Jumat, 05 April 2013

Kelarutan Senyawa Ionik Sukar Larut



Kesetimbangan Kelarutan
Dalam memperlakukan suatu kesetimbangan secara kualitatif, kita harus mengetahui nilai konstanta kesetimbangannya. Dalam pembahasan berikut kita akan mengamati kesetimbangan pada senyawa-senyawa ionik yang sukar larut dan menunjukkan bagaimana kita dapat menentukan konstanta kesetimbangannya. Begitu kita mendapatkan nilai-nilai konstanta kesetimbangan senyawa ionik yang beragam, kita dapat menggunakannya untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tentang kelarutan atau pengendapan suatu zat.
Aturan umum untuk memperkirakan kelarutan senyawa-senyawa ionik  dalam air digambarkan dalam tabel berikut :
Tabel 1.  Aturan Kelarutan bagi Senyawa-senyawa ionik dalam air pada suhu 25°C
Senyawa-senyawa yang dapat larut
Kekecualian yang tidak larut
Senyawa yang mengandung ion logam alkali (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) dan ion amonium  (NH4+)

Nitrates (NO3 ), bicarbonates (HCO3 ), dan chlorates (ClO3 )

Halides (Cl , Br , I )
Halida-halida Ag+, Hg22+, and Pb2+
Sulfates (SO42 –)
Sulfates  Ag+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Hg22+, dan Pb2+
Senyawa-senyawa yang tidak larut
Kekecualian yang larut
Carbonates (CO32– ), phosphates (PO43–), chromates (CrO42– ),  sulfides (S2–)
Senyawa yang mengandung ion logam alkali dan ion amonium
Hydroxides (OH)
Senyawa yang mengandung ion logam alkali dan ion Ba2+
Meskipun berguna, aturan kelarutan tidak membantu kita membuat perkiraan kuantitatif tentang berapa banyak senyawa ionik tertentu akan melarut dalam air. Untuk mengembangkan pendekatan kuantitatif, kita mulai dengan apa yang telah kita ketahui tentang kesetimbangan kimia. Kecuali dinyatakan lain secara khusus, dalam diskusi berikut kita asumsikan pelarutnya adalah air pada suhu 25 oC.
 Gambar 1  Sebutir batu gunjal, biasanya adalah kalsium fosfat atau kalsium oksalat yang mengendap sebagai kristal.
Konstanta Hasil Kali Kelarutan (Ksp)
Jika suatu senyawa ionik dilarutkan dalam air, biasanya akan melarut sebagai ion-ion. Jika secara berlebih suatu senyawa ionik sukar larut dicampurkan dengan air, akan terbentuk kesetimbangan antara senyawa padat dan ion-ionnya dalam larutan jenuh. Sebagai contoh, untuk garam kalsium oksalat, CaC2O4, kita memiliki kesetimbangan berikut:
CaC2O4 (s)    Ca2+ (aq)  + C2O42– (aq)
Konstanta kesetimbangan bagi proses kelarutan ini disebut konstanta hasil kali kelarutan CaC2O4, yang dituliskan
Ksp = [Ca2+] [C2O42–]
Secara umum, konstanta hasil kali kelarutan (Ksp) adalah konstanta kesetimbangan bagi kesetimbangan kelarutan suatu senyawa ionik sukar larut. Nilainya sama dengan hasil kali konsentrasi kesetimbangan ion-ion senyawa, dimana tiap konsentrasi dipangkatkan dengan jumlah ionnya dalam rumus senyawa. Seperti konstanta kesetimbangan pada umumnya, nilai Ksp tergantung pada suhu, tetapi pada suhu tertentu nilainya konstan pada berbagai konsentrasi ion.
Timbal (II) iodida, PbI2, merupakan garam sukar larut juga. Kesetimbangan dalam air
PbI2 (s) Pb2+ (aq)  +  2 I (aq)
Dan ungkapan konstanta kesetimbangannya, atau konstanta hasil kali kelarutannya, ialah
Ksp = [Pb2+] [I]2
Ksp senyawa ionik sukar larut diungkapkan dalam hubungan konsentrasi molar ion-ion dalam larutan jenuh. Konsentrasi ion-ion ini berkaitan dengan kelarutan molar senyawa ionik, yaitu jumlah mol senyawa yang larut dalam satu liter larutan jenuh. Dua contoh berikut menunjukkan bagaimana menentukan knstanta hasil kali kelarutan dari nilai kelarutan senyawa ionik yang sukar larut.
Contoh 1  Menghitung Ksp dari kelarutan (contoh sederhana)
Satu liter larutan jenuh kalsium oksalat, CaC2O4, pada suhu 25 oC diuapkan sampai kering sehingga meninggalkan residu sebanyak 0,0064 g. Hitung Ksp garam ini pada suhu 25 oC!
Strategi  Massa residu dari satu liter larutan jenuh sama dengan kelarutannya dalam satuan gram per liter. Ubah nilai ini ke kelarutan molar (kelarutan dalam mol per liter). Lalu ikuti langkah-langkah yang serupa dengan perhitungan kesetimbangan (susun tabel konsentrasi ion (mula-mula, perubahan, dan kesetimbangan) dan hitung Ksp dari konsentrasi-konsentrasinya. Konsentrasi mula-mula merupakan konsentrasi tiap spesi sebelum senyawa dilarutkan (= 0), dan nilai perubahannya diperoleh dari kelarutan molar.
Penyelesaian  Kelarutan kalsium oksalat adalah 0,0064 g/L dan massa rumusnya 128 sma. Pengubahan gram per liter ke mol per liter:
Kelarutan molar CaC2O4  =  0, 0064 g/L  × 
                                           =  5.0 × 10–5   mol/L
Sekarang perhatikan masalah kesetimbangannya.
Langkah 1: Misalkan kita mencampurkan padatan CaC2O4 ke dalam satu liter larutan. Dari padatan tersebut, 5.0 x 10–5 mol akan melarut membentuk 5 x 10–5 mol tiap ionnya. Hasilnya dirangkum dalam tabel berikut. (Karena konsentrasi padatan tidak muncul dalam Ksp maka kita tidak mencantumkannya dalam tabel tersebut.)
Konsentrasi (M)                     CaC2O4 (s)     Ca2+ (aq)         +     C2O42– (aq)
Mula-mula                                                                                0                               0
Perubahan                                                                + 5.0 x 10–5              + 5.0 x 10–5
Kesetimbangan                                                           5.0 x 10–5                  5.0 x 10–5
Langkah 2:   Nilai-nilai ini kita substitusikan ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan:
Ksp  =  [Ca2+] [C2O42–]  =  (5.0 x 10–5)( 5.0 x 10–5)  =  2.5 x 10–9
Uji jawaban     Seringkali, cara paling efektif untuk menguji kebenaran jawaban kita adalah dengan membalik pertanyaannya, yaitu menggunakan jawaban kita untuk menghitung nilai variabel yang diberikan soal semula. Dalam soal ini, mula-mula kita akan menghitung konsentrasi ion-ion dengan mencari akar kuadrat dari nilai Ksp yang kita dapatkan. Konsentrasi ion ini, dalam soal ini, sama dengan kelarutan molar. Dengan mengalikan kelarutan molar dengan massa rumusnya akan diperoleh kelarutan senyawa, yang semestinya cocok dengan nilai yang diberikan dalam soal.

