Soal-Soal Latihan Sifat Koligatif Larutan, Penyetaraan Reaksi Redoks, Sel Volta, dan Sel Elektrolisis

Persiapan Mid Semester Kelas XII

Ucapan Salam

Kepada para pembaca yang budiman
Andy ingin mengucapkan : Marhaban ya Ramadhan
Selamat menunaikan ibadah puasa
Semoga di bulan yang penuh rahmat ini kita senantiasa diberkati dan semua amal ibadah dapat diterima disisi-Nya
Amin

Efek Surfaktan Terhadap Hantaran Polimer dan Laju Polimerisasi Pada Film Polianilin (Pendahuluan)

Polimer konduktor adalah material semikonduktor organik yang menjanjikan karena luasnya aplikasi teknologi yang dapat diterapkan padanya, meliputi penggunaannya sebagai baterai, peralatan elektrokromik, dioda emisi cahaya, dan berbagai sensor termasuk sensor kimia dan biosensor. Mempelajari dan memahami sifat-sifat alami dari polimer menjadi sangat penting dalam mengembangkan peralatan elektrokimia. Dari berbagai jenis polimer konduktor, polianilin telah dipelajari secara intensif. Polianilin menarik untuk dipelajari, sebab monomernya mudah diperoleh, kemudahannya untuk disintesis, sifat elektrokimia yang memuaskan, stabil terhadap lingkungan, konduktivitasnya tinggi, dan mempunyai berbagai tingkat bilangan oksidasi serta tingkat protonasi.

Polianilin (PANI) luas penggunaannya, karena kemampuannya untuk didoping dengan senyawa lain dan sifat konduktivitasnya yang khas. PANI sering dipakai pada alat elektrokimia. Film PANI mudah didegradasi dengan cara hidrolisis pada elektrolit asam Surfaktanatau dengan cara oksidasi.

Surfaktan merupakan salah satu produk yang luas penggunaannya dalam industri kimia. Surfaktan dapat dijumpai pada deterjen, flotating agent untuk mengekstrak bijih besi, dan lainnya. Surfaktan adalah akronim dari surface active agent, zat aktif permukaan, yaitu senyawa yang bila dalam konsentrasi rendah pada sistem, akan bertindak sebagai adsorben, mengadsorbsi permukaan (surface) atau batas antar muka (interface) dalam sistem, serta mengubah energi bebasnya.

Molekul surfaktan memberikan efek hidrofobik, dengan mengontrol katalisis elektrokimia, mempengaruhi orientasi dan kelarutan pada media misel dan akan menghasilkan film PANI yang bagus. Salah satu contoh, polypyrrole yang ditumbuhkan dengan adanya surfaktan anionik amphipathic, dapat menaikkan konduktivitas dan aktivitas.

Dari percobaan yang dilakukan oleh Heeger, dilaporkan bahwa konduktivitas PANI meningkat hingga 400Scm^-1 pada larutan dengan anion CAS (Camphore Sulfonic Acid) dan 250Scm^-1 dengan adanya DBSA sebagai dopant. Adanya dopant menghasilkan film dengan kualitas tinggi dan mengurangi ketidakteraturan. Dengan adanya surfaktan agent, terjadi penurunan energi bebas sistem, dimana terjadi interaksi antara surfaktan dengan polimer elektrokimia seperti PANI, akan mengubah sifat makro dan mikro.

Faktor yang mempengaruhi asosiasi PANI-surfaktan adalah gaya ikatan van der waals, elektrostatik dipolar dan efek hidrofobik surfaktan. SDS adalah anion surfaktan yang dapat mengubah konformasi rantai PANI sehingga meningkatkan konduktivitasnya.

Dalam proses polimerisasi, kehadiran dari anion surfaktan dapat mempengaruhi kecepatan polimerisasi dan keseragaman film yang dihasilkan. Misel anionik dari SDS dapat mengkatalisis proses elektropolimerisasi anilin dan meningkatkan elektroaktivitas serta keseragaman film.

Ada dua cara yang paling sering digunakan untuk mensintesis film polianilin, yaitu melalui polimerisasi anilin oksidatif yang menggunakan oksidator kimia (biasanya APS) dan elektropolimerisasi. Mekanisme yang dilalui oleh kedua cara tersebut berbeda satu sama lainnya. Tetapi, masing-masing akan mengalami tahapan reaksi yang sama. Langkah-langkah dalam proses polimerisasi terdiri dari inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pada tahap inisiasi, terjadi pembentukan growing side yang baru. Sedangkan pada tahap propagasi, sulit terjadi pembentukan growing side yang baru, karena lebih dominan terjadi proses pertumbuhan inti yang sudah dihasilkan dari tahap inisiasi. Pertumbuhan inti akan menghasilkan rantai radikal polianilin. Reaksi dasar, dimana tempat radikal bergabung dan mengakhiri rantai, disebut tahap terminasi. Dari reaksi polimerisasi diatas, akan diperoleh polianilin dengan derajat polimerisasi tertentu. Derajat polimerisasi adalah jumlah monomer yang terlibat dalam pembentukan rantai. Dengan demikian, derajat polimerisasi menunjukkan panjang polimer yang dihasilkan.

Adanya doping anion surfaktan pada film PANI, akan meningkatkan penampilan dan kualitas film. Oleh sebab itu, akan dipelajari sifat elektrokimia, struktur, dan konduktivitas film PANI yang dideposisi dalam larutan yang mengandung SDS dan SDBS sebagai dopant. Akan dikaji efek surfaktan anionik terhadap kualitas film.

Abstrak Penelitian Saya Pada Prodi S1 Kimia UI dengan Judul “Sintesis dan Karakterisasi Organoclay dari Lempung Alam dan Lempung Sintesis yang Dimodifikasi Surfaktan HDTMABr melalui Metode Hidrotermal”

Organoclay telah disintesis melalui penyisipan molekul surfaktan HDTMABr dalam interlayer lempung alam dan lempung sintesis melalui metode hidrotermal.  Hasil XRD menunjukkan bahwa fraksionasi sedimentasi dapat meningkatkan kemurnian mineral smektit, sedangkan perlakuan kimia (purifikasi) dapat menurunkan kandungan mineral smektit.  Kemurnian mineral smektit pada lempung alam meningkat dari 62,07% (raw) menjadi optimum sebesar 75,65% (F2) setelah settling selama 30 menit.  Perlakuan kimia dengan metode Tributh dan Lagaly menyebabkan destabilisasi kerangka mineral smektit yang signifikan pada lempung alam hasil sedimentasi (F2),  tetapi tidak pada lempung sintesis (raw bentonit sintesis atau BS).  Hasil XRD menunjukkan bahwa eliminasi karbonat menurunkan kandungan mineral smektit.  Eliminasi oksida besi diduga mendestabilisasi kerangka mineral smektit akibat distorsi lembaran oktahedral yang tidak terisi kation setelah Fe(III) struktural direduksi oleh sitrat-bikarbonat-ditionit (CBD).  Hasil XRD setelah eliminasi oksida besi tidak menunjukkan puncak mineral smektit pada dua tetha sekitar 4 sampai 6 derajat.  Dugaan destabilisasi kerangka mineral smektit diperkuat oleh hasil FTIR yang menunjukkan adanya penurunan pita serapan [Fe²⁺]­₃-O-H uluran setelah perlakuan kimia dengan metode Tributh dan Lagaly.  Hasil AAS menunjukkan bahwa nilai Kapasitas Pertukaran Kation (KTK) F2 lebih tinggi dibandingkan dengan BS.  Nilai KTK F2 dan BS menurun setelah eliminasi karbonat.  Penambahan surfaktan HDTMABr menyebabkan F2 maupun BS sulit terdispersi dan mudah terdeposisi dalam suspensinya.  Hasil XRD dan FTIR mengindikasikan terjadinya penyisipan molekul surfaktan dalam interlayer lempung.  Pergeseran pita serapan CH₂ uluran antisimetri dan pita serapan CH₂ uluran simetri menuju bilangan gelombang yang lebih kecil mengindikasikan peningkatan jumlah surfaktan yang terisi dalam interlayer lempung.  Hasil XRD menunjukkan bahwa organoclay dapat disintesis setelah F2 dan BS bebas karbonat.  Perlakuan kimia dengan metode Tributh dan Lagaly menyebabkan surfaktan cenderung sukar mengisi interlayer lempung.  Surfaktan kemungkinan besar hanya teradsorpsi fisik pada permukaan eksternal lempung.  Hasil TGA-DTG menunjukkan bahwa pengurangan berat pada rentang suhu 50-100°C, 110-200°C, 240-330°C, serta 340-490°C mengindikasikan adanya surfaktan yang terinterkalasi dan teradsorpsi pada lempung alam.

