ti, Cr

Al(OX)₃ Al(OX)₃ Banyak, kecuali Mg

Ba BaCrO₄ BaCrO₄ Pb

SO₄2- _BaSO

4 BaSO4 NO3-,PO43-,ClO

3-Cl- _{AgCl AgCl Br}-_,I-_,SCN-_,CN

-Ag AgCl AgCl Hg(I)

PO₄3- _MgNH

Penentuan kadar besi

• Besi diendapkan sebagai besi (III) hidroksida, kemudian di pijarkan pada suhu tinggi menjadi Fe2O3.

• Contoh untuk analisis batuan dimana besi dipisahkan dahulu dari unsur-unsur yang mengganggu.

• Bijih besi biasanya dilarutkan dalam asam klorida, dan asam nitrat digunakan untuk mengoksidasi besi ke keadaan oksidasi +3.

• Jadi larutan yang mengandung besi (III)

ditambahkan larutan amonia yang sedikit berlebih untuk mengendapkan Fe(OH)3

Fe3++ 3NH3 + 3H2O  Fe(OH)3+ 3NH4+

• Endapan mirip gelatin yang sangat tidak larut dalam air. Endapan dicuci dengan air yang

mengandung sedikit amonium nitrat untuk mencegah peptisasi.

• Penyaringan dilakukan dengan menggunakan kertas saring, kemudian kertas dan endapan dibakar pada suhu yang cukup tinggi.

Hal-hal yang harus diperhatikan

• Unsur atau senyawa yang ditentukan harus terendapkan secara sempurna.

• Bentuk endapan yang ditimbang harus

diketahui dengan pasti rumus molekulnya. • Endapan yang diperoleh harus murni dan

Perhitungan

• Dari berat endapan yang ditimbang, maka • presentase analit A adalah:

• Dengan faktor gravimetri :

• P = endapan

berat A

%A x %

berat sampel

 100

Ar atau Mr yang dicari faktor gravimetri=

Mr endapan yang ditimbang

berat A = berat P x faktor gravimetri berat P x faktor gravimetri

%A x %

berat sampel

Contoh soal 1:

• 0,6025 gram sampel garam klorida dilarutkan dalam air dan kloridanya

diendapkan dengan menambahkan perak nitrat berlebih. Endapan perak klorida

disaring, dicuci, dikeringkan dan ditimbang. Ternyata beratnya 0,7134 gram. Hitunglah persentase klorida dalam sampel.

r r reaksi : Ag Cl AgCl(p) A Cl _{, ,} , M AgCl ( , , ) ,

berat Cl x faktor gravimetri

%Cl x % berat sampel , gx , = x % , % , g  _  _       35 5 35 5 0 25 107 9 35 5 143 4 100 0 7134 0 25 100 29 60 0 6025

Soal 1

• Dalam suatu sampel batuan fosfat seberat 0,5428 gram, fosfor diendapkan sebagai MgNH4PO4.6H2O dan dibakar menjadi Mg2P2O7. Jika berat endapan setelah

pembakaran adalah 0,2234gram, hitunglah persentase P2O5 dalam sampel !

berat endapan x faktor gravimetri %P O x % berat sampel P O , gx Mg P O = x % , g , gx , = x % , % ,              _ 2 5 2 5 2 2 7 100 0 2234 100 0 5428 142 0 2234 222 6 100 26 25 0 5428

Contoh soal 2

Gravimetri dengan pemanasan/penguapan Berapa % garam Glauber (Na₂SO₄.10 H₂O)

kehilangan berat maksimum kalau garam tersebut dipanaskan pada suhu 1050 C selama 1 jam?

Reaksi : Na₂SO₄.10H₂O  Na₂SO₄ + 10 H₂O

Dari reaksi tersebut setiap mol garam Glauber melepaskan (kehilangan) 10 mol H₂O yang menguap kalau dipanaskan.

Berat 1 mol garam Glauber =(2x23+32+4x16) + 10(2+16) = 46+32+64+180 = 322 gram

Setelah dipanaskan kehilangan berat 10 mol air yang beratnya = 180 gram

Jadi besarnya kehilangan berat maksimum (semua air hidrat/kristal menguap) =

(180/322) x 100%

Soal 2

• Dengan cara yang sama dapat dihitung

berapa persen kehilangan berat kalau garam hidrat, misalnya FeSO₄.7H₂O (Prusi) atau

CaCl2.6H₂O (garam Inggris) dipanaskan pada suhu sekitar 1000 C selama 1 jam atau lebih.