Latihan 1    Ion perak dapat diperoleh dari larutan fotografi yang sudah digunakan dengan mengendapkannya sebagai perak klorida. Kelarutan perak klorida adalah 1.9 x  10–3 g/L. Hitunglah nilai Ksp.

Contoh 2    Menghitung nilai Ksp dari kelarutan (Contoh yang lebih sukar)
Berdasarkan eksperimen, diketahui bahwa 1.2 x 10–3 mol timbal(II) iodida, PbI2, larut dalam 1 L air pada suhu 25 oC. Berapakah konstanta hasil kali kelarutannya pada suhu ini?
Strategi    Soal ini mirip dengan contoh sebelumnya, kecuali bahwa setiap mol senyawa (PbI2) melarut membentuk dua mol anion (I). Perbedaan ini mempengaruhi perhitungannya dalam dua hal: mempengaruhi konsentrasi molar ion (konsentrasi molar anion adalah dua kali lipat dibanding kelarutan molar), dan mempengaruhi nilai konstanta kesetimbangan (yang mengandung ‘kuadrat konsentrasi anion’).
Penyelesaian
Langkah 1:   Anggap padatan timbal(II) iodida dicampurkan ke dalam 1 L larutan. Kita tahu bahwa 1.2 x 10–3 mol melarut membentuk 1.2 x 10–3 mol Pb2+ dan 2 x (1.2 x 10–3) mol I, sesuai tabel berikut:
Konsentrasi (M)               PbI2 (s)               Pb2+ (aq)      +              2 I (aq)
Mula-mula                                                                         0                                 0
Perubahan                                                         + 1.2 x 10–3        + 2 x (1.2 x 10–3)
Kesetimbangan                                                    1.2 x 10–3             2 x (1.2 x 10–3)
Langkah 2:   Substitusikan nilai-nilai ini ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan:
Ksp  =  [Pb2+][ I]2  =  (1.2 x 10–3) (2 x 1.2 x 10–3)2  =  6.9 x 10–9
Uji Jawaban    Seperti pada contoh sebelumnya, suatu uji efektif adalah dengan membalik perhitungan untuk mengetahui apakah kita mendapatkan nilai yang diberikan dalam pernyataan soal. Anggap kita memisalkan nilai kelarutan adalah x (yaitu nilai yang diberikan dalam soal). Maka x juga merupakan konsentrasi Pb2+ dan konsentrasi I adalah 2x (karena ion I dua kali lipat ion Pb2+). Maka Ksp =  [Pb2+][ I]2  =  (x)(2x)2  =  4x3,  dan
x  =   =    =  1.2 x 10–3