HAL-HAL MENAKJUBKAN PADA IBU

1. Seorang ibu tahu Anda tidak sempurna, tapi ia bisa menyimpan rahasia
2. Ibu bisa membuat dunia bagaikan tempat yang aman ketika ia mencium Anda sebelum tidur
3. Ditemani ibu lebih baik daripada ada sup ketika kita sakit
4. Ibu menyatakan “Aku sayang padamu” dengan cara seperti : “Buka baju Anda yang basah”, “Pakai mantel”, “PR mu sudah selesai”, “Cuci tangan sebelum makan”, “Biar ibu ukur suhu badanmu”, “Kau ini sedang apa?”
5. Ibu tidak suka : apa yang dipakai teman-teman Anda, tali sepatu yang tidak diikat, beralasan, berlaku tidak sopan dan berbuat tidak baik pada anak-anak lain
6. Ibu suka : baju yang dipakai tahun lalu dan masih cukup, sepatu bersih, tempat tidur yang dirapikan, anak-anak yang berkata “Terima kasih”, dan berbuat baik pada anak-anak lain
7. Ibu selalu membalas surat-surat Anda setiap kali dan tetap menyurati walaupun Anda tidak membalas
8. Ibu tidak langsung menyatakan Anda berbuat kesalahan. Ia menunggu sampai Anda mengetahuinya sendiri, kecuali kalau itu terlalu lama
9. Ibu bisa mengubah hari yang muram menjadi kenangan indah hanya dengan mendengarkan Anda menceritakannya
10. Ibu akan memilih makanan yang paling murah di daftar menu kalau Anda yang mentraktir
11. Ibu ikut sedih bila Anda sedih
12. Ibu bisa menyembunyikan ketakutannya di balik senyuman
13. Ibu akan membantu menyembuhkan luka Anda sebelum ia menyadari ia juga terluka
14. Ibu tidak berharap Anda berterima kasih, tapi itu adalah kejutan termanis yang bisa Anda berikan
15. Ibu mendengarkan dengan matanya, ibu mendengarkan dengan hatinya, begitulah caranya mendengar apa yang tidak bisa terucapkan dengan kata-kata

HAL-HAL MENAKJUBKAN PADA AYAH

1. Ayah bisa membuat Anda percaya diri karena ia percaya
2. Ayah membantu Anda membuat impian menjadi kenyataan
3. Ayah tidak akan memanjakan Anda ketika Anda sakit, tapi ia tidak tidur semalaman, siapa tahu Anda memerlukannya
4. Ayah mungkin tidak tahu jawaban segala sesuatu, tetapi ia membantu Anda mencarinya
5. Ayah mungkin tampak galak di mata Anda, tapi di mata teman-teman Anda, ia tampak menyayangi Anda
6. Ayah akan melupakan apa yang ia inginkan agar bisa memberikan apa yang Anda butuhkan
7. Ayah tahu bagaimana mendorong ayunan cukup tinggi untuk membuat Anda senang tetapi tidak takut
8. Ayah menghentikan apa saja yang sedang dikerjakannya kalau Anda ingin bicara
9. Ayah akan mengatakan betapa rindunya ia pada Anda ketika Anda pergi, tapi nyaris tanpa kata-kata
10. Ayah memaafkan kesalahan Anda, tetapi tidak pada kesalahannya sendiri
11. Ayah ingin anak-anaknya punya lebih banyak kesempatan daripada dirinya, menghadapi lebih sedikit kesulitan, lebih tidak tergantung pada siapapun, dan selalu membutuhkannya
12. Ayah tidak suka meneteskan air mata ; ketika Anda lahir dan ia mendengar Anda menangis untuk pertama kali, ia sangat senang ; ketika masih kecil, ia bisa memeluk Anda untuk mengusir rasa sakit ; tapi ketika Anda sudah dewasa, ia tidak bisa berbuat apa-apa lagi kecuali ikut merasakan kesedihan Anda
13. Ayah akan menyalami Anda ketika Anda meninggalkan rumah, karena kalau ia memeluk mungkin ia tidak akan bisa melepaskannya
14. Ayah lebih bangga pada prestasi Anda daripada prestasinya sendiri
15. Ayah akan mengatakan tidak apa-apa mengambil resiko asal Anda sanggup kehilangan apa yang Anda sayangi

Kimia Inti

Dalam tulisan ini, kita akan mempelajari mengenai gejala radioaktivitas yang terjadi pada beberapa isotop, mempelajari radioaktivitas dan peluruhan radioaktif, mempelajari tentang partikel-partikel yang terlibat dalam peluruhan radioaktif, memahami konsep waktu paruh, mempelajari dasar-dasar reaksi fusi dan fisi isotop, serta mempelajari beberapa efek positif maupun negatif penggunaan zat radioaktif dalam kehidupan sehari-hari.

Untuk memahami kimia inti, kita perlu mengetahui struktur dasar atom (lihat : Perkembangan Teori Atom dan Konfigurasi Elektron). Inti merupakan padatan pada pusat atom yang berisi proton dan neutron.  Sementara itu, elektron berada di luar inti, yaitu pada tingkat-tingkat energi tertentu (kulit atom). Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan, dan elektron bermuatan negatif. Atom yang bersifat netral mengandung jumlah proton dan elektron sama, tetapi jumlah neutron suatu atom pada unsur dapat bervariasi. Atom dari unsur-unsur yang sama dan memiliki jumlah neutron yang berbeda disebut sebagai isotop.

Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan spontan dari inti yang tidak stabil. Inti yang tidak stabil dapat terpecah menjadi dua partikel atau lebih lainnya dengan membebaskan sejumlah energi. Pemecahan ini dapat terjadi melalui beberapa cara , bergantung pada atom tertentu yang meluruh.

Kita dapat meramalkan suatu partikel radioaktif yang meluruh dengan mengetahui partikel lainnya. Ramalan ini melibatkan penyetaraan reaksi inti (reaksi inti adalah reaksi yang melibatkan perubahan pada struktur inti).

Penyetaraan reaksi inti merupakan suatu proses yang sangat sederhana. Dalam reaksi inti, kita mengenal istilah reaktan dan produk. Reaktan adalah senyawa yang digunakan, sedangkan produk merupakan senyawa baru yang terbentuk.

Untuk semua reaksi inti yang harus disetarakan, jumlah semua nomor atom pada sisi kiri tanda panah harus sama dengan jumlah semua nomor atom pada sisi kanan tanda panah. Hal yang sama juga berlaku untuk jumlah nomor massa.

