Dalam postingan ini saya akan memberi contoh contoh cara menentukan bentuk molekul yang memiliki kerangka dasar trigonal bipiramid dari molekul PCl5, SF4, dan ClF3. Geometri molekul dengan kerangka dasar trigonal bipiramid atau lebih dikenal dengan molekul yang memiliki 5 domain elektron dapat memiliki bentuk molekul sebagai berikut, trigonal bipiramid, disphenoidal, bentuk T, atau linear.

Hal pertama yang perlu kita lakukan untuk menentukan geometri molekul adalah menggambar struktur Lewis dari molekul tersebut. Yang menjadi atom pusat adalah P (elektron valensinya 5), S (elektron valensinya 6), dan Cl (elektron valensinya 7).

Pada molekul PCl5 setiap elektron valensi P masing-masing akan berikatan dengan 1 elektron valensi atom Cl sehingga dihasilkan struktur Lewis seperti gambar dibawah. Atom P sebagai atom pusat sekarang memiliki 5 buah pasangan atom terikat (PET) sehingga dari sini dapat kita ramalkan bahwa bentuk geometri PCl5 adalah trigonal bipiramid dan bentuk molekulnya adalah sama yaitu trigonal bipiramid.

Pada molekul SF4, 4 elektron valensi S akan berikatan masing-masing dengan F, sehingga pada atom S sekarang terdapat 4 PET dan satu buah PEB (pasangan elektron berikatan). Artinya atom pusat S memiliki total 5 pasangan elektron, apa artinya? Yup, betul kerangka dasar geometri SF4 adalah trigonal bipiramid. Bagaimana dengan bentuk molekulnya? Karena terdapat satu PEB maka maka bentu molekul SF4 disebut sebagai disphenoidal.

Pada molekul ClF3, 3 elektron valensi Cl masing-masinf akan berikatan dengan atom F sehingga pada atom pusat Cl sekarang terdapat 2 PEB dan 3 PET, yang menghasilkan kerangka dasar geometri trigonal piramid. Disebabkan terdapat 2 PEB maka bentuk molekulnya sekarang menjadi seperti gambar dibawah ini yang disebut sebagai bentuk “T”.

Jadi kesimpulannya bahwa molekul dengan 5 pasangan elektron atau 5 domain elektron dengan kondisi:

• 5 pasangan elektron semuaya PET maka bentuk molekulnya trigonal bipiramid
• 4 pasangan PET dan 1 PEB maka bentuk molekulnya disebut disphenoidal
• 3 pasangan PET dan 2 PEB maka bentuk molekulnya disebut sebagai bentuk T
• 2 pasangan PET dan 3 PEB maka bentuk molekulnya disebut sebagai linier

Buffer atau disebut juga sebagai larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan pH sutau larutan. Buffer dibuat dari asam lemah dengan garam dari basa konjugasinya atau basa lemah dengan garam dari asam konjugasinya. Untuk menghitung pH larutan buffer maka kita bisa menggunakan persamaan handerson-haselbach. Apabila larutan buffer tersebut ditambahkan asam atau basa, maka secara stoikiometri kita harus menghitung berapa konsentrasi masing-masing spesies setelah bereaksi. Perhatikan contoh berikut ini.

Contoh Soal-Belajar Kimia

Larutan buffer dengan volume 2.10 L mengandung 0.11 mol asam propionat ( CH3CH2COOH ) dan 0.10 mol natrium propionat ( CH3CH2COONa ), jika Ka asam propionat adlah 1.3×10^-5 maka:

1. Hitung pH larutan buffer tersebut
2. Tentukan pH larutan buffer tersebut setelah ditambahkan 0.04 mol NaOH
3. Tentukan pH larutan buffer tersebut setelah ditambahkan 0.02 mol HI

Penyelesaian-Belajar Kimia

Gunakan persamaan handerson-haselbach untuk menghitung pH buffer/larutan penyangga

Konsentrasi asam propionat dan natrium propionat dihitung sebagai berikut

[CH3CH2COOH] = 0.11 mol / 2.10 L = 0.052 M
[CH3CH2COONa] = 0.10 mol / 2.10 L = 0.047 M
pKa = - log Ka = -log 1.3×10^-5 = 4.89

dengan mengganti nilai  yang diperoleh pada persamaan handerson-haselbach diatas diperoleh

pH = 4.89 + log ( 0.047/ 0.052 )
pH = 4.85

Sebanyak 0.04 mol NaOH ditambahkan ke dalam larutan buffer tersebut, maka NaOH ini akan bereaksi dengan spesies asam yang terdapat di dalam buffer tersebut yaitu asam propionat ( NaOH adalah basa dan asam propionat adalah asam sehingga kedua spesies ini akan bereaksi ), reaksi penetralannya di tulis sebagai:

[CH3CH2COOH] setelah reaksi = 0.07 mol / 2.10 L = 0.033 M
[CH3CH2COONa] = 0.14 mol / 2.10 L = 0.066 M

dan pH buffer setelah penambahan 0.04 NaOH

pH = 4.89 + log ( 0.066 / 0.033 )
pH = 5.19

Apa yang terjadi bila larutan tersebut ditambahkan 0.02 mol HI ? Di dalam buffer terdapat spesies CH3CH2COOH dan CH3CH2COONa, lalu dengan siapakah asam iodida (HI) ini akan bereaksi? Ingat HI adalah asam kuat sehingga akan terionisasi menjadi ion H⁺ dan I^-, ion H⁺ akan bereaksi dengan anion CH3CH2COO^- (dari CH3CH2COONa) membentuk CH3CH2COOH. Asam propionat adalah asam lemah sehingga dia lebih suka dalam bentuk tak terionisasi ( CH3CH2COOH ) dibandingkan bentuk terionisasinya ( CH3CH2COO^- dan H⁺ ).

Konsentrasi masing-masing spesies setelah bereaksi dihitung sebagai:

[CH3CH2COONa] = 0.08 mol / 2.10 L = 0.038 M
[CH3CH2COOH] = ( mol mula-mula + mol hasil reaksi ) / volume
[CH3CH2COOH] = (0.11+0.02) / 2.10 = 0.062 M

pH = 4.89 + log ( 0.038 / 0.062 )
pH = 4.68

Perlu di ingat bahwa yang larutan penyangga disusun oleh asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dengan asam konjugasinya. Jadi dua spesies inilah yang menentukan pH larutan penyangga yaitu asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dengan asam konjugasinya. untuk larutan penyangga asam yang terbuat dari CH3COOH dan CH3COONa dapat ditulis reaksi sebagai berikut :

CH3COOH -> CH3COO^- + H⁺
CH3COONa -> CH3COO^- + Na⁺

total reaksi bisa ditulis sebagai berikut :

CH3COOH -> CH3COO^- + H+

tetapan kesetimbangan larutan tersebut adalah

Ka = [CH3COO-][H+]/ [CH3COOH]

persamaan di atas diubah dalam bentuk persamaan [H+]

[H+] = Ka x [CH3COOH]/ [CH3COO-]

persamaan diatas diubah dalam bentuk pH di peroleh

-log [H+] = -log { Ka x [CH3COOH]/ [CH3COO-] }
-log [H+] = -log Ka - log ( [CH3COOH]/ [CH3COO-] )
-log [H+] = -log Ka + log [CH3COO-] / [CH3COOH]
pH = pKa + log [CH3COO-] / [CH3COOH]

atau kita bisa ganti CH3COOH dengan HA dan CH3COO- dengan A- sehingga di peroleh

Tak lain persamaan diatas adalah persamaan Henderson-Hasselbalch

keterangan:

pKa = logaritma negatif dari Ka
[A-] = konsentrasi dalam molar basa konjugasi asam lemah HA
[HA] = konsentrasi asam lemah

Bagimana cara kerja larutan penyangga sehingga dia bisa mempertahankan nilai pH nya walaupun ditambah asam maupun basa? Sebenarnya mekanisme kerja buffer sangatlah sederhana. Sebagai contoh kita ambil larutan penyangga yang di buat dari campuran larutan NH3 dan NH4Cl. Pada larutan ini kita tambahkan sedikit asam misalnya HCl. Di dalam larutan penyangga tersebut terdapat NH3 dan NH4Cl maka kita harus menentukan terllebih dahulu kira-kira dengan spesies mana HCl akan bereaksi. Tentu tidak sulit kan untuk menentukan yang mana?

Ya. HCl bersifat asam maka dia akan bereaksi dengan basa, dan bagian basa dari larutan penyangga tersebut adalah NH3, jadi reaksinya bisa ditulis sebagai:

HCl + NH4OH -> NH4Cl + H2O

Jadi penambahan HCl akan menambah konsentrasi NH4+ di dalam larutan pemnyangga. Lalu bagaimana bila larutan penyangga tersebut kita tambahkan basa NaOH? Dengan spesies manakah di dalam larutan penyangga tersebut NaOH akan bereaksi? tentu saja dengan NH4Cl, Kenapa? ingat NH4OH adalah basa lemah, basa lemah memiliki nilai Kb yang rendah, artinya basa lemah lebih suka apabila dia dalam keadaan tidak terionisasi (tetap dalam bentuk NH4OH) daripada dia terionisasi menjadi NH4+ dan OH- .

NaOH akan menjadi sumber OH- bagi NH4Cl untuk membentuk NH4OH dengan reaksi sebagai berikut:

NaOH + NH4Cl -> NH4OH + NaCl

Penambahan NaOH akan menambah konsentrasi NH4OH dan NaCl sebagai hasil samping tidak berkontribusi pada pH ( garam dari asam kuat dan basa kuat akan terhidrolisis sempurna). Jadi penambahan asam pada larutan penyangga NH3 dan NH4Cl akan menambah konsentrasi NH4Cl sedangkan penambahan basa akan menambah konsentrasi NH4OH akan tetapi perlu di ingat penambahan asam atau basa dengan batas-batas tertentu tidak akan menambah konsentrasi NH4Cl dan NH4OH yang terlalu besar sehingga dengan demikian pergeseran nilai pH tidak akan jauh dari nilai saat awal penambahan belum terjadi.

Untuk contoh mekanisme larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa adalah sebagai berikut:

penambahan basa (KOH)———— CH3COOH + KOH -> CH3COOK + H2O
penambahan asam (HCl) ————CH3COONa + HCl -> CH3COOH + NaCl

Apakah larutan penyangga itu?

“Larutan penyangga atau dikenal juga dengan nama larutan buffer adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH apabila larutan tersebut ditambahkan sejumlah asam atau basa maupun diencerkan dengan menambah sejumlah volume air”

Jadi apabila suatu larutan penyangga ditambahkan asam atau basa ataupun diencerkan maka nilai pH larutan penyangga tersebut akan tetap. Andaikan kita memiliki larutan penyangga ber-pH 6.5 kemudian kedalam larutan penyangga itu kita tetesi sejumlah asam (misalnya HCl) lalu pH larutan tersebut kita ukur pH nya maka pH larutan tersebut akan tetap 6.5. Hal yang sama juga terjadi bila larutan penyangga itu kita tetesi basa (misalnya KOH) ataupun kita tambahkan air sehingga volumenya menjadi 3 kali volume semula, pHnya akan tetap menunjukan 6.5.

Berapa banyak asam atau basa yang bisa kita tambahkan ke dalam larutan penyangga sehingga nilai pH larutan penyangga tersebut akan tetap? Jumlah asam atau basa yang dapat kita tambahkan ke dalam suatu larutan penyangga adalah terbatas dan hal ini tergantung dari konsentrasi komponen penyususn larutan penyangga itu sendiri.

Jadi setiap larutan penyangga memiliki batasan sampai berapa banyak dia mampu menampung asam atau basa yang ditambahkan kepadanya sehingga larutan penyangga tersebut mampu mempertahankan nilai pH seperti semula. Hal inilah yang kita kenal dengan istilah “Kapasitas Larutan Penyangga”.

Dibuat dari apakah larutan penyangga itu?

Larutan penyangga dibedakan atas,

1. Larutan penyangga asam
2. Larutan penyangga basa

Larutan penyangga asam terbuat dari “asam lemah dan garam dari basa konjugasinya” sedangakan larutan penyangga basa dibuat dari “basa lemah dengan garam dari asam konjugasinya”. Tentu saja apakah anda masih ingat tentang teori asam basa Bronsted-Lowry? Untuk mengingatnya perhatikan contoh reaksi berikut berikut:

CH3COOH + H2O -> CH3COO^- + H3O⁺
asa—–basa——-basa1—-asam1

CH3COOH pada reaksi diatas disebut sebagai asam dikarenakan dia mampu mendonorkan proton H+ kepada H2O membentuk CH3COO^-, sedangkan CH3COO^- disebut sebagai basa konjugasi CH3COOH disebabkan spesies ini berasal dari terionisasinya CH3COOH. Pasangan CH3COOH dan CH3COO^- disebut sebagai pasangan asam-basa konjugasi.

Jadi CH3COOH dan CH3COO^- bisa dijadikan sebagai komponen penyususn larutan penyangga. karena ion CH3COO^- tidak bisa berdiri sendiri maka kita menuliskannya dalam bentuk garamnya yaitu CH3COONa atau CH3COOK (garam dari basa konjugasinya). Ingat istilah “garam” biasa merujuk pada zat yang dihasilkan dari reaksi antara asam dengan basa seperti contoh berikut:

CH3COOH + NaOH -> CH3COONa + H2O
asam——-basa——–garam

Jadi bila anda memiliki asam lemah HF bagaimana anda mencari pasangan basa konjugasinya? mudah saja tinggal ambil H+ dari senyawa HF kemudian kita jadikan dia sebagai garam. Ambil H+ dari HF akan dihasilkan F- kemudian kita buat spesies F- menjadi garam dengan menambahkan Na+ atau K+ menjadi NaF. Sehingga HF dan NaF adalah pasangan yang bisa juga dipakai untuk penyususn larutan penyangga.

Bagaimana dengan penyusun larutan penyangga basa?

Sederhana saja, tinggal ambil contoh basa lemah misalnya larutan amoniak NH3(aq) kemudian kita harus mencari asam konjugasinya. Bagaimana cara mncarinya? anda tinggal menambahkan H+ kedalam basa lemah tersebut sehingga di hasilkan;

NH3(aq) + H⁺-> NH4⁺
basa——————asam konjugasi

karena yang kita inginan adalah bentuk garamnya maka kita tinggal menambahkan anion saja seperti Cl- atau SO4^2- atau NO3- sehingga diperoleh NH4CL. Jadi NH3 dan NH4Cl adalah komponen yang bisa dijadikan sebagai penyususn larutan penyangga basa.

Kesimpulannya,

“Untuk mencari basa konjugasi dari suatu asam lemah kita tinggal mengambil proton H⁺ dari asam tersebut dan sebaliknya untuk mencari asam konjugasi dari suatu basa lemah maka kita tinggal menambahkan proton H⁺ pada basa lemah tersebut”

dan untuk membentuk menjadi garam maka kita tinggal menambahkan kation (Na+ atau K+) atau anion ( Cl-, SO4^2-, atau NO3-)

perhatikan contoh berikut sekali lagi

asam lemah————————-H3PO4
basa konjugasinya——————H2PO4^- (ambil satu H+)
garam dari basa konjugasinya——-NaHPO4 ( pasangkan dengan Na+ atau K+)

jadi campuran H3PO4 dan NaHPO4 akan menghasilkan larutan penyangga asam

basa lemah————————-CH3NH2
asam konjugasinya——————CH3NH3⁺ (tambah satu H+)
garamnya ————————–CH3NH3Cl (pasangkan dengan Cl- atau SO4- atau NO3-)

jadi campuran CH3NH2 dan CH3NH3Cl akan menghasilkan larutan penyangga basa.