Mekanisme Hantaran Listrik Melalui Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit Beserta Daya Hantar Listrik dan Ikatan Kimia, Penjelasan Dan Contoh Soal
Pengertian Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit
Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan listrik, sedangkan larutan non elektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan listrik. Larutan elektrolit dapat dibedakan menjadi elektrolit kuat dan elektrolit lemah. Elektrolit kuat mempunyai daya hantar yang relatif tinggi walaupun konsentrasinya relatif kecil, sedangkan elektrolit lemah mempunya daya hantar yang relatif rendah walaupun konsentrasinya relatif besar.
Aki (akumulator) sebagai sumber arus listrik yang dapat diisi ulang adalah komponen yang penting dalam kendaraan bermotor. Sebagai sel elektrokimia, aki terdiri dari komponen elektroda dan larutan elektrolit. Larutan elektrolit yang terdapat dalam aki adalah larutan asam sulfat yang biasanya dikenal sebagai air aki accuzuur.
Hasil uji hantaran listrik dari larutan elektrolit kuat (kiri), elektrolit lemah (tengah), dan larutan non elektrolit (kanan)
(Sumber: Kotz, John C., Treichel, Paul M., & Townsend, John R. 2012. Chemistry & Chemical Reactivity (8th edition). California: Brooks/Cole)
Mekanisme Hantaran Listrik Melalui Larutan
Menurut teori ionisasi Arrhenius, larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik karena terdapat ion-ion yang bergerak bebas dalam larutan. Ion-ion tersebut yang berperan dalam menghantarkan arus listrik melalui larutan. Sebagai contoh, larutan NaCl merupakan larutan elektrolit. Zat terlarut NaCl di dalam pelarut air akan terdisosiasi (terurai) menjadi ion Na+ dan ion Cl−. Dalam eksperimen hantaran listrik larutan elektrolit dengan menggunakan sumber arus listrik searah, lampu, dan dua elektroda, ion-ion bermuatan positif akan bergerak ke arah elektroda yang terhubung ke kutub negatif (katoda) sedangkan ion-ion bermuatan negatif akan bergerak ke arah elektroda yang terhubung ke kutub positif (anoda).
Pada larutan non elektrolit, zat non elektrolit yang terlarut tidak dapat terurai menjadi ion-ion, sehingga tidak terdapat ion-ion bebas yang dapat menghantarkan arus listrik. Sebagai contoh, larutan gula sukrosa (C12H22O11) merupakan larutan non elektrolit. Zat terlarut sukrosa di dalam pelarut air tidak dapat terurai menjadi ion, sehingga tidak terdapat ion bebas yang dapat menghantarkan listrik.
Daya Hantar Listrik dan Ikatan Kimia
Kemampuan menghantarkan listrik dari suatu larutan bergantung pada zat terlarut. Jenis ikatan kimia pada zat terlarut merupakan faktor utama yang mempengaruhi daya hantarnya. Ditinjau dari ikatan kimia, senyawa kimia dapat dibedakan menjadi senyawa ionik dan senyawa kovalen.
1. Senyawa ionik
Senyawa ionik adalah senyawa yang terdiri dari ion-ion positif dan negatif yang bergabung oleh karena adanya gaya tarik-menarik elektrostatis. Contoh senyawa ionik antara lain NaCl, KBr, CuCl2, Ca(NO3)2, (NH4)2S, NaOH, BaSO4, dan AgCl. Dalam bentuk padat (kristal), ion-ion tersebut berada dalam posisi tetap pada kisi kristalnya sehingga tidak dapat bergerak bebas. Oleh karena itu, padatan senyawa ionik tidak dapat menghantarkan listrik. Jika padatan tersebut dilelehkan atau dilarutkan dalam air, maka ion-ion tersebut dapat terurai dari kisinya dan bergerak bebas sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Ketika senyawa ionik dilarutkan dalam air, ion-ion positif dan ion-ion negatif akan dikelilingi oleh molekul-molekul air sehingga terjadi stabilisasi muatan oleh proses pelarutan (solvasi) oleh air. Berikut beberapa contoh persamaan reaksi yang dapat dituliskan dari proses pelarutan beberapa senyawa ionik oleh air.
Ilustrasi pelarutan padatan senyawa ionik (kiri) dalam air: ion positif dan ion negatif dari senyawa ionik tersebut dikelilingi oleh molekul-molekul air (kanan)
(Sumber: Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.)