Sebagai contoh, kita akan melakukan reaksi inti dengan menembakkan isotop klorin tertentu (Cl-35) dengan menggunakan neutron. Kita mengamati bahwa isotop Hidrogen (H-1) dihasilkan bersama-sama dengan isotop lainnya dan kita ingin mengetahui isotop apakah itu. Persamaan reaksi inti yang terjadi adalah sebagai berikut :

₁₇Cl³⁵ +  ₀n¹ →  X +  ₁H¹

Sekarang, untuk mengetahui isotop yang tidak diketahui (dinyatakan sebagai X), kita harus menyetarakan persamaan reaksi tersebut. Jumlah nomor atom di sisi kiri adalah 17 + 0 = 17. Jadi, kita juga harus mendapatkan jumlah nomor atom di sisi kanan sama, yaitu sama dengan 17. Sekarang, kita mempunyai nomor atom 1 di sisi kanan, sehingga nomor atom dari isotop yang tidak diketahui menjadi 17 – 1 = 16. Nomor atom ini diketahui sebagai unsur belerang (S).

Berikutnya, perhatikanlah nomor massa pada persamaan tersebut. Jumlah nomor massa di sisi kiri adalah 35 + 1 = 36. Kita menginginkan jumlah nomor massa yang sama di sisi kanan, yaitu 36. Sekarang, kita telah memiliki nomor massa 1 di sisi kanan. Dengan demikian, nomor massa dari isotop yang tidak diketahui menjadi 36 – 1 = 35. Ternyata X adalah isotop belerang (S-35).

Berikut ini adalah persamaan reaksi inti yang telah disetarakan :

₁₇Cl³⁵ +  ₀n¹ →  ₁₆S³⁵ +  ₁H¹

Persamaan ini menyatakan transmutasi inti, yaitu perubahan suatu unsur menjadi unsur lainnya dan proses ini dapat dikendalikan oleh manusia. Reaksi perubahan inti unsur semacam ini lebih dikenal dengan istilah transmutasi buatan. Dari contoh di atas, S-35 adalah isotop belerang yang tidak terdapat secara alamiah. Isotop ini adalah isotop buatan manusia. Alkemiawan, yaitu kimiawan zaman dahulu, memimpikan perubahan suatu unsur menjadi unsur lainnya (umumnya plumbul/timbal menjadi emas). Akan tetapi, mereka tidak dapat pernah memulai prosesnya. Kini, para kimiawan, kadang-kadang dapat  mengubah satu unsur menjadi unsur lainnya.

Isotop tertentu bersifat tidak stabil, sehingga inti atom unsur mudah terpecah dengan mengalami peluruhan inti. Kadang-kadang, produk dari peluruhan inti bersifat tidak stabil, sehingga dapat mengalami pelruhan inti berikutnya. Sebagai contoh, bila U-238 (salah satu isotop radioaktif Uranium) pada awalnya mengalamu peluruhan, akan dihasilkan isotop Th-234. Isotop tersebut tidak stabil dan akan mengalami peluruhan kembali membentuk isotop Pa-234. Isotop tersebut pun tidak stabil. Akibatnya, akan terjadi peluruhan terus-menerus sampai akhirnya secara keseluruhan terdapat 14 tahapan untuk menghasilkan produk akhir berupa isotop Pb-206 yang bersifat stabil, sehingga peluruhan selanjutnya tidak akan terjadi.

Sebelum kita membahas bagaimana isotop radioaktif dapat meluruh, kita akan mempelajari mengapa isotop tertentu dapat meluruh. Inti memiliki semua proton yang bermuatan positif yang ada bersama-sama pada volum ruang yang sangat kecil. Semua proton ini akan saling tolak-menolak­ sehingga gaya yang biasanya menahan seluruh inti (perekat inti) kadang-kadang tidak dapat bekerja dengan baik. Akibatnya, inti akan terpecah atau mengalami peluruhan inti.

Semua unsur dengan 84 proton atau lebih bersifat tidak stabil, sehingga akhirnya mengalami peluruhan. Isotop lain yang intinya mengandung jumlah proton yang lebih juga dapat bersifat radioaktif. Radioaktivitas berhubungan dengan perbandingan neutron/proton di dalam inti atom. Jika perbandingan neutron/proton (n/p) terlalu tinggi (n/p > 1 ; terlalu banyak neutron ; terlalu sedikit proton), isotop dikatakan kaya neutron. Oleh karena itu, isotop bersifat tidak stabil. Sama halnya bila perbandingan neutron/proton (n/p) terlalu rendah (n/p < 1 ; terlalu sedikit neutron; terlalu banyak proton), isotop dikatakan kaya proton. Isotop semacam ini pun bersifat tidak stabil. Perbandingan neutron/proton (n/p) untuk unsur tertentu harus berada pada kisaran tertentu, sehingga unsur tersebut bersifat stabil. Itulah sebabnya isotop suatu unsur ada yang bersifat stabil dan ada pula yang bersifat radioaktif.

Terdapat tiga cara utama yang menyebabkan terjadinya peluruhan isotop radioaktif secara alami, antara lain :

1. Pemancaran partikel alfa (α)
2. Pemancaran partikel beta (β)
3. Pemancaran radiasi gamma (γ)

Selain itu, terdapat pula dua cara peluruhan radioaktif yang kurang umum, yaitu :

1. Pemancaran positron (β⁺)
2. Penangkapan elektron (e^-)

Pemancaran Partikel Alfa

Partikel alfa (α) didefinisikan sebagai partikel bermuatan positif pada inti helium. Partikel alfa tersusun atas dua proton dan dua neutron, sehingga dapat dinyatakan sebagai atom Helium-4 (He-4). Oleh karena partikel alfa terpecah dari inti atom radioaktif, partikel ini tidak memiliki elektron. Dengan demikian, partikel alfa memiliki muatan +2. Partikel alfa (α) merupakan partikel inti Helium yang bermuatan positif (kation dari unsur Helium, He²⁺). Akan tetapi, elektron pada dasarnya bebas, mudah untuk lepas dan muadh pula untuk didapat. Jadi, secara umum, partikel alfa (α) dapat dituliskan tanpa muatan karena akan dengan cepat mendapatkan 2 elektron dan menjadi atom Helium netral (bukan sebagai ion).

Unsur berat dan besar, seperti Uranium (U) dan Thorium (Th), cenderung melakukan pemancaran (emisi) partikel alfa. Peluruhan inti ini terjadi dengan cara membebaskan dua muatan positif (dua proton) dan empat satuan massa (dua proton + dua neutron). Suatu proses yang sangat hebat. Setiap kali partikel alfa dipancarkan (diemisikan), empat satuan massa hilang.

Sebagai contoh, isotop Radon-222 (Rn-222), dapat mengalami peluruhan dan memancarkan partikel alfa. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

₈₆Rn²²² →  ₈₄Po²¹⁸ +  ₂He⁴

Dalam hal ini, isotop Radon-222 mengalami peluruhan inti dengan membebaskan partikel alfa. Isotop baru yang terbentuk pada proses peluruhan ini adalah isotop baru dengan nomor massa 218 (yang diperoleh dari 222 –  4) dan nomor atom 84 (yang diperoleh dari 86 – 2). Isotop tersebut adalah Polonium (Po).

Pemancaran Partikel Beta

Partikel beta (β) pada dasarnya adalah elektron yang dipancarkan dari inti. Kita tentu akan bertanya, bukankah elektron tidak terdapat di dalam inti atom?Bagaimana elektron dapat dipancarkan dari inti atom yang tidak mengandung elektron?Marilah kita mengikuti penjelasan berikut secara seksama.

Sebagai contoh, saya ingin membahas peluruhan yang terjadi pada isotop Iodin. Isotop Iodin-131 (I-131) digunakan dalam bidang medis sebagai isotop untuk mendeteksi dan mengobati kanker kelenjar gondok (tyroid). Isotop tersebut mengalami peluruhan dan memancarkan partikel beta. Reaksi yang terjadi  adalah sebagai berikut :

₅₃I¹³¹ →  ₅₄Xe¹³¹ +  _-1e⁰

Pada proses ini, isotop Iodin-131 (I-131) melepaskan partikel beta (elektron). Isotop baru yang dihasilkan memiliki nomor atom 54 dan nomor massa 131. Isotop tersebut adalah Xenon (Xe).