Latihan 2    Timbal(II) arsenat, Pb3(AsO4)2, pernah digunakan dalam insektisida. Zat ini hanya sedikit larut dalam air.  Jika kelarutannya 3.0 x 10–5 g/L, berapakah Ksp-nya? Asumsikan bahwa kesetimbangan kelarutan adalah satu-satunya yang penting.
Tabel 1 memuat daftar konstanta hasil kali kelarutan beberapa senyawa ionik. Jika konstanta hasil kali kelarutan diketahui, kelarutan senyawa tersebut dapat dihitung.
Tabel 1     Konstanta Hasil Kali Kelarutan beberapa  zat pada suhu 25 oC
  Zat terlarut                            Kesetimbangan Kelarutan                                             Ksp
  Aluminum hidroksida           Al(OH)3 (s)  Al3+ (aq)  +  3 OH (aq)                  1.3 × 10 –33
  Barium karbonat                   BaCO3 (s)  Ba2+ (aq)  +  CO32– (aq)                    5.2 × 10 –9
  Barium sulfat                        BaSO4 (s)  Ba2+ (aq)  +  SO42–  (aq)                    1.1 × 10 –10
  Kalsium karbonat                 CaCO3 (s)    Ca2+ (aq) +  CO32– (aq)                   2.8 × 10 –9
  Kalsium fluorida                   CaF2  (s)    Ca2+ (aq) +  2 F (aq)                       5.3 × 10 –9
  Kalsium sulfat                      CaSO4 (s)   Ca2+ (aq) +  SO42– (aq)                      9.1 × 10 – 6
  Kromium(III) hidroksida      Cr(OH)3 (s)     Cr3+ (aq) +  3 OH (aq)                6.3 × 10 – 32
  Besi(III) hidroksida               Fe(OH)3 (s)     Fe3+ (aq) +  3 OH (aq)                4.0 × 10 – 38
  Timbal(II) klorida                 PbCl2 (s)    Pb2+ (aq) +  2 Cl(aq)                       1.6 × 10 – 5
  Timbal(II) kromat                 PbCrO4 (s)   Pb2+ (aq) +  CrO42– (aq)                   2.8 × 10 –13      Timbal(II) iodida  PbI2 (s)     Pb2+ (aq) +  2 I (aq)                                             7.1 × 10 – 9
  Timbal(II) arsenat                 Pb3(AsO4)2 (s)    3 Pb2+ (aq)  +  2 AsO43– (aq)    4.0 × 10 –36
  Timbal(II) sulfida                 PbS (s)    Pb2+ (aq)  +  S 2–  (aq)                         2.5 × 10 – 27
  Magnesium karbonat            MgCO3  Mg2+ (aq) +  CO32– (aq)                         3.5 × 10 – 8
  Magnesium fluorida              MgF2 (s)   Mg2+ (aq) +  2 F (aq)                        3.7 × 10 – 8
  Magnesium hidroksida          Mg(OH)2 (s)    Mg2+ (aq) +  2 OH (aq)              1.8 × 10 – 11
  Magnesium fosfat                 Mg3(PO4)2 (s)   3 Mg2+ (aq) +  2 PO43– (aq)         1.0  × 10 – 25
  Raksa(I) klorida                    HgCl (s)   Hg+ (aq) +  Cl  (aq)                           1.3 × 10 – 18
  Perak bromida                      AgBr (s)     Ag+ (aq)  +  Br (aq)                         5.0 × 10 – 13
  Perak karbonat                      Ag2CO3 (s)   2 Ag+ (aq) + CO32–  (aq)                 8.5 × 10 – 12
  Perak klorida                        AgCl (s)    Ag+ (aq) +  Cl (aq)                           1.8 × 10 – 10
  Perak kromat                        Ag2CrO4 (s)    2 Ag+ (aq)  +  CrO42– (aq)             1.1 × 10 – 12
  Perak Iodida                         AgI (s)     Ag+ (aq) +  I (aq)                               8.5 × 10 – 17
  Strontium karbonat               SrCO3 (s)    Sr2+ (aq) +  CO32– (aq)                     1.1 × 10 – 10
  Strontium sulfat                    SrSO4 (s)    Sr2+ (aq) +  SO42– (aq)                      3.2 × 10 – 7

Contoh 3    Menghitung kelarutan dari Ksp
Mineral fluorit adalah kalsium fluorida, CaF2. Hitunglah kelarutan (dalam gram per liter) kalsium fluorida dalam air jika konstanta hasil kali kelarutannya 3.4 × 10 – 11.
Strategi    Soal ini merupakan kebalikan dari soal sebelumnya; alih-alih mencari Ksp dari kelarutan, sekarang kita menghitung kelarutan dari Ksp. Ikuti tiga langkah soal kesetimbangan, tetapi karena nilai kelarutan molar belum diketahui maka gunakan pemisalan dengan nilai x. Pada langkah 1, kita dapatkan konsentrasi tiap-tiap ion dengan cara mengalikan x dengan koefisiennya pada persamaan reaksi. Pada langkah 2, kita dapatkan Ksp sebagai pangkat tiga terhadap x. Pada langkah 3, kita selesaikan persamaan konstanta kesetimbangan bagi x, yang kita dapatkan dengan operasi akar pangkat tiga.
Penyelesaian
Langkah 1:   Anggap kelarutan molar CaF2 adalah x. Jika CaF2 padat dicampurkan ke dalam satu liter larutan, akan terlarut sebanyak x mol, menghasilkan x mol Ca2+ dan 2x mol F.
Konsentrasi (M)                     CaF2 (s)    Ca2+ (aq)  +  2 F (aq)
     Mula-mula                                                             0                   0
     Perubahan                                                           + x                + x
     Kesetimbangan                                                      x                   x

Langkah 2: Substitusikan x ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan.
         [Ca2+][ F ]2     =  Ksp
             (x) × (2x)2     =  3.4 × 10 – 11
                      4 x3     =  3.4 × 10 – 11
Langkah 3: Cari nilai x.
             x   =     = 2.0 × 10 – 4
Kelarutan molar CaF2 adalah 2.0 × 10 – 4 mol per liter. Untuk mengetahui kelarutannya dalam gram per liter, kalikan dengan massa molarnya (78 /mol).
Kelarutan  =  2.0 × 10 – 4 mol CaF2/L ×   = 1.56 × 10 –2  g CaF2/L
Uji Jawaban    Sebagai pemeriksaan cepat atas pekerjaan kita, hitung Ksp bagi CaF2 dari nilai konsentrasi molar ion yang kita dapatkan:
Perhatikan keseuaian (dengan eror penghitungan) dengan nilai yang diberikan dalam soal (yaitu 3.4 × 10 – 11)

