Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12

17Ion dan Larutan Ion

Dua minuman jernih berdiri di atas bangku olahraga: sebotol minuman isotonik, yang dijual karena “elektrolit”-nya, dan segelas air gula. Di laboratorium, dua lempeng logam yang dihubungkan ke baterai dan sebuah bola lampu kecil dicelupkan bergantian ke dalam masing-masing minuman. Dalam minuman isotonik, lampu menyala; dalam air gula, lampu tetap padam. Ada sesuatu dalam cairan pertama yang membawa muatan listrik, dan gula tidak. Sesuatu itu adalah ion.

Yang sudah kamu ketahui

Sebuah atom memiliki inti dengan $Z$ proton, masing-masing bermuatan $+e$ , dan $Z$ elektron di sekelilingnya, masing-masing bermuatan $-e$ : atom itu netral (Bab 16). Zat terlarut yang larut dalam air menghasilkan larutan berair (Bab 9). Uji khas mendeteksi suatu spesies melalui hasil yang terlihat (Bab 10).

Minuman isotonik dan segelas air: minuman itu mengandung ion-ion terlarut.

17.1 Atom yang menerima atau melepaskan elektron

Definisi 17.1 (Ion, kation, anion)

Sebuah ion adalah atom, atau sekelompok atom, yang telah melepaskan atau menerima satu elektron atau lebih, sehingga bermuatan listrik. Ion yang bermuatan positif, karena telah melepaskan elektron, disebut kation; ion yang bermuatan negatif, karena telah menerima elektron, disebut anion. Muatannya ditulis di kanan atas rumus: $\ce{Na+}$ , $\ce{Cu^{2+}}$ , $\ce{Cl-}$ .

Contoh 17.2 (Natrium dan klorin)

Sebuah atom natrium, 11 proton dan 11 elektron, melepaskan satu elektron: atom itu menjadi ion natrium $\ce{Na+}$ , 11 proton dan 10 elektron, bermuatan $+1$ :

\ce{Na -> Na+ + e-}.

Sebuah atom klorin, 17 proton dan 17 elektron, menerima satu elektron: atom itu menjadi ion klorida $\ce{Cl-}$ , 17 proton dan 18 elektron:

\ce{Cl + e- -> Cl-}.

Sebuah atom natrium menjadi ion natrium dengan melepaskan satu elektron; sebuah atom klorin menjadi ion klorida dengan menerima satu elektron. Protonnya tidak berubah.

Proposisi 17.3 (Beberapa ion yang umum)

Ion monoatomik terbentuk dari satu atom; ion poliatomik dari sekelompok atom yang tetap bersatu:

kation		anion
natrium	$\ce{Na+}$	klorida	$\ce{Cl-}$
kalium	$\ce{K+}$	hidroksida	$\ce{OH-}$
kalsium	$\ce{Ca^{2+}}$	nitrat	$\ce{NO3-}$
magnesium	$\ce{Mg^{2+}}$	karbonat	$\ce{CO3^{2-}}$
tembaga(II)	$\ce{Cu^{2+}}$	sulfat	$\ce{SO4^{2-}}$
besi(II), besi(III)	$\ce{Fe^{2+}}$ , $\ce{Fe^{3+}}$
seng	$\ce{Zn^{2+}}$
aluminium	$\ce{Al^{3+}}$
amonium	$\ce{NH4+}$

17.2 Senyawa ion dan rumusnya

Definisi 17.4 (Senyawa ion)

Sebuah senyawa ion tersusun atas kation dan anion dalam jumlah sedemikian rupa sehingga keseluruhannya tidak bermuatan. Rumusnya menyatakan perbandingan ion-ionnya, tanpa muatannya: $\ce{NaCl}$ untuk natrium klorida, satu $\ce{Na+}$ untuk setiap $\ce{Cl-}$ ; $\ce{CaCl2}$ untuk kalsium klorida, dua $\ce{Cl-}$ untuk setiap $\ce{Ca^{2+}}$ .

Metode 17.5 (Menuliskan rumus senyawa ion)

Tuliskan kedua ion dengan muatannya, kation lebih dulu.
Tentukan jumlah terkecil masing-masing ion yang membuat muatan totalnya nol.
Tuliskan jumlah-jumlah itu sebagai angka indeks; ion poliatomik yang memerlukan angka indeks ditulis di dalam tanda kurung.

Aluminium oksida: $\ce{Al^{3+}}$ dan $\ce{O^{2-}}$ ; $2 \times (+3) + 3 \times (-2) = 0$ , jadi $\ce{Al2O3}$ . Besi(III) hidroksida: $\ce{Fe^{3+}}$ dan tiga $\ce{OH-}$ : $\ce{Fe(OH)3}$ .