Pada umumnya semua senyawa ionik yang mudah larut dalam air, seperti NaCl, KBr, CuCl2, Ca(NO3)2, (NH4)2S, dan NaOH adalah elektrolit kuat. Namun, untuk senyawa ionik yang cenderung sukar larut dalam air seperti CaC2O4, SrCO3, BaSO4 dan AgCl, daya hantarannya akan cenderung lebih lemah.
2. Senyawa kovalen
Senyawa kovalen adalah senyawa yang terdiri dari satuan-satuan diskrit yang disebut molekul-molekul, yang terdiri dari beberapa atom nonlogam yang berikatan kovalen. Senyawa kovalen ada yang bersifat polar dan adapula yang nonpolar. Senyawa kovalen polar ada yang dapat mengalami ionisasi bila dilarutkan dalam air, sehingga membentuk ion-ion bebas yang dapat menghantarkan listrik misalnya HCl, H2SO4, H2C2O4, CH3COOH, dan NH3. Senyawa-senyawa tersebut merupakan zat elektrolit. Berikut beberapa contoh persamaan reaksi yang dapat dituliskan dari proses pelarutan beberapa senyawa kovalen polar terionisasi oleh air.
Namun, adapula senyawa kovalen polar yang tidak dapat terionisasi, misalnya aseton, sehingga tidak dapat menghantarkan listrik. Semua senyawa kovalen nonpolar, seperti Br2 dan CH4, juga tidak dapat terionisasi. Jadi, senyawa kovalen polar yang tidak terionisasi dan senyawa kovalen nonpolar merupakan zat non elektrolit.
Larutan Elektrolit Kuat dan Larutan Elektrolit Lemah
Perbedaan utama larutan elektrolit kuat dan elektrolit lemah adalah daya hantarnya ketika konsentrasi kedua jenis elektrolit sama. Pada elektrolit kuat, elektrolit dapat terurai sempurna atau hampir sempurna menjadi ion-ion dalam pelarutnya. Contoh larutan elektrolit kuat yaitu senyawa-senyawa garam mudah larut dalam air, basa kuat, dan asam kuat, seperti NaCl, KBr, CuCl2, Ca(NO3)2, (NH4)2S, NaOH, Ba(OH)2, HCl, dan H2SO4. Sedangkan, pada elektrolit lemah, elektrolit hanya dapat terurai sebagian kecil menjadi ion-ion dalam pelarutnya. Contoh larutan elektrolit lemah yaitu senyawa-senyawa asam lemah dan basa lemah, seperti H2C2O4, CH3COOH, N2H4, dan NH3. Secara kuantitatif, kuat lemahnya elektrolit dapat dinyatakan sebagai derajat ionisasi / derajat disosiasi, α.
Pada larutan elektrolit kuat yang terionisasi/terdisosiasi sempurna, nilai α = 1, sedangkan yang terionisasi hampir sempurna, nilai α mendekati 1. Pada larutan non elektrolit, nilai α = 0. Jadi, batas nilai α untuk larutan elektrolit lemah adalah 0 < α < 1.
Contoh Soal Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit
Contoh Soal 1
Berapakah derajat ionisasi dari asam lemah HX bila diketahui sebanyak 0,0005 mol asam yang terionisasi dari 0,1 mol asam yang dilarutkan dalam air?
Jawab:
Derajat ionisasi:
Contoh Soal 2
Pada konsentrasi yang sama, manakah larutan di bawah ini yang bila diuji hantaran listriknya akan menghasilkan nyala lampu yang paling terang?
a. larutan CH3OH
b. larutan NH4OH
c. larutan C6H5COOH
d. larutan HCN
e. larutan K2CO3
Jawab:
E. larutan K2CO3
K2CO3 adalah satu-satunya senyawa ionik di antara kelima pilihan jawaban di atas. K2CO3 (kalium karbonat) adalah garam yang mudah larut dalam air dan dapat terdisosiasi menjadi ion K+ dan ion CO32−. Hal ini mengindikasikan K2CO3tergolong larutan elektrolit kuat. NH4OH (amonium hidroksida) adalah basa lemah. C6H5COOH (asam benzoat) dan HCN (asam sianida) adalah asam lemah. Jadi, NH4OH, C6H5COOH, dan HCN tergolong elektrolit lemah. CH3OH (metanol) adalah senyawa kovalen polar yang tidak dapat terionisasi dalam air. Jadi, CH3OH tergolong larutan non elektrolit. Sebagaimana K2CO3 adalah larutan elektrolit kuat, larutannya akan menghasilkan nyala lampu yang paling terang dibanding larutan lainnya.