Kelarutan suatu zat dapat dinyatakan dalam berbagai satuan tergantung kebutuhan: laboratorium, industri, farmasi, atau lingkungan. Setidaknya ada enam jenis satuan yang umum digunakan. Soal akan diberikan dibagian akhir deskrispi jenis satuan disertai penyelesaian terperinci.
- Molaritas (M atau mol/L)
Ini adalah satuan yang paling umum digunakan dalam kimia, terutama dalam perhitungan stoikiometri dan kesetimbangan. Kelarutan dinyatakan sebagai jumlah mol zat terlarut yang dapat larut dalam setiap 1 liter larutan jenuh pada suhu tertentu. Contoh: Kelarutan AgCl adalah 1,3 × 10⁻⁵ M. - Molalitas (m atau mol/kg)
Satuan ini menyatakan jumlah mol zat terlarut per 1 kilogram pelarut. Satuan ini jarang digunakan untuk kelarutan standar, tetapi berguna ketika suhu percobaan berubah-ubah (karena molalitas tidak bergantung pada suhu, tidak seperti molaritas yang bergantung pada volume). - Persentase
Kelarutan juga bisa dinyatakan dalam bentuk persen, yang sering ditemukan dalam farmakope atau industri.- Persen berat (% b/b): gram zat terlarut per 100 gram larutan jenuh.
- Persen volume (% v/v): mL zat terlarut per 100 mL larutan (biasanya untuk cairan dalam cairan).
- Persen berat/volume (% b/v): gram zat terlarut per 100 mL larutan (sering digunakan di laboratorium medis atau farmasi).
- Bagian per sejuta (ppm) dan Bagian per miliar (ppb)
Satuan ini digunakan untuk zat yang sangat sukar larut (kelarutannya sangat kecil).- ppm setara dengan mg/L (untuk larutan encer dalam air) atau mg/kg.
- ppb setara dengan µg/L.
Contoh: Kelarutan oksigen dalam air pada suhu kamar adalah sekitar 8 ppm.
- Gram per Liter (g/L) atau miligram per 100 mL
Ini adalah satuan yang lebih praktis dan langsung, sering digunakan dalam tabel kelarutan sederhana. Satuan ini menyatakan massa zat terlarut (dalam gram) yang dapat larut dalam 1 liter larutan jenuh. Dalam farmasi, sering dinyatakan dalam gram per 100 mL larutan.
- Kelarutan Produk (Ksp)
Ini adalah cara khusus untuk menyatakan kelarutan senyawa ionik yang sukar larut. Ksp adalah tetapan kesetimbangan yang nilainya menunjukkan seberapa besar kecenderungan suatu garam untuk larut. Meskipun bukan satuan konsentrasi, nilai Ksp digunakan untuk menghitung kelarutan dalam molaritas.
Kesimpulan:
Tidak ada satuan tunggal yang "paling benar". Pilihan satuan tergantung pada:
- Kemudahan pengukuran (misalnya, menimbang massa lebih mudah daripada menghitung mol).
- Kegunaan data (untuk perhitungan kimia lebih suka molaritas, untuk toksisitas lingkungan lebih suka ppm).
1. Molaritas dengan simbol [X] (mol/L)
Definisi: Jumlah mol zat terlarut dalam setiap liter larutan jenuh. Paling sering digunakan dalam perhitungan stoikiometri dan kesetimbangan.
