Pengaruh Asam-Basa terhadap Kelarutan Garam yang Sukar Larut

Kelarutan garam sukar larut dalam air dipengaruhi oleh berbagai faktor, salah satunya adalah pH larutan. Pengaruh asam-basa terhadap kelarutan garam sukar larut merupakan konsep penting dalam kimia analitik, farmasi, dan ilmu material.

Artikel ini akan membahas mekanisme pengaruh pH terhadap kelarutan berbagai jenis garam sukar larut beserta aplikasinya dalam berbagai bidang.

A. Konsep Dasar Kelarutan Garam Sukar Larut

Garam sukar larut adalah senyawa ionik yang memiliki nilai hasil kali kelarutan (K_sp) yang kecil. Ketika garam sukar larut dilarutkan dalam air, terjadi kesetimbangan antara fase padat dan ion-ionnya dalam larutan. Secara umum, untuk garam A_xB_y, persamaan kesetimbangan kelarutannya adalah:

A_xB_y(s) ⇌ xA^y+(aq) + yB^x-(aq)

Dan hasil kali kelarutannya dinyatakan sebagai:

K_sp = [A^y+]^x [B^x-]^y

B. Mekanisme Pengaruh pH terhadap Kelarutan

B1. Garam dengan Anion Basa

Garam yang mengandung anion basa seperti karbonat (CO₃^2-), fosfat (PO₄^3-), sulfida (S^2-), atau oksalat (C₂O₄^2-) akan lebih larut dalam larutan asam.

Hal ini terjadi karena anion basa dapat bereaksi dengan ion H⁺ dari asam membentuk spesies yang lebih stabil, seperti asam lemah atau gas.

Contoh: Kelarutan CaCO₃ dalam larutan asam

CaCO₃(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + CO₃^2-(aq)     K_sp = 4,8 × 10^-9

CO₃^2-(aq) + H⁺(aq) ⇌ HCO₃^-(aq)     K = 1/K_a2 = 2,1 × 10¹⁰

HCO₃^-(aq) + H⁺(aq) ⇌ H₂CO₃(aq)     K = 1/K_a1 = 2,3 × 10⁶

H₂CO₃(aq) ⇌ CO₂(g) + H₂O(l)

Reaksi keseluruhan: CaCO₃(s) + 2H⁺(aq) → Ca²⁺(aq) + CO₂(g) + H₂O(l)

B2. Garam dengan Kation Asam

Garam yang mengandung kation asam seperti Fe³⁺, Al³⁺, atau Cr³⁺ akan lebih larut dalam larutan basa.

Kation ini dapat mengalami hidrolisis menghasilkan ion H⁺, sehingga penambahan basa akan menggeser kesetimbangan hidrolisis ke arah pembentukan kompleks hidrokso.

Contoh: Kelarutan Fe(OH)₃ dalam larutan basa

Fe(OH)₃(s) ⇌ Fe³⁺(aq) + 3OH^-(aq)     K_sp = 4 × 10^-38

Fe³⁺(aq) + H₂O(l) ⇌ FeOH²⁺(aq) + H⁺(aq)

Dalam larutan basa, ion H⁺ yang dihasilkan akan dinetralkan oleh OH^-, sehingga kesetimbangan bergeser ke kanan dan meningkatkan kelarutan Fe(OH)₃.

B3. Garam dengan Sifat Amfoter

Beberapa garam seperti hidroksida logam (Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Pb(OH)₂) bersifat amfoter, artinya dapat larut baik dalam larutan asam maupun basa.

Dalam asam, mereka larut sebagai kation logam, sedangkan dalam basa, mereka larut membentuk kompleks hidrokso.

Contoh: Kelarutan Al(OH)₃

Dalam asam: Al(OH)₃(s) + 3H⁺(aq) → Al³⁺(aq) + 3H₂O(l)

Dalam basa: Al(OH)₃(s) + OH^-(aq) → Al(OH)₄^-(aq)

C. Aplikasi dalam Analisis Kimia

C1. Pemurnian dan Pemisahan

Pengaruh pH terhadap kelarutan garam sukar larut dimanfaatkan dalam pemurnian dan pemisahan senyawa.

