Jenis Reaksi, Pedoman Kelarutan, dan Persamaan Ionik Bersih

Tiga daya penggerak di balik reaksi dalam air

Ketika dua larutan dicampur, reaksi hanya terjadi jika ada sesuatu yang menghilangkan ion dari larutan atau memindahkan elektron. Ajukan tiga pertanyaan. Apakah kation dari satu larutan dan anion dari larutan lain membentuk senyawa dengan kelarutan rendah? Apakah suatu asam memindahkan proton ke basa, membentuk air atau elektrolit lemah lainnya? Apakah ada atom yang bilangan oksidasinya berubah, sehingga elektron berpindah dari satu spesi ke spesi lain?

Jawaban ya untuk pertanyaan pertama berarti reaksi pengendapan, ya untuk yang kedua berarti reaksi asam–basa, dan ya untuk yang ketiga berarti reaksi redoks. Reaksi pembentuk gas seperti HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) biasanya digolongkan sebagai asam–basa karena langkah pertamanya adalah perpindahan proton. Pembakaran dan pendesakan satu logam oleh logam lain adalah reaksi redoks.

Keluarga-keluarga ini tidak saling eksklusif. Ketika barium hidroksida dalam air menetralkan asam sulfat, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), air terbentuk dan sulfat yang tidak larut mengendap dalam reaksi yang sama.

Menentukan spesi mana yang ditulis sebagai ion

Persamaan ionik bersih bergantung pada pengetahuan tentang zat mana yang ada sebagai ion terpisah dalam air. Elektrolit kuat terurai hampir sempurna: senyawa ion yang larut, asam kuat, dan basa kuat. Tulis ini sebagai ion ketika berlabel (aq). Semua yang lain tetap dengan rumusnya: zat padat, cairan, gas, asam lemah, basa lemah, dan zat terlarut molekuler seperti glukosa.

Asam kuat yang umum adalah HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄, dan H₂SO₄ (untuk proton pertamanya). Perlakukan hampir semua asam lain yang Anda temui dalam kimia umum, termasuk HF, asam asetat (CH₃COOH), dan asam karbonat, sebagai asam lemah, dan pertahankan sebagai molekul. Basa kuat adalah hidroksida golongan 1 dan hidroksida golongan 2 yang lebih berat. Amonia adalah basa lemah dan tetap sebagai NH₃(aq).

Ion poliatomik tetap utuh ketika suatu senyawa terurai. Kalium kromat dalam air menghasilkan 2K⁺(aq) dan CrO₄²⁻(aq), bukan ion kalium, kromium, dan oksigen yang terpisah.

Menerapkan pedoman kelarutan

Pedoman kelarutan merangkum pola yang teramati untuk senyawa ion dalam air pada suhu sekitar suhu ruang. Larut berarti jumlah yang berguna dapat larut; tidak larut berarti kelarutannya cukup rendah sehingga zat padat terbentuk ketika ion bertemu pada konsentrasi laboratorium biasa. Tidak ada senyawa ion yang kelarutannya tepat nol. Daftar di bawah ini didasarkan pada Tabel 4.1 dalam OpenStax Chemistry 2e, bagian 4.2.

Untuk memprediksi endapan, daftarkan setiap ion yang ada setelah pencampuran, lalu pasangkan setiap kation dengan setiap anion yang bukan pasangan awalnya. Jika ada pasangan baru yang masuk kategori tidak larut, senyawa itu mengendap. Jika setiap kemungkinan pasangan larut, seperti ketika larutan kalium nitrat dan natrium klorida dicampur, ion-ion itu hanya hidup berdampingan dan tidak ada reaksi bersih.

• Senyawa kation golongan 1 (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) dan NH₄⁺ larut.
• Nitrat, asetat, hidrogen karbonat, dan klorat larut.
• Klorida, bromida, dan iodida larut kecuali yang berasal dari Ag⁺, Hg₂²⁺, dan Pb²⁺.
• Fluorida larut kecuali yang berasal dari Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺, dan Fe³⁺.
• Sulfat larut kecuali yang berasal dari Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺, dan Sr²⁺.
• Karbonat, kromat, fosfat, dan sulfida tidak larut kecuali dengan kation golongan 1 dan NH₄⁺.
• Hidroksida tidak larut kecuali dengan kation golongan 1 dan Ba²⁺; Ca(OH)₂ dan Sr(OH)₂ sedikit larut.

Menyusun persamaan ionik bersih langkah demi langkah

Setiap langkah memiliki alasan. Menyetarakan persamaan molekul lebih dahulu menjamin jumlah atomnya. Memecah elektrolit kuat menunjukkan apa yang sebenarnya ada di dalam gelas kimia. Mencoret ion penonton menghilangkan spesi yang muncul tanpa berubah di kedua sisi dan tidak ikut dalam perubahan.