Latihan 3    Anhidrit adalah mineral kalsiumsulfat yang diperoleh jika air laut diuapkan. Berapakah kelarutan kalsium sulfat, dalam gram per liter? Gunakan Tabel 1 di atas untuk nilai Ksp kalsium sulfat.
Contoh-contoh di atas menggambarkan hubungan antara kelarutan (s) senyawa ionik yang sukar larut dalam air murni dengan konstanta hasil kali kelarutan (Ksp)-nya. Pada bagian berikutnya kita akan mengetahui bagaimana Ksp suatu zat dapat digunakan untuk menghitung kelarutannya dengan kehadiran ion-ion lain. Ksp juga berguna untuk meramalkan terjadinya pengendapan pada kondisi tertentu.
Sebelum meninggalkan bagian ini, perlu ditambahkan catatan penting. Kita telah menghitung Ksp kalsium oksalat (CaC2O4) dan kelarutan kalsium fluorida (CaF2) dengan mengasumsikan bahwa hanya kesetimbangan kelarutan yang penting. Harus tetap ingat bahwa hidrolisis oleh anion juga bisa cukup berpengaruh, khususnya jika anion tersebut cukup basa yang akan signifikan jika asam konjugasinya lemah. Dalam dua contoh di atas, hidrolisis relatif kurang penting.
Cek Penguasaan Konsep 1
Senyawa- senyawa timbal (timah hitam) pernah digunakan sebagai zat warna pada cat, tetapi karena ion timbal(II) merupakan racun maka penggunaan cat bertimbal di rumah sekarang sudah dilarang. Manakah di antara senyawa timbal(II) berikut yang menghasilkan paling banyak ion Pb2+ jika ditambahkan ke dalam air dalam jumlah sama (anggap bahwa padatan yang tidak larutnya tetap) : PbCrO4, Pb3(AsO4)2, PbS ?
Kelarutan dan Efek Ion Sejenis
Pentingnya konstanta hasil kali kelarutan menjadi lebih nyata jika kita menghitung kelarutan suatu garam dalam larutan garam lain yang memiliki kation atau anion yang sama. Misalkan, anggap kita ingin mengetahui kelarutan kalsium oksalat dalam larutan kalsium klorida. Kedua garam menyumbang kation yang sama (Ca2+). Pengaruh ion kalsium yang disediakan oleh kalsium klorida menyebabkan kalsium oksalat menjadi kurang larut dibanding kelarutannya dalam air murni.
Kita dapat menjelaskan penurunan kelarutan ini dalam kerangka Asas Le Châtelier. Anggap mula-mulakita campurkan kristal kalsium oksalat dalam sejumlah air murni sehingga tercapai kesetimbangan
CaC2O4 (s)    Ca2+ (aq)  +  C2O42 – (aq)
Sekarang bayangkan kita menambahkan kalsium klorida. Kalsium klorida merupakan garam yang mudah larut, sehingga terlarut dan meningkatkan konsentrasi ion kalsium. Kita dapat menganggap peningkatan ini sebagai tekanan terhadap kesetimbangan awal. Berdasarkan Asas Le Châtelier, ion-ion ini akan bereaksi mengurangi penambahan ion kalsium.
CaC2O4 (s)    Ca2+ (aq)  +  C2O42 – (aq)
Dengan kata lain, sebagian kalsium oksalat mengendap dari larutan. Larutan ini sekarang kurang mengandung kalsium oksalat. Kita dapat menyimpulkan bahwa kalsium oksalat kurang larut dalam larutan kalsium klorida dibanding dalam air murni.
Larutan kalsium klorida mengandung ion yang sejenis dengan kalsium oksalat yang sukar larut. Penurunan kelarutan kalsium oksalat dalam larutan kalsium klorida merupakan satu contoh efek ion sejenis. Pada umumnya, sembarang kesetimbangan ionik dipengaruhi oleh zat yang menghasilkan ion yang terlibat kesetimbangan, sebagaimana diperkirakan berdasarkan prinsip Le Châtelier. Gambar 2 memperlihatkan prinsip efek ion sejenis pada timbal(II) kromat, PbCrO4, yang hanya sedikit larut dalam air pada suhu 25oC. Jika Pb(NO3)2 yang sangat mudah larut ditambahkan pada larutan PbCrO4 jenuh, konsentrasi ion sejenis, Pb2+, meningkat dan PbCrO4 mengendap. Kesetimbangannya adalah
PbCrO4 (s)    Pb2+ (aq)  +  CrO42– (aq)
Gambar 2 Demonstrasi efek ion sejenis. Ketika praktkan menambahkan larutan timbal(II) nitrat (tak berwarna) dari pipet ke dalam larutan jenuh timbal(II) kromat (kuning pucat) terbentuk endapan kuning timbal(II) kromat.
Contoh berikut memperlihatkan bagaimana menghitung kelarutan garam sukar larut dalam larutan yang mengandung zat dengan ion sejenis.
Contoh 4    Menghitung kelarutan garam sukar larut dalam larutan mengandung ion sejenis
Berapakah kelarutan molar kalsium oksalat dalam 0.15 M kalsium klorida? Bandingkan kelarutan molar ini dengan kelarutan molar (contoh 1) CaC2O4 dalam air murni (5.0 x 10–5 M). Ksp kalsium oksalat ialah 2.3 x 10–9 .
Strategi    Kedua garam mengandung ion sejenis (Ca2+): salah satu garam (CaCl2) mudah larut dan menghasilkan ion Ca2+ yang menghambat kelarutan garam yang sukar larut (CaC2CO4). Kita selesaikan kesetimbangan kelarutan bagi garam yang sukar larut, dengan catatan bahwa ketika menyusun tabel konsentrasi, kita punya konsentrasi awal ion Ca2+ dari CaCl2. Persamaan kosntanta kesetimbangan yang kita dapat merupakan persamaan kuadrat, yang dapat kita ubah menjadi persamaan linear dengan asumsi nilai x sangat kecil (yaitu bahwa konsentrasi awal Ca2+ tidak terpengaruh oleh pelarutan garam yang sukar larut.) Nilai x sama dengan kelarutan molar garam yang sukar larut dalam keberadaan ion sejenis.
Penyelesaian
Langkah 1:   Fikirkan padatan CaC2CO4 dicampurkan ke dalam 1 L larutan CaCl2 0.15 M dan bahwa kelarutan molar CaC2CO4 adalah x M. Mula-mula (sebelum CaC2CO4 larut) terdapat 0.15 mol ion Ca2+ dalam larutan. Ketika CaC2CO4 dicampurkan, x mol larut dan memberikan x mol tambahan Ca2+ dan x mol C2CO42–. Tabel berikut merangkum hasil-hasil ini:
Konsentrasi                    CaC2O4 (s)                 Ca2+ (aq)           +        C2O42 – (aq)
Mula-mula                                                                         0.15                                    0
Perubahan                                                                           + x                                 + x
Kesetimbangan                                                         0.15 + x                                    x
Langkah 2: Substitusikan ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan:
[Ca2+][C2O42–]        =  Ksp
            (0.5 + x) x   =   2.3 x 10–9
Langkah 3: Susun ulang persamaannya sehingga
x  = 
Karena kalsium oksalat sangat sedikit terlarut, kita dapat mengabaikan nilai x terhadap 0.15. Dalam hal ini
0.15 + x      0.15
Maka persamaan sebelumnya menjadi
x      =  1.5 x 10–8
Perhatikan bahwa nilai x memang sangat lebih kecil dibanding 0.15, maka asumsi kita benar. Oleh karena itu, kelarutan molar kalsium oksalat dalam 0.15 M CaCl2 adalah 1.5 x 10–8 M. Dalam air murni, kelarutan molarnya 5.0 x 10–5 M, yaitu kira-kira 3000 kali lebih besar.