Perhatikanlah bahwa nomor massa tidak berubah dari I-131 menjadi Xe-131. Akan tetapi, nomor atomnya naik satu (dari 53 menjadi 54). Peristiwa yang terjadi di dalam inti atom iodin adalah perubahan neutron menjadi proton dan elektron.

₀n¹ →  ₁p¹ +  _-1e⁰

Perubahan sebuah neutron menjadi sebuah proton akan diikuti dengan terbentuknya sebuah elektron. Elektron yang terbentuk dipancarkan dari inti atom sebagai partikel beta (β). Isotop dengan perbandingan n/p tinggi sering mengalami pemancaran beta (β). Hal ini terjadi karena peluruhan ini menyebabkan jumlah neutron berkurang satu dan jumlah proton bertambah satu, sehingga menurunkan perbandingan n/p.

Pemancaran Radiasi Gamma

Partikel alfa (α) dan partikel beta (β) mempunyai karakteristik materi. Keduanya memiliki massa tertentu dan menempati ruang. Namun, karena tidak ada perubahan massa yang berhubungan dengan pemancaran sinar gamma (γ), kita dapat menyatakan bahwa pemancaran sinar gamma (γ) sebagai pemancaran radiasi gamma (γ). Radiasi gamma (γ) sangat menyerupai sinar X, yaitu radiasi dengan energi tinggi dan memiliki panjang gelombang pendek (short wavelength). Radiasi sinar gamma umumnya disertai dengan pemancaran partikel alfa dan partikel beta. Tetapi, biasanya tidak dinyatakan pada persamaan reaksi inti yang disetarakan. Beberapa isotop, seperti Cobalt-60 (Co-60), melepaskan sejumlah besar radiasi sinar gamma. Isotop ini sering digunakan untuk pengobatan kanker dengan metode radiasi. Paramedis akan mengarahkan sinar gamma ke tumor, sehingga sinar tersebut diharapkan dapat merusaknya.

Pemancaran Positron

Pemancaran positron tidak terjadi pada isotop radioaktif yang meluruh secara alami, tetapi hal ini terjadi secara alami pada isotop radioaktif buatan manusia. Positron pada dasarnya merupakan elektron yang memiliki muatan positif. Positron dapat terbentuk bila proton di dalam inti atom meluruh menjadi neutron. Positron yang terbentuk ini kemudian dipancarkan dari inti atom.

Proses ini terjadi pada beberapa isotop, seperti isotop Kalium-40 (K-40). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

₁₉K⁴⁰ →  ₁₈Ar⁴⁰ +  ₊₁e⁰

Isotop K-40 memancarkan positron, dan membentuk isotop baru dengan nomor massa 40 dan nomor atom 18. Isotop Argon-40 (Ar-40) telah terbentuk.

Perhatikanlah bahwa nomor massa tidak berubah dari K-40 menjadi Ar-40. Akan tetapi, nomor turun satu (dari 19 menjadi 18). Peristiwa yang terjadi di dalam inti atom kalium adalah perubahan proton menjadi neutron dan melepaskan positron.

₁p¹ →  ₀n¹ +  ₊₁e⁰

Perubahan sebuah proton menjadi sebuah neutron akan diikuti dengan terbentuknya sebuah positron. Positron yang terbentuk dipancarkan dari inti atom sebagai partikel positron (β⁺). Isotop dengan perbandingan n/p rendah sering mengalami pemancaran positron (β⁺). Hal ini terjadi karena peluruhan ini menyebabkan jumlah proton berkurang satu dan jumlah neutron bertambah satu, sehingga menaikkan perbandingan n/p.

Penangkapan Elektron

Penangkapan elektron merupakan jenis peluruhan inti yang jarang terjadi. Dalam peluruhan ini, elektron dari tingkat energi yang lebih dalam (misalkan subkulit 1s) akan ditangkap oleh inti atom. Elektron tersebut akan bergabung  dengan proton pada inti atom membentuk neutron. Akibatnya, nomor atom berkurang satu dan nomor massanya tetap sama.

₁p¹ +  _-1e⁰ →  ₀n¹

Sebagai contoh, reaksi yang terjadi saat penangkapan elektron pada Polonium-204 (Po-204) sebagai berikut :

₈₄Po²⁰⁴ +  _-1e⁰ →  ₈₃Bi²⁰⁴ +  sinar-X

Perubahan sebuah proton menjadi sebuah neutron dapat terjadi saat penangkapan sebuah elektron. Isotop dengan perbandingan n/p rendah dapat mengalami penangkapan elektron (e^-). Hal ini terjadi karena reaksi ini menyebabkan jumlah proton berkurang satu dan jumlah neutron bertambah satu, sehingga menaikkan perbandingan n/p.

Penangkapan elektron pada subkulit 1s menyebabkan kekosongan pada subkulit 1s. Elektron yang berasal dari subkulit lain dengan level energi yang lebih tinggi akan “turun” untuk mengisi kekosongan ini disertai pembebasan sejumlah energi dalam bentuk sinar X yang tidak tampak.

Waktu Paruh dan Peluruhan Radioaktif

Jika kita dapat melihat sebuah atom isotop radioaktif, seperti U-238, kita tidak dapat meramalkan kapan atom tersebut akan meluruh. Peluruhan ini dapat terjadi dalam waktu beberapa milidetik atau mungkin membutuhkan waktu selama satu abad. Ternyata ada cara sederhana untuk mengetahuinya.

Dibutuhkan waktu tertentu bagi separuh dari atom radioaktif untuk meluruh dan tersisa setengah dari sebelumnya. Kemudian, dibutuhkan juga sejumlah waktu yang sama untuk separuh dari atom radioaktif yang sisa untuk meluruh dan sejumlah waktu yang sama untuk atom radioaktif sisa untuk meluruh dan seterusnya. Banyaknya waktu yang digunakan untuk separuh dari cuplikan meluruh disebut waktu paruh (t_1/2).

Berikut ini adalah tabel hubungan waktu paruh (t_1/2) dengan jumlah zat radioaktif yang masih tersisa setelah peluruhan :

Waktu Paruh (t1/2)	Persentase Isotop Radioaktif yang Tersisa
0	100,00
1	50,00
2	25,00
3	12,50
4	6,25
5	3,125
6	1,5625
7	0,78 (hasil pembulatan)
8	0,39 (hasil pembulatan)
9	0,19 (hasil pembulatan)
10	0,09 (hasil pembulatan)

Perlu dipahami bahwa waktu paruh (t_1/2) peluruhan isotop radioaktif tidak linear.  Peluruhan ini bersifat eksponensial. Jika kita ingin menentukan waktu atau jumlah yang tidak berhubungan dengan kelipatan sederhana pada waktu paruh, kita dapat menggunakan persamaan berikut :

ln (No/Nt) = (0,6963 t) / t_1/2

Pada persamaan tersebut, ln adalah singkatan dari logaritma natural (logaritma dengan bilangan pokok e). No adalah jumlah isotop radioaktif mula-mula. Nt adalah jumlah radioisotop yang yang tertinggal pada waktu tertentu (t) dan t_1/2 adalah waktu paruh radioisotop. Jika kita mengetahui waktu paruh (t_1/2) dan jumlah isotop radioaktif mula-mula (No), kita dapat menggunakan persamaan ini untuk menghitung jumlah radioaktif sisa (Nt) setiap waktu.

Bentuk lain dari persamaan di atas adalah sebagai berikut :

Nt / No = (1/2)^ (t/t_1/2)

Waktu paruh bisa menjadi sangat pendek atau sangat panjang. Tabel berikut menunjukkan waktu paruh (t_1/2) dari beberapa jenis isotop radioaktif.

