Analisis Kimia Tim Dosen Kimia
Analisis kimia • Analisis kualitatif mengidentifikasi komponen baik unsur maupun gugus dalam suatu zat Analisis kuantitatif menghitung / menentukan perbandingan banyaknya masing-masing komponen yang terkandung dalam suatu zat yang dianalisis.
Metode Analisis • Konvensional Gravimetri Volumetri • Instrumental menggunakan instrumen / peralatan Cara Elektrokimia Cara Spektrofotometri Cara Kromatografi
Gravimetri • Analisis gravimetri analisis kuantitatif dengan menimbang, yaitu proses pemisahan dan penimbangan suatu komponen (unsur atau radikal) dalam suatu zat yang banyaknya tertentu dalam keadaan semurni mungkin. • Banyaknya komponen yang dianalisis dihitung dari hubungan massa atom, massa molekul dan berat senyawa yang ditimbang
Persyaratan pd analisis gravimetri 1. Zat yg ditentukan hrs dpt diendapkan secara terhitung (99%) 2. Endapan yg terbentuk hrs cukup murni dan dapat diperoleh dlm bentuk yg cocok untuk pengolahan selanjutnya.
Metode Gravimetri Analisis gravimetri dapat dilakukan dengan metode : • Pengendapan • Penguapan • Elektrolisis
Pengendapan • Komponen dari suatu zat yang dianalisis diendapkan dari larutan dengan suatu pereaksi menjadi suatu endapan. • Contoh pereaksi anorganik yang dapat digunakan : HCl encer untuk mengendapkan ion Ag+, Hg2+, dan ion Pb2+ Buffer ammonia untuk mengendapkan ion Al3+, Cr3+, dan Fe3+.
Penguapan • Digunakan untuk menetapkan komponen suatu senyawa yang relatif mudah menguap. • Penguapan dapat dilakukan dengan : Pemanasan dalam udara atau gas tertentu Penambahan pereaksi tertentu sehingga komponennya sangat mudah menguap
Penguapan • Metode penguapan ini dapat digunakan untuk menentukan kadar air(hidrat) dalam suatu senyawa atau kadar air dalam suatu sampel basah. • Perhitungan menimbang berat sampel sebelum dan sesudah penguapan • Contoh : pada penentuan NH3 dalam garam amonium, penentuan kadar N dalam protein
Elektrolisis • Dengan metode ini unsur suatu senyawa ionik akan ditentukan dengan diendapkan atau dibebaskan secara elektrolisis pada elektroda yang sesuai • Hukum dasar elektrolisis : Hukum Faraday
Elektrolisis • Metode elektrolisis dilakukan dengan cara mereduksi ion-ion logam terlarut menjadi endapan logam. • Ion-ion logam berada dalam bentuk kation apabila dialiri dengan arus listrik dengan besar tertentu dalam waktu tertentu maka akan terjadi reaksi reduksi menjadi logam dengan bilangan oksidasi 0.
Elektrolisis • Endapan yang terbentuk selanjutnya dapat ditentukan berdasarkan beratnya • misalnya mengendapkan tembaga terlarut dalam suatu sampel cair dengan cara mereduksi. • Cara elektrolisis ini dapat diberlakukan pada sampel yang diduga mengandung kadar logam terlarut cukup besar seperti air limbah.
Keuntungan metode gravimetri • sederhana • Akurat (accurate) • Kesalahan 0,1 – 0,3% • Analisis makro, diperlukan endapan 10 mg atau lebih Kerugian metode gravimetri • Memakan waktu lama (time consuming), sekitar ½ hari
Langkah-langkah metode gravimetri • Pengeringan dan penimbangan sampel • Pelarutan sampel • Pengendapan dg cara penambahan pereaksi (berlebih) yang sesuai • Pemisahan/penyaringan endapan • Pencucian endapan • Pengeringan atau pemijaran endapan -----> stabil dan diketahui komposisinya • Penimbangan bobot konstan endapan
Penambahan Pereaksi Pengendap • Sebagai pereaksi pengendap dapat digunakan senyawa anorganik atau senyawa organik tetapi dipilih yang spesifik dan mudah menguap. • Mengapa harus dipilih yang mudah menguap?