Latihan 4    a. Hitung kelarutan molar barium fluorida, BaF2, dalam air pada 25oC. Ksp BaF2 pada suhu ini adalah 1.0 x 10–6. b. Berapa kelarutan BaF2 dalam 0.15 M NaF pada suhu 25oC? Bandingkan kelarutan dalam soal ini dengan kelarutannya dalam air murni.

Cek Penguasaan Konsep 2
Seandainya kamu punya sejumlah volum yang sama dari larutan jenuh  NaNO3, Na2SO4, dan PbS. Lartan manakah yang paling banyak melarutkan PbSO4?
Perhitungan Pengendapan
Dalam gambar 1 ditunjukkan bahwa kalsium oksalat mengendap membentuk batu ginjal. Garam yang sama akan mengendap dalam tubuh jika asam oksalat (suatu racun) secara tak sengaja tercerna, karena dalam darah terdapat ion Ca2+. (Lihat Gambar 3 untuk contoh lain pengendapan) Untuk memahami proses seperti ini, kita harus memahami kondisi bisa terjadinya pengendapan. Pengendapan seakan cara lain meninjau suatu kesetimbangan kelarutan. Daripada mempertanyakan berapa banyak suatu zat akan terlarut dalam larutan, tanyakan : Akankah terjadi pengendapan pada konsentrasi ion mula-mula?
 Gambar 3. Pembentukan endapan. Perak kromat, Ag2CrO4, mengendap ketika praktikan menambahkan
larutan kalium kromat, K2CrO4(aq), ke dalam larutan perak nitrat, AgNO3(aq).
Kriteria Terjadinya Pengendapan
Pertanyaan di atas dapat dinyatakan secara lebih umum: Jika diberikan konsentrasi suatu zat dalam reaksi, akankah reaksi berlangsung dalam arah maju atau dalam arah balik? Untuk menjawab ini, kita harus mengevaluasi kuotien reaksi, Qc, dan membandingkannya dengan konstanta kesetimbangan Kc. Kuotien reaksi memiliki bentuk sama dengan persamaan konstanta kesetimbangan, tetapi konsentrasi zat-zatnya tidak mesti pada nilai kesetimbangan. Tepatnya konsentrasi pada saat awal reaksi. Untuk memperkirakan arah reaksi, bandingkanlah Qc dengan Kc.
Jika  Qc  <  Kc, reaksi berlangsung ke arah reaksi maju
Jika  Qc  =  Kc, campuran reaksi pada kesetimbangan
Jika  Qc  >  Kc, reaksi berlangsung ke arah reaksi balik
Misalkan kita menambahkan timbal(II) nitrat (Pb(NO3)2), dan natrium klorida (NaCl), ke dalam air yang menghasilkan larutan dengan 0.05 M Pb2+ dan 0.10 M Cl. Akankah terbentuk endapan timbal(II) klorida (PbCl2)?  Untuk menjawabnya, harus terlebih dahulu dituliskan kesetimbangan kelarutannya.
PbCl2 (s)  Pb2+ (aq)  +  2 Cl (aq)
Kuotien reaksinya memiliki bentuk yang sama dengan persamaan konstanta kesetimbangan, dalam hal ini Ksp, tetapi konsentrasi perkaliannya menggunakan nilai awal yang ditulis dengan subskrip i.
Qc  =  [Pb2+]i [Cl]i2
Nilai Qc reaksi kelarutan sering disebut hasil kali ion, daripada kuotien reaksi, karena merupakan hasil kali konsentrasi ion-ion dalam larutan dipangkatkan dengan jumlah ionnya dalam rumus senyawa ionik tersebut.
Untuk mengetahui hasil kali ion (Qc), kita substitusikan konsentrasi ion Pb2+ dan ion Cl dalam larutan pada saat awal reaksi, yaitu 0.05 M Pb2+ dan 0.10 M Cl. Maka didapat
Qc  =  (0.05)(0.10)2  =  5.0  x 10–4
Ksp PbCl2 adalah 1.6 x 10–5 (Tabel 1) sehingga Qc lebih besar daripada Ksp. Oleh karena itu, reaksi berlangsung dalam arah balik, yaitu
PbCl2 (s)   Pb2+ (aq)  +  2 Cl (aq)
Dengan kata lain, Pb2+ dan Cl bereaksi menghasilkan endapan PbCl2. Begitu terbentuk endapan maka konsentrasi ion-ion, dan pasti hasil kali ion, akan berkurang. Pembentukan endapan berhenti manakala hasil kali ion sama dengan Ksp. Maka campuran reaksi mencapai  keadaan kesetimbangannya.
Kita dapat membuat ringkasan kesimpulan kriteria pengendapan berikut.
Pengendapan diharapkan terjadi jika hasil kali ion suatu reaksi kelarutan lebih besar daripada nilai Ksp. Jika hasil kali ion lebih kecil daripada Ksp pengendapan tidak terjadi (dan larutan tidak jenuh dengan senyawa ionik tersebut). Jika hasil kali ion sama dengan Ksp, maka reaksi berada pada kesetimbangan (dan larutan jenuh dengan senyawa ionik tersebut).
Pengendapan mungkin tidak terjadi walaupun hasil kali ion terlampaui. Dalam kasus seperti ini larutan menjadi lewat jenuh. Biasanya kristal kecil terbentuk setelah beberapa lama, kemudian pengendapan terjadi secara cepat.