Radioisotop	Radiasi yang Dipancarkan	Waktu Paruh (t1/2)
Kr-94	β	1,4 detik
Rn-222	α	3,8 hari
I-131	β	8 hari
Co-60	γ	5,2 tahun
H-3	β	12,3 tahun
C-14	β	5730 tahun
U-235	α	4,5 miliar tahun
Re-187	β	70 miliar tahun

Cuplikan waktu paruh penting untuk diketahui, sebab dapat digunakan untuk menentukan kapan suatu bahan radioaktif aman untuk ditangani. Aturannya adalah suatu cuplikan dinyatakan aman bila radioaktivitasnya telah turun sampai di bawah batas pengamatan (ini terjadi setelah 10 kali waktu paruh). Jadi, jika radioaktif Iodin-131 (I-131) dengan waktu paruh (t_1/2) = 8 hari dimasukkan ke dalam tubuh guna mengobati kanker thyroid, bahan ini akan hilang dalam 10 kali waktu paruh atau 80 hari. Hal ini penting untuk diketahui, sebab radioaktif yang digunakan sebagai pelacak medis yang dimasukkan ke dalam tubuh, digunakan oleh seorang dokter untuk melacak suatu saluran, menemukan suatu penghalang atau untuk pengobatan (terapi) kanker. Isotop radioaktif ini harus aktif dalam waktu yang cukup lama untuk pengobatan, tetapi juga harus cukup pendek, sehingga tidak merusak sel-sel atau organ-organ yang sehat.

Aplikasi waktu paruh yang sangat berguna adalah pada pelacakan radioaktif. Ini berhubungan dengan penentuan usia benda-benda kuno.

Karbon 14 (C-14) adalah isotop karbon radioaktif yang dihasilkan di atomosfer bagian atas oleh radiasi kosmis. Senyawa utama di atmosfer yang mengandung karbon adalah karbon dioksida (CO₂). Sangat sedikit sekali jumlah karbon dioksida tang mengandung isotop C-14. Tumbuhan menyerap C-14 selama fotosintesis. Dengan demikian, C-14 terdapat dalam struktur sel tumbuhan. Tumbuhan kemudian dimakan oleh hewan, sehingga C-14 menjadi bagian dari struktur sel pada semua organisme.

Selama suatu organisme hidup, jumlah isotop C-14 dalam struktur selnya akan tetap konstan. Tetapi, bila organisme tersebut mati, jumlah C-14 mulai menurun. Para ilmuwan kimia telah mengetahui waktu paruh dari C-14, yaitu 5730 tahun. Dengan demikian, mereka dapat menentukan berapa lama organisme tersebut mati.

Pelacakan radioaktif dengan menggunakan isotop C-14 telah digunakan untuk menentukan usia kerangka yang ditemukan di situs-situs arkeologi. Belakangan ini, isotop C-14 digunakan untuk mengetahui usia Shroud of Turin (kain kafan dari Turin), yaitu sepotong kain linen pembungkus mayat manusia dengan gambaran seorang manusia tercetak diatasnya. Banyak yang berpikir bahwa itu adalah bahan pembungkus Nabi Isa. Tetapi, pada tahun 1988, pelacakan radiokarbon menemukan bahwa bahan tersebut berasal dari tahun 1200-1300 SM. Meskipun kita tidak mengetahui bagaimana bentuk orang itu tercetak pada kain kafan tersebut, pelacakan radioaktif C-14 membuktikan bahwa bahan tersebut bukan kain kafan Nabi Isa.

Pelacakan dengan isotop C-14 hanya dapat digunakan untuk menentukan usia sesuatu yang pernah hidup (organisme). Isotop ini tidak dapat digunakan untuk menentukan umur batuan bulan atau meteorit. Untuk benda-benda mati, para ilmuwan kimia menggunakan isotop lainnya, seperti Kalium 40 (K-40).

Pada tahun 1930-an, para ilmuwan menemukan bahwa beberapa reaksi inti dapat dimulai dan dikendalikan oleh manusia. Para ilmuwan biasanya menembakkan suatu isotop besar dengan isotop kedua yang lebih kecil (umumnya neutron). Tumbukan kedua isotop ini dapat menyebabkan isotop besar tersebut pecah menjadi dua unsur atau lebih. Dalam hal ini, isotop besar mengalami pemecahan inti (nuclear fission/fisi inti).

Sebagai contoh, pemecahan isotop U-235 menjadi dua isotop baru dapat dinyatakan dalam persamaan reaksi transmutasi berikut :

₉₂U²³⁵ +  ₀n¹ →  ₅₆Ba¹⁴² +  ₃₆Kr⁹¹ +  3 ₁n⁰

Reaksi jenis ini juga membebaskan energi dalam jumlah besar. Berasal dari manakah energi tersebut? Apabila pengukuran dilakukan dengan tingkat ketelitian yang sangat tinggi pada semua massa atom dan partikel subatom mula-mula, kemudian semua massa atom dan partikel subatom akhir, lalu membandingkan keduanya. Kita akan memperoleh hasil bahwa terdapat sejumlah massa yang “hilang”. Materi “hilang” selama reaksi inti. Hilangnya materi ini disebut sebagai pengurangan massa atau defek massa. Materi yang “hilang” ini berubah menjadi energi.

Kita dapat menghitung besarnya energi yang dihasilkan dari reaksi fisi selama reaksi inti dengan persamaan yang sangat sederhana, yang telah dikembangkan oleh Albert Einstein (lihat : Kisah Para Ilmuwan ; Albert Einstein), yaitu E = mc². Pada persamaan ini, E adalah energi yang dihasilkan; m adalah massa yang “hilang” (defek massa); dan c adalah kecepatan cahaya (3,00 x 10⁸ m/s). Kecepatan cahaya dikuadratkan membuat bagian dari persamaan ini mempunyai bilangan yang sangat besar, sehingga bila dikalikan dengan jumlah massa yang kecil hasilnya tetap merupakan sejumlah energi yang besar.

Reaksi Berantai (Chain Reaction)

Pada persamaan fisi isotop U-235 (lihat reaksi di atas) digunakan sebuah neutron. Akan tetapi, reaksi kembali membentuk tiga neutron. Ketiga neutron tersebut, apabila semuanya bertemu dengan isotop U-235 lainnya, dapat memulai pemecahan (fisi) lainnya, yang akan menghasilkan lebih banyak neutron. Ini merupakan efek domino yang telah lama diketahui manusia. Dalam istilah kimia inti, serangkaian pemecahan inti ini disebut reaksi beranai (chain reaction).

Chain reaction ini bergantung pada banyaknya neutron yang dilepaskan, bukan pada banyaknya neutron yang digunakan selama reaksi inti. Saat kita menuliskan persamaan reaksi fisi isotop U-238 (isotop Uranium yang lebih melimpah di alam), kita hanya menggunakan satu neutron dan mendapatkan satu neutron pula. Reaksi berantai tidak dapat terjadi pada isotop U-238. Hanya isotop yang dapat menghasilkan neutron berlebihan pada pemecahannya yang dapat mengalami chain reaction. Jenis isotop ini dikatakan dapat pecah. Hanya ada dua isotop utama yang dapat dipecah selama reaksi inti, yaitu U-235 dan Pu-239.

Rahasia untuk mengendalikan reaksi berantai adalah dengan mengendalikan jumlah neutron. Apabila neutron dapat dikendalikan, energi yang dilepaskan dapat dikendalikan. Itulah yang dilakukan oleh para ilmuwan pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

Dalam beberapa hal, pembangkit listrik tenaga nuklir sama dengan pembangkit listrik konvensional yang menggunakan bahan bakar fosil . Pada jenis pembangkit listrik ini, bahan bakar fosil (batu bara, minyak bumi, gas alam) dibakar, dan panasnya digunakan untuk mendidihkan air yang digunakan untuk membuat uap air. Uap airnya kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin yang disambungkan ke generator yang menghasilakn listrik.