Proposisi 17.6 (Padatan ion adalah tumpukan ion)

Dalam sebutir kristal garam, ion natrium dan ion klorida berselang-seling dalam tumpukan tiga dimensi yang teratur, setiap ion dikelilingi oleh ion-ion yang muatannya berlawanan, yang menahannya di tempatnya. Sebutir garam dapur mengandung miliaran miliar ion; bentuknya yang kubus mencerminkan tumpukan yang berbentuk kubus itu.

Satu lapisan kristal garam: ion natrium (ungu, lebih kecil) dan ion klorida (hijau) berselang-seling.

17.3 Larutan ion menghantarkan listrik

Notasi 17.7 (Lambang wujud (aq))

Ion atau molekul yang larut dalam air ditandai (aq), dari kata Latin aqua, air: $\ce{Na+(aq)}$ , $\ce{Cl-(aq)}$ .

Proposisi 17.8 (Larutan ion menghantarkan listrik)

Ketika sebuah senyawa ion larut dalam air, ion-ionnya terpisah dan bergerak bebas di dalam larutan: air garam mengandung $\ce{Na+(aq)}$ dan $\ce{Cl-(aq)}$ . Ion yang bergerak membawa muatan listrik, sehingga larutan ion menghantarkan listrik. Larutan gula, yang molekulnya tidak bermuatan, tidak menghantarkan listrik; begitu pula air yang sangat murni.

Di laboratorium — Cairan mana yang menghantarkan listrik?

Guru merangkai dua lempeng logam, sebuah baterai bertegangan rendah, dan sebuah bola lampu kecil menjadi satu rangkaian; lempeng-lempeng itu dicelupkan bergantian ke dalam air suling, air gula, air garam, dan larutan tembaga sulfat, dan dibilas setiap kali. Lampu hanya menyala dengan kedua larutan ion.

Uji daya hantar: dengan air garam, ion-ion membawa arus dan lampu menyala; air gula tidak mengandung ion dan lampu tetap padam.

17.4 Uji pengendapan untuk ion

Definisi 17.9 (Endapan)

Ketika dua larutan dicampur, kation dari larutan yang satu dan anion dari larutan yang lain dapat membentuk senyawa ion yang tidak larut. Senyawa itu muncul sebagai padatan halus yang mengeruhkan cairan lalu mengendap: sebuah endapan. Reaksinya disebut reaksi pengendapan.

Proposisi 17.10 (Uji untuk ion-ion yang umum)

Beberapa tetes larutan reagen mengenali sebuah ion dari warna endapan yang dibentuknya:

ion yang dicari	reagen	endapan	warna
tembaga(II) $\ce{Cu^{2+}}$	natrium hidroksida	$\ce{Cu(OH)2}$	biru
besi(II) $\ce{Fe^{2+}}$	natrium hidroksida	$\ce{Fe(OH)2}$	hijau
besi(III) $\ce{Fe^{3+}}$	natrium hidroksida	$\ce{Fe(OH)3}$	jingga kecokelatan
seng $\ce{Zn^{2+}}$	natrium hidroksida	$\ce{Zn(OH)2}$	putih
aluminium $\ce{Al^{3+}}$	natrium hidroksida	$\ce{Al(OH)3}$	putih
klorida $\ce{Cl-}$	perak nitrat	$\ce{AgCl}$	putih, menggelap di bawah cahaya

Contoh 17.11 (Menuliskan reaksi pengendapan)

Hanya ion-ion yang membentuk padatan yang dituliskan; ion-ion lainnya tetap terlarut dan tidak ikut bereaksi:

\ce{Cu^{2+}(aq) + 2OH-(aq) -> Cu(OH)2(s)}, \qquad \ce{Ag+(aq) + Cl-(aq) -> AgCl(s)}.

Endapan yang terbentuk dengan natrium hidroksida (lima tabung pertama) dan dengan perak nitrat (tabung terakhir).

Keselamatan

Natrium hidroksida: menyebabkan luka bakar kulit dan kerusakan mata yang parah, dan dapat bersifat korosif terhadap logam (GHS05); dalam bentuk encer menyebabkan iritasi kulit dan mata (GHS07). Perak nitrat, reagen untuk klorida, adalah oksidator, korosif, dan sangat beracun bagi kehidupan akuatik. Pakai kacamata pelindung dan sarung tangan; reagen diteteskan oleh guru.