Contoh 5    Memprediksi Pengendapan (diketahui konsentrasi)
Konsentrasi ion kalsium dalam plasma darah adalah 0.0025 M. Jika konsentrasi ion oksalat adalah 1.0 x 10–7 M, akankah kalsium oksalat mengendap? Ksp kalsium oksalat adalah 2.3 x 10–9.
Stategi     Sederhananya, pengendapan hanyalah cara lain meninjau kesetimbangan kelarutan.
CaC2O4 (s)    Ca2+ (aq)  +  C2O42 – (aq)
Ke arah kanan kalsium oksalat melarut, tetapi ke arah kiri Ca2+ dan C2O42– bereaksi menjadi endapan kalsium oksalat. Kuotien reaksi, Qc, reaksi ini adalah hasil kali ion [Ca2+]i [C2O42–]i. Hasil kali ion ini berkurang ketika terjadi pengendapan (dan konsentrasi ion berkurang). Saat reaksi mendekati kesetimbangan, kuotien reaksi mendekati konstanta kesetimbangan (hasil kali kelarutan) Ksp. Ini berarti bahwa Qc mesti lebih besar daripada Ksp agar pengendapan terjadi; bila sebaliknya, pengendapan tidak dapat terjadi. Jadi, hitunglah Qc dan bandingkan dengan Ksp.
Penyelesaian   Hasil kali ion bagi kalsium oksalat adalah
Hasil kali ion  =  [Ca2+]i [C2O42–]  =  (0.0025)(1.0 x 10–7)  =  2.5 x 10–10
Nilai ini lebih kecil daripada Ksp, maka tidak terjadi pengendapan.
Uji Jawaban  Pastikan bahwa Anda telah menuliskan persamaan yang tepat untuk menghitung kuotien reaksi Qc dan bahwa Anda telah membandingkannya dengan benar dengan nilai Ksp.

Latihan 5    Anhidrit adalah suatu mineral yang terbentuk dari CaSO4 (kalsium sulfat). Suatu danau di pedalaman mengandung ion Ca2+ dan SO42–  masing-masing pada konsentrasi 0.0052 M dan 0.0041 M. Jika konsentrasi ini meningkat dua kali lipat karena penguapan, akankah kalsium sulfat mengendap?

Contoh 6    Memprediksi Pengendapan (diketahui volum larutan dan konsentrasi)
Ion sulfat (SO42–) dalam larutan sering ditentukan secara kuantitatif dengan mengendapkannya sebagai barium sulfat (BaSO4). Ion sulfat dapat terbentuk dari senyawa belerang. Analisis jumlah ion sulfat kemudian menunjukkan persentase belerang dalam senyawanya. Dapatkah diharapkan terjadi pengendapan pada kesetimbangan jika 50.0 mL 0.0010 M BaCl2 ditambahkan ke dalam 50.0 mL 0.00010 M Na2SO4? Ksp barium sulfat adalah 1.1 x 10–10. Asumsikan bahwa volum total setelah dicampurkan sama dengan jumlah volum kedua larutan sebelumnya.
Strategi       Anda perlu menghitung Qc, untuk dibandingkan dengan Ksp. Untuk mendapatkan Qc, Anda perlu mengetahui konsentrasi ion-ion dalam larutan setelah dicampurkan, sebelum terjadi pengendapan (andai memang terjadi). Pertama, hitung jumlah mol tiap ion yang dicampurkan. Kemudian, dengan menggunakan volum total larutan, hitung konsentrasi molar tiap ion. Akhirnya hitunglah Qc dan bandingkan dengan Ksp.
Penyelesaian   Jumlah mol Ba2+ dalam 50.0 mL (= 0.050 L) BaCl2 0.0010 M adalah
Jumlah Ba2+  =    × 0.050 L lar.  =  5.0 × 10–5 mol Ba2+
Konsentrasi molar Ba2+ dalam campuran sama dengan jumlah mol Ba2+ dibagi volum total (0.050 L BaCl2  +  0.050 L Na2SO4  =  0.100 L).
[Ba2+]  =    =  5.0 × 10–4 M
Dengan cara sama kita dapatkan [SO42–]  = 5.0 × 10–5 M                  (coba lakukan sendiri)
Hasil kali ionnya adalah
Qc  =  [Ba2+]i [SO42–]i  =  (5.0 × 10–4) (5.0 × 10–5) = 2.5 × 10–8.
Karena Qc > Ksp maka barium sulfat mengendap.

Latihan 6    Suatu larutan 0.00016 M timbal(II) nitrat, Pb(NO3)2 dituangkan ke dalam 456 mL natrium sulfat (Na2SO4) 0.00023 M. Akankah terbentuk endapan timbal(II) sulfat (PbSO4) jika 255 mL larutan timbal nitrat ditambahkan?
Pengaruh Kualitatif pH
Bayangkan kesetimbangan antara padatan kalsium oksalat dan ion-ionnya dalam air  adalah
CaC2O4 (s)    Ca2+ (aq)  +  C2O42 – (aq)
Karena ion oksalat merupakan konjugasi dari asam lemah (ion hidrogen oksalat HC2O4) akan mungkin mengharapkannya bereaksi dengan ion H3O+ yang ditambahkan, misal dari asam kuat:
C2O42– (aq)  +  H3O+ (aq)    HC2O4 (aq)  +  H2O (l)
Berdasarkan Asas Le Châtelier, ketika ion C2O42– berkurang karena bereaksi dengan ion H3O+, lebih banyak kalsium oksalat terlarut menghasilkan lagi ion C2O42–.
CaC2O4 (s)    Ca2+ (aq)  +  C2O42 – (aq)
Oleh karena itu, Anda menduga kalsium oksalat menjadi lebih larut dalam larutan bersifat asam (pH rendah) daripada dalam air murni.
Pada umumnya, garam dari asam lemah lebih mudah larut dalam larutan bersifat asam. Sebagai contoh adalah proses perusakan gigi. Bakteri-bakteri pada gigi menghasilkan medium yang bersifat asam yang merupakan hasil metabolisme gula. Gigi sendiri normalnya terbuat dari kalsium fosfat mineral hidroksiapatit, yang dapat ditulis sebagai Ca5(PO4)3OH atau 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2. Garam mineral dari asam lemah H2O (berkonjugasi dengan OH) ini larut dengan keberadaan medium asam, menghasilkan lubang dalam gigi. Pasta gigi fluorida menghasilkan ion F, yang secara berangsur menggantikan ion OH dalam gigi menghasilkan fluoroapatit, Ca5(PO4)3F atau 3Ca3(PO4)2.CaF2, yang lebih sukar larut daripada hidroksiapatit.
Contoh 7  Menentukan Efek Kualitatif pH terhadap Kelarutan
Di antara dua garam sukar larut,kalsium karbonat dan kalsium sulfat, manakah yang kelarutannya lebih terpengaruh dengan penambahan asam kuat HCl? Apakah kelarutannya meningkat atau berkurang?
Strategi    Asam kuat mempengaruhi kelarutan garam dari asam lemah dengan memberikan ion hidronium yang bereaksi dengan aniondari garam tersebut dalam larutan. Begitu anion hilang karena reaksi ini, lebih banyak garam melarut untuk memulihkan lagi konsentrasi anion. Kita perlu menentukan garam mana yang memiliki anion yang berpasangan dengan asam yang lebih lemah.
Penyelesaian    Kalsium karbonat memiliki persamaan kelarutan
CaCO3 (s)    Ca2+ (aq)  +  CO32– (aq)
Jika ditambahkan asam kuat, ion hidrogen akan bereaksi dengan ion karbonat, karena berkonjugasi dengan asam lemah (HCO3).
H3O+ (aq)  +  CO32– (aq)    H2O (l)  +  HCO3 (aq)
Saat io karbonat dihilangkan, kalsium karbonat melarut. Selain itu, ion hidrogen karbonat sendiri dihilangkan dalam reaksi lebih lanjut.
H3O+ (aq)  +  HCO3 (aq)    H2O (l)  +  H2CO3 (aq)   2 H2O (l)  +  CO2 (g)
Gelembung gas karbon dioksida muncul saat kalsium karbonat melarut.
Sedangkan bagi kalsium sulfat, kesetimbangannya ialah
                                  CaSO4 (s)    Ca2+ (aq)  +  SO42– (aq)
           H3O+ (aq)  +  SO42– (aq)    H2O (l)  +  HSO4 (aq)
Lagi, anion dari garam sukar larut dihilangkan oleh reaksi dengan ionhidronium. Kita dapat menduga kalsium sulfat menjadi lebih larut dalam asam kuat. Tetapi, HSO4 adalah asam yang jauh lebih kuat dibanding HCO3 , bisa kita ketahui dengan membandingkan konstanta ionisasi-asam keduanya. (Nilai Ka2 H2CO3 dan Ka HSO4 adalah 4.8 × 10–11 dan 1.1 × 10–2). Maka kalsium karbonat lebih mudah larut dalam larutan bersifat asam, sedangkan kelarutan kaslium sulfat hanya sedikit terpengaruh.
Uji Jawaban    Pastikan Anda membandingkan konstanta ionisasi-asam dengan benar. Untuk tiap garam, lihatlah pada asam yang berpasangan dengan anion plus satu ion hidrogen. Untuk CaCO3, lihat pada CO32–  plus H+ (HCO3, bukannya H2CO3). Untuk CaSO4, lihatlah pada SO42– plus H+ (HSO4, bukan H2SO4).

Latihan 7    Garam manakah yang akan lebih terpengaruh kelarutannya oleh perubahan pH, perak klorida ataukah perak sianida?