Analisis volumetri

• Analisis volumetri : analisis kuantitatif yang pada umumnya dilakukan dengan mengukur banyaknya volume larutan standar yang

dapat bereaksi kualitatif dengan larutan zat yang dianalisis yang banyaknya tertentu dan diketahui

Larutan standar

• Larutan standar : larutan yang konsentrasinya telah diketahui

• Konsentrasi dapat dinyatakan dalam molar (mol/L) atau normal (gram ekuivalen/L)

• Larutan standar ada 2 : Larutan standar primer

Larutan standar

• Larutan standar primer merupakan larutan yang telah diketahui konsentrasinya (molaritas atau normalitas) secara pasti melalui pembuatan langsung. Larutan standar primer berfungsi untuk menstandarisasi / membakukan atau untuk memastikan konsentrasi larutan tertentu, yaitu larutan yang konsentrasinya belum diketahui secara pasti (larutan standar

sekunder).

• Larutan standar sekunder (titran) biasanya

ditempatkan pada buret yang kemudian ditambahkan ke dalam larutan zat yang telah diketahui

Syarat-syarat larutan standar primer

• Harus mudah didapat dan dalam keadaan murni • Tidak higroskopis, tidak ter oksidasi, tidak

menyerap udara dan selama penyimpanan tidak boleh berubah (stabil)

• Mengandung kotoran (zat lain) tidak melebihi 0,01%

• Harus mempunyai berat ekivalen yang tinggi • Mudah larut dalam pelarut yang sesuai

• Reaksinya stoichiometri dan berlangsung terus menerus

Larutan standar primer

• Untuk asam-basa : Na2CO3 , Na2B4O7 , K biftalat , as benzoat, KIO_3, H₂C₂O₄.2H₂O

• Reaksi redoks : K2Cr2O7 , KBrO3 , KIO3 , as oksalat, As2O3, I₂, As₂O₃, Na₂C₂O₄, KH(IO₃)₂ • Titrasi pegendapan : NaCl , KCl dan KBr,

AgNO₃

• Reaksi Pembentukan kompleks : Zn , Mg , Cu , Na2EDTA , NaCl, AgNO₃, NaCl, KCl

Titrasi

• Proses penambahan larutan standar ke

dalam larutan yang akan ditentukan sampai terjadi reaksi sempurna disebut titrasi.

Sedang saat dimana reaksi sempurna

dimaksud tercapai disebut titik ekivalen atau titik akhir titrasi.

Persyaratan Titrasi

• Reaksi yang dapat digunakan dalam metode

volumetri adalah reaksi-reaksi kimia yang sesuai dengan persyaratan sebagai berikut:

 Reaksi harus berlangsung cepat  Tidak terdapat reaksi samping

 Reaksi harus stoikiometri, yaitu diketahui dengan pasti reaktan dan produk serta perbandingan mol / koefisien reaksinya

 Terdapat zat yang dapat digunakan untuk

mengetahui saat titrasi harus dihentikan (titik akhir titrasi) yang disebut zat indikator

buret

Level volume titran Klem Stopcock erlenmeyer magnet Pengaduk Larutan analit aA + tT  produk

sejumlah a molekul analit A bereaksi dengan t molekul reagensia T (titran). Penambahan titran dilakukan sedikit demi sedikit melalui buret.

Titik ekuivalen

Titik dimana jumlah titran yang ditambahkan ekuivalen dengan jumlah analit secara stoikhiometri

Penentuan titik akhir titrasi

Perhatikan perubahan warna

Titik Ekivalen dan Titik Akhir Titrasi

• Titik ekuivalen diketahui dari adanya perubahan dalam larutan yang disebabkan karena

penambahan indikator yang dapat

menyebabkan perubahan warna setelah titik ekuivalen tercapai

• Titik ekivalen (ttk akhir teoritis titrasi) adalah titik (saat) dimana jumlah ekivalen zat penitrasi sama dengan jumlah ekivalen zat yang dititrasi • Titik akhir titrasi adalah saat timbul perubahan

Titik akhir titrasi

• Perubahan warna indikator

• Terjadinya kekeruhan yang disebabkan oleh terbentuk atau melarutnya endapan • Perubahan DHL larutan

Indikator

• Nama Indikator Warna asam Warna basa Trayek pH • Alizarin kuning - kuning ungu 10,1 - 12,0

• Fenolftalein tak berwarna merah 8,0 - 9,6 • Timolftalein tak berwarna biru 9,3 - 10,6 • Fenol merah kuning merah 6,8 - 8,4

• Bromtimol blue kuning biru 6,0- 7,6 • Metil merah merah kuning 4,2 - 6,2 • Metil jingga merah kuning 3,1 - 4,4

• Para nitrofenol tak berwarna kuning 5,0 - 7,0 • Timol blue kuning biru 8,0 - 9,6

Perubahan warna pada fenolftalien

Perubahan warna pada biru bromtimol

Perubahan warna pada merah metil

Satuan Konsentrasi

a. Persen berat (% w/w)

b. Persen volume (%v/v)

c. Persen berat/volume (%w/v)

d. Parts Per Million dan Parts Per Billion

1 ppm (bag. per sejuta) = 1mg zat/L larutan 1 ppb (bag. per milliard) = 1g/L larutan

