Mekanisme Proses Pelarutan Dan Memprediksi Kelarutan Berdasarkan Interaksi Molekulnya

Larutan garam dalam air. Sumber: Tribunnews.com
Dalam suatu cairan atau padatan, molekul-molekulnya akan saling terikat satu sama lain yang diakibatkan oleh gaya tarik-menarik antarmolekul. Gaya ini memiliki peranan yang sangat penting dalam pembentukan larutan.

Jika suatu zat terlarut larut dalam pelarut, partikel zat terlarut akan menyebar ke seluruh pelarut. Partikel-partikel zat terlarut ini biasanya akan menempati posisi yang biasanya juga ditempati oleh molekul-molekul pelarut.

Kemudian zat partikel terlarut akan menggantikan posisi molekul pelarut, tapi itu tergantung juga pada kekuatan relatif dari tiga jenis interaksi di bawah ini.

Interaksi pelarut – pelarut

Interaksi zat terlarut – zat terlarut

Interaksi pelarut – zat terlarut

Secara lebih sederhananya, kita bisa membayangkan bagaimanakah proses pelarutan ini berlangsung. Proses ini berlangsung dalam tiga tahapan. Kita bisa membayangkan gambar di bawah ini.
Proses pelarutan untuk menghasilkan larutan
Proses pelarutan dari sudut pandang molekul. Sumber: Raymond Chang - Chemistry 10th Edition

Tahap pertama adalah pemisahan molekul pelarut. Tahap kedua adalah pemisahan molekul zat terlarut. Kedua tahapan ini “memerlukan energi” untuk memutuskan tarik-menarik antar molekulnya. Dengan demikian, kedua tahapan ini adalah tahap “endotermik”.

Kemudian pada tahap ketiga molekul pelarut dan pelarut akan tercampur. Tahap ini bisa berlangsung secara eksotermik maupun endotermik. Kalor pelarutannya bisa kita lihat pada persamaan di bawah ini.

∆Hlarutan = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3

Jika tarik menarik zat terlarut – pelarut lebih kuat dibandingkan tarik menarik pelarut – pelarut dan tarik menarik zat terlarut – zat terlarut, maka proses pelarutan akan berlangung. Dengan demikian, proses ini akan berlangsung secara eksotermik (∆Hlarutan < 0).

Tapi, jika gaya tarik menarik zat terlarut – pelarut lebih lemah dibandingkan interaksi pelarut – pelarut dan interaksi zat terlarut – zat terlarut, maka reaksi ini akan berlangsung secara endortermik (∆Hlarutan 0).

Yang menjadi pertanyaannya adalah kenapa zat terlarut larut seluruhnya dalam pelarut? Padahal kan tarik menarik antar sesama molekulnya lebih kuat dibandingkan dengan tarik-menarik antara molekul-molekul tersebut dengan molekul pelarut.

Untuk menjawab pertanyaan ini, kita harus tahu bahwa proses pelarutan ini dipengaruhi oleh dua faktor utama.

Faktor pertama adalah energi. Energi ini menentukan apakah proses pelarutan ini berlangsung secara eksotermik maupun endotermik.

Faktor kedua adalah kecendrungan ketidakaturan atau keacakan. Kita bisa analogikan seperti tumpukan kartu remi yang dikocok beberapa kali. Hal ini sama juga dengan proses pelarutan dimana molekul zat terlarut dan pelarut bercampur untuk membentuk larutan. Makin banyak molekul yang bercampur, maka ketidakaturan akan semakin tinggi.

Dalam keadaan murni, pelarut dan zat terlarut memiliki derajat keteraturan yang sangat tinggi, sebab susunan atom, molekul, atau ion di dalam ruang tiga dimensi sangat teratur. Nah keteraturan yang tinggi ini akan hancur jika zat terlarut “larut” dalam pelarut.

Jadi, proses pelarutan ini selalu juga diikuti oleh peningkatan ketidakaturan atau keacakan. Meningkatnya ketidakturan ini akan menyebabkan zat apaun larut meskipun pelarutan ini berlangsung secara endotermik.

Nah, kelarutan ini juga bisa menjadi ukuran banyaknya zat terlarut yang akan melarut dalam pelarut pada suhu tertentu. Mungkin kalian pernah membaca prinsip “yang sejenis melarutkan yang sejenis”. Prinsip ini bisa membantu kita untuk memprediksi kelarutan suatu zat dalam pelarut.