Rumus:
\( [X] = \dfrac{n}{V} \)
dengan \( n_X = \dfrac{massa_X~(g)}{massa~molar_X~(g/mol)} \)
Pada suhu 20°C, kelarutan O2 dalam air adalah 9,1 mg/L. Hitung molaritas O2 dalam air jenuh. (massa molar O2 = 32 g/mol)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa O}_2\ \text{dalam 1 L} &= 9,1\ \text{mg} \\[4pt] &= 9,1 \times 10^{-3}\ \text{g} \\[4pt] n_{\text{O}_2} &= \frac{massa~O_2}{massa~molar~O_2} \\[4pt] &= \frac{9,1 \times 10^{-3}\ \text{g}}{32\ \text{g/mol}} \\[4pt] &= 2,84375 \times 10^{-4}\ \text{mol} \\[4pt] [O_2] &= \frac{n_{\text{O}_2}}{V}\\& = \frac{2,84375 \times 10^{-4}\ \text{mol}}{1\ \text{L}} \\[4pt] &= 2,84 \times 10^{-4}\ \text{mol/L} \end{aligned} $$Kelarutan kafein (C8H10N4O2) dalam air pada 80°C adalah 2,0 g/100 mL. Tentukan molaritas larutan jenuh kafein. (massa molar kafein = 194 g/mol)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa kafein per 100 mL} &= 2,0\ \text{g} \\[4pt] \text{massa kafein per 1 L} &= 2,0\ \text{g} \times 10 = 20\ \text{g/L} \\[4pt] n_{\text{kafein}} &= \frac{massa_{kafein}}{massa~molar_{kafein}} \\[4pt] &= \frac{20\ \text{g}}{194\ \text{g/mol}} \\[4pt] &= 0,10309\ \text{mol} \\[4pt] [Kafein] &= \frac{n_{kafein}}{V}\\&= \frac{0,10309\ \text{mol}}{1\ \text{L}} = 0,103\ \text{M} \end{aligned} $$2. Molalitas dengan simbol b (mol/kg pelarut)
Definisi: Jumlah mol zat terlarut dalam setiap 1 kg pelarut.
Rumus:
\( b_X = \dfrac{n_X}{massa~pelarut~(kg)} \)
dengan \( n_X = \dfrac{massa~zat~terlarut_X~(g)}{massa~molar_X~(g/mol)} \)
Molalitas tidak bergantung pada suhu karena menggunakan massa pelarut, bukan volume.
Etilen glikol (C2H6O2) digunakan sebagai antibeku. Kelarutan etilen glikol dalam air sangat tinggi, tetapi untuk campuran 50% massa, diinginkan mengetahui molalitasnya. Jika 500 g etilen glikol dilarutkan dalam 500 g air (larutan belum tentu jenuh, tapi untuk latihan molalitas), hitung molalitas larutan. (massa molar C2H6O2 = 62 g/mol)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa etilen glikol} &= 500\ \text{g} \\[4pt] \text{massa molar etilen glikol} &= 62\ \text{g/mol} \\[4pt] n_{\text{etilen glikol}} &= \frac{massa_{etilen~glikol}}{massa~molar_{etilen~glikol}} \\[4pt] &= \frac{500\ \text{g}}{62\ \text{g/mol}} \\[4pt] &= 8,0645\ \text{mol} \\[4pt] \text{massa air (pelarut)} &= 500\ \text{g} = 0,5\ \text{kg} \\[4pt] b_{etilen~glikol} &= \frac{n_{etilen~glikol}}{\text{massa pelarut (kg)}} \\[4pt] &= \frac{8,0645\ \text{mol}}{0,5\ \text{kg}} \\[4pt] &= 16,13\ \text{mol/kg} \end{aligned} $$Di laboratorium pegunungan dengan suhu 10°C, kelarutan glukosa (C6H12O6) adalah 190 g per 100 g air. Hitung molalitas larutan jenuh glukosa. (massa molar glukosa = 180 g/mol)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa glukosa} &= 190\ \text{g} \\[4pt] \text{massa molar glukosa} &= 180\ \text{g/mol} \\[4pt] n_{\text{glukosa}} &= \frac{massa_{glukosa}}{massa~molar_{glukosa}} \\[4pt] &= \frac{190\ \text{g}}{180\ \text{g/mol}} \\[4pt] &= 1,0556\ \text{mol} \\[4pt] \text{massa air (pelarut)} &= 100\ \text{g} = 0,1\ \text{kg} \\[4pt] b_{glukosa} &= \frac{n_{glukosa}}{\text{massa pelarut (kg)}} \\[4pt] &= \frac{1,0556\ \text{mol}}{0,1\ \text{kg}} \\[4pt] &= 10,556\ \text{mol/kg} \end{aligned} $$3. Persen Berat (% b/b)
Definisi: Gram zat terlarut per 100 gram larutan. Banyak digunakan di industri pangan dan farmasi.