Uji Konsep  Jika Anda menambahkan larutan asam encer ke dalam campuran yang emgandung magnesium oksalat dan kalsium oksalat, manakah di antara keduanya yang akan larut?
Pemisahan Ion-Ion Logam
Umumnya garam-garam sulfida kurang larut dalam air, tetapi kelarutannya tinggi dalam larutan yang bersifat asam. Sifat seperti ini dimanfaatkan untuk memisahkan campuran ion-ion logam.
Andaikan suatu larutan mengandung campuran ion Zn2+ 0,1 M dan ion Pb2+ 0,1 M. Bagaimana memisahkan kedua logam tersebut?
Untuk memisahkannya dapat dilakukan berdasarkan pembentukan logam sulfida dengan cara mengalirkan gas H2S ke dalam larutan itu.
Gas H2S akan terurai membentuk ion H+ dan S2–. Ion sulfida (S2–) yang dihasilkan dengan cara ini dapat bereaksi dengan ion logam membentuk logam sulfida.
Zn2+ (aq)  +  S2– (aq)    ZnS (s)
Pb2+ (aq)  +  S2– (aq)    PbS (s)
Untuk mengetahui logam sulfida mana yang mengendap dapat ditentukan berdasarkan nilai hasil kali kelarutan, kemudian dibandingkan dengan nilai  Ksp-nya.
Konsentrasi ion S2– dalam larutan setara dengan  Ka (H2S) = 1,2 × 10–13 sehingga hasil kali kelarutan ion-ion ZnS adalah sebagai berikut.
[Zn2+] [ S2–]  = (0.1) (1.2 × 10–13)  =  1.2 × 10–14
Hasil kali konsentrasi molar ion Zn2+ dan S2– lebih besar daripada Ksp (ZnS) yaitu 1,1 × 10–21 maka seng(II) sulfida mengendap. Demikian juga hasil kali konsentrasi ion-ion [Pb2+] [S2–] = 1,2 × 10–14 lebih besar dari Ksp (PbS) = 2,5 × 10–27 sehingga timbal(II) sulfida juga mengendap.
Oleh karena ZnS dan PbS keduanya mengendap maka kedua ion tersebut belum dapat dipisahkan. Untuk memisahkan kedua logam tersebut dapat dilakukan dengan cara mengasamkan larutan.
Simak pengaruh penambahan asam kuat ke dalam larutan Zn2+ dan Pb2+ sebelum dijenuhkan dengan gas H2S. Ion H+ dari asam kuat akan menekan ionisasi H2S sehingga menurunkan konsentrasi ion S2–.
H2S (g)    H+ (aq)  +  S2– (aq)
Dengan mengatur konsentrasi ion H+ (pH larutan) maka  kelarutan ion S2– dapat diatur, tentunya pengendapan ZnS dan PbS dapat dikendalikan. Oleh karena  Ksp PbS jauh lebih kecil dibandingkan ZnS maka PbS akan mengendap lebih dulu pada pH tertentu.
Bagan umum untuk menyelesaikan soal-soal Kelarutan dan Ksp digambarkan di bawah ini:
Kelarutan
Senyawa
Kelarutan Molar
Senyawa
Konsentrasi kation dan anion
Ksp
Senyawa
 



Ksp
Senyawa
Konsentrasi kation dan anion
Kelarutan Molar Senyawa
Kelarutan
Senyawa
(a)


(b)
Urutan langkah (a) untuk menghitung Ksp dari data kelarutan, dan (b) untuk menghitung kelarutan dari data Ksp.

Soal-soal Latihan
1. Tuliskan persamaan hasil kali kelarutan senyawa berikut:
a. Mg(OH)2                   b. SrCO3                            c. Ca3(AsO4)2                d. Fe(OH)3
2. Kelarutan perak bromat, AgBrO3, dalam air adalah 0.0072 g/L. Hitung nilai Ksp!
3.  Hitung Ksp tembaga(II) iodat, Cu(IO3)2. Kelarutannya dalam air adalah 0.13 g/100 mL.
4.  Strontianit (strontium karbonat) merupakan mineral penting strontium. Hitung kelarutan strontium karbonat, SrCO3, dari nilai Ksp-nya. (Lihat nilainya dalam tabel).
5.  Berapakah kelarutan PbF2 dalam air? Ksp PbF2 = 2.7 × 10–8.
6.  Berapakah kelarutan (dalam g/L) strontium sulfat, SrSO4, dalam 0.23 M natrium sulfat, Na2SO4? (gunakan tabel)
7.  Kelarutan magnesium fluorida, MgF2, dalam air adalah 0.016 g/L. Berapakah kelarutannya dalam 0.020 natrium fluorida, NaF?
8.  Timbal(II) kromat, PbCrO4, digunakan sebagai zat warna kuning pada cat (“chrome yellow”). Jika larutan yang dibuat adalah 5.0 x 10 – 4 M dalam ion timbal, Pb2+, dan 5.0 × 10–5 M dalam ion kromat, CrO42–,  dapatkah diduga timbal(II) kromat akan mengendap? (gunakan tabel)
9.  Larutan berikut dicampurkan: 1.0 L 0.00010 M NaOH dan 1.0 0.0020 M MgSO4. Apakah terjadi pengendapan?
10.  Manakah garam yang yang melarut lebih mudah dalam larutan bersifat asam: barium sulfat ataukah barium fluorida? Jelaskan.

Sumber Rujukan
1)   Brown, T.L., et.al., 2012, Chemistry: The Central Science, 12th ed., Boston: Prentice Hall, p.722 – 730.
2)   Chang, R., 2010, Chemistry, 10th ed., Boston: McGraw-Hill Higher Education, p.735 – 748.
3)   Ebbing, D.D. and S.P. Gammon, 2009, General Chemistry, 9th ed., New York: Houghton Mifflin Company, p.699 – 713.
4)   Eubanks, L.P., et.al., 2009, Chemistry in Context, 6th ed., New York: McGraw-Hill Higher Education, p.214 – 219.
5)   Petrucci, R.H., et.al., 2011, General Chemistry: Principles and Moedern Applications, 10th ed., Toronto: Pearson Canada Inc., p.784 – 798.
6)   Zumdahl, S.S., et.al., 2007, World of Chemistry, Illinois: McDougal Littell, p.622 – 625.