Metode 17.12 (Menguji sebuah ion)

Tuang sedikit larutan yang akan diuji ke dalam tabung reaksi.
Tambahkan reagennya tetes demi tetes.
Catat warna endapan yang terbentuk, lalu bandingkan dengan tabel.
Simpulkan, dan ingatlah bahwa sebuah uji mengenali ion, bukan senyawa: larutan besi(III) klorida memberikan hasil positif baik pada uji $\ce{Fe^{3+}}$ maupun pada uji $\ce{Cl-}$ .

17.5 Latihan

Latihan 17.1 ★

Apa itu ion? Apa perbedaan antara kation dan anion?

Solusi

Solusi Latihan 17.1.

Atom atau sekelompok atom yang telah melepaskan atau menerima elektron dan bermuatan. Kation bermuatan positif (elektron dilepaskan), anion negatif (elektron diterima).

Latihan 17.2 ★

Sebuah atom magnesium (12 proton) melepaskan dua elektron. Tuliskan rumus ion yang terbentuk, dan berikan banyaknya proton dan elektronnya.

Solusi

Solusi Latihan 17.2.

$\ce{Mg^{2+}}$ : 12 proton, 10 elektron.

Latihan 17.3 ★

Tuliskan rumus kalium klorida, magnesium klorida, dan kalsium oksida (ion oksida: $\ce{O^{2-}}$ ).

Solusi

Solusi Latihan 17.3.

$\ce{KCl}$ , $\ce{MgCl2}$ , $\ce{CaO}$ .

Latihan 17.4 ★

Mengapa air garam menghantarkan listrik sedangkan air gula tidak?

Solusi

Solusi Latihan 17.4.

Air garam mengandung ion, $\ce{Na+(aq)}$ dan $\ce{Cl-(aq)}$ , yang bergerak dan membawa muatan. Molekul gula tidak bermuatan.

Latihan 17.5 ★★

Tuliskan rumus tembaga(II) sulfat, aluminium klorida, dan natrium karbonat.

Solusi

Solusi Latihan 17.5.

$\ce{CuSO4}$ , $\ce{AlCl3}$ , $\ce{Na2CO3}$ .

Latihan 17.6 ★★

Natrium hidroksida yang ditambahkan ke sebuah larutan menghasilkan endapan jingga kecokelatan. Ion apa yang dikandung larutan itu? Tuliskan persamaan reaksi pengendapannya.

Solusi

Solusi Latihan 17.6.

Besi(III), $\ce{Fe^{3+}}$ : $\ce{Fe^{3+}(aq) + 3OH-(aq) -> Fe(OH)3(s)}$ .

Latihan 17.7 ★★

Berapa elektron yang dibawa ion sulfat $\ce{SO4^{2-}}$ melebihi jumlah protonnya? Ion nitrat $\ce{NO3-}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 17.7.

Sulfat: kelebihan 2 elektron. Nitrat: 1.

Latihan 17.8 ★★

Sebuah larutan memberikan endapan putih dengan perak nitrat dan endapan biru dengan natrium hidroksida. Sebutkan senyawa ion yang terlarut dan tuliskan rumusnya.

Solusi

Solusi Latihan 17.8.

Putih dengan perak nitrat: $\ce{Cl-}$ . Biru dengan natrium hidroksida: $\ce{Cu^{2+}}$ . Tembaga(II) klorida, $\ce{CuCl2}$ .

Latihan 17.9 ★★

Lihatlah gambar lapisan kristal garam. Berapa tetangga bermuatan berlawanan yang dimiliki sebuah ion di tengah lapisan itu, di dalam lapisan ini?

Solusi

Solusi Latihan 17.9.

Empat: satu di setiap sisi (kiri, kanan, atas, bawah).

Latihan 17.10 ★★

Tuliskan persamaan reaksi pengendapan besi(II) hidroksida dari ion $\ce{Fe^{2+}}$ dan $\ce{OH-}$ .

Solusi

Solusi Latihan 17.10.

$\ce{Fe^{2+}(aq) + 2OH-(aq) -> Fe(OH)2(s)}$ .

Latihan 17.11 ★★★

Sejumlah serbuk putih mungkin seng klorida atau natrium klorida. Setelah dilarutkan dalam air, serbuk itu memberikan endapan putih dengan natrium hidroksida. Serbuk apakah itu? Tuliskan persamaannya.

Solusi

Solusi Latihan 17.11.

Seng klorida: ion natrium tidak memberikan endapan dengan natrium hidroksida, ion seng memberikan endapan putih: $\ce{Zn^{2+}(aq) + 2OH-(aq) -> Zn(OH)2(s)}$ .