100 x pelarut g ut zat terlar g ut zat terlar g berat %   100 x pelarut mL ut zat terlar mL ut zat terlar mL berat %   100 x larutan mL ut zat terlar g w/v % 

a. Kemolaran (M)

Jumlah mol zat terlarut dalam 1 liter larutan

b. Kenormalan (N)

ekivalen zat terlarut dalam liter larutan

Berat satu ekivalen disebut berat ekivalen (BE)  Reaksi asam-basa

1 ekivalen  1 mol H+ _{atau 1 mol OH}

- Reaksi pengendapan dan pembentukan kompleks

BE = BM/ muatan ion  Reaksi redoks

Jenis - jenis titrasi

• Titrasi netralisasi /asam-basa • titrasi redoks

• titrasi pengendapan

Titrasi Netralisasi

– TITRASI ASIDIMETRI

• Titrasi terhadap basa bebas atau lar garam yang

berasal dari asam lemah, dengan lar STANDAR

ASAM.

• Contoh : NaOH dititrasi dengan HCl

• Reaksi : NaOH + HCl  NaCl + H₂O

Titrasi netralisasi

– TITRASI ALKALIMETRI

• Titrasi terhadap asam bebas atau garam yang berasal dari basa lemah, dengan larutan

STANDAR BASA.

• Contoh : CH₃COOH dititrasi dengan NaOH • Reaksi :

CH₃COOH + NaOH  CH₃COONa + H₂O

Titrasi pengendapan

• Titrasi yang mengakibatkan terjadinya endapan • Contoh : Titrasi Cl- dengan larutan standar

AgNO₃

• Cl-_(aq) + Ag+_(aq)  AgCl_(s)  (=reaksi kombinasi ion)

Titrasi pembentukan kompleks

• Semua jenis titrasi yang mengakibatkan terjadinya senyawa kompleks

• Contoh : Titrasi Cl- dengan larutan standar Hg(NO₃)₂

Titrasi redoks

• Titrasi yg menyangkut reaksi redoks / reaksi

perpindahan elektron antara zat yg dititrasi dan zat pentitrasi atau sebaliknya

• Larutan standar = Oksidator • Larutan sampel = Reduktor • Contoh : Titrasi Cerimetri

• Garam Fero (FeSO₄) sebagai reduktor dititrasi dengan garam ceri (Ce(SO₄)₂) sebagai oksidator • Fe2+ + Ce4+  Fe3+ + Ce3+

• Fe2+  _Fe3+ _{+ e}

Titrasi Asam - Basa

• Titran merupakan asam atau basa kuat

– titrasi asam kuat - basa kuat – titrasi basa kuat - asam kuat – titrasi asam lemah - basa kuat – titrasi basa lemah - asam kuat

10 20 30 40 50 60 70 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 pH ml NaOH Fenolftalein Biru bromtimol Merah metil Titik ekuivalen

10 20 30 40 50 60 70 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 pH ml NaOH Titik ekuivalen

Cara menghitung pH titrasi

untuk titrasi asam lemah - basa kuat

T=0 T<1 T=1 T>1 Spesi yang terdapat pada larutan Persamaan HA HA dan A -A -OH -HA + H₂O = H₃O+_{+ A}- [H3O+][A-] [HA] Ka = [H₃O+_{] = [A}-_] [H₃O+_{] =} _Ka.[HA]

buffer pH = pKa + log

[A-_] [HA] A-_{+ H} 2O = HA + OH - [HA][OH -_] [A-_] Kb = [HA] = [OH -_] [OH-_{] =} _Kb.[A-_]

[OH-_{] = kelebihan titran}

[H₃O+_][A-_] [HA] Ka = HA + OH - _{= A}-_{+ H} 2O asam terionisasi Garam terhidrolisis

Cara menghitung pH titrasi

untuk titrasi basa lemah - asam kuat

T=0 T<1 T=1 T>1 Spesi yang terdapat pada larutan Persamaan B B dan HB+ HB+ H₃O+ B + H₂O = HB+_{+ OH}

-buffer pOH = pKb + log

[HB+_] [B] [HB+_][OH -_] [B] Kb = [HB] = [OH -_] [OH-_{] =} _Kb.[A-_] [H₃O+_{] = kelebihan titran} HB+ _{+ H} 2O = H3O++ B [H3O +_][B] [HB+_] Ka = [H₃O+_{] = [B]} [H₃O+_{] =} _Ka.[HB+_] B + H₃O+ _{= HB}+_{+ H} 2O [HB+_][OH -_] [B] Kb = Garam terhidrolisis Basa terionisasi

• 25 mL larutan asam cuka perdagangan dimasukkan ke dalam labu takar 100 ml dan diencerkan dengan akuades sampai tanda batas. Ambil 10 mL larutan yang telah diencerkan tersebut dan dimasukkan ke dalam erlemneyer 50 mL, tambahkan 2 tetes

indikator pp. Larutan tersebut kemudian dititrasi dengan larutan NaOH 0,09M yang telah dan

volume NaOH yang digunakan sebanyak 12 ml. Hitung kadar asam asetat dalam cuka tersebut.