Pencucian endapan • Tujuan: menghilangkan sisa pereaksi, hasil samping, impurities ------> endapan murni • Syarat cairan pencuci : Tidak melarutkan endapan tetapi melarutkan pengotor (imputities) Tidak menyebabkan dispersi endapan Tidak membentuk hasil yang atsiri ataupun tak dapat larut dengan endapan Mudah menguap pada pengeringan Tidak mengganggu penelitian lebih lanjut
Pencucian endapan • Pencucian endapan Fe(OH)3 menggunakan larutan elektrolit asam-nitrat, harus bebas ion Cl-, dipijarkan pada suhu 600oC • Pencucian endapan BaSO4 harus bebas ion sulfat, tidak dipijarkan untuk menghindari reduksi endapan oleh karbon menjadi BaS • Pencucian endapan Cu(OH)2 harus bebas ion sulfat
Pengeringan • Tujuan: menghilangkan sisa pelarut, mendapatkan senyawa stabil dengan komposisi tertentu/diketahui • Pengeringan suhu rendah (1050 C) untuk senyawa yang termolabil, misalnya AgCl • Pemijaran untuk senyawa yang termo stabil, mis BaSO4 atau untuk mendapatkan endapan stabil, misalnya Mg2P2O7.
Analisis gravimetri Zat yang dianalisis Fe Al Ba SO42-
ClAg PO43-
Endapan Fe(OH)3 Al(OH)3
Zat yang ditimbang Fe2O3 Al2O=
Contoh pengganggu Al, Ti, Cr Fe, Ti, Cr
Al(OX)3 BaCrO4 BaSO4 AgCl AgCl MgNH4PO4
Al(OX)3 BaCrO4 BaSO4 AgCl AgCl Mg2P2O7
Banyak, kecuali Mg Pb NO3-,PO43-,ClO3Br-,I-,SCN-,CNHg(I) C2O42-, K+
Penentuan kadar besi • Besi diendapkan sebagai besi (III) hidroksida, kemudian di pijarkan pada suhu tinggi menjadi Fe2O3. • Contoh untuk analisis batuan dimana besi dipisahkan dahulu dari unsur-unsur yang mengganggu. • Bijih besi biasanya dilarutkan dalam asam klorida, dan asam nitrat digunakan untuk mengoksidasi besi ke keadaan oksidasi +3.
• Jadi larutan yang mengandung besi (III) ditambahkan larutan amonia yang sedikit berlebih untuk mengendapkan Fe(OH)3 Fe3++ 3NH3 + 3H2O Fe(OH)3+ 3NH4+ • Endapan mirip gelatin yang sangat tidak larut dalam air. Endapan dicuci dengan air yang mengandung sedikit amonium nitrat untuk mencegah peptisasi. • Penyaringan dilakukan dengan menggunakan kertas saring, kemudian kertas dan endapan dibakar pada suhu yang cukup tinggi.
Hal-hal yang harus diperhatikan • Unsur atau senyawa yang ditentukan harus terendapkan secara sempurna. • Bentuk endapan yang ditimbang harus diketahui dengan pasti rumus molekulnya. • Endapan yang diperoleh harus murni dan mudah ditimbang.
Perhitungan • Dari berat endapan yang ditimbang, maka • presentase analit A adalah: berat A %A x100% berat sampel
• Dengan faktor gravimetri : Ar atau Mr yang dicari faktor gravimetri= Mr endapan yang ditimbang
berat A = berat P x faktor gravimetri berat P x faktor gravimetri %A x100% berat sampel
• P = endapan
Contoh soal 1: • 0,6025 gram sampel garam klorida dilarutkan dalam air dan kloridanya diendapkan dengan menambahkan perak nitrat berlebih. Endapan perak klorida disaring, dicuci, dikeringkan dan ditimbang. Ternyata beratnya 0,7134 gram. Hitunglah persentase klorida dalam sampel. (Ar Cl=35,5 ; Ar Ag=107,9)
reaksi : Ag Cl AgCl(p) A r Cl 35, 5 35, 5 0, 25 Mr AgCl (107, 9 35, 5) 143, 4 berat Cl x faktor gravimetri %Cl x100% berat sampel 0, 7134gx0, 25 = x100% 29, 60% 0, 6025g
Soal 1 • Dalam suatu sampel batuan fosfat seberat 0,5428 gram, fosfor diendapkan sebagai MgNH4PO4.6H2O dan dibakar menjadi Mg2P2O7. Jika berat endapan setelah pembakaran adalah 0,2234gram, hitunglah persentase P2O5 dalam sampel ! (Ar Mg = 24; N = 14; H=1; P=31; O=16)
berat endapan x faktor gravimetri %P2 O5 x100% berat sampel P2 O5 0, 2234gx Mg2P2 O7 = 0, 5428g
x100%
142 0, 2234gx 222, 6 = x100% 26, 25% 0, 5428
Contoh soal 2 Gravimetri dengan pemanasan/penguapan Berapa % garam Glauber (Na2SO4.10 H2O) kehilangan berat maksimum kalau garam tersebut dipanaskan pada suhu 1050 C selama 1 jam? Reaksi : Na2SO4.10H2O Na2SO4 + 10 H2O Dari reaksi tersebut setiap mol garam Glauber melepaskan (kehilangan) 10 mol H2O yang menguap kalau dipanaskan.