Latihan 17.12 ★★★

Dalam sebuah kristal kalsium klorida, berapa ion klorida yang ada untuk 1000 ion kalsium? Periksalah bahwa kristal itu netral.

Solusi

Solusi Latihan 17.12.

$\ce{CaCl2}$ : 2000 ion klorida. Muatan: $1000 \times (+2) + 2000 \times (-1) = 0$ .

17.6 Soal: Sumur yang Berkarat

Soal 17.1

Soal akhir pekan — noda jingga di bak cuci sebuah rumah pertanian, dua uji, dan banyaknya ion besi dalam satu liter air sumur

Air sumur sebuah rumah pertanian meninggalkan noda jingga di bak cuci. Sebuah laboratorium menerima sampelnya. Ketika baru diambil, airnya jernih; dengan natrium hidroksida air itu memberikan endapan hijau, yang dalam waktu satu jam berubah menjadi jingga kecokelatan di permukaannya, tempat endapan itu bertemu udara. Laboratorium itu mengukur $0.30\,\mathrm{mg}$ besi, dalam bentuk ion besi, per liter. Anggaplah massa sebuah nukleon $1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$ , dan 56 nukleon untuk sebuah atom besi.

Bagian I — Uji-ujinya.

Ion apa yang ditunjukkan oleh endapan hijau itu? Berikan rumus endapannya.
Ion apa yang ditunjukkan oleh endapan jingga kecokelatan itu? Berikan rumusnya.
Ion besi(II) dan ion besi(III) berbeda satu elektron. Ion mana yang memiliki lebih banyak elektron? Berapa elektron yang dimiliki masing-masing (besi: $Z = 26$ )?
Tuliskan persamaan reaksi pengendapan besi(III) hidroksida.

Bagian II — Noda-nodanya.

Di bak cuci, air yang jernih perlahan menjadi keruh dan jingga. Ion apa yang dikandung air ketika keluar dari sumur, dan ion apa yang akhirnya dikandungnya?
Tuliskan rumus senyawa ion yang dibentuk oleh ion besi(III) dan ion hidroksida, dan periksalah bahwa senyawa itu netral.
Dapatkah besi dalam air itu dihilangkan dengan menyaring air ketika keluar dari sumur? Setelah air itu menjadi jingga? Jelaskan.
Apakah air yang mengandung ion besi zat murni? Campuran homogen?

Bagian III — Menghitung ion-ionnya.

Hitung massa sebuah atom besi, dalam kilogram.
Ubahlah $0.30\,\mathrm{mg}$ ke dalam kilogram.
Mengapa massa sebuah ion besi boleh dianggap sama dengan massa sebuah atom besi?
Hitung banyaknya ion besi dalam satu liter air sumur itu.

Solusi

Solusi Soal 17.1.

1. Besi(II), $\ce{Fe^{2+}}$ : $\ce{Fe(OH)2}$ .

2. Besi(III), $\ce{Fe^{3+}}$ : $\ce{Fe(OH)3}$ .

3. $\ce{Fe^{2+}}$ memiliki satu lebih banyak: $26 - 2 = 24$ elektron, dibandingkan $26 - 3 = 23$ untuk $\ce{Fe^{3+}}$ .

4. $\ce{Fe^{3+}(aq) + 3OH-(aq) -> Fe(OH)3(s)}$ .

5. Air itu keluar mengandung ion besi(II); ketika bersentuhan dengan udara, ion-ion itu menjadi ion besi(III), yang membentuk padatan jingga.

6. $\ce{Fe(OH)3}$ : $(+3) + 3 \times (-1) = 0$ .

7. Tidak ketika baru keluar: ion-ion besi terlarut dan lolos melewati saringan. Begitu padatan jingga terbentuk, ya: padatan itu endapan, yang tertahan oleh saringan.

8. Bukan: air itu campuran (air dan ion-ion terlarut). Ketika baru diambil dan masih jernih, air itu homogen.

9. $56 \times 1.67 \times 10^{-27} = 9.35 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$ .

10. $0.30\,\mathrm{mg} = 0.30 \times 10^{-6}\,\mathrm{kg} = 3.0 \times 10^{-7}\,\mathrm{kg}$ .

11. Sebuah ion berbeda dari atomnya hanya dua atau tiga elektron, yang massanya dapat diabaikan dibandingkan intinya.

12. $3.0 \times 10^{-7} / 9.35 \times 10^{-26} \approx 3.2 \times 10^{18}$ ion besi per liter.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 852 istilah di glosarium