Perbedaan nyata antara pembangkit listrik konvensional dan nuklir adalah pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan panasnya melalui reaksi berantai pemecahan inti isotop.

Di Amerika, terdapat kira-kira 100 reaktor nuklir yang menghasilakn sekitar 20 persen kebutuhan listrik negara. Di Perancis, hampir 80 persen listrik negara dihasilkan melalui chain reaction. Keuntungan penggunaan tenaga nuklir adalah tidak perlu membakar bahan bakar fosil (menghemat sumber bahan bakar fosil untuk menghasilkan plastik dan obat-obatan) dan tidak ada produk hasil pembakaran seperti CO₂, SO₂, dan lainnya yang dapat mencemari air dan udara. Akan tetapi, masih terdapat sejumlah masalah yang berhubungan dengan penggunaan tenaga nuklir.

Masalah pertama adalah biaya. Masalah berikutnya adalah ketersediaan isotop U-235 sangat terbatas. Dari semua Uranium yang terdapat di alam, hanya sekitar 0,75 persennya merupakan U-235. Sebagian besar merupakan isotop U-238 yang tidak dapat dipecah. Keterbatasan jumlah bahan bakar nuklir serupa dengan keterbatasan sumber daya bahan bakar fosil yang tersedia di alam. Akan tetapi, yang menjadi masalah utama (krusial) penggunaan tenaga nuklir adalah tingkat keamanan penggunaan nuklir dan pengelolaan limbah nuklir. Reaktor nuklir harus benar-benar aman dan tidak menghasilkan radiasi yang membahayakan kesehatan para petugas maupun penduduk di area reaktor nuklir berdiri. Sebagai tambahan, limbah yang dihasilkan harus diolah sedemikian rupa agar tetap aman dan tidak membahayakan kesehatan manusia.

Penggabungan Inti (Nuclear Fussion)

Segera setelah proses pemecahan (fisi) ditemukan, proses lainnya yang disebut fusi (penggabungan) ditemukan. Reaksi fusi pada dasarnya merupakan kebalikan dari reaksi fisi. Pada reaksi fisi, inti yang lebih berat dipecah menjadi inti yang lebih kecil. Sebaliknya, pada reaksi fusi, inti yang lebih ringan digabung menjadi inti yang lebih berat.

Proses penggabungan (fusi) adalah reaksi yang memberikan tenaga pada matahari. Di matahari, pada serangkaian reaksi inti, empat isotop H-1 digabung menjadi He-4 dengan membebaskan sejumlah besar energi. Di bumi, dua isotop hidrogen lainnya yang digunakan dalam reaksi fusi adalah Deuterium (H-2) dan Tritium (H-3). Deuterium adalah isotop hidrogen yang ada dalam jumlah kecil, tetapi masih tetap melimpah. Sedangkan Tritium tidak terjadi secara alami, tetapi dapat dengan mudah diproduksi dengan cara menembakkan Deuterium dengan neutron. Reaksi penggabungan antara Deuterium dan Tritium adalah sebagai berikut :

₁H² +  ₁H³ →  ₂He⁴ +  ₀n¹

Aplikasi penggabungan inti yang pertama kali adalah pada penggunaan bom Hidrogen yang dilakukan oleh militer. Bom Hidrogen mempunyai tenaga 1000 kali lebih kuat dari bom atom biasa.

Tujuan penggunaan reaksi fusi adalah menghasilkan energi dalam jumlah melimpah. Permasalahan yang dihadapi sekarang adalah sulitnya mengendalikan reaksi fusi.  Jika energi dari reaksi ini dapat dikendalikan dan dilepaskan secara perlahan-lahan, maka dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Cara ini akan memberikan persediaan energi yang tidak terbatas sekaligus tidak menghasilkan polutan yang membahayakan atmosfer.

Efek Radiasi

Radiasi dapat menyebabkan dua efek utama pada tubuh, yaitu merusak sel dengan panas dan mengionisasi sekaligus memecahkan sel. Radiasi menghasilkan panas. Panas ini dapat merusak jaringan, sama seperti yang terjadi pada kulit yang terbakar matahari. Faktanya, istilah luka bakar radiasi umumnya digunakan untuk menjelaskan kerusakan kulit dan jaringan karena adanya panas.

Cara utama radiasi merusak tubuh organisme adalah melalui pemecahan sel dan ionisasi. Partikel radioaktif dan radiasi mempunyai energi kinetik yang besar. Saat partikel ini menyerang sel di dalam tubuh, partikel dapat memecah (merusak) sel ata mengionisasi sel, sehingga sel menjadi ion-ion (bermuatan listrik) dengan menghilangkan satu elektron.  Ionisasi ini akan melemahkan ikatan dan dapat menyebabkan kerusakan, pemusnahan, atau mutasi DNA pada sel.

Referensi:

Andy. 2009. Pre-College Chemistry.

Chang, Raymond. 2007. Chemistry Ninth Edition. New York: Mc Graw Hill.

Moore, John T. 2003. Kimia For Dummies. Indonesia: Pakar Raya.

Daftar Seratus Senyawa Kimia

No.	Nama Senyawa	Rumus Kimia	No.	Nama Senyawa	Rumus Kimia
1.	Air	H2O	51.	Tembaga (II) Oksida	CuO
2.	Etanol	C2H5OH	52.	Etanal	C2H4O
3.	Glukosa	C6H12­O6	53.	Magnesium Oksalat	MgC2O4
4.	Perak Nitrat	AgNO3	54.	Kalium Iodida	KI
5.	Kalsium Nitrat	Ca(NO3)2	55.	Kalium Permanganat	KMnO4
6.	Kalium Sulfat	K2SO4	56.	Kromium (III) Klorida	CrCl3
7.	Magnesium Hidroksida	Mg(OH)2	57.	Natrium Kromat	Na2CrO4
8.	Kalsium Karbonat	CaCO3	58.	Kalium Dikromat	K2Cr2O7
9.	Perak Klorida	AgCl	59.	Besi (III) Oksida	Fe2O3
10.	Propanon	C3H6O	60.	Asam Etanoat	C2H4O2
11.	Tembaga (II) Sulfat	CuSO4	61.	Barium Hidroksida	Ba(OH)2
12.	Karbon Dioksida	CO2	62.	Amonium Klorida	NH4Cl
13.	Natrium Klorida	NaCl	63.	Seng (II) Sulfat	ZnSO4
14.	Asam Klorida	HCl	64.	Barium Sulfat	BaSO4
15.	Magnesium Oksida	MgO	65.	Magnesium Hidrogen Karbonat	Mg(HCO3)2
16.	Barium Klorida	BaCl2	66.	Raksa (I) Bromida	Hg2Br2
17.	Litium Fluorida	LiF	67.	Nikel (III) Fosfat	NiPO4
18.	Barium Sulfida	BaS	68.	Emas (III) Klorida	AuCl3
19.	Tembaga (I) Oksida	Cu2O	69.	Mangan (II) Oksida	MnO
20.	Besi (III) Klorida	FeCl3	70.	Aluminium Oksida	Al2O3
21.	Amonium Hidroksida	NH4OH	71.	Karbon Monoksida	CO
22.	Natrium Karbonat	Na2CO3	72.	Nitrogen (I) Oksida	N2O
23.	Amonium Nitrat	NH4NO3	73.	Titanium (III) Karbonat	Ti2(CO3)3
24.	Besi (II) Sulfida	FeS	74.	Perak Oksalat	Ag2C2O4
25.	Metana	CH4	75.	Besi (II) Sulfat	FeSO4
26.	Amonia	NH3	76.	Dimetil Eter	C2H6O
27.	Natrium Hidroksida	NaOH	77.	Benzena	C6H6
28.	Kalium Fosfat	K3PO4	78.	Anilina	C6H5NH2
29.	Rubidium Oksalat	Rb2C2O4	79.	Asam Nitrat	HNO3
30.	Sesium Bromida	CsBr	80.	Amonium Fosfat	(NH4)3PO4
31.	Timbal (II) Iodida	PbI2	81.	Difosfor Pentaoksida	P2O5
32.	Besi (III) Bromida	FeBr3	82.	Kriolit	Na3AlF6
33.	Hidrogen Sulfida	H2S	83.	Seng Oksida	ZnO
34.	Aluminium Bromida	AlBr3	84.	Asam Sulfat	H2SO4
35.	Barium Oksida	BaO	85.	Karbon Tetraklorida	CCl4
36.	Silika	SiO2	86.	Metanol	CH4O
37.	Etilena	C2H2	87.	Aluminium Hidroksida	Al(OH)3
38.	Butana	C4H10	88.	Nitrogen Dioksida	NO2
39.	Hidrogen Peroksida	H2O2	89.	Kalsium Sulfida	CaS
40.	Kalium Tiosulfat	K2S2O3	90.	Stronsium Fosfat	Sr3(PO4)2
41.	Timbal (II) Nitrat	Pb(NO3)2	91.	Litium Flourida	LiF
42.	Tembaga (II) Sulfida	CuS	92.	Belerang Heksaklorida	SCl6
43.	Asam Oksalat	H2C2O4	93.	Fosfin	PH3
44.	Besi (III) Sulfat	Fe2(SO4)3	94.	Etilen Glikol	C2H6O2
45.	Belerang Trioksida	SO3	95.	Barium Iodida	BaI2
46.	Asam Salisilat	C7H6O3	96.	Fosfor Pentaklorida	PCl5
47.	Aspirin	C9H8O4	97.	Oleum	H2S2O7
48.	Kalsium Klorida	CaCl2	98.	Fenol	C6H5OH
49.	Litium Bromida	LiBr	99.	Kalium Asetat	CH3COOK
50.	Natrium Sulfit	Na2SO3	100.	Ozon	O3

Informasi Kepada Para Pembaca Andykimia03.WordPress.Com

Selamat malam para pembaca yang budiman,

Tidak terasa, waktu berlalu begitu cepat. Sebentar lagi, kita akan meninggalkan tahun 2009 dan menyongsong tahun 2010. Meminjam kesempatan ini, saya ingin memberitahukan kepada para pembaca setia bahwa aktivitas blogging akan saya aktifkan kembali pada awal Januari 2010. Tulisan dengan judul “Hidrolisis Garam” telah menjadi tulisan penutup untuk tahun 2009. Di awal Januari 2010 nanti, saya akan memulai postingan materi Kimia semester dua (genap), baik untuk Grade X, XI, maupun XII.

Andy ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas kesetiaan para pembaca yang senantiasa menanti postingan saya (mohon maaf, kadang-kadang agak telat). Masih dalam suasana liburan akhir tahun, tidak lupa Andy ingin mengucapkan Selamat Tahun Baru Hijriah, Selamat Hari Natal, dan Selamat Tahun Baru 2010. Semoga di masa yang akan datang, kita semua dapat meniti kehidupan maupun karier yang lebih tinggi dan sukses dari tahun sebelumnya. Mohon maaf apabila postingan saya masih ada yang kurang jelas bagi para pembaca budiman sekalian.

Seperti biasa, walaupun masih dalam suasana liburan, saya tetap setia dan sangat menantikan respon serta feedback dari Anda sekalian melalui email andychem03@yahoo.com.

Akhir kata, happy holiday and see you all in next year…….:)

Best Regards,

Andy, S.Si.

Hidrolisis Garam

Dalam tulisan ini, kita akan membahas pengertian garam, reaksi pembentukan garam, reaksi penguraian ion-ion garam oleh air, serta perhitungan pH larutan garam.

Garam adalah senyawa yang dihasilkan dari reaksi netralisasi antara larutan asam dan larutan basa. Larutan garam yang terbentuk memiliki sifat yang bervariasi, tergantung pada sifat asam dan sifat basa penyusun garam. Secara umum :

Asam + Basa → Garam + Air

Berikut ini adalah beberapa contoh reaksi pembentukan garam (dikenal pula dengan istilah reaksi penggaraman atau reaksi netralisasi) :

HCl_(aq) +  NaOH_(aq) →  NaCl_(aq) +  H₂O_(l)

H₂SO_4(aq) +  2 NH₄OH_(aq) →  (NH₄)₂SO_4(aq) +  2 H₂O_(l)

2 HCN_(aq) +  Ba(OH)_2(aq) →  Ba(CN)_2(aq) +  2 H₂O_(l)

H₂CO_3(aq) +  Mg(OH)_2(aq) →  MgCO_3(s) +  2 H₂O_(l)

Reaksi kebalikan dari reaksi penggaraman dikenal dengan istilah reaksi hidrolisis. Reaksi hidrolisis adalah reaksi salah satu ion atau kedua ion larutan garam dengan air. Reaksi salah satu atau kedua ion larutan garam dengan air menyebabkan perubahan konsentrasi ion H⁺ maupun ion OH^- dalam larutan. Akibatnya, larutan garam dapat bersifat asam, basa, maupun netral.

Sebagaimana yang telah kita pelajari sebelumnya, kita mengenal dua jenis asam, yaitu asam kuat dan asam lemah. Demikian halnya dengan basa, kita mengenal istilah basa kuat dan basa lemah (lihat : Kimia Asam Basa). Dengan demikian, terdapat empat variasi reaksi antara asam dan basa membentuk garam, yaitu :

1. Reaksi antara asam kuat dengan basa kuat

Contoh  :  HBr_(aq) +  KOH_(aq) →  KBr_(aq) +  H₂O_(l)

Garam yang terbentuk mengalami ionisasi sempurna dalam air

KBr_(aq) →  K⁺_(aq) +  Br^-_(aq)

Baik kation maupun anion, hanya terhidrasi oleh air, tidak mengalami reaksi dengan air. Dengan demikian, garam tersebut tidak terhidrolisis dalam air. Akibatnya, konsentrasi ion H⁺ tidak berubah terhadap konsentrasi ion OH^-. Larutan garam bersifat netral. Larutan garam tersebut memiliki pH = 7.

2. Reaksi antara asam kuat dengan basa lemah

Contoh  :  HNO_3(aq) +  NH₄OH_(aq) →  NH₄NO_3(aq) +  H₂O_(l)

Garam yang terbentuk mengalami ionisasi sempurna dalam air

NH₄NO_3(aq) →  NH₄⁺_(aq) +  NO₃^-_(aq)

Anion tidak mengalami hidrolisis dengan air, sebab anion berasal dari spesi asam kuat. Namun sebaliknya, kation yang berasal dari spesi basa lemah mengalami hidrolisis. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

NH₄⁺_(aq) +  H₂O_(l) <——>  NH₄OH_(aq) +  H⁺_(aq)

Hidrolisis kation yang berasal dari basa lemah menghasilkan ion H⁺. Akibatnya, konsentrasi ion H⁺ menjadi lebih tinggi dibandingkan konsentrasi ion OH^-. Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis sebagian (parsial). Larutan garam tersebut bersifat asam dan memiliki pH < 7.