Berat 1 mol garam Glauber =(2x23+32+4x16) + 10(2+16) = 46+32+64+180 = 322 gram Setelah dipanaskan kehilangan berat 10 mol air yang beratnya = 180 gram Jadi besarnya kehilangan berat maksimum (semua air hidrat/kristal menguap) = (180/322) x 100% = 55,90 %
Soal 2 • Dengan cara yang sama dapat dihitung berapa persen kehilangan berat kalau garam hidrat, misalnya FeSO4.7H2O (Prusi) atau CaCl2.6H2O (garam Inggris) dipanaskan pada suhu sekitar 1000 C selama 1 jam atau lebih.
Analisis Volumetri
Analisis volumetri • Analisis volumetri : analisis kuantitatif yang pada umumnya dilakukan dengan mengukur banyaknya volume larutan standar yang dapat bereaksi kualitatif dengan larutan zat yang dianalisis yang banyaknya tertentu dan diketahui
Larutan standar • Larutan standar : larutan yang konsentrasinya telah diketahui • Konsentrasi dapat dinyatakan dalam molar (mol/L) atau normal (gram ekuivalen/L) • Larutan standar ada 2 : Larutan standar primer Larutan standar sekunder
Larutan standar • Larutan standar primer merupakan larutan yang telah diketahui konsentrasinya (molaritas atau normalitas) secara pasti melalui pembuatan langsung. Larutan standar primer berfungsi untuk menstandarisasi / membakukan atau untuk memastikan konsentrasi larutan tertentu, yaitu larutan yang konsentrasinya belum diketahui secara pasti (larutan standar sekunder). • Larutan standar sekunder (titran) biasanya ditempatkan pada buret yang kemudian ditambahkan ke dalam larutan zat yang telah diketahui konsentrasinya secara standar primer).
Syarat-syarat larutan standar primer • Harus mudah didapat dan dalam keadaan murni • Tidak higroskopis, tidak ter oksidasi, tidak menyerap udara dan selama penyimpanan tidak boleh berubah (stabil) • Mengandung kotoran (zat lain) tidak melebihi 0,01% • Harus mempunyai berat ekivalen yang tinggi • Mudah larut dalam pelarut yang sesuai • Reaksinya stoichiometri dan berlangsung terus menerus
Larutan standar primer • Untuk asam-basa : Na2CO3 , Na2B4O7 , K biftalat , as benzoat, KIO3, H2C2O4.2H2O • Reaksi redoks : K2Cr2O7 , KBrO3 , KIO3 , as oksalat, As2O3, I2, As2O3, Na2C2O4, KH(IO3)2 • Titrasi pegendapan : NaCl , KCl dan KBr, AgNO3 • Reaksi Pembentukan kompleks : Zn , Mg , Cu , Na2EDTA , NaCl, AgNO3, NaCl, KCl
Titrasi • Proses penambahan larutan standar ke dalam larutan yang akan ditentukan sampai terjadi reaksi sempurna disebut titrasi. Sedang saat dimana reaksi sempurna dimaksud tercapai disebut titik ekivalen atau titik akhir titrasi.
