Keasaman Ion Logam Terhidrat
A. Tujuan
Berdasarkan metode pH-metri akan
ditunjukkan bahwa ion logam terhidrat memiliki perilaku seperti suatu mono asam
dengan konstanta keasaman yang tergantung pada suasana lingkungan dan derajat
oksidasi kation logam.
B. Kajian
Pustaka
Kebanyakan ion positif berperilaku
sebagai asam dalam larutan. Misalnya ion Fe3+ dalam air membentuk
larutan asam bewarna kuning atau coklat. Bebrapa kation logam memiliki sifat
asam di dalam air. Pada tabel 1 memperlihatkan bahwa larutan Fe(III) memiliki
sifat yang lebih asam dibandingkan dengan HF. Keasaman dapat dikorelasikan
dengan kekuatan polarisasi dari kation yang bergabung, dengan penyimpangan dari
model ionik. Kekuatan keasaman kation dipengaruhi oleh perbandingan antara rasio
tinggi muatan/ukuran (misal Be2+, Al3+, Fe3+)
atau juga dapat dilihat dari logam yang memiliki karakter elektropositif yang
rendah . Seperti terlihat pada reaksi berikut:
Adanya perbedaan muatan parsial yang
semakin besar, tentu akan menyebabkan terjadinya polarisasi ikatan. Ion logam
dalam larutan H2O yang memiliki perbedaan muatan tertentu, akan
mengalami polarisasi ikatan. Polarisasi ikatan akan mempengaruhi kekuatan asam
sebagai akibat dari polarisasi ikatan O-H dari H2O yang terikat.
Dalam larutan yang kurang asam, ion
hidroksida atau oksida membentuk jembatan antara atom-atom logam. Muatan
positif yang tinggi mempromosikan disosiasi ion hidrogen dan membentuk banyak
endapan logam hidroksida terhidrat. Proses yang terjadi adalah sebagai berikut:
Data jari-jari atom dan ionik (pm)
|
Z
|
Ion
|
Jari-jari atom
|
Jari-jari ion
|
|||
|
Bilangan
Koordinasi
|
||||||
|
2
|
4
|
6
|
8
|
|||
|
13
|
Al3+
|
118
|
-
|
53
|
68
|
-
|
|
27
|
Co2+
|
116
|
-
|
72
|
89
|
-
|
|
29
|
Cu2+
|
117
|
-
|
71
|
87
|
-
|
Sumber:
Miessler & Tarr (2003)
Pada umumnya, ion logam yang
memiliki muatan yang besar dan jari-jari yang kecil merupakan asam yang lebih
kuat. Logam alkali tidak memperlihatkan sifat asam, alkali tanah yang memiliki
bilangan oksidasi 2+ bersifat agak asam, unsur yang memiliki bilangan oksidasi
3+ memiliki sifat lebih asam, unsur yang memiliki bilangan oksidasi 4+ atau
lebih memiliki sifat asam kuat dalam larutan karena keberadaanya sebagai ion
yang teroksidasi.
Brownsted-Lowry
menyatakan bahwa asam adalah donor proton. Derajat kelarutan asam (atau derajat disosiasi asam, dilambangkan dengan pKa), dalam kimia digunakan sebagai
ukuran kelarutan suatu asam (pKb
untuk
basa) dalam pelarut air dengan kondisi standar (1 atm dan 25 °C). Nilai pKa
didefinisikan sebagai "minus logaritma terhadap Ka dalam larutan".
Logam hidroksida yang terlarut
biasanya diukur keasaman kationnya. Kation asam yang lebih kuat kurang
melarutkan hidroksida. Biasanya, ion logam transisi 3+ cukup asam untuk membentuk hidroksida yang
mengendap dalam larutan yang agak asam yang dibentuk ketika garamnya terlarut
dalam air. Contohnya adalah warna kuning yang ditimbulkan oleh larutan besi (III).
Sedikit endapan terbentuk ketika larutan tidak asam ditambahkan kedalamnya.
Ketika asam ditambahkan, endapannya tercampur dan warna yang ditimbulkan dari
Fe(III) menjadi keunguan dalam larutan berkonsentrasi, warnanya berkurang dalam
larutan encer. Ion yang terdapat dalam blok d dan yang memiliki tingkat 2+
seperti Bo2+ dan juga Mg2+ mengendap sebagai hidroksida
dalam larutan netral atau sedikit basa. Alkali dan dan alkali tanah yang
tersisa ( Kecuali Mg2+) memiliki sifat asam yang lemah dan bahkan
tidak asam pada pH yang diukur.
Penentuan pKa setiap ion terhidrat
adalah:
[M(H2O)6]x+ + H2O ↔
[M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H+
atau
[M(H2O)6]x+ ↔
[M(H2O)5(OH)](x-1)+ + H+
Dalam kesetimbangan
konsentrasi [M(H2O)5(OH)](x-1)+ = H+,
maka
pKa = -log Ka dan
pH = -log [H+], maka pKa = 2 pH + log Cgaram
C. Metode
Alat : pH-meter, 3 labu ukur 100ml, 3 gelas beker 50
ml.