Istilah di atas mengungkapkan bahwa “dua zat dengan jenis dan besar gaya antarmolekul yang sama akan cenderung melarutkan”. Kita bisa mengambil contohnya pada karbon tetra klorida (CCl4) atau benzena (C6H6) yang keduanya maerupakan cairan nonpolar. Gaya-gaya antarmolekul yang terjadi pada kedua zat ini adalah “gaya dispersi”.

Bila kedua cairan di atas dicampurkan, maka keduanya akan saling melarutkan. Kenapa demikian? Sebab gaya tarik menarik antara molekul CCl4 dan C6H6 stara dengan tarik menarik antara sesama molekul CCl4 dan antara sesama molekul C6H6.

Jika kedua cairan tersebut saling melarutkan dengan sempurna dalam semua perbandingan, maka kedua campuran itu “mampu bercampur”. 

Contoh lainnya bisa kita lakukan pada alkohol (metanol, etanol, dan etilen glikol) yang mampu bercampur dengan air karena kemampuannya membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air. Kita bisa lihat masing-masing struktur molekul alcohol tersebut pada gambar di bawah ini.
Struktur 2 dimensi metanol, etanol dan etilen glikol
Struktur 2 dimensi molekul-molekul alkohol.


Umumnya, kita bisa meramalkan bahwa senyawa ionik akan jauh lebih larut dalam pelarut polar (misalnya air, cairan ammonia dan hidrogen fluoride) dibandingkan dalam pelarut polar (seperti Bencena dan karbon tetraklorida).

Kenapa senyawa ionik tidak tidak lebih larut dalam pelarut nonpolar? Ya karena molekul nonpolar itu tidak punya momen dipol. Molekul-molekul yang tidak momen dipol tidak akan efektif untuk mensolvasi ion-ion.

Solvasi: proses dimana ion atau molekul dikelilingi oleh molekul pelarut yang memiliki susunan tertentu. Bila pelarutnya adalah air, maka pelarutannya dinamakan hidrasi.

Nah interaksi antarmolekul yang paling menonjol antara ion-ion dan senyawa nonpolar adalah interaksi ion-dipol terinduksi. Interaksi ini lebih lemah dibandingkan dengan interaksi ion-dipol. Akibatnya, senywa ionik biasanya punya memliki kelarutan yang sangat rendah dalam pelarut nonpolar.

Studi Kasus

1. Prediksi kelarutan relatif antara Br2 dalam pelarut Benzena (C6H6) dan air!

Penjelasan

Untuk menyelesaikan kasus seperti ini, ingat selalu prinsip ini “yang sejenis melarutkan yang sejenis”.

Br2 merupakan molekul nonpolar, dengan demikian senyawa ini akan larut dalam benzena, yang merupakan molekul nonpolar, dibandingkan air yang merupakan molekul polar. Gaya antarmolekul diantara Br2 dan C6H6 adalah “gaya dispersi”.

2. Prediksi kelarutan relatif KCl dalam pelarut CCl4 dan NH3!

KCl merupakan senyawa ionik. Supaya senyawa ini larut, setiap ion K+dan Cl- harus distabilkan oleh interaksi ion-dipol. Karena CCl4 adalah senyawa nonpolar, maka KCl akan lebih larut dalam ammonia karena ammonia adalah molekul polar dengan momen dipol sangat besar.

3. Prediksi kelarutan relatif urea dalam karbon disulfide dan air!

Kalau ditinjau dari strukturnya, molekul urea ini adalah molekul polar. Karena karbon disulfida adalah molekul nonpolar, maka gaya yang terjadi antara molekul urea dan karbon disulfida adalah dipol-dipol terinduksi dan dispersi.
Struktur 3 dimensi molekul urea
Struktur 3 dimensi molekul urea


Di sisi lain, urea juga bisa membentuk ikatan hidrogen dengan air, sehingga urea ini akan lebih larut dalam pelarut air.

4. Prediksi kelarutan relatif iodin (I2) dalam pelarut air dan karbon disulfide (CS2)!

I2 merupakan molekul nonpolar, dengan demikian molekul ini akan lebih larut dalam pelarut nonpolar dibandingkan molekul polar. Dengan demikian, iodin ini akan lebih larut dalam karbon disulfide dibandingkan dengan air.

Artikel Terkait:


0 Response to "Mekanisme Proses Pelarutan Dan Memprediksi Kelarutan Berdasarkan Interaksi Molekulnya"

Posting Komentar

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel