Sifat Listrik Larutan

Sifat Listrik Larutan- Pada bagian sebelumnya, Anda sudah belajar tentang sifat-sifat logam. Salah satunya, logam merupakan konduktor listrik yang baik (ingat teori lautan elektron pada logam). Apakah larutan dapat menghantarkan listrik? Jika ya, bagaimana prosesnya? Apakah sama dengan teori lautan elektron?

1. Pengertian Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit
Logam dapat menghantarkan listrik sebab adanya elektron yang dapat bergerak bebas. Aliran listrik sendiri adalah aliran elektron yang bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah. Air murni tersusun atas molekul-molekul H₂O. Adakah elektron bebas dalam molekul H₂O? Molekul H₂O bersifat netral, tidak memiliki elektron bebas. Akibatnya, Anda dapat menduga bahwa air murni tidak memiliki potensi untuk menghantarkan listrik.

Bagaimana jika dalam air terdapat zat terlarut? Bergantung pada sifat zat terlarut, ada larutan yang dapat menghantarkan listrik ada juga yang tidak dapat menghantarkan listrik. Larutan yang dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan elektrolit, sedangkan larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan nonelektrolit. Untuk mengetahui daya hantar listrik dari larutan, Anda dapat mempelajari hasil percobaan berikut. Terdapat beberapa macam larutan dengan kadar tertentu, yang dilewatkan aliran listrik ke dalamnya. Indikator yang digunakan adalah lampu listrik kecil seperti pada Gambar 6.3.

Gambar 6.3 Pengujian daya hantar listrik pada Larutan

Gambar 6.4 Desain pengujian daya hantar listrik Larutan

Skema/desain percobaan (Gambar 6.4)
Keterangan gambar disain:
1. Larutan uji
2. Elektrode
3. Lampu baterai
4. Sumber arus (AC/DC)

No.	Larutan
1.	Garam dapur 5% berat
2.	Alkohol 10% volume
3.	Gula pasir 5% berat
4.	Cuka 10% volume
5.	Asam Klorida 10% volume

Berdasarkan data hasil pengamatan, diketahui bahwa garam dapur (NaCl) dan asam klorida (HCl) dapat menyala dengan terang. Asam asetat atau cuka (CH₃COOH) menyala, tetapi redup. Adapun alkohol (C₂H₅OH) dan gula pasir (C₁₂H₂₂O₁₁) tidak menyala, mengapa? Pada Bab Ikatan Kimia, Anda sudah belajar tentang senyawa ion dan senyawa kovalen. Bagaimana sifat listrik dari kedua senyawa itu? Senyawa ion terbentuk melalui transfer elektron menghasilkan kation dan anion. Kedua spesi kimia ini memiliki muatan listrik positif dan negatif. Contohnya adalah garam dapur atau NaCl. Jika garam dapur dilarutkan ke dalam air, akan terurai membentuk ion-ionnya sehingga dalam larutan NaCl terdapat spesi yang bermuatan listrik, yakni Na⁺ dan Cl^– (perhatikan Gambar 6.5).

Gambar 6.6 Model pelarutan gula pasir

NaCl(aq) →Na+(aq) + Cl–(aq) Pada saat elektrode dihubungkan dengan sumber arus, ion-ion Na+ dan Cl– akan bergerak menuju elektrode-elektrode yang berlawanan muatan dengan membawa muatan listrik. Jadi, listrik dapat mengalir dari satu elektrode ke elektrode lain melalui ion-ion dalam larutan. Alkohol dan gula pasir tergolong senyawa kovalen. Apa yang terjadi jika kedua senyawa ini dilarutkan dalam air?

Oleh karena pembentukan ikatan kovalen tidak melalui transfer elektron maka senyawa kovalen tidak terionisasi (dengan beberapa pengecualian), melainkan terurai secara molekuler (perhatikan Gambar 6.6). Akibatnya, di dalam larutan tidak ada spesi yang dapat menghantarkan arus litrik.

Gambar 6.6 Model pelarutan gula pasir

C₂H₅OH(l) →C₂H₅OH(aq)
C₁₂H₂₂O₁₁(s) →C₁₂H₂₂O₁₁(aq)

Contoh Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit
Perhatikan data hasil percobaan yang ditabulasikan ke dalam tabel berikut.

Larutan	Nyala Lampu	Gejala Di Elektroda
A	Terang	Terjadi gelembung
B	Terang	Terjadi gelembung
C	Redup	sedikit gelembung
D	Tidak	–

Manakah yang tergolong larutan elektrolit?
Jawab
Larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik yang ditandai dengan lampu yang menyala dan di elektrode terbentuk gelembung gas akibat peristiwa elektrolisis. Jadi, larutan A, B, dan C, tergolong larutan elektrolit.

2. Perbedaan Elektrolit Kuat dan Elektrolit Lemah
Pada percobaan yang lain, HCl dan CH₃COOH terbentuk melalui ikatan kovalen, tetapi dapat menghantarkan arus listrik, mengapa? Harus diingat bahwa semua asam terbentuk melalui ikatan kovalen, tetapi di dalam pelarut air, asam-asam akan terurai menjadi ion H⁺ dan ion negatif sisa asam, dalam kasus ini adalah ion Cl^– dan ion CH₃COO^–. Oleh karena semua asam terionisasi di dalam pelarut air maka dapat diduga bahwa larutan asam dapat menghantarkan arus listrik melalui proses yang serupa dengan senyawa-senyawa ion. Mengapa asam-asam yang berikatan kovalen dapat terionisasi dalam pelarut air? Mengapa HCl dapat menyalakan lampu dengan terang (perhatikan Gambar 6.7), sedangkan CH₃COOH kurang terang? Atom hidrogen hanya memiliki satu elektron dan berperan sebagai elektron valensi. Jika elektron valensi lepas maka yang tersisa hanya inti atom hidrogen yang bermuatan positif. Gugus sisa asam memiliki kekuatan untuk menarik pasangan elektron pada ikatan yang digunakan bersama dengan atom hidrogen. Kekuatan tarikan bergantung pada sifat dan struktur gugus sisa asam.

Jika asam dilarutkan dalam air, gugus sisa asam akan menarik pasangan elektron ikatan sehingga terurai membentuk ion sisa asam yang bermuatan negatif (kelebihan elektron) dan atom hidrogen yang sudah kehilangan elektron valensinya (membentuk ion H⁺). Oleh karena daya tarik gugus sisa asam terhadap pasangan elektron ikatan beragam maka pembentukan ion H+ dan ion sisa asam dalam pelarut air tidak sama. Asam-asam kuat seperti HCl, HNO₃, dan H₂SO₄, gugus sisa asamnya memiliki daya tarik relatif kuat terhadap pasangan elektron ikatan sehingga hampir semua molekul asam dalam air terionisasi. Dapat dikatakan bahwa asam-asam tersebut terionisasi sempurna.

HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl^–(aq)

Asam-asam lemah seperti CH₃COOH, H₂S, HCN, dan H₂SO₃, gugus sisa asamnya memiliki daya tarik kurang kuat sehingga tidak semua molekul-molekul asam ini dalam air terionisasi, tetapi hanya sebagian kecil. Sisanya tetap dalam bentuk molekulnya.

CH₃COOH(aq) ⇄ H⁺(aq)+CH₃COO^–(aq)

Tanda panah dua arah menunjukkan hanya sebagian kecil dari asam asetat terurai menjadi ion-ionnya. Umumnya tetap sebagai molekul (perhatikan Gambar 6.8).

Gambar 6.8 Model pelarutan asam asetat

Contoh Larutan Elektrolit Kuat dan Elektrolit Lemah
Mengapa larutan NH₄Cl 5% di dalam air dapat menghantarkan arus listrik dengan baik (lampu menyala terang), sedangkan larutan NH3 10% menyala redup? Jelaskan.
Jawab
NH₄Cl tergolong senyawa ion. Jika dilarutkan dalam air akan terionisasi membentuk ion NH₄⁺ dan ion Cl^–.
Persamaan ionisasinya:
NH₄Cl(aq)→NH₄+(aq) + Cl^– (aq)
Oleh karena daya hantar listrik NH₄Cl baik, berarti ionisasinya sempurna. NH₃ tergolong senyawa kovalen. Jika dilarutkan dalam air, sebagian kecil NH₃dapat bereaksi dengan molekul-molekul air membentuk spesi bermuatan listrik.
Persamaan reaksinya:
NH₃(aq) + H₂O(l) ⇄ NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)

Oleh karena hanya sebagian kecil dari molekul NH₃ yang bereaksi dengan air maka hanya ada sedikit ion-ion NH₄⁺ dan OH^– dalam larutan NH₃ yang dapat menghantarkan arus listrik. Dengan demikian, larutan NH₃ tergolong larutan elektrolit lemah.