Persyaratan Titrasi • Reaksi yang dapat digunakan dalam metode volumetri adalah reaksi-reaksi kimia yang sesuai dengan persyaratan sebagai berikut: Reaksi harus berlangsung cepat Tidak terdapat reaksi samping Reaksi harus stoikiometri, yaitu diketahui dengan pasti reaktan dan produk serta perbandingan mol / koefisien reaksinya Terdapat zat yang dapat digunakan untuk mengetahui saat titrasi harus dihentikan (titik akhir titrasi) yang disebut zat indikator
Level volume titran Klem
aA + tT produk sejumlah a molekul analit A bereaksi dengan t molekul reagensia T (titran). Penambahan titran dilakukan sedikit demi sedikit melalui buret.
buret
Stopcock erlenmeyer Larutan analit
Pengaduk magnet
Titik ekuivalen Titik dimana jumlah titran yang ditambahkan ekuivalen dengan jumlah analit secara stoikhiometri
Penentuan titik akhir titrasi
Perhatikan perubahan warna
Titik Ekivalen dan Titik Akhir Titrasi • Titik ekuivalen diketahui dari adanya perubahan dalam larutan yang disebabkan karena penambahan indikator yang dapat menyebabkan perubahan warna setelah titik ekuivalen tercapai • Titik ekivalen (ttk akhir teoritis titrasi) adalah titik (saat) dimana jumlah ekivalen zat penitrasi sama dengan jumlah ekivalen zat yang dititrasi • Titik akhir titrasi adalah saat timbul perubahan warna indikator
Titik akhir titrasi • Perubahan warna indikator • Terjadinya kekeruhan yang disebabkan oleh terbentuk atau melarutnya endapan • Perubahan DHL larutan • Perubahan arus listrik dalam larutan
Indikator • • • • • • • • • • •
Nama Indikator Warna asam Warna basa Trayek pH Alizarin kuning - kuning ungu 10,1 - 12,0 Fenolftalein tak berwarna merah 8,0 - 9,6 Timolftalein tak berwarna biru 9,3 - 10,6 Fenol merah kuning merah 6,8 - 8,4 Bromtimol blue kuning biru 6,0- 7,6 Metil merah merah kuning 4,2 - 6,2 Metil jingga merah kuning 3,1 - 4,4 Para nitrofenol tak berwarna kuning 5,0 - 7,0 Timol blue kuning biru 8,0 - 9,6 Tropeolin OO merah kuning 1,3 - 3,0
Perubahan warna pada fenolftalien
• Perubahan warna terjadi pada pH 8,3 - 10
Perubahan warna pada biru bromtimol
• Perubahan warna terjadi pada pH 6 - 7,6
Perubahan warna pada merah metil
• Perubahan warna terjadi pada pH 4,2 - 6,3
Satuan Konsentrasi a. Persen berat (% w/w) g zat terlarut % berat x 100 g zat terlarut g pelarut
b. Persen volume (%v/v) mL zat terlarut % berat x 100 mL zat terlarut mL pelarut
c.
Persen berat/volume (%w/v) g zat terlarut % w/v x 100 mL larutan
d. Parts Per Million dan Parts Per Billion 1 ppm (bag. per sejuta) = 1mg zat/L larutan 1 ppb (bag. per milliard) = 1g/L larutan
a. Kemolaran (M) Jumlah mol zat terlarut dalam 1 liter larutan
b. Kenormalan (N) ekivalen zat terlarut dalam liter larutan Berat satu ekivalen disebut berat ekivalen (BE) Reaksi asam-basa 1 ekivalen 1 mol H+ atau 1 mol OH Reaksi pengendapan dan pembentukan kompleks BE = BM/ muatan ion Reaksi redoks 1 ek 1 mol elektron
Jenis - jenis titrasi • Titrasi netralisasi /asam-basa • titrasi redoks • titrasi pengendapan • titrasi pembentukkan kompleks
