Pembahasan Soal #2 OSP Kimia 2025 (Kimia Anorganik)

Secara umum, garam nitrat logam transisi periode 4 larut baik dalam air dan menghasilkan larutan yang bersifat asam. Contohnya garam Cr(NO₃)₃, Fe(NO₃)₃, Ni(NO₃)₂, dan Cu(NO₃)₂.

1. Jika garam M(NO₃)_n dilarutkan dalam air, akan terbentuk larutan yang mengandung ion ....
   1. [M(H₂O)₆]ⁿ⁺
   2. [M(OH)₆]^(n-6)-
   3. Mⁿ⁺ (akuo terhidrasi bebas)
   4. Tidak tahu
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban tepat : A. [M(H₂O)₆]ⁿ⁺

   Ketika garam M(NO₃)_n dilarutkan dalam air, ion logam transisi (Mⁿ⁺) tidak berada sebagai ion bebas, melainkan segera membentuk kompleks heksaakuo karena adanya orbital d kosong yang mampu menerima pasangan elektron dari molekul air.

   Proses solvasi ini menghasilkan ion kompleks [M(H₂O)₆]ⁿ⁺ dengan geometri oktahedral. Contoh: Cr(NO₃)₃ → [Cr(H₂O)₆]³⁺ + 3 NO₃^-. Opsi lain keliru karena [M(OH)₆]^n-6 hanya terbentuk dalam suasana basa sangat kuat, bukan saat pelarutan awal.


2. Ion tersebut dapat terhidrolisis menjadi ion ....
   1. Tidak tahu
   2. Mⁿ⁺
   3. [M(H₂O)₆]ⁿ⁺
   4. [M(OH)(H₂O)₅]^(n-1)+
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban tepat : D. [M(OH)(H₂O)₅]^(n-1)+

   Ion kompleks [M(H₂O)₆]ⁿ⁺ bersifat asam karena muatan positif logam yang besar menarik elektron dari ligan air, melemahkan ikatan O–H. Satu molekul air terkoordinasi melepas proton (H⁺) ke lingkungan, menghasilkan ion kompleks hidrokso.
   Reaksi: [M(H₂O)₆]ⁿ⁺ + H₂O ⇌ [M(OH)(H₂O)₅]^(n-1)+ + H₃O⁺. Ini adalah tahap pertama hidrolisis. Contoh: [Fe(H₂O)₆]³⁺ → [Fe(OH)(H₂O)₅]²⁺ + H⁺ (dalam bentuk H₃O⁺).

3. Produk samping reaksi hidrolisis tersebut adalah ....
   1. Tidak tahu
   2. Mⁿ⁺
   3. H₂O
   4. H₃O⁺
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban tepat : D. H₃O⁺ (ion oksonium)

   Reaksi hidrolisis kompleks logam menghasilkan ion hidronium (H₃O⁺) sebagai produk samping. Lihat pembahasan sebelumnya. Proton yang dilepaskan oleh ligan air terkoordinasi akan diikat oleh molekul air bebas membentuk H₃O⁺.

   Keberadaan H₃O⁺ inilah yang menyebabkan larutan garam nitrat logam transisi bersifat asam (pH < 7). Semakin besar muatan logam dan semakin kecil jari-jari ion, semakin kuat sifat asamnya.

4. Dalam reaksi hidrolisis tersebut, air bersifat sebagai ______.
   1. Basa Bronsted-Lowry
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban : Basa Bronsted-Lowry

   Menurut teori Bronsted-Lowry, basa adalah spesi yang menerima proton (H⁺). Dalam reaksi hidrolisis: [M(H₂O)₆]ⁿ⁺ + H₂O ⇌ [M(OH)(H₂O)₅]^(n-1)+ + H₃O⁺, air (H₂O) bertindak sebagai akseptor proton dari kompleks logam, berubah menjadi H₃O⁺.

   Jadi air berperan sebagai basa Bronsted-Lowry. Sementara kompleks logam bertindak sebagai asam (donor proton).

