Kelarutan dan Ksp: Berapa Banyak yang Larut, dan Kapan Terjadi Endapan

Menulis ungkapan hasil kali kelarutan

Ketika padatan ion yang sukar larut bersentuhan dengan larutan jenuhnya, pelarutan dan pengendapan terjadi dengan laju yang sama. Untuk kalsium fluorida, CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq), dan tetapan kesetimbangannya adalah Ksp = [Ca²⁺][F⁻]². Padatannya tidak dimasukkan karena merupakan fase murni.

Setiap konsentrasi ion dipangkatkan dengan koefisiennya dalam persamaan pelarutan. Untuk perak kromat, Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2 Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq), Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻]. Untuk timbal(II) iodida, Ksp = [Pb²⁺][I⁻]².

Kelarutan molar, s, adalah jumlah mol padatan yang melarut per liter larutan jenuh. Kelarutan molar berhubungan dengan Ksp melalui stoikiometri pelarutan, sehingga Ksp dan kelarutan bukan bilangan yang sama dan tidak dapat dibandingkan secara langsung antargaram dengan tipe rumus yang berbeda.

Dari Ksp ke kelarutan molar

Contoh soal 1. Perak klorida memiliki Ksp = 1.6 × 10⁻¹⁰ dalam Lampiran J. Jika s mol/L melarut, [Ag⁺] = [Cl⁻] = s, sehingga Ksp = s². Maka s = √(1.6 × 10⁻¹⁰) = 1.3 × 10⁻⁵ M. Dengan M(AgCl) = 143.32 g/mol, itu sama dengan 1.8 × 10⁻³ g per liter, kira-kira dua miligram.

Contoh soal 2. Kalsium fluorida memiliki Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹. Jika s mol/L melarut, [Ca²⁺] = s dan [F⁻] = 2s, sehingga Ksp = s(2s)² = 4s³. Maka s = (4.0 × 10⁻¹¹ / 4) pangkat 1/3 = 2.2 × 10⁻⁴ M.

Bandingkan keduanya. AgCl memiliki Ksp yang lebih besar, tetapi CaF₂ sekitar 17 kali lebih mudah larut dalam mol per liter. Pangkatnya mengubah cara Ksp dipetakan ke kelarutan, sehingga Anda hanya boleh mengurutkan kelarutan berdasarkan Ksp untuk garam dengan perbandingan ion yang sama.

• Garam 1:1 seperti AgCl atau CaCO₃: Ksp = s².
• Garam 1:2 atau 2:1 seperti CaF₂, PbI₂, atau Ag₂CrO₄: Ksp = 4s³.
• Garam 1:3 seperti Al(OH)₃: Ksp = 27s⁴.

Dari kelarutan terukur kembali ke Ksp

Perhitungannya juga dapat dijalankan ke arah sebaliknya. Misalkan larutan jenuh timbal(II) iodida pada 25 °C ternyata mengandung 0.70 g PbI₂ terlarut per liter. Dengan M(PbI₂) = 461.0 g/mol, s = 0.70 / 461.0 = 1.52 × 10⁻³ M.

Setiap PbI₂ yang melarut menghasilkan satu Pb²⁺ dan dua I⁻, sehingga [Pb²⁺] = 1.52 × 10⁻³ M dan [I⁻] = 3.04 × 10⁻³ M. Maka Ksp = (1.52 × 10⁻³)(3.04 × 10⁻³)² = 1.4 × 10⁻⁸, yang sesuai dengan nilai Lampiran J. Dua kekeliruan umum terjadi di sini. Lupa faktor 2 pada [I⁻] membuat Ksp empat kali terlalu kecil. Lupa mengkuadratkan [I⁻] menghasilkan pangkat s yang sama sekali salah.

Menambahkan ion senama menekan kelarutan

Jika larutan sudah mengandung salah satu ion garam itu, asas Le Chatelier mendorong kesetimbangan pelarutan kembali ke arah padatan. Inilah efek ion senama.

Contoh soal. Carilah kelarutan AgCl dalam NaCl 0.10 M. Sekarang [Cl⁻] = 0.10 + s, dan s sangat kecil dibandingkan 0.10, sehingga [Cl⁻] ≈ 0.10 M. Maka s = Ksp / [Cl⁻] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.10 = 1.6 × 10⁻⁹ M. Nilai itu kira-kira 8,000 kali lebih rendah daripada dalam air murni, dan s jelas dapat diabaikan dibandingkan 0.10, sehingga pendekatan itu berlaku.

Untuk CaF₂ dalam NaF 0.010 M, [F⁻] ≈ 0.010 M dan s = 4.0 × 10⁻¹¹ / (0.010)² = 4.0 × 10⁻⁷ M, sekitar 540 kali lebih rendah daripada dalam air murni. Ingatlah untuk mengkuadratkan konsentrasi fluorida di sini, sama seperti dalam ungkapan Ksp.

Apakah akan mengendap? Membandingkan Q dengan Ksp

Untuk meramalkan apakah pencampuran dua larutan menghasilkan padatan, hitung hasil kali ion Q dari konsentrasi setelah pencampuran dan bandingkan dengan Ksp. Jika Q lebih besar daripada Ksp, larutannya lewat jenuh dan endapan terbentuk. Jika Q lebih kecil daripada atau sama dengan Ksp, tidak ada padatan yang terbentuk.

Contoh soal. Campurkan 50.0 mL Pb(NO₃)₂ 0.0010 M dengan 50.0 mL KI 0.0020 M. Pencampuran menggandakan volume, sehingga setiap konsentrasi menjadi separuhnya: [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻⁴ M dan [I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M. Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻¹⁰. Nilai itu di bawah Ksp = 1.4 × 10⁻⁸, sehingga tidak ada PbI₂ yang mengendap.

Ulangi dengan KI 0.020 M. Sekarang [I⁻] = 1.0 × 10⁻² M setelah pencampuran dan Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻²)² = 5.0 × 10⁻⁸. Nilai itu melampaui Ksp, sehingga PbI₂ kuning terbentuk. Melupakan pengenceran saat pencampuran adalah kesalahan yang paling umum dalam soal-soal ini.

Pengendapan selektif: memisahkan ion berdasarkan Ksp

Jika dua ion masing-masing dapat mengendap dengan pereaksi yang sama, ion yang garamnya memerlukan konsentrasi pereaksi lebih rendah akan mengendap lebih dahulu. Penambahan secara perlahan kemudian dapat memisahkan keduanya.

Contoh soal. Suatu larutan mengandung Cl⁻ dan CrO₄²⁻ masing-masing 0.010 M, dan Ag⁺ ditambahkan perlahan-lahan. AgCl mulai terbentuk ketika [Ag⁺] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.010 = 1.6 × 10⁻⁸ M. Ag₂CrO₄, dengan Ksp = 9.0 × 10⁻¹² dari Lampiran J, mulai terbentuk ketika [Ag⁺]² × 0.010 = 9.0 × 10⁻¹², sehingga [Ag⁺] = 3.0 × 10⁻⁵ M. AgCl mengendap lebih dahulu.

Pada saat Ag₂CrO₄ yang merah muncul, [Cl⁻] telah turun menjadi 1.6 × 10⁻¹⁰ / 3.0 × 10⁻⁵ = 5.3 × 10⁻⁶ M, sehingga hanya sekitar 0.05 persen klorida yang tersisa dalam larutan. Perubahan warna yang tajam itu adalah dasar titrasi Mohr untuk klorida.

Mengapa beberapa garam lebih mudah larut dalam asam

Jika anion suatu garam adalah basa, seperti OH⁻, CO₃²⁻, atau F⁻, penambahan asam mengeluarkan anion itu dari larutan dan menarik pelarutan ke arah maju. Hidroksida dan karbonat jauh lebih mudah larut pada pH rendah. Garam dengan anion dari asam kuat, seperti AgCl, tidak terpengaruh dengan cara ini.

Contoh soal. Magnesium hidroksida memiliki Ksp = 8.9 × 10⁻¹². Dalam air murni, Ksp = 4s³ memberikan s = 1.3 × 10⁻⁴ M dan [OH⁻] = 2.6 × 10⁻⁴ M, sehingga larutan jenuhnya memiliki pH 10.42. Jika larutan penyangga justru menahan pH pada 9.00, maka [OH⁻] = 1.0 × 10⁻⁵ M dan s = 8.9 × 10⁻¹² / (1.0 × 10⁻⁵)² = 0.089 M, hampir 700 kali lebih banyak. Hal ini mengasumsikan bahwa larutan penyangga memiliki kapasitas yang cukup untuk menyerap hidroksida yang dilepaskan.

Kesalahan Ksp yang perlu diperiksa sebelum Anda mengumpulkan jawaban

Sebagian besar kesalahan berasal dari stoikiometri pelarutan, bukan dari gagasan kesetimbangan itu sendiri. Menuliskan persamaan pelarutan beserta suku-suku s di bawahnya menangkap sebagian besar kesalahan itu.

• Menetapkan Ksp sama dengan s² untuk garam yang melepaskan tiga ion atau lebih.
• Menggandakan konsentrasi suatu ion tetapi tidak mengkuadratkannya dalam ungkapan, atau sebaliknya.
• Mengurutkan kelarutan berdasarkan Ksp untuk garam-garam dengan perbandingan ion yang berbeda.
• Lupa mengencerkan kedua larutan ketika menghitung Q setelah pencampuran.
• Mengabaikan ion senama yang sudah ada.
• Memasukkan padatan ke dalam ungkapan Ksp.