Termodinamika Proses Pelarutan Senyawa Ionik

Proses pelarutan senyawa ionik dapat dilakukan dengan cara mendispersi ion-ion dalam kisi kristal kedalam fasa gas kemudian dalam tahap yang berbeda, molekul-molekul air mengelilingi ion-ion gas untuk menghasilkan ion-ion hidrat. Sehingga, interaksi ion-ion (ikatan ion) terputus dan terbentuk interaksi ion-dipol.Jika dalam pembentukan senyawa faktor-faktor termodinamika digunakan untuk menentukan senyawa yang terbentuk berlangsung spontan atau tidak spontan, maka dalam proses pelarutan faktor-faktor termodinamika digunakan untuk menentukan derajat kelarutan.

1. Energi kisi

Untuk memutuskan ion-ion bebas dari kisi membutuhkan energi yang besar. Nilai dari energi kisi bergantung pada kekuatan ikatan ion. Kekuatan ion berkaitan erat dengan ukuran dan muatan ion. Magnesium oksida yang mengandung 2 ion positif akan memiliki energi kisi lebih tinggi dibandingkan dengan natrium flourida yang hanya mengandung 1 ion positif, yaitu masing –masing 3933 kJ.mol-1 dan 915 kJ.mol-1. Sama halnya juga dengan entropi, akan selalu lebih tinggi entropi padatan kristal yang memiliki susunan yang teratur dibandingkan gas yang susunannya tidak teratur. Konsekuensi dari hal ini, perubahan entropi (?S) dan perubahan entalpi (?H) untuk disosiasi kisi selalu positif.

2. Energi hidrasi

Dalam larutan aqua, ion-ion dikelilingi oleh molekul-molekul air polar. Dalam lapisan (rongga) hidrasi pertama molekul-molekul air mengelilingi kation, dimana atom oksigen yang memiliki muatan parsial negatif mengarah pada kation. Begitu juga dengan anion yang dikelilingi molekul-molekul air, atom hidrogen yang memiliki muatan parsial positif akan mengarah pada anion. Jumlah molekul air yang mengelilingi suatu ion disebut bilangan hidrasi.

Gambar 6.4 Lapisan pertama dan kedua hidrasi kation metal

Ion dengan ukuran kecil akan memiliki jumlah molekul air lebih banyak dalam lapisan/rongga hidrasi dibandingkan dengan ion yang ukurannya besar. Akibatnya, ukuran efektif ion yang terhidrasi dalam larutan akan sangat berbeda dengan fasa padatnya. Perbedaan ukuran ini disajikan dalam tabel 6.5 Ukuran ion kalium yang terhidrasi lebih mudah untuk melewati membran biologi karena ukurannya sangat kecil dibandingkan dengan ion natrium terhidrasi karena ukurannya lebih besar.

Tabel 6.5 pengaruh hidrasi terhadap ukuran ion Natrium dan KaliumIon Jari-jari (pm) Ion terhidrasi Jari-jari hidrasi (pm)Na+ 116 Na(OH2)13+ 276K+ 152 K(OH2)7+ 232

Pembentukan interaksi ion-dipol ion-ion terhidrasi bersifat eksotermis. Nilai entalpi hidrasi juga bergantung pada muatan dan ukuran ion serta kerapatan muatan. Tabel 6.6 menunjukkan hubungan antara entalpi hidrasi dengan kerapatan muatan untuk kation-kation yang isoelektronik.

Tabel 6.6 Entalpi hidrasi dan rapat muatan kation isoelekronikIon Entalpi hidrasi (kJ.mol-1) Rapat muatan (C.mm-3)Na+ -406 24Mg2+ -1920 120Al3+ -4610 364

Entropi hidrasi bernilai negatif, penyebabnya adalah molekul-molekul air yang mengelilingi ion memiliki susunan yang lebih teratur dibandingkan molekul air yang bebas. Kation yang berukuran kecil seperti magnesium dan aluminium rongga hidrasinya lebih besar dibandingkan dengan rongga hidrasi natrium. Akibatnya susunan molekul air yang kuat disekitar kation tersebut.

3. Perubahan energi proses pelarutan

Untuk memahami perubahan energi pada proses pelarutan dapat diilustrasikan dengan proses pelarutan natrium klorida yang telah dibahas sebelumnya. Dalam proses ini, tarikan ion dalam kisi dapat diatasi dengan interaksi ion-dipol dengan molekul-molekul air.

Na+Cl-(s) --> Na+(aq) + Cl-(aq)

Proses di atas dibagi menjadi beberapa tahap, pertama kisi diuapkan dengan cara didisosiasi ke dalam ion-ion gas:

NaCl(s) --> Na+(g) + Cl-(g) ??H?_^o = -788 kJ.mol-1

Kemudian, ion dihidrasi:

Na+(g) --> Na+(aq) ??H?_^o = -406 kJ.mol-1

Cl-(g) --> Cl-(aq) ??H?_^o = -378 kJ.mol-1

Maka perubahan entalpi, ??H?_^o, untuk proses pelarutan tersebut adalah

(+788)+(-406)+(-378) = +4 kJ.mol-1

Proses ini ditampilkan pada gambar 6.5.

Gambar 6.5 Siklus entalpi teoritik proses pelarutan natrium klorida

Perubahan entalpi selalu jauh lebih besar dibandingkan dengan perubahan entropi pada suhu normal. Meskipun demikian, dalam kasus ini, perubahan entalpi yang besar secara mendasar saling ‘meniadakan’ satu sama lain. Hal ini menjadikan perubahan entropi kecil sebagai faktor utama dalam menentukan kelarutan natrium klorida. Berikut hasil perhitungan faktor entropi:Pertama kisi diuapkan (didisosiasi ke dalam ion-ion gas):

NaCl(s) --> Na+(g) + Cl-(g) ?T?S?_^o = +68 kJ.mol-1

Kemudian, ion dihidrasi:

Na+(g) --> Na+(aq) ?T?S?_^o = -27 kJ.mol-1

Cl-(g) --> Cl-(aq) ?T?S?_^o = -28 kJ.mol-1Maka perubahan entropi, T??H?_^o, untuk proses pelarutan tersebut adalah(+68)+(-27)+(-28) = +13 kJ.mol-1. Proses ini disajikan pada gambar

Gambar 6.6 Siklus entropi teoritik proses pelarutan natrium klorida

Posted in Uncategorize
Leave a Reply


Name


Website


Comment


Chapta
xznvpj