5. Adapun urutan sifat asam dari larutan garam nitrat tersebut adalah....
   1. Cr(NO₃)₃ < Fe(NO₃)₃ < Ni(NO₃)₂ < Cu(NO₃)₂
   2. Fe(NO₃)₃ < Cr(NO₃)₃ < Ni(NO₃)₂ < Cu(NO₃)₂
   3. Tidak tahu
   4. Cu(NO₃)₂ < Ni(NO₃)₂ < Fe(NO₃)₃ < Cr(NO₃)₃
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban tepat : D. Cu(NO₃)₂ < Ni(NO₃)₂ < Fe(NO₃)₃ < Cr(NO₃)₃

   Keasaman larutan garam logam transisi ditentukan oleh kemampuan ion kompleks melepas proton (H⁺).
   Faktor utama: muatan ion dan jari-jari ion. Semakin tinggi muatan dan semakin kecil jari-jari, semakin kuat polarisasi terhadap ligan air, sehingga hidrolisis lebih ekstensif.

   • Cr³⁺ (jari-jari ~62 pm) dan Fe³⁺ (~64 pm) memiliki muatan +3 → hidrolisis kuat, pH larutan lebih rendah. Cr³⁺ sedikit lebih kecil dan memiliki kerapatan muatan lebih tinggi dibanding Fe³⁺, sehingga Cr(NO₃)₃ paling asam.

   • Ni²⁺ (~69 pm) dan Cu²⁺ (~73 pm) bermuatan +2 → hidrolisis lebih lemah. Cu²⁺ meskipun jari-jari lebih besar dari Ni²⁺, mengalami efek Jahn–Teller dan kepolaran yang sedikit berbeda, tetapi secara umum urutan eksperimen menunjukkan Cu²⁺ sedikit lebih asam daripada Ni²⁺ karena polarisasi tambahan.

     Namun dalam data literatur, Ni²⁺ & Cu²⁺ memiliki kekuatan asam sangat berdekatan, tetapi pilihan yang tersedia menempatkan Cu(NO₃)₂ paling lemah lalu Ni(NO₃)₂, selanjutnya Fe³⁺ dan Cr³⁺ paling tinggi. Urutan D benar secara umum: Cu²⁺ < Ni²⁺ < Fe³⁺ < Cr³⁺.

   Konstanta hidrolisis (K_h) untuk Cr³⁺ sekitar 10^-4, untuk Fe³⁺ sekitar 10^-3, untuk Cu²⁺ dan Ni²⁺ orde 10^-7–10^-8, sehingga keasaman meningkat dari kiri ke kanan sesuai opsi D.

6. Bila larutan garam Fe(NO₃)₃ direaksikan dengan larutan NaOH berlebih akan menghasilkan ....
   1. [Fe(OH)₄]^-
   2. Fe(OH)₃ (endapan coklat)
   3. Fe(OH)₂
   4. Tidak tahu
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban tepat : A. [Fe(OH)₄]^- (ion tetrahidroksoferrat(III))

   Reaksi Fe³⁺ dengan NaOH :
   Penambahan sedikit basa : Fe³⁺ + 3 OH^- → Fe(OH)₃(s) (endapan coklat merah).
   
   Namun jika NaOH berlebih, endapan Fe(OH)₃ bersifat amfoter (walaupun sifat amfoter Fe(OH)₃ relatif lemah dibanding Al atau Cr, tetapi dalam basa sangat pekat dapat larut membentuk kompleks [Fe(OH)₄]^- (tetrahidroksoferrat(III)).

   Reaksi: Fe(OH)₃(s) + OH^- → [Fe(OH)₄]^-. Oleh karena itu dengan NaOH berlebih, produk akhir adalah ion kompleks larut [Fe(OH)₄]^-. Opsi B hanya terjadi jika basa tidak berlebih. Opsi C (Fe(OH)₂) adalah untuk besi(II), bukan Fe³⁺.

7. Perlakuan yang sama seperti soal (f) terhadap larutan Cr(NO₃)₃ akan menghasilkan....
   1. Cr(OH)₂
   2. Tidak tahu
   3. Cr(OH)₃ (endapan hijau)
   4. [Cr(OH)₄]^-
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban tepat : D. [Cr(OH)₄]^- (ion tetrahidroksokromat(III))

   Kromium(III) bersifat amfoter lebih jelas dibanding besi(III). Saat Cr(NO₃)₃ ditetesi NaOH :
   Awalnya : Cr³⁺ + 3 OH^- → Cr(OH)₃(s) (endapan hijau keabu-abuan).
   Dengan NaOH berlebih, endapan Cr(OH)₃ larut membentuk kompleks [Cr(OH)₄]^- (hijau terang) karena Cr(OH)₃ + OH^- → [Cr(OH)₄]^-.

   Reaksi ini khas untuk logam amfoter seperti Al, Cr, Zn. Opsi C hanya benar jika basa tidak berlebih. Opsi A (Cr(OH)₂) adalah untuk Cr²⁺, tidak relevan. Jadi jawaban D tepat.

   Perlakuan sama seperti soal (f) (NaOH berlebih) menghasilkan ion kompleks larut, bukan endapan.

Titrasi kompleksometri merupakan salah satu metode untuk menentukan kadar ion logam transisi dalam suatu sampel limbah cair industri baja. Salah satu jenis agent pengkhelat yang umum digunakan dalam titrasi kompleksometri yaitu etilendiamin tetraasetat (EDTA)

8. EDTA memiliki ______ atom donor oksigen dan ______ atom donor nitrogen.
   Struktur EDTA (asam etilendiamintetraasetat) : mengandung 4 gugus karboksil (-COOH) dan 2 atom nitrogen pada gugus amina.
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban : 4 (empat) atom donor oksigen dan 2 (dua) atom donor nitrogen.

   EDTA (C₁₀H₁₆N₂O₈) dalam bentuk terdeprotonasi penuh (Y^4-) memiliki 6 atom donor yang dapat berikatan kovalen koordinasi dengan ion logam pusat:
   • 4 atom oksigen dari gugus -COO^- (karboksilat).
   • 2 atom nitrogen dari gugus amina -NH- (dalam bentuk -N^- setelah deprotonasi).
   
   Keenam atom donor ini membentuk kompleks kelat yang sangat stabil dengan ion logam transisi melalui ikatan koordinasi (teori asam basa Lewis).

9. Reaksi antara larutan ion logam transisi dengan larutan etilendiamin tetraasetat dapat dijelaskan dengan teori asam basa ______ Lewis.
   Teori yang paling sesuai karena melibatkan pasangan elektron bebas dari ligan (EDTA) dan orbital kosong ion logam.
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban : Lewis (asam-basa Lewis)

   Menurut definisi Lewis, asam adalah akseptor pasangan elektron, basa adalah donor pasangan elektron.

   Dalam kompleksometri, ion logam transisi (Mⁿ⁺) memiliki orbital d kosong yang berfungsi sebagai asam Lewis, sedangkan EDTA (terutama dalam bentuk Y^4-) memiliki atom-atom donor (N dan O) dengan pasangan elektron bebas, sehingga berperan sebagai basa Lewis.

   Ikatan koordinasi yang terbentuk merupakan hasil interaksi asam-basa Lewis. Teori Arrhenius atau Bronsted-Lowry kurang tepat karena tidak melibatkan transfer proton secara langsung pada reaksi pembentukan kompleks.

Berikut prosedur penentuan kadar ion besi(III) dan Cu(II) dalam sampel limbah cair dengan titrasi kompleksometri menggunakan EDTA.

• Tahap pertama, sampel limbah cair sebanyak 25,00 mL dititrasi dengan larutan EDTA 0,01 M dan diperlukan sebanyak 38,00 mL untuk mencapai titik akhir titrasi.
• Tahap kedua, ion Fe(III) terlebih dahulu dimasking dengan cara menambahkan padatan asam askorbat dan natrium fluorida ke dalam 25,00 mL sampel limbah cair. Hal ini bertujuan agar ion Fe(III) tidak bereaksi dengan EDTA.
• Selanjutnya, larutan limbah cair tersebut dititrasi dengan larutan EDTA 0,01 M dan mencapai titik akhir titrasi pada volume EDTA sebanyak 24.00 mL. Berdasarkan data titrasi tersebut,
10. Konsentrasi ion besi(III) = ______ M dan ion Cu(II) = ______ M
    Data: Volume sampel = 25,00 mL. Titrasi total (Fe+Cu) : V_{EDTA total} = 38,00 mL ; C_EDTA = 0,01 M.
    Setelah masking Fe (penambahan asam askorbat + NaF), titrasi hanya untuk Cu(II) : V_{EDTA Cu} = 24,00 mL.
    🔍 Jawaban & Perhitungan

    ✔ Jawaban : [Fe³⁺] = 0,0056 M    [Cu²⁺] = 0,0096 M

    Langkah perhitungan:

    1. Mol EDTA untuk titrasi total (Fe + Cu) :
       n_total = M × V = 0,01 mol/L × 0,03800 L = 3,80 × 10^-4 mol.
       
       
    2. Mol EDTA untuk titrasi setelah masking (hanya Cu²⁺) :
       n_Cu = 0,01 × 0,02400 L = 2,40 × 10^-4 mol.
       Karena perbandingan mol EDTA : logam = 1:1 (kompleks 1:1), maka mol Cu²⁺ = 2,40×10^-4 mol dalam 25,00 mL sampel.
       
       
    3. Konsentrasi Cu²⁺ dalam sampel :
       [Cu²⁺] = (2,40×10^-4 mol) / 0,02500 L = 0,0096 M (9,6×10^-3 M).
       
       
    4. Mol Fe³⁺ = mol total - mol Cu = (3,80×10^-4) - (2,40×10^-4) = 1,40×10^-4 mol.
       Konsentrasi Fe³⁺ = (1,40×10^-4) / 0,02500 L = 0,0056 M (5,6×10^-3 M).

    Penjelasan tambahan: Penambahan asam askorbat mereduksi Fe³⁺ menjadi Fe²⁺ yang kemudian di-masking (dikomplekskan) oleh ion fluorida (dari NaF) menjadi [FeF₆]^4- yang tidak bereaksi dengan EDTA, sehingga titrasi kedua hanya mengukur kandungan Cu(II). Prinsip ini penting dalam analisis campuran logam.

11. Bila total massa logam dalam 25 mL sampel limbah cair = 0,26 g, maka kadar ion Cu(II) = ______ %
    Total massa logam (Fe + Cu) dalam 25 mL = 0,26 gram. Massa Cu dihitung dari mol Cu yang diperoleh.
    🔍 Jawaban & Perhitungan

    ✔ Jawaban : Kadar Cu²⁺ = 5,86 % (atau sekitar 5,9%)

    Diketahui:
    • n_Cu dalam 25 mL sampel = 2,40 × 10^-4 mol.
    • Massa atom relatif Cu = 63,5 g/mol.
    • Massa Cu = n × Ar = (2,40×10^-4 mol) × 63,5 g/mol = 0,01524 gram.
    • Total massa logam (Fe + Cu) = 0,26 gram.
    • % Cu = (massa Cu / total massa logam) × 100% = (0,01524 / 0,26) × 100% = 5,8615% ≈ 5,86% (dapat dibulatkan menjadi 5,9% tergantung angka penting).

    Analisis lebih lanjut:
    Kadar yang relatif kecil (sekitar 5,86%) menunjukkan bahwa dalam sampel limbah cair, kandungan ion Cu²⁺ jauh lebih rendah dibandingkan Fe³⁺ jika dilihat dari massanya?

    Perlu diingat massa Fe³⁺ = (n_Fe × 55,85) = (1,4×10^-4 × 55,85) = 0,007819 g, sehingga total massa logam hitung = 0,01524 + 0,00782 = 0,02306 g, tetapi soal menyatakan total massa logam dalam 25 mL = 0,26 g.

    Angka 0,26 g jauh lebih besar, artinya terdapat ion logam lain (mungkin Cr, Ni, dll) atau garam-garam lain yang ikut terukur sebagai "total massa logam".

    Namun soal secara spesifik menanyakan kadar Cu(II) terhadap total massa logam yang diketahui (0,26 g). Maka perhitungan di atas tetap valid untuk menjawab % Cu berdasarkan data yang diberikan.

    Catatan:
    Jika diasumsikan total massa logam hanya berasal dari Fe dan Cu, massa Cu yang dihitung (0,01524 g) hanya menyumbang sekitar 5,86% dari 0,26 g, sisanya adalah Fe dan logam lain. Hasil ini konsisten dengan prosedur masking dan titrasi selektif.