Titrasi Netralisasi – TITRASI ASIDIMETRI • Titrasi terhadap basa bebas atau lar garam yang berasal dari asam lemah, dengan lar STANDAR ASAM. • Contoh : NaOH dititrasi dengan HCl • Reaksi : NaOH + HCl NaCl + H2O • Reaksi sebenarnya : OH- + H+ H2O
Titrasi netralisasi – TITRASI ALKALIMETRI • Titrasi terhadap asam bebas atau garam yang berasal dari basa lemah, dengan larutan STANDAR BASA. • Contoh : CH3COOH dititrasi dengan NaOH • Reaksi : CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
• Reaksi sebenarnya : H+ + OH- H2O
Titrasi pengendapan • Titrasi yang mengakibatkan terjadinya endapan • Contoh : Titrasi Cl- dengan larutan standar AgNO3 • Cl-(aq) + Ag+(aq) AgCl(s) (=reaksi kombinasi ion)
Titrasi pembentukan kompleks • Semua jenis titrasi yang mengakibatkan terjadinya senyawa kompleks • Contoh : Titrasi Cl- dengan larutan standar Hg(NO3)2 • 2Cl-(aq) + Hg2+(aq) HgCl2 (kompleks)
Titrasi redoks • Titrasi yg menyangkut reaksi redoks / reaksi perpindahan elektron antara zat yg dititrasi dan zat pentitrasi atau sebaliknya • Larutan standar = Oksidator • Larutan sampel = Reduktor • Contoh : Titrasi Cerimetri • Garam Fero (FeSO4) sebagai reduktor dititrasi dengan garam ceri (Ce(SO4)2) sebagai oksidator • Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+ • Fe2+ Fe3+ + e • Ce4+ + e Ce3+
Titrasi Asam - Basa • Titran merupakan asam atau basa kuat – – – –
titrasi asam kuat - basa kuat titrasi basa kuat - asam kuat titrasi asam lemah - basa kuat titrasi basa lemah - asam kuat
Kurva Titrasi Asam Kuat - Basa Kuat
pH
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Fenolftalein Titik ekuivalen
Biru bromtimol Merah metil
10
20
30
40
50
60
70
ml NaOH
Kurva Titrasi Asam Lemah - Basa Kuat
pH
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Titik ekuivalen
10
20
30
40
50
60
70
ml NaOH
Cara menghitung pH titrasi untuk titrasi asam lemah - basa kuat Spesi yang terdapat pada larutan
HA
T=0
asam terionisasi
T<1
HA dan Abuffer
T=1
AGaram terhidrolisis
T>1
OH-
HA + OH - =
Persamaan HA + H2O = H3
O++
A-
Ka =
[HA]
Ka =
[H3O+][A-]
[HA] [H3O+] = [A-]
[H3O+] = Ka.[HA] [H3O+][A-]
A- + H2O
[A-]
pH = pKa + log
[HA]
[HA][OH -]
A- + H2O = HA + OH -
Kb =
[OH-] = Kb.[A-]
[HA] = [OH -]
[OH-] = kelebihan titran
[A-]
Cara menghitung pH titrasi untuk titrasi basa lemah - asam kuat Spesi yang terdapat pada larutan
T=0 T<1
B
Basa terionisasi
T=1
HB+ Garam terhidrolisis
T>1
B + H2O = [OH-]
B dan HB+ buffer
H3O+
B + H3O+ = HB+ + H2O
Persamaan
Kb =
=
HB+ +
OH
-
Kb.[A-]
[HB+][OH -] [B]
Kb =
[HB+][OH -] [B]
[HB] = [OH -]
pOH = pKb + log
HB+ + H2O = H3O++ B [H3O+] = Ka.[HB+]
[H3O+] = kelebihan titran
Ka =
[H3O+][B] [HB+]
[H3O+] = [B]
[HB+] [B]
• 25 mL larutan asam cuka perdagangan dimasukkan ke dalam labu takar 100 ml dan diencerkan dengan akuades sampai tanda batas. Ambil 10 mL larutan yang telah diencerkan tersebut dan dimasukkan ke dalam erlemneyer 50 mL, tambahkan 2 tetes indikator pp. Larutan tersebut kemudian dititrasi dengan larutan NaOH 0,09M yang telah dan volume NaOH yang digunakan sebanyak 12 ml. Hitung kadar asam asetat dalam cuka tersebut.
