Dalam
pembentukan ion kompleks terjadi reaksi asam basa Lewis, di mana kation logam
akan bergabung dengan hasil basa Lewis. Spesi yang menerima (akseptor) pasangan
elektron bebas disebut asam Lewis sedangkan spesi yang memberikan (donor)
pasangan elektron bebas disebut basa Lewis. Sehingga dapat didefinisikan bahwa
ion kompleks merupakan ion yang mengandung kation logam pusat yang terikat pada
satu atau lebih molekul atau ion. Ion kompleks sangat dibutuhkan dalam proses
kimia dan biologi.
Untuk
membentuk sebuah ion kompleks, unsur-unsur logam yang banyak digunakan yaitu
berasal dari golongan transisi. Logam transisi lebih cenderung membentuk ion
kompleks karena dalam konfigurasinya golongan logam transisi memiliki orbital
yang kosong (subbidang yang tidak lengkap). Hal ini memungkinkan logam-logam
transisi bertindak sebagai asam Lewis dalam reaksi pembentukan kompleks.
Misalkan, larutan kobalt (II) klorida memiliki warna larutan merah muda yang
dihasilkan dari reaksi dengan ion Co(H2O)62+. Perhatikan
gambar berikut:
|
(Kiri) Larutan kobalt (II) klorida berwarna merah
muda dihasilkan karena kehadiran ion Co(H2O)62+
. (Kanan) Setelah penambahan HCl larutan berubah menjadi biru sebagai hasil
pembentukan ion kompleks CoCl42-
|
Ketika HCl
ditambahkan, larutan berubah menjadi biru sebagai hasil pembentukan ion
kompleks CoCl42-:
Co2+(aq)
+ 4Cl-(aq) ⇌
CoCl42-(aq)
Tembaga
(II) sulfat (CuSO4) larut dalam air untuk menghasilkan larutan
berwarna biru. Adanya warna biru dihasilkan dari ion Cu2+ yang; tidak
semua larutan sulfat berwarna biru, banyak sulfat lainnya (Na2SO4,
misalnya) tidak berwarna. Namun, dengan menambahkan beberapa tetes larutan
amonia terkonsentrasi ke larutan CuSO4 dapat menyebabkan
terbentuknya endapan biru muda, tembaga (II) hidroksida:
Cu2+(aq)
+ 2OH- (aq) ⇌ Cu(OH)2(s)
Ion
OH‑ dipasok oleh larutan amonia. Jika lebih banyak NH3
ditambahkan (penambahan NH3 berlebih), maka endapan biru akan larut
kembali untuk menghasilkan larutan biru-biru yang indah, hal ini karena adanya
pembentukan ion kompleks Cu(NH3)42+. Adapun
reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Cu(OH)2(s)
+ 4NH3(aq) ⇌ Cu(NH3)42+(aq)
+ 2OH- (aq)
Perhatikan gambar berikut:
|
(Kiri) Larutan tembaga (II)
sulfat. (Tengah) Penambahan beberapa tetes larutan NH3
terkonsentrasi membentuk endapan biru muda dari pembentukan Cu(OH)2.
(Kanan) Penambahan berlebih NH3 terkonsentrasi menyebabkan endapan
Cu(OH)2 larut kembali sehingga membentuk ion kompleks Cu(NH3)42+
berwarna biru gelap.
|
Dengan demikian,
pembentukan ion kompleks Cu(NH3)42+ dapat meningkatkan
kelarutan Cu(OH)2.
Ukuran
kecenderungan ion logam untuk membentuk ion kompleks tertentu diberikan oleh
konstanta pembentukan Kf (juga disebut konstanta stabilitas), yang
merupakan konstanta kesetimbangan untuk pembentukan ion kompleks. Semakin besar
Kf, semakin stabil ion kompleksnya. Pembentukan ion Cu(NH3)42+
dapat dinyatakan sebagai
Cu2+(aq)
+ 4NH3(aq) ⇌ Cu(NH3)42+(aq)
dimana konstanta
formasi adalah
Nilai Kf yang sangat besar dalam hal ini
menunjukkan bahwa ion kompleks cukup stabil dalam larutan dan menyumbang
konsentrasi ion tembaga (II) yang sangat rendah pada kesetimbangan. Perhatikan
tabel berikut ini:
Contoh Soal 1 :
Sejumlah 0,20 mol
CuSO4 ditambahkan ke dalam 1 liter larutan 1,20 M NH3.
Berapakah konsentrasi ion Cu2+ pada kesetimbangan?
Strategi
Penambahan CuSO4 ke larutan NH3 menghasilkan pembentukan
ion kompleks sebagai berikut:
Cu2+(aq)
+ 4NH3(aq) ⇌ Cu(NH3)42+(aq)
Dari
Tabel 16.4 dapat dilihat bahwa nilai Kf untuk reaksi ini sangat
besar; oleh karena itu, reaksi sebagian besar terletak di sebelah kanan. Pada
kesetimbangan, konsentrasi Cu2+ akan sangat kecil. Sebagai
pendekatan yang baik, dapat diasumsikan bahwa pada dasarnya semua ion Cu2+
akan terlarut dan berakhir sebagai ion Cu(NH3)42+.
Berapa banyak mol NH3 akan bereaksi dengan 0,20 mol Cu2+?
Berapa banyak mol Cu(NH3)42+ yang akan
diproduksi? Sejumlah kecil Cu2+ akan direaksikan pada kesetimbangan.
Gunakan Kf pada kesetimbangan sebelumnya untuk menyelesaikan [Cu2+].
Solusi Jumlah NH3 yang digunakan dalam membentuk ion kompleks adalah
4 x 0,20 mol, atau 0,80 mol. (Perhatikan bahwa 0,20 mol Cu2+ pada awalnya
hadir dalam larutan dan empat molekul NH3 diperlukan untuk membentuk
ion kompleks dengan satu ion Cu2+). Konsentrasi NH3 pada kesetimbangan
karena itu (1,20 - 0,80) mol / L soln atau 0,40 M, dan bahwa Cu(NH3)42+
adalah 0,20 mol / L soln atau 0,20 M, sama
dengan konsentrasi awal Cu2+. [Ada rasio mol 1:1 antara Cu2+
dan Cu(NH3)42+]. Karena Cu(NH3)42+ tidak berdisosiasi sedikit, dapat dimisalkan
konsentrasi Cu2+ pada kesetimbangan adalah x dan menulis :
Memecahkan x dan
mengingat bahwa volume solusinya adalah 1 L, kita dapatkan
x
= [Cu2+] = 1.6 x 10-13
M
Periksa [Cu2+] pada
kesetimbangan lebih kecil dibandingkan dengan 0,20 M, tentu saja jawaban di
atas benar.
Latihan Soal Jika 2,50 g CuSO4
dilarutkan dalam 9,0 x 102 mL 0,30 M NH3, apa konsentrasi
Cu2+, Cu (NH3)42+, dan NH3
pada kesetimbangan?
Pengaruh
pembentukan ion kompleks umumnya adalah untuk meningkatkan kelarutan suatu zat,
seperti yang ditunjukkan Contoh 2 berikut ini.
Contoh 2 :
Hitung kelarutan
molar AgCl dalam larutan NH3 1,0 M.
Strategi
AgCl hanya sedikit larut dalam air
AgCl(s)
⇌ Ag+(aq) + Cl-(aq)
Ion Ag+
membentuk ion kompleks dengan NH3 (lihat Tabel 16.4)
Ag+(aq)
+ 2NH3(aq) ⇌ Ag(NH3)2+
Menggabungkan
dua equilibria ini akan memberikan keseimbangan keseluruhan untuk proses
tersebut.
Solusi
Langkah 1: Awalnya, spesi dalam
larutan adalah ion Ag+ dan Cl- serta NH3.
Reaksi antara Ag+ dan NH3 menghasilkan ion kompleks Ag(NH3)2+.
Langkah 2: Reaksi kesetimbangannya
adalah :
Konstanta
kesetimbangan K untuk keseluruhan reaksi adalah produk dari konstanta
kesetimbangan dari reaksi individu, yaitu:
Perubahan
konsentrasi yang dihasilkan dari pembentukan ion kompleks digunakan untuk
mencari nilai kelarutan molar (mol/L) AgCl sebagai berikut
Konstanta
formasi (Kf) untuk Ag(NH3)2+ cukup
besar, sehingga sebagian besar ion perak ada dalam bentuk yang dikomplekskan.
Dengan tidak adanya amonia dalam kesetimbangan, maka [Ag+] = [Cl-].
Sebagai hasil dari pembentukan ion kompleks, dapat ditulis [Ag(NH3)2+]
= [Cl-].
Langkah 3:
Mengambil akar
kuadrat dari kedua sisi, kita dapatkan :
Langkah 4: Pada kesetimbangan, 0,045 mol AgCl larut dalam 1 L
larutan NH3 1.0 M.
Periksa
Kelarutan molar dari AgCl dalam air murni adalah 1,3 x 10-5 M. Jadi,
pembentukan ion kompleks Ag(NH3)2+
meningkatkan kelarutan AgCl. Perhatikan gambar berikut:
|
(Dari kanan ke kiri) Larutan AgNO3
(gambar 1) ditambahkan dengan larutan NaCl (gambar 2) membentuk endapan AgCl
(gambar 3) kemudian dengan penambahan larutan NH3 endapan AgCl
terdisosiasi sebagai ion Ag+ yang dikonversi menjadi ion Ag(NH3)2+
sehingga menjadi larutan tak berwarna (gambar 4)
| |
Latihan Praktik
Hitung kelarutan molar AgBr dalam larutan NH3 1.0 M.
Review Konsep
Manakah dari
senyawa-senyawa berikut ini, ketika ditambahkan dengan air, akan meningkatkan
kelarutan CdS? (a) LiNO3. (b) Na2SO4. (c) KCN.
(D) NaClO3.
Yang
terakhir adalah kelas hidroksida, yang disebut hidroksida amfoter, yang dapat
bereaksi dengan asam dan basa. Contohnya adalah Al(OH)3, Pb(OH)2,
Cr(OH)3, Zn(OH)2, dan Cd(OH)2. Jadi, Al(OH)3
bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut:
Al(OH)3(s)
+ 3H+(aq) ⇌ Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al(OH)3(s)
+ OH-(aq) ⇌
Al(OH)4-(aq)
Peningkatan
kelarutan Al(OH)3 dalam medium dasar adalah hasil pembentukan ion
kompleks Al(OH)4- di mana Al(OH)3 bertindak
sebagai asam Lewis dan OH- bertindak sebagai basis Lewis. Hidroksida
amfoterik lainnya berperilaku dengan cara yang sama.
Chemistry in Action
Bagaimana Cangkang Telur Dibentuk ???
Pembentukan cangkang telur ayam adalah contoh menarik
dari proses pengendapan alami. Sebuah cangkang telur rata-rata beratnya sekitar
5 g dan merupakan 40 persen kalsium. Sebagian besar kalsium dalam cangkang
telur diletakkan dalam periode 16-jam. Ini berarti bahwa itu disimpan pada
tingkat sekitar 125 mg per jam. Tidak ada ayam yang bisa mengkonsumsi kalsium
dengan cukup cepat memenuhi permintaan ini. Sebaliknya, itu disediakan oleh
massa tulang khusus di tulang panjang ayam, yang mengakumulasi cadangan kalsium
yang besar untuk pembentukan cangkang telur. [Komponen kalsium anorganik tulang
adalah kalsium fosfat, Ca3(PO4)2, senyawa yang
tidak larut.] Jika ayam diberi makan rendah kalsium, kulit telurnya menjadi
semakin tipis; dia mungkin harus memobilisasi 10 persen dari total jumlah
kalsium di tulangnya hanya untuk meletakkan satu telur! Ketika persediaan
makanan rendah kalsium, produksi telur akhirnya berhenti.
Kulit
telur sebagian besar terdiri dari kalsit, bentuk kristal kalsium karbonat (CaCO3).
Biasanya, bahan baku, Ca2+ dan CO32-, dibawa
oleh darah ke kelenjar kulit. Proses kalsifikasi reaksi pengendapannya adalah:
Ca2+(aq)
+ CO32-(aq) ⇌ CaCO3(s)
Dalam darah, ion
Ca2+ bebas berada dalam kesetimbangan dengan ion kalsium yang
terikat pada protein. Ketika ion bebas diambil oleh kelenjar kulit, lebih
banyak disediakan oleh ikatan kalsium protein yang terdisosiasi.
Ion
karbonat yang diperlukan untuk pembentukan cangkang telur adalah produk
sampingan metabolik. Karbon dioksida yang dihasilkan selama metabolisme diubah
menjadi asam karbonat (H2CO3) oleh enzim karbonat
anhidrase (CA):
CO2(g)
+ H2O(l) ⇌ H2CO3(aq)
Asam karbonat
terionisasi secara bertahap untuk menghasilkan ion karbonat:
H2CO3(aq)
⇌ H+(aq) + HCO32-(aq)
HCO32-(aq)
⇌ H+(aq) + CO32-(aq)
Ayam
tidak berkeringat dan harus terengah-engah untuk mendinginkan diri. Panting
mengeluarkan lebih banyak CO2 dari tubuh ayam daripada respirasi
normal. Menurut prinsip Le Châtelier, terengah-engah akan menggeser
keseimbangan CO2-H2CO3 yang ditunjukkan di
atas dari kanan ke kiri, sehingga menurunkan konsentrasi ion CO32-
dalam larutan dan menghasilkan kulit telur tipis. Salah satu obat untuk masalah
ini adalah memberi air berkarbonasi untuk diminum ayam dalam cuaca panas. CO2
yang dilarutkan dalam air menambah CO2 ke cairan tubuh ayam dan
menggeser keseimbangan CO2-H2CO3 ke kanan
sehingga konsentasi CO32- bertambah.