Soal

Dua cuplikan terdiri dari NaOH, Na2CO3 dan zat inert dan mengandung 30% berat NaOH dilarutkan dalam air sehingga larutan mempunyai volume 100 ml. 25 ml larutan kemudian dititrasi dengan larutan HCl encer mula-mula dengan indikator pp

kemudian dengan indikator mo. Apabila banyaknya volume HCl pada titrasi pp = 25 ml, dan volume HCl pada titrasi mo = 10 ml.

a. Hitung konsentrasi larutan HCl

Titrasi pengendapan

• Titrasi argentometri : larutan standarnya garam AgNO3

• Indikator : larutan garam K2CrO4, larutan garam Fe3+, larutan fluoresein atau eosin

Argentometri dengan indikator

K2CrO4

• Larutan garam LiCl 0,1 M dititrasi dengan larutan standar 0,1 N AgNO3 dengan indikator K₂CrO₄. Apabila banyaknya larutan K2CrO4 5% b/v yang digunakan sebagai indikator adalah 5 tetes (0,05 ml) setiap 100 ml larutan, hitunglah berapa molar besarnya konsentrasi ion Cl- _{dalam larutan pada}

saat terjadi endapan merah dari garam Ag₂CrO₄. • Ksp AgCl = 1,2 x 10-10

• Dalam 100 ml larutan K2CrO4 5% b/v terkandung 5/194 mol zat terlarut

• Konsentrasi K2CrO4 = 10 x (5/194) = 50/194 M

• 0,05 ml K2CrO4  1 liter larutan banyaknya K2CrO4 = 0,5 ml, berarti ion CrO42- dalam larutan :

-, [CrO ] x , x M Ksp , x [Ag ] , x M [CrO ] , x , x

Konsentrasi ion Cl dalam larutan = , x M

, x                 2 4 4 12 4 2 4 4 10 6 4 0 5 50 1 289 10 1000 194 1 7 10 1 148 10 1 289 10 1 2 10 1 045 10 1 148 10

Titrasi redoks

• Titrasi redoks : titrasi yang mengakibatkan terjadinya reaksi reduksi dan oksidasi

• Titrasi redoks ada beberapa jenis : Titrasi permanganometri

Titrasi bikromatometri Titrasi bromatometri Titrasi iodometri

Titrasi permanganometri

• Titrasi permanganometri : titrasi redoks yang menggunakan larutan standar KMnO4.

• Dalam suasana asam, ion permanganat

(MnO4-) tereduksi menjadi garam mangan (Mn2+)  mgrek = 1

• Dalam suasana basa, ion MnO4- tereduksi menjadi mangan dioksida (MnO2) sehingga mgrek = 1/3

Titrasi bikromatometri

• Titrasi bikromatometri : titrasi redoks yang larutan standarnya K₂Cr₂O₇

• K₂Cr₂O₇  Cr3+ • Mgrek = 1/6

Titrasi bromatometri

• Titrasi bromatometri : titrasi redoks yang larutan standarnya berupa kalium bromat (KBrO₃).

• BrO₃- _{+ 6H}+ _{+ 6e}-  Br- _{+ 3H} 2O

Titrasi Iodo-iodimetri

• Titrasi iodo-iodimetri : titrasi antara larutan iodium (I₂) dengan larutan standar garam

natrium tiosulfat (Na₂S₂O₃) dengan indikator amilum.

-Derajat Kemurnian Bahan Kimia

• COMERCIAL GRADE = TECHNICAL GRADE = TEKNIS

– mengandung beberapa pengotor – untuk industri

– tidak untuk pereaksi/zat standar primer dalam analisis kimia

Derajat Kemurnian Bahan Kimia

• CHEMICALY PURE (CP)

– Kemurnian lebih tinggi dari teknis – Untuk reagensia/pereaksi

– Tidak untuk baku primer

• REAGENT/ANALYZED GRADE, PRO ANALYSIS (P.A.) GUARANTED REAGENT (G.R.)

– Ada batas kadar maksimum zat-zat pengotor – Untuk reagensia dan baku primer dalam

Derajat Kemurnian Bahan Kimia

• PRIMARY STANDARD GRADE

– Kemurnian  100%

– Lebih murni dari pro analisis

– Mikroanalisis (analisis dengan ketelitian tinggi, dengan alat-alat yang peka)

• SUPRA PURE

– Kemurnian paling tinggi