Pemeriksaan muatan menangkap kesalahan yang terlewat oleh penghitungan atom. Persamaan ionik bersih dapat membawa muatan total bukan nol, tetapi muatan itu harus sama di kedua sisi, karena muatan kekal seperti halnya atom.

• Tulis persamaan molekul yang setara dengan simbol wujud pada setiap rumus.
• Tulis ulang setiap elektrolit kuat (aq) sebagai ion terpisah, dengan mengalikan subskrip dan koefisien.
• Coret ion yang muncul tanpa berubah di kedua sisi. Inilah ion penonton.
• Sederhanakan koefisien yang tersisa menjadi bilangan bulat terkecil.
• Periksa bahwa setiap unsur dan muatan total setara.

Contoh soal: mengendapkan perak kromat

Anda mencampur 18.0 mL kalium kromat 0.0850 mol/L dengan perak nitrat berlebih dalam air. Pasangan barunya adalah Ag⁺ dengan CrO₄²⁻ dan K⁺ dengan NO₃⁻. Perak bukan kation golongan 1, sehingga perak kromat berwarna cokelat kemerahan mengendap; kalium nitrat tetap terlarut. Persamaan molekul: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Persamaan ionik lengkap: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). Mencoret K⁺ dan NO₃⁻ menghasilkan persamaan ionik bersih 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Pemeriksaan muatan: 2(+1) + (−2) = 0 di kiri, dan 0 di kanan.

Untuk mencari massa endapan, gunakan bobot atom standar IUPAC yang dibulatkan sampai dua tempat desimal: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Massa molar Ag₂CrO₄ adalah 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Mol kromat = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, dan persamaan ionik bersih memberikan 1 mol Ag₂CrO₄ per 1 mol CrO₄²⁻. Massa = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Kedua besaran terukur memiliki tiga angka penting, sehingga jawabannya juga demikian.

Contoh soal: asam lemah dan logam dalam larutan

Asam asetat dalam air bereaksi dengan natrium hidroksida dalam air: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Asam asetat lemah, sehingga tetap berbentuk molekul, sedangkan NaOH dan natrium asetat adalah elektrolit kuat. Setelah Na⁺ dicoret, persamaan ionik bersihnya adalah CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Bandingkan dengan asam nitrat dan kalium hidroksida, ketika kedua pereaksi kuat dan persamaan ionik bersihnya menyusut menjadi H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l).

Sekeping nikel yang dimasukkan ke dalam larutan perak nitrat terlapisi kristal perak. Nikel berubah dari 0 menjadi +2 dan perak dari +1 menjadi 0, sehingga ini redoks; nitrat adalah ion penonton. Persamaan ionik bersihnya adalah Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). Koefisien 2 diperlukan oleh muatan, bukan oleh atom: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) menyetarakan setiap unsur tetapi memiliki muatan total +1 di kiri dan +2 di kanan.

Kesalahan umum dalam persamaan ionik dan cara menangkapnya

Sebagian besar kesalahan berasal dari menulis spesi yang salah, bukan dari aritmetika. Sebelum mencoret apa pun, tanyakan apakah setiap rumus benar-benar ada sebagai ion terpisah dalam air.

Sebagai pemeriksaan terakhir, baca persamaan ionik bersih sebagai peristiwa fisik. Dua ion perak dan satu ion kromat yang membentuk zat padat adalah sesuatu yang dapat Anda amati; persamaan yang hanya menukar ion terlarut di antara pasangan tidak menggambarkan apa-apa.

• Memecah asam lemah: HF(aq) tetap berbentuk molekul. Bandingkan setiap asam dengan keenam asam kuat.
• Memecah endapan: rumus berlabel (s) tetap utuh meskipun zat padatnya bersifat ionik.
• Memecah ion poliatomik: pertahankan NO₃⁻, SO₄²⁻, dan CrO₄²⁻ tetap utuh.
• Salah menempatkan subskrip: K₂CrO₄ menghasilkan 2K⁺; tidak ada ion K₂⁺.
• Menganggap raksa(I) sebagai Hg⁺: raksa(I) ada sebagai kation diatomik Hg₂²⁺.
• Membiarkan koefisien tidak disederhanakan, seperti 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Menulis persamaan ionik bersih ketika setiap pasangan larut dan tidak terbentuk air, elektrolit lemah, atau gas, dan tidak ada yang dioksidasi atau direduksi. Jawaban yang benar adalah tidak ada reaksi.