Rumus:
\( \%\ b/b = \dfrac{\text{massa zat terlarut}}{\text{massa total larutan}} \times 100\% \)
Pada 25°C, kelarutan sukrosa dalam air adalah 200 g per 100 g air. Hitung persen berat sukrosa dalam larutan jenuh.
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa sukrosa} &= 200\ \text{g} \\[4pt] \text{massa air} &= 100\ \text{g} \\[4pt] \text{massa total larutan} &= 200\ \text{g} + 100\ \text{g} = 300\ \text{g} \\[4pt] \%\ b/b &= \frac{\text{massa sukrosa}}{\text{massa total}} \times 100\% \\[4pt] &= \frac{200\ \text{g}}{300\ \text{g}} \times 100\% \\[4pt] &= 66,67\% \end{aligned} $$Air laut mengandung 3,5% massa garam. Jika kelarutan NaCl pada 25°C adalah 36 g per 100 g air, tentukan apakah air laut sudah jenuh. (asumsikan garam hanya NaCl)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{Larutan jenuh NaCl} &: 36\ \text{g NaCl} + 100\ \text{g air} \\[4pt] \text{massa total jenuh} &= 36\ \text{g} + 100\ \text{g} = 136\ \text{g} \\[4pt] \%\ \text{jenuh} &= \frac{massa~NaCl}{massa~total} \times 100\% \\[4pt] &= \frac{36}{136} \times 100\% \\[4pt] &= 26,47\% \\[4pt] \text{Kadar air laut} &= 3,5\% \\[4pt] 3,5\% &< 26,47\% \quad \Rightarrow \quad \text{air laut \textbf{belum jenuh}}. \end{aligned} $$4. ppm (bagian per juta) — mg/L
Definisi: Massa zat terlarut dalam gram per liter larutan jenuh. Praktis untuk banyak keperluan teknis.
Untuk larutan encer dalam air (densitas ≈ 1 kg/L), 1 mg/L = 1 ppm.
\( \text{ppm} = \dfrac{\text{massa zat (mg)}}{\text{massa larutan (kg)}} \)
Konsentrasi timbal dalam sampel air sungai adalah 0,025 mg/L. Nyatakan dalam ppm. (densitas air = 1 kg/L)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa Pb dalam 1 L air} &= 0,025\ \text{mg} \\[4pt] \text{massa 1 L air} &= 1\ \text{kg} \quad (\text{asumsi densitas}) \\[4pt] \text{ppm} &= \frac{\text{massa Pb (mg)}}{\text{massa air (kg)}} \\[4pt] &= \frac{0,025\ \text{mg}}{1\ \text{kg}} \\[4pt] &= 0,025\ \text{ppm} \end{aligned} $$Batas aman fluorida (F–) dalam air minum adalah 0,7 ppm. Jika suatu sumur mengandung 1,5×10–3 g/L F–, apakah memenuhi syarat?
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{konsentrasi F}^- &= 1,5 \times 10^{-3}\ \text{g/L} \\[4pt] &= 1,5 \times 10^{-3} \times 1000\ \text{mg/L} \\[4pt] &= 1,5\ \text{mg/L} \\[4pt] \text{karena 1 mg/L} &= 1\ \text{ppm (air)} \\[4pt] \text{ppm F}^- &= 1,5\ \text{ppm} \\[4pt] 1,5\ \text{ppm} &> 0,7\ \text{ppm} \quad \Rightarrow \quad \text{tidak memenuhi syarat.} \end{aligned} $$5. Gram per Liter (g/L)
Definisi: Tetapan hasil kali kelarutan (Ksp) digunakan untuk menghitung kelarutan molar (s) senyawa ionik sukar larut.
Menyatakan massa zat terlarut (gram) dalam satu liter larutan jenuh.
Kelarutan CaCO3 pada 25°C adalah 0,015 g/L. Berapa miligram ion Ca2+ dalam 1 L larutan jenuh? (massa molar Ca = 40 g/mol, CaCO3 = 100 g/mol)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa CaCO}_3\ \text{per L} &= 0,015\ \text{g} \\[4pt] n_{\text{CaCO}_3} &= \frac{0,015\ \text{g}}{100\ \text{g/mol}} \\[4pt] &= 1,5 \times 10^{-4}\ \text{mol} \\[4pt] n_{\text{Ca}^{2+}} &= n_{\text{CaCO}_3} = 1,5 \times 10^{-4}\ \text{mol} \\[4pt] \text{massa Ca}^{2+} &= n \times \text{massa molar Ca} \\[4pt] &= (1,5 \times 10^{-4}\ \text{mol}) \times (40\ \text{g/mol}) \\[4pt] &= 6,0 \times 10^{-3}\ \text{g} \\[4pt] &= 6,0\ \text{mg} \end{aligned} $$Kelarutan sukrosa pada 20°C adalah 200 g per 100 g air. Densitas larutan jenuh = 1,3 g/mL. Hitung kelarutan dalam g/L.
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{massa larutan jenuh} &= 200\ \text{g} + 100\ \text{g} = 300\ \text{g} \\[4pt] \text{volume larutan} &= \frac{\text{massa}}{\text{densitas}} \\[4pt] &= \frac{300\ \text{g}}{1,3\ \text{g/mL}} \\[4pt] &= 230,77\ \text{mL} \\[4pt] &= 0,23077\ \text{L} \\[4pt] \text{kelarutan (g/L)} &= \frac{\text{massa sukrosa}}{\text{volume larutan dalam L}} \\[4pt] &= \frac{200\ \text{g}}{0,23077\ \text{L}} \\[4pt] &= 866,7\ \text{g/L} \end{aligned} $$6. Kelarutan dari Ksp
Untuk senyawa ion sukar larut. \( K_{sp} \) dihubungkan dengan kelarutan molar (s).
Ksp CaCO3 = 4,8×10–9. Tentukan kelarutan dalam mol/L dan dalam mg/L. (massa molar CaCO3 = 100 g/mol)
📘 Penyelesaian
$$ \begin{aligned} \text{CaCO}_3 (s) &\rightleftharpoons \text{Ca}^{2+} (aq) + \text{CO}_3^{2-} (aq) \\[4pt] \text{misal kelarutan } &= s\ \text{mol/L} \\[4pt] K_{sp} &= [\text{Ca}^{2+}][\text{CO}_3^{2-}] = s \times s = s^2 \\[4pt] s^2 &= 4,8 \times 10^{-9} \\[4pt] s &= \sqrt{4,8 \times 10^{-9}} \\[4pt] &= \sqrt{48 \times 10^{-10}} \\[4pt] &= \sqrt{48} \times 10^{-5} \\[4pt] &= 6,928 \times 10^{-5}\ \text{mol/L} \\[4pt] \text{kelarutan (mg/L)} &= s \times \text{massa molar} \times 1000 \\[4pt] &= (6,928 \times 10^{-5}\ \text{mol/L}) \times (100\ \text{g/mol}) \times 1000\ \text{mg/g} \\[4pt] &= 6,928\ \text{mg/L} \end{aligned} $$Ksp Mg(OH)2 = 5,6×10–12. Hitung kelarutan dalam mol/L dan pH larutan jenuhnya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar