Kesetimbangan Ion Kompleks dan Larutan (Materi dari Buku Raymond Chang)

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 CoCl₄^2-

 

Ketika HCl ditambahkan, larutan berubah menjadi biru sebagai hasil pembentukan ion kompleks CoCl₄^2-:

Co²⁺_(aq) + 4Cl^-_(aq) ⇌ CoCl₄^2-_(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) + 4NH_3(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 K_f (juga disebut konstanta stabilitas), yang merupakan konstanta kesetimbangan untuk pembentukan ion kompleks. Semakin besar K_f, semakin stabil ion kompleksnya. Pembentukan ion Cu(NH₃)₄²⁺ dapat dinyatakan sebagai

Cu²⁺_(aq) + 4NH_3(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) + 4NH_3(aq) ⇌ Cu(NH₃)₄²⁺_(aq)

Dari Tabel 16.4 dapat dilihat bahwa nilai K_f 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 K_f 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) + 2NH_3(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 (K_f) 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 CO₃^2-, dibawa oleh darah ke kelenjar kulit. Proses kalsifikasi reaksi pengendapannya adalah:

Ca²⁺_(aq) + CO₃^2-_(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):

CO_2(g) + H₂O_(l)  ⇌ H₂CO_3(aq)

Asam karbonat terionisasi secara bertahap untuk menghasilkan ion karbonat:

H₂CO₃(aq) ⇌ H⁺_(aq) + HCO₃^2-_(aq)

HCO₃^2-_(aq) ⇌ H⁺_(aq) + CO₃^2-_(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 CO₃^2- 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 CO₃^2- bertambah.

Cek youtube ya :)