Misalnya, dalam analisis kualitatif kation, pengendapan selektif dengan mengontrol pH larutan digunakan untuk memisahkan kelompok kation.

C2. Pengendapan Selektif

Dalam analisis kuantitatif, pengendapan selektif dengan mengatur pH digunakan untuk memisahkan ion-ion yang mengganggu.

Contohnya, dalam penentuan kalsium, ion fosfat dapat diendapkan sebagai MgNH₄PO₄ pada pH basa sebelum penetapan kalsium.

C3. Kontrol Kualitas Air

Pengaruh pH terhadap kelarutan garam sukar larut diterapkan dalam pengolahan air untuk mencegah pengendapan skala (kerak) yang dapat menyumbat pipa.

Dengan mengontrol pH, kelarutan garam seperti kalsium karbonat dapat diatur.

D. Contoh Perhitungan Kuantitatif

Untuk menghitung kelarutan garam sukar larut dalam larutan dengan pH tertentu, kita perlu mempertimbangkan semua kesetimbangan yang terjadi.

Sebagai contoh, mari kita hitung kelarutan CaF₂ dalam larutan dengan pH = 3.

CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2F^-(aq)     K_sp = 3,9 × 10^-11

F^-(aq) + H⁺(aq) ⇌ HF(aq)     K = 1/K_a = 1/(6,8 × 10^-4) = 1,47 × 10³

Misalkan s = kelarutan CaF₂, maka:

[Ca²⁺] = s

[F^-] + [HF] = 2s

Dari persamaan kesetimbangan HF:

[HF] = [F^-][H⁺] × K = [F^-] × (10^-3) × (1,47 × 10³) = 1,47 [F^-]

Sehingga:

[F^-] + 1,47 [F^-] = 2,47 [F^-] = 2s

[F^-] = 2s / 2,47 = 0,81s

Substitusi ke persamaan K_sp:

K_sp = [Ca²⁺][F^-]² = s × (0,81s)² = 0.656s³ = 3,9 × 10^-11

s³ = 5,95 × 10^-11     →     s = 3,90 × 10^-4 M

Sebagai perbandingan, kelarutan CaF₂ dalam air murni adalah 2,15 × 10^-4 M. Jadi, pada pH 3, kelarutan CaF₂ meningkat hampir dua kali lipat.

E. Ringkasan Pengaruh pH terhadap Berbagai Garam Sukar Larut

Jenis Garam	Contoh	Pengaruh Penurunan pH	Pengaruh Peningkatan pH
Garam dengan anion basa	CaCO3, BaSO4, Ca3(PO4)2	Kelarutan meningkat	Kelarutan menurun
Garam dengan kation asam	Fe(OH)3, Al(OH)3	Kelarutan menurun	Kelarutan meningkat
Garam amfoter	Al(OH)3, Zn(OH)2, Pb(OH)2	Kelarutan meningkat	Kelarutan meningkat
Garam dengan anion asam lemah	CaF2, Ag3PO4	Kelarutan meningkat	Kelarutan menurun
Garam dengan kation dan anion tidak terpengaruh pH	AgCl, BaSO4	Kelarutan tidak berubah	Kelarutan tidak berubah

F. Kesimpulan

Pengaruh asam-basa terhadap kelarutan garam sukar larut merupakan fenomena penting yang didasarkan pada prinsip kesetimbangan kimia. Pemahaman tentang mekanisme ini memungkinkan kita untuk memprediksi dan mengontrol kelarutan berbagai senyawa dengan mengatur pH larutan.

Aplikasi konsep ini sangat luas, mencakup bidang analisis kimia, pengolahan air, farmasi, dan ilmu material.

Referensi

1. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9th ed.). Cengage Learning.
2. Harris, D. C. (2010). Quantitative Chemical Analysis (8th ed.). W.H. Freeman.
3. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2013). Chemistry (11th ed.). McGraw-Hill Education.
4. Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2017). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11th ed.). Pearson.
5. Atkins, P., & de Paula, J. (2010). Physical Chemistry (9th ed.). Oxford University Press.