Bahan: - Aluminium (III) Nitrat nanohidrat, Al(NO3)3.9H2O
- Kobal (II) Nitrat heksahidrat,
Co(NO3)2.6H2O.
- Tembaga (II) Nitrat trihidrat,
Cu(NO3)2.3H2O
- Akuades
Cara Kerja
Preparasi ion
logam dengan menimbang :
-
0,75
gr Al(NO3)3.9H2O dalam labu ukur ke-1
berukuran 100 ml.
-
0,48
gr Co(NO3)2.6H2O dalam labu ukur ke-2
berukuran 100 ml.
-
0,58
gr Cu(NO3)2.3H2O dalam labu ukur ke-3
berukuran 50 ml.
Menambahkan
akuades ke dalam masing-masing labu ukur sampai garis tera/tanda, dan
menggoyang labu ukur hingga larut sempurna dan homogen. Tuangkan 50 ml
masing-masing larutan tersebut ke dalam masing-masing gelas beker, dan
selanjutnya mengukur pH masing-masing larutan menggunakan pH-meter.
D. Pengukuran
dan Perhitungan
|
Bahan
|
Mr
|
Konsentrasi
|
pH
|
pKa
|
|
Al(NO3)3.9H2O
|
375,15
|
0,75 gr/ 100
ml = 0,0199 M
|
3,9
|
6,10
|
|
Co(NO3)2.6H2O
|
291,04
|
0,48 gr/ 100
ml = 0,0165 M
|
6,4
|
11,02
|
|
Cu(NO3)2.3H2O
|
241,62
|
0,58 gr/ 50
ml = 0,0487 M
|
5,1
|
8,89
|
E. Pembahasan
[Al(H2O)6]3+ <---> [Al(H2O)5(OH)]2+ + H+
[Co(H2O)6]2+ <---> [Co(H2O)5(OH)]+ + H+
[Cu(H2O)6]2+ <---> [Cu(H2O)5(OH)]+ + H+
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,
Co(NO3)2.6H2O, Cu(NO3)2.3H2O
yang dilarutkan dalam air dengan konsentrasi masing-masing 0,0199 M; 0,0165 M;
dan 0,0487 M adalah 3,9; 6,4; dan 5,1 berturut-turut. pH larutan Al(NO3)3.9H2O
< Cu(NO3)2.3H2O < Co(NO3)2.6H2O.
Hasil perhitungan pKa untuk Al(NO3)3.9H2O,
Cu(NO3)2.3H2O, Co(NO3)2.6H2O
masing-masing adalah 6,10; 8,89; dan 11,02. pKa larutan Al(NO3)3.9H2O
< Cu(NO3)2.3H2O < Co(NO3)2.6H2O.
Berdasarkan data hasil pengukuran dan perhitungan ini, terlihat ada hubungan
antara pKa dengan kekuatan asam. Semakin kecil pKa maka kekuatan asam dari larutan
garam akan semakin besar. Suasana lingkungan yang asam memperkecil nilai pKa.
Berdasarkan data, 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.
Pertanyaan:
1.
Bagaimanakah
hubungan pKa dengan kekuatan asam, jelaskan?
Jawaban:
Semakin
kecil pKa maka kekuatan asam dari larutan garam akan semakin besar. Hal ini
dapat dijelaskan dengan alasan bahwa pKa semakin besar maka disosiasi asam
semakin kecil. Semakin kecil konsetrasi H+ maka pH juga semakin
kecil.
2.
Bagaimanakah
hubungan kekuatan asam logam terhidrat terhadap jari-jari ion logam?
Jawaban:
Semakin
kecil jari-jari ion logam maka kekuatan asam semakin besar. Ion logam yang
memiliki jari-jari ion kecil, memiliki muatan positif yang tinggi. Ion Al3+
memiliki jari-jari ion lebih kecil dibandingkan ion Co2+, sehingga
ion Al3+ merupakan asam yang lebih kuat dibandingkan ion Co2+.
Kation asam yang lebih kuat kurang melarutkan hidroksida.
F. Kesimpulan
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. Nilai pKa dipengaruhi suasana keasaman lingkungan. Semakin kecil pKa maka kekuatan asam semakin besar.
Daftar Pustaka
Cox, P.A. (2004). Instant
notes: inorganic chemistry (2nd ed.). London. New York : Garland Science/BIOS Scientific.
Huheey, J.E., Keiter, E.A., & Keiter, R.L. (1993). Inorganic chemistry: principle of structure
and reactivity (4th ed.). New York: Harper Collins College.
Miessler, G.A. & Tarr, D.A. (2003). Inorganic chemistry (3rd ed.).
Englewood Cliffs. New Jersey: Prentice Hall.