Soal Dua cuplikan terdiri dari NaOH, Na2CO3 dan zat inert dan mengandung 30% berat NaOH dilarutkan dalam air sehingga larutan mempunyai volume 100 ml. 25 ml larutan kemudian dititrasi dengan larutan HCl encer mula-mula dengan indikator pp kemudian dengan indikator mo. Apabila banyaknya volume HCl pada titrasi pp = 25 ml, dan volume HCl pada titrasi mo = 10 ml. a. Hitung konsentrasi larutan HCl b. Berapa % berat garam Na2CO3 dalam cuplikan?
Titrasi pengendapan • Titrasi argentometri : larutan standarnya garam AgNO3 • Indikator : larutan garam K2CrO4, larutan garam Fe3+, larutan fluoresein atau eosin
Argentometri dengan indikator K2CrO4 • Larutan garam LiCl 0,1 M dititrasi dengan larutan standar 0,1 N AgNO3 dengan indikator K2CrO4. Apabila banyaknya larutan K2CrO4 5% b/v yang digunakan sebagai indikator adalah 5 tetes (0,05 ml) setiap 100 ml larutan, hitunglah berapa molar besarnya konsentrasi ion Cl- dalam larutan pada saat terjadi endapan merah dari garam Ag2CrO4. • Ksp AgCl = 1,2 x 10-10 • Ksp Ag2CrO4 = 1,7 x 10-12
• Dalam 100 ml larutan K2CrO4 5% b/v terkandung 5/194 mol zat terlarut • Konsentrasi K2CrO4 = 10 x (5/194) = 50/194 M • 0,05 ml K2CrO4 1 liter larutan banyaknya K2CrO4 = 0,5 ml, berarti ion CrO42- dalam larutan : [CrO4
2
0, 5 50 ] x 1, 289x104 M 1000 194
Ksp 1, 7x1012 4 [Ag ] 1 , 148 x 10 M 2 4 [CrO4 ] 1, 289x10
1, 2x1010 6 Konsentrasi ion Cl dalam larutan = 1 , 045 x 10 M 4 1, 148x10 -
Titrasi redoks • Titrasi redoks : titrasi yang mengakibatkan terjadinya reaksi reduksi dan oksidasi • Titrasi redoks ada beberapa jenis : Titrasi permanganometri Titrasi bikromatometri Titrasi bromatometri Titrasi iodometri
Titrasi permanganometri • Titrasi permanganometri : titrasi redoks yang menggunakan larutan standar KMnO4. • Dalam suasana asam, ion permanganat (MnO4-) tereduksi menjadi garam mangan (Mn2+) mgrek = 1 • Dalam suasana basa, ion MnO4- tereduksi menjadi mangan dioksida (MnO2) sehingga mgrek = 1/3
Titrasi bikromatometri • Titrasi bikromatometri : titrasi redoks yang larutan standarnya K2Cr2O7 • K2Cr2O7 Cr3+ • Mgrek = 1/6
Titrasi bromatometri • Titrasi bromatometri : titrasi redoks yang larutan standarnya berupa kalium bromat (KBrO3). • BrO3- + 6H+ + 6e- Br- + 3H2O • 1 grek = 1/6 mol
Titrasi Iodo-iodimetri • Titrasi iodo-iodimetri : titrasi antara larutan iodium (I2) dengan larutan standar garam natrium tiosulfat (Na2S2O3) dengan indikator amilum. • 2S2O32- + I2 S4O62- + 2I-
Derajat Kemurnian Bahan Kimia • COMERCIAL GRADE = TECHNICAL GRADE = TEKNIS – mengandung beberapa pengotor – untuk industri – tidak untuk pereaksi/zat standar primer dalam analisis kimia
Derajat Kemurnian Bahan Kimia • CHEMICALY PURE (CP) – Kemurnian lebih tinggi dari teknis – Untuk reagensia/pereaksi – Tidak untuk baku primer
• REAGENT/ANALYZED GRADE, PRO ANALYSIS (P.A.) GUARANTED REAGENT (G.R.) – Ada batas kadar maksimum zat-zat pengotor – Untuk reagensia dan baku primer dalam volumetri
Derajat Kemurnian Bahan Kimia • PRIMARY STANDARD GRADE – Kemurnian 100% – Lebih murni dari pro analisis – Mikroanalisis (analisis dengan ketelitian tinggi, dengan alat-alat yang peka)
• SUPRA PURE – Kemurnian paling tinggi – Penelitian dengan alat-alat canggih, misal HPLC
