Perhitungan Titrasi: Dari Volume Buret ke Jumlah Analit

Tiga angka yang diperlukan setiap perhitungan titrasi

Dalam titrasi, larutan yang konsentrasinya diketahui (titran) ditambahkan dari buret ke zat yang diukur (analit) sampai reaksi di antara keduanya sempurna. Setiap perhitungan memakai tiga informasi: konsentrasi titran, volume titran yang dikeluarkan, dan perbandingan mol dari persamaan yang setara.

Jalurnya selalu sama. Ubah volume titran menjadi liter dan kalikan dengan konsentrasinya untuk mendapatkan mol titran, n = c × V. Gunakan perbandingan mol untuk mengubahnya menjadi mol analit. Kemudian ubah menjadi apa pun yang ditanyakan soal: konsentrasi, massa, atau persentase dalam sampel.

Titik ekuivalen adalah titik ketika titran yang ditambahkan tepat sesuai dengan analit menurut perbandingan stoikiometrinya. Titik akhir adalah yang benar-benar Anda amati, seperti perubahan warna indikator. Metode yang baik membuat keduanya hampir berimpit, dan selisih kecil di antara keduanya disebut kesalahan titrasi.

Membakukan natrium hidroksida dengan kalium hidrogen ftalat

Anda tidak dapat membuat larutan natrium hidroksida yang akurat dengan menimbang padatannya. Butiran NaOH menyerap air dan karbon dioksida dari udara, sehingga massanya tidak seluruhnya NaOH. Sebagai gantinya, larutan yang dibuat secara kasar dibakukan: dititrasi terhadap standar primer, yaitu zat yang cukup murni dan stabil untuk ditimbang secara langsung.

Kalium hidrogen ftalat, KHC₈H₄O₄ (sering disebut KHP), adalah pilihan yang umum. Zat ini berupa padatan yang stabil dan tidak higroskopis dengan satu hidrogen asam, dan NIST menyertifikasi satu mutunya sebagai standar primer asidimetri (SRM 84L). Massa molarnya yang besar juga berarti sampel biasa beratnya sekitar setengah gram, sehingga kesalahan relatif penimbangan kecil.

Contoh soal 1. Sampel KHP sebanyak 0.5106 g memerlukan 24.68 mL larutan NaOH untuk mencapai titik akhir fenolftalein. Reaksinya 1:1: KHC₈H₄O₄(aq) + NaOH(aq) → KNaC₈H₄O₄(aq) + H₂O(l). Dengan bobot atom standar IUPAC (K 39.098, C 12.011, H 1.008, O 15.999), M(KHP) = 204.22 g/mol. n(KHP) = 0.5106 g ÷ 204.22 g/mol = 2.500 × 10⁻³ mol, yang sama dengan n(NaOH). c(NaOH) = 2.500 × 10⁻³ mol ÷ 0.02468 L = 0.1013 mol/L, dilaporkan sampai empat angka penting karena massa dan volume masing-masing memiliki empat.

Asam diprotik mengubah perbandingan mol

Asam sulfat melepaskan dua proton per molekul kepada hidroksida: H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l). Karena itu, setiap mol asam menghabiskan dua mol basa, dan perbandingan mol harus diambil dari persamaan ini, bukan dari kebiasaan memperlakukan titrasi sebagai 1:1.

Contoh soal 2. Sampel asam sulfat sebanyak 25.00 mL dititrasi dengan NaOH 0.1013 mol/L dari contoh 1, dan titik akhir tercapai pada 18.45 mL. n(NaOH) = 0.1013 mol/L × 0.01845 L = 1.869 × 10⁻³ mol. n(H₂SO₄) = 1.869 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 9.345 × 10⁻⁴ mol. c(H₂SO₄) = 9.345 × 10⁻⁴ mol ÷ 0.02500 L = 0.03738 mol/L. Memakai perbandingan 1:1 secara keliru akan memberikan 0.07476 mol/L, tepat dua kali nilai sebenarnya.

Asam poliprotik yang lebih lemah memerlukan kehati-hatian lebih. Pada asam fosfat, proton-protonnya lepas dalam tahap-tahap yang jelas terpisah, sehingga perbandingannya bergantung pada titik ekuivalen mana yang dideteksi indikator Anda. Nyatakan titik akhir itu sebelum Anda memilih perbandingan mol.

Titrasi redoks: permanganat dan besi(II)

Titrasi tidak terbatas pada asam dan basa. Dalam larutan asam, permanganat mengoksidasi besi(II): MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l). Mangan berubah dari +7 menjadi +2, menerima lima elektron, sedangkan setiap besi melepaskan satu, sehingga satu ion permanganat bereaksi dengan lima ion besi(II).

Permanganat berfungsi sebagai indikatornya sendiri. Ion MnO₄⁻ berwarna ungu pekat dan Mn²⁺ hampir tidak berwarna, sehingga tetes pertama yang berlebih mengubah isi labu menjadi merah muda pucat yang menetap. Kalium permanganat bukan standar primer, dan larutannya perlahan-lahan terurai, sehingga larutan itu dibakukan sebelum dipakai, umumnya terhadap natrium oksalat.