3. Reaksi antara asam lemah dengan basa kuat

Contoh  :  HCN_(aq) +  NaOH_(aq) →  NaCN_(aq) +  H₂O_(l)

Garam yang terbentuk mengalami ionisasi sempurna dalam air

NaCN_(aq) →  Na⁺_(aq) +  CN^-_(aq)

Kation tidak mengalami hidrolisis dengan air, sebab kation berasal dari spesi basa kuat. Namun sebaliknya, anion yang berasal dari spesi asam lemah mengalami hidrolisis. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

CN^-_(aq) +  H₂O_(l) <——>  HCN_(aq) +  OH^-_(aq)

Hidrolisis anion yang berasal dari asam lemah menghasilkan ion OH^-. Akibatnya, konsentrasi ion OH^- menjadi lebih tinggi dibandingkan konsentrasi ion H⁺. Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis sebagian (parsial).  Larutan garam tersebut bersifat basa dan memiliki pH > 7.

4. Reaksi antara asam lemah dengan basa lemah

Contoh  :  HF_(aq) +  NH₄OH_(aq) →  NH₄F_(aq) +  H₂O_(l)

Garam yang terbentuk mengalami ionisasi sempurna dalam air

NH₄F_(aq) →  NH₄⁺_(aq) +  F^-_(aq)

Baik kation maupun anion, sama-sama mengalami hidrolisis, sebab keduanya berasal dari spesi lemah. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

NH₄⁺_(aq) +  H₂O_(l) <——>  NH₄OH_(aq) +  H⁺_(aq)

F^-_(aq) +  H₂O_(l) <——>  HF_(aq) +  OH^-_(aq)

Ternyata, hidrolisis kedua ion tersebut menghasilkan ion H⁺ maupun ion OH^-. Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis total (sempurna). Sifat larutan yang dihasilkan bergantung pada perbandingan kekuatan asam lemah (K_a) terhadap kekuatan basa lemah (K_b).

Ada tiga kemungkinan perbandingan nilai K_a terhadap K_b :

a. K_a > K_b : sifat asam lebih mendominasi; larutan garam bersifat asam; pH larutan garam kurang dari 7

b. K_a =  K_b : sifat asam maupun basa sama-sama mendominasi; larutan garam bersifat netral; pH larutan garam sama dengan 7

c. K_a < K_b : sifat basa lebih mendominasi; larutan garam bersifat basa; pH larutan garam lebih dari 7

Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung pH larutan masing-masing larutan garam adalah sebagai berikut :

1. Larutan garam yang terbentuk dari asam kuat dan basa kuat

pH = 7

2. Larutan garam yang terbentuk dari asam kuat dan basa lemah

[H⁺]  =  {(K_w/K_b)([ion yang terhidrolisis])}^1/2

3. Larutan garam yang terbentuk dari asam lemah dan basa kuat

[OH^-]  =  {(K_w /K_a)([ion yang terhidrolisis])}^1/2

4. Larutan garam yang terbentuk dari asam lemah dan basa lemah

[H⁺]  =  {K_w (K_a / K_b)}^1/2

Berikut ini adalah beberapa contoh beserta penyelesaian soal-soal yang berkaitan dengan hidrolisis garam yang baru saja kita pelajarai bersama :

1. Berapakah pH larutan dari 100 mL larutan natrium sianida 0,01 M? (K_a HCN = 10^-10)

Penyelesaian :

Larutan natrium sianida terbentuk dari campuran basa kuat (NaOH) dengan asam lemah (HCN). Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan bersifat basa.

NaCN_(aq) →  Na⁺_(aq) +  CN^-_(aq)

Ion yang terhidrolisis adalah ion CN^-. Konsentrasi ion CN^- adalah 0,01 M. Dengan demikian,  pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :

[OH^-]  =  {(K_w /K_a)([ion yang terhidrolisis])}^1/2

[OH^-]  =  {(10^-14 / 10^-10)(0,01)}^1/2

[OH^-]  =  10^-3 M

Dengan demikian, pOH larutan adalah 3. Jadi, pH larutan garam tersebut adalah 11.

2. Berapakah pH larutan dari 200 mL larutan barium asetat 0,1 M? (K_a CH₃COOH = 2.10^-5)

Penyelesaian :

Larutan barium asetat terbentuk dari campuran basa kuat (Ba(OH)₂) dengan asam lemah (CH₃COOH). Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan bersifat basa.

Ba(CH₃COO)_2(aq) →  Ba⁺²_(aq) +  2 CH₃COO^-_(aq)

Ion yang terhidrolisis adalah ion CH₃COO^-. Konsentrasi ion CH₃COO^- adalah 0,2 M. Dengan demikian, pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :

[OH^-]  =  {(K_w /K_a)([ion yang terhidrolisis])}^1/2

[OH^-]  =  {(10^-14 / 2.10^-5)(0,2)}^1/2

[OH^-]  =  10^-5 M

Dengan demikian, pOH larutan adalah 5. Jadi, pH larutan garam tersebut adalah 9.

3. Hitunglah pH larutan NH₄Cl 0,42 M! (K_b NH₄OH = 1,8.10^-5)

Penyelesaian :

Larutan amonium klorida terbentuk dari campuran basa lemah (NH₄OH) dengan asam kuat (HCl). Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan bersifat asam.

NH₄Cl_(aq) →  NH₄⁺_(aq) +  Cl^-_(aq)

Ion yang terhidrolisis adalah ion NH₄⁺. Konsentrasi ion NH₄⁺ adalah 0,42 M. Dengan demikian, pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :

[H⁺]  =  {(K_w /K_b)([ion yang terhidrolisis])}^1/2

[H⁺]  =  {(10^-14 / 1,8.10^-5)(0,42)}^1/2

[H⁺]  =  1,53.10^-5 M

Dengan demikian, pH larutan garam tersebut adalah 4,82.

4. Hitunglah pH larutan NH₄CN 2,00 M! (K_a HCN = 4,9.10^-10 dan K_b NH₄OH = 1,8.10^-5)

Penyelesaian :

Larutan amonium sianida terbentuk dari campuran basa lemah (NH₄OH) dengan asam lemah (HCN). Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis total.

NH₄Cl_(aq) →  NH₄⁺_(aq) +  CN^-_(aq)

Ion yang terhidrolisis adalah ion NH₄⁺ dan ion CN^-. Dengan demikian, pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :

[H⁺]  =  {K_w (K_a/K_b)}^1/2

[H⁺]  =  {10^-14 (4,9.10^-10 / 1,8.10^-5)}^1/2

[H⁺]  =  5,22.10^-10 M

Dengan demikian, pH larutan garam tersebut adalah 9,28.

5. Berapakah massa garam NaCN yang harus dilarutkan untuk membentuk 250 mL larutan dengan pH sebesar 10? (K_a HCN = 10^-10 dan Mr NaCN = 49)

Penyelesaian :

Larutan natrium sianida terbentuk dari campuran basa kuat (NaOH) dengan asam lemah (HCN). Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan bersifat basa.

NaCN_(aq) →  Na⁺_(aq) +  CN^-_(aq)

pH = 10, berarti pOH = 4

Dengan demikian, [OH^-] = 10^-4 M

Perhitungan pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :

[OH^-]  =  {(K_w/K_a)([ion yang terhidrolisis])}^1/2

10^-4 =  {(10^-14 / 10^-10)[ion yang terhidrolisis]}^1/2

[ion yang terhidrolisis]  =  10^-4 M

Konsentrasi garam NaCN yang diperlukan sebesar 10^-4 M. Volume larutan sebanyak 250 mL = 0,25 L. Dengan demikian, mol garam NaCN yang dibutuhkan adalah :

Mol = Volume x Molar

Mol = 0,25 x 10^-4 = 2,5 x 10^-5 mol

Jadi, massa garam NaCN yang dibutuhkan sebanyak 2,5 x 10^-5 x 49 = 1,225 x 10^-3 gram = 1,225 mg.

Referensi:

Andy. 2009. Pre-College Chemistry.

Chang, Raymond. 2007. Chemistry Ninth Edition. New York: Mc Graw Hill.

Moore, John T. 2003. Kimia For Dummies. Indonesia: Pakar Raya.