Molaritas, Pengenceran, dan Stoikiometri Larutan

Molaritas menghitung mol per liter larutan

Molaritas, juga disebut konsentrasi jumlah zat, adalah jumlah zat terlarut dalam mol dibagi volume larutan dalam liter: c = n/V, dalam mol/L, sering ditulis M. Larutan glukosa 0.250 mol/L mengandung 0.250 mol glukosa dalam setiap liter larutan akhir. Tanda kurung siku menyatakan konsentrasi molar suatu spesi, seperti pada [Cl⁻].

Volume yang dimaksud adalah volume larutan, bukan volume pelarut. Melarutkan zat terlarut dalam tepat 1.000 L air umumnya menghasilkan volume total yang bukan 1.000 L, sehingga larutan dibuat sampai tanda tera dalam labu ukur, bukan dengan menambahkan volume air yang terukur.

Untuk elektrolit kuat, konsentrasi ion mengikuti rumusnya. Larutan CaCl₂ 0.150 mol/L memiliki 0.150 mol/L Ca²⁺ dan 0.300 mol/L Cl⁻, karena setiap satuan rumus melepaskan dua ion klorida. Molaritas juga berubah sedikit menurut suhu, karena larutan memuai ketika dipanaskan.

Menyiapkan larutan dari zat padat yang ditimbang

Jumlah zat yang diperlukan adalah n = c × V, dan massa yang ditimbang adalah n × M, dengan M adalah massa molar. Timbang zat padat, larutkan dalam air yang lebih sedikit daripada volume akhir, pindahkan ke labu ukur sambil membilas gelas kimia ke dalam labu, encerkan sampai tanda tera, dan campur dengan membolak-balikkan labu.

Contoh soal: siapkan 250.0 mL tembaga(II) sulfat 0.0800 mol/L dari kristal biru tembaga(II) sulfat pentahidrat, CuSO₄·5H₂O. Dengan bobot atom standar IUPAC yang dibulatkan sampai dua desimal (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), massa molar hidrat itu adalah 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol.

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol. Massa = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, jadi timbang 4.99 g pentahidrat. Setiap satuan rumus tetap menyumbang satu Cu²⁺ dan satu SO₄²⁻, tetapi air hidrasi menambah massa yang Anda timbang. Jika Anda memakai massa molar anhidrat, 159.61 g/mol, dan menimbang 3.19 g hidrat, larutannya hanya 0.0511 mol/L, sekitar 36% terlalu encer.

Mengencerkan larutan stok dengan C₁V₁ = C₂V₂

Menambahkan pelarut mengubah volume tetapi tidak mengubah jumlah zat terlarut. Karena n = cV sebelum dan sesudah pengenceran, C₁V₁ = C₂V₂, dengan 1 menunjuk larutan stok dan 2 larutan yang diencerkan. Satuan volume apa pun dapat dipakai asalkan kedua volume memakai satuan yang sama, karena satuannya tercoret.

Contoh soal: Anda memerlukan 500.0 mL natrium klorida 0.360 mol/L dan memiliki larutan stok 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Pemeriksaan: stok 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 kali lebih pekat, sehingga Anda memerlukan sekitar sepertujuh dari volume akhir, dan 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Ukur 75.0 mL larutan stok ke dalam labu ukur 500-mL dan encerkan sampai tanda tera. Jangan sekadar menambahkan 425.0 mL air: volume larutan tidak sepenuhnya bersifat aditif, dan C₂ merujuk pada volume akhir. Saat mengencerkan asam pekat, tambahkan asam ke dalam air, bukan air ke dalam asam, karena kalor yang dilepaskan dapat menyebabkan percikan.

Stoikiometri larutan: dari volume ke mol dan kembali

Dalam reaksi antarlarutan, molaritas mengubah volume menjadi mol melalui n = c × V. Perbandingan mol dari persamaan yang setara kemudian berlaku persis seperti dalam stoikiometri berbasis massa, dan molaritas kedua mengubahnya kembali menjadi volume jika diperlukan.

Contoh soal: berapa volume barium klorida 0.125 mol/L yang mengendapkan seluruh sulfat dari 40.0 mL natrium sulfat 0.0850 mol/L, dan berapa massa barium sulfat yang terbentuk? Persamaan ionik bersihnya adalah Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Perbandingannya 1:1, dan setiap BaCl₂ menyumbang satu Ba²⁺, sehingga V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, atau 27.2 mL.

Massa molar BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) adalah 233.39 g/mol, sehingga massa yang terbentuk adalah 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Setiap jawaban memiliki tiga angka penting, yang ditentukan oleh 0.0850 mol/L, 40.0 mL, dan 0.125 mol/L.

Titrasi: mengubah bacaan buret menjadi konsentrasi

Dalam titrasi, larutan berkonsentrasi diketahui, yaitu titran, ditambahkan dari buret ke volume sampel yang terukur sampai reaksi selesai. Titik ekuivalen adalah titik ketika jumlah titran yang ditambahkan sesuai dengan sampel menurut perbandingan stoikiometri. Titik akhir adalah titik ketika indikator berubah warna, dan indikator yang sesuai membuat keduanya hampir berimpit.

Contoh soal: sampel larutan barium hidroksida bervolume 20.00 mL dengan konsentrasi tidak diketahui memerlukan 28.36 mL asam klorida 0.1208 mol/L untuk mencapai titik akhir fenolftalein. Ba(OH)₂(aq) + 2 HCl(aq) → BaCl₂(aq) + 2 H₂O(l). n(HCl) = 0.1208 mol/L × 0.02836 L = 3.426 × 10⁻³ mol. n(Ba(OH)₂) = 3.426 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 1.713 × 10⁻³ mol. c(Ba(OH)₂) = 1.713 × 10⁻³ mol ÷ 0.02000 L = 0.08565 mol/L, sampai empat angka penting.

Faktor 2 itu penting. Memperlakukan reaksi sebagai 1:1 akan menghasilkan 0.1713 mol/L, dua kali nilai sebenarnya, itulah sebabnya C₁V₁ = C₂V₂ tidak boleh dipakai untuk titrasi. Konsentrasi titran sendiri ditetapkan sebelumnya melalui standardisasi, yaitu menitrasinya terhadap standar primer yang ditimbang; natrium karbonat adalah pilihan umum untuk asam.

Kesalahan konsentrasi dan cara mengenalinya

Sebagian besar kesalahan konsentrasi adalah kesalahan satuan atau penyusunan. Menulis satuan pada setiap besaran, dan memeriksa bahwa hasilnya bergerak ke arah yang diharapkan, menangkap hampir semuanya.

Larutan yang diencerkan harus lebih encer daripada stoknya, massa yang ditimbang untuk hidrat harus lebih besar daripada untuk garam anhidrat, dan volume titran harus berada dalam rentang buret. Hasil yang melanggar salah satunya layak diperiksa ulang.

• Memakai mililiter dalam n = c × V dengan c dalam mol/L. Konversikan ke liter lebih dahulu; mL × mol/L tidak menghasilkan mol.
• Memakai volume pelarut, bukan volume akhir larutan.
• Memakai massa molar anhidrat untuk hidrat.
• Menerapkan C₁V₁ = C₂V₂ pada reaksi. Rumus itu hanya menggambarkan pengenceran; untuk reaksi, gunakan mol dan perbandingan mol.
• Melupakan banyaknya ion, seperti memperlakukan CaCl₂ 0.150 mol/L sebagai 0.150 mol/L Cl⁻.
• Menambahkan volume air akhir, bukan mengencerkan sampai volume akhir.