Contoh soal 3. Sampel bijih besi sebanyak 1.2084 g dilarutkan dan seluruh besinya direduksi menjadi Fe²⁺. Titrasi memerlukan 26.34 mL KMnO₄ 0.02150 mol/L. n(MnO₄⁻) = 0.02150 mol/L × 0.02634 L = 5.663 × 10⁻⁴ mol. n(Fe²⁺) = 5 × 5.663 × 10⁻⁴ mol = 2.832 × 10⁻³ mol. Dengan Fe 55.845 g/mol, massa besinya 0.1581 g, dan bijih itu mengandung 0.1581 g ÷ 1.2084 g × 100 = 13.09 persen massa besi.

Titrasi balik untuk padatan yang bereaksi lambat

Beberapa sampel tidak larut atau tidak bereaksi cukup cepat untuk titrasi langsung. Kalsium karbonat dalam tablet antasida adalah contohnya: zat ini bereaksi dengan asam, tetapi berupa padatan dan reaksinya melepaskan karbon dioksida, sehingga titik akhir yang tajam sulit diamati. Dalam titrasi balik, Anda menambahkan satu pereaksi secara berlebih dalam jumlah terukur, membiarkan reaksinya selesai, lalu menitrasi sisanya.

Contoh soal 4. Sebanyak 0.5000 g tablet antasida yang dihancurkan direaksikan dengan 50.00 mL HCl 0.2000 mol/L, lebih dari cukup untuk bereaksi dengan seluruh CaCO₃-nya: CaCO₃(s) + 2 HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). Setelah larutan dididihkan untuk mengusir CO₂, sisa asamnya memerlukan 21.38 mL NaOH 0.1000 mol/L. HCl yang ditambahkan: 0.2000 × 0.05000 = 1.000 × 10⁻² mol. HCl yang tersisa, sama dengan NaOH yang terpakai: 0.1000 × 0.02138 = 2.138 × 10⁻³ mol. HCl yang dihabiskan oleh tablet: 1.000 × 10⁻² − 2.138 × 10⁻³ = 7.862 × 10⁻³ mol.

Karbonat bereaksi 1:2 dengan asam, sehingga n(CaCO₃) = 7.862 × 10⁻³ ÷ 2 = 3.931 × 10⁻³ mol. Dengan M(CaCO₃) = 100.09 g/mol, massanya 0.3935 g (0.39345 g sebelum pembulatan), yaitu 78.69 persen dari porsi 0.5000 g. Pengurangan adalah langkah yang paling sering terlewat. Tanpanya, Anda akan menghitung asam yang tersisa dalam labu, bukan asam yang dipakai oleh tablet.

Pemilihan indikator dan teknik buret

Indikator berubah warna dalam rentang kira-kira pKa ± 1, jadi pilih indikator yang rentangnya jatuh pada bagian curam kurva titrasi. Untuk asam kuat dengan basa kuat pada sekitar 0.1 mol/L, titik ekuivalen berada pada pH 7.00 dan pH melonjak beberapa satuan dalam satu atau dua tetes, sehingga beberapa indikator umum memberikan titik akhir yang tajam, termasuk fenolftalein. Untuk asam lemah dengan basa kuat, titik ekuivalennya bersifat basa: OpenStax menghitung pH 8.72 untuk asam asetat 0.100 mol/L yang dititrasi dengan NaOH 0.100 mol/L. Fenolftalein, yang berubah merah muda di atas sekitar pH 8.3, cocok untuk kasus itu. Metil jingga (Ka = 4.0 × 10⁻⁴ dalam OpenStax, sehingga pKa ≈ 3.4) akan berubah warna terlalu dini.

Buret 50 mL dibaca sampai 0.01 mL, dan setiap volume yang dikeluarkan adalah selisih dua pembacaan. Ketidakpastian sekitar ±0.02 mL setara dengan 0.08 persen dari pengeluaran 25 mL, tetapi 0.4 persen dari pengeluaran 5 mL. Itulah sebabnya metode dirancang agar volume titran jatuh di tengah rentang buret.

• Bilas buret dengan beberapa mililiter titran sebelum mengisinya, agar sisa air tidak mengencerkannya.
• Keluarkan gelembung udara dari ujung buret sebelum pembacaan pertama.
• Baca bagian bawah meniskus sejajar mata, dan catat kedua pembacaan, bukan hanya selisihnya.
• Lakukan titrasi kasar terlebih dahulu, lalu ulangi sampai dua titrasi yang cermat memberikan hasil yang berdekatan.

Kesalahan hitungan titrasi dan cara memeriksanya

Sebagian besar jawaban yang salah berasal dari perbandingan mol atau satuan, bukan dari kimianya. Sebelum menghitung, tulis persamaan yang setara dan lingkari koefisien titran dan analit.

• Memakai C₁V₁ = C₂V₂ untuk titrasi. Jalan pintas itu untuk pengenceran dan mengasumsikan perbandingan 1:1, yang tidak berlaku untuk H₂SO₄, Ba(OH)₂, dan MnO₄⁻/Fe²⁺.
• Membiarkan volume dalam mililiter sementara konsentrasi dalam mol/L. Ubah ke liter, atau gunakan milimol secara konsisten.
• Melupakan pengurangan dalam titrasi balik.
• Memakai massa rumus spesi yang salah, seperti NaOH alih-alih KHP dalam pembakuan.
• Melaporkan angka penting lebih banyak daripada yang didukung buret dan neraca. Empat adalah jumlah yang lazim untuk pekerjaan volumetri yang cermat.
• Menganggap larutan bersifat netral pada setiap titik ekuivalen. Hal itu hanya berlaku untuk asam kuat dengan basa kuat.