Pereaksi Pembatas pada Reaksi Basa Kuat + Asam Kuat

Materi: kimia
Pereaksi pembatas dapat dimaknai sebagai pereaksi yang habis saat akhir reaksi (jumlahnya terbatas), tidak bersisa. Pada bahasan larutan basa-asam sering kali pereaksi pembatas ini dijadikan pijakan bahan pertanyaan, mulai dari zat mana yang habis bereaksi, berapa volume seharusnya, berapa konsentrasi semestinya, berapa sisa zat yang tidak habis bereaksi berapa konsentrasinya, berapa pH campuran dan seterusnya. Pada tulisan ini akan dibahas sebagian saja yang disertai contoh soal dan pembahasan.


Reaksi basa-asam secara umum (basa kuat/lemah dengan asam kuat/lemah) dapat ditulis:

aB(OH)_b + bH_aA → B_aA_b + (a.b)H₂O

Untuk basa kuat di sini dianggap hanya ada 2 macam yaitu BOH dan B(OH)₂ dan asam kuat juga dianggap hanya ada 2 macam yaitu HA dan H₂A. Dengan demikian kombinasi reaksi basa kuat dengan asam kuat hanya ada 4 kombinasi seperti Tabel 1.

Tabel 1

1	BOH + HA → BA + H2O
2	2BOH + H2A → B2A + 2H2O
3	B(OH)2 + 2HA → BA2 + 2H2O
4	B(OH)2 + H2A → BA + 2H2O

Skema reaksi basa kuat dengan asam kuat serta sifat campurannya.

Rutinitas penyelesaian soal yang terkait pereaksi pembatas bisanya membuat tabel reaksi, menghitung jumlah zat mula-mula-bereaksi-sisa, berulang terus seperti itu. Dengan begitu siswa paham alur penyelesaian soal. Di sini mencoba untuk melihat pola penyelesaian soal dengan menggunakan persamaan matematis.

Berikut ini contoh soal yang diselesaikan dengan cara umum (seperti selama ini) untuk soal terkait pereaksi pembatas pada reaksi antara basa kuat dan asam kuat.

Hitunglah volume NaOH 0,2 M yang harus ditambahkan agar larutan 100 mL HCl 0,1 M menjadi 0,05 M!

Rutinitas penyelesaian:

Tabel 2

Reaksi	:	NaOH		+	HCl		→	NaCl	+	H2O
V dan M	:	a mL	0,2 M		100 mL	0.1 M
Mula-mula	:	(0,2×a) mmol			10 mmol			-		-
Bereaksi	:	-(0,2×a) mmol			-(0,2×a) mmol			+(0,2×a) mmol		-
Sisa	:	0			10-(0,2×a) mmol			0,2×a mmol		-

Konsentrasi akhir = jumlah HCl tersisa : volume campuran
0,05 M = 10 - (0,2×a) mmol : (a + 100) mL
0,05 (a + 100) = 10 - 0,2a
0,05a + 5 = 10 - 0,2a
0,05a + 0,2a = 10 - 5
0,25a = 5
a = 20 mL

Itu adalah rutinitas yang sangat bagus untuk melancarkan proses matematis dalam mencapai hasil hitung yang diharapkan. Selanjutnya dengan cara yang sama dapat dibuat lebih umum tidak hanya menyangkut reaksi basa dan asam.

Tabel 3

Reaksi	:	BOH		+	HA		→	BA	+	H2O
V dan M	:	Va	Ma		Vb	Mb
Mula-mula	:	VaMa			VbMb			-		-
Bereaksi	:	-VaMa			-VaMa			+VaMa		-
Sisa	:	0			VbMb-VaMa			VaMa		-

Konsentrasi HA yang bersisa diharapkan sebesar Mb', sementara itu BOH habis/tidak bersisa.
Vtotal campuran = Va+Vb

Dari konsentrasi yang diharapkan itu diperoleh rumus:

$$\begin{align*}Mb' &=\frac{VbMb-VaMa}{Va+Vb}\\ Mb' (Va+Vb) &=VbMb-VaMa\\ VaMb'+VbMb' &=VbMb-VaMa\\ VaMb'+VaMa &=VbMb-VbMb'\\ Va(Mb'+ Ma) &=Vb(Mb-Mb')\\ Va(Ma+Mb') &=Vb(Mb-Mb')\\ \frac{Va}{Vb} &=\frac{Mb-Mb'}{Ma+Mb'}\\ \Leftrightarrow Va &=Vb(\frac{Mb-Mb'}{Ma+Mb'}\\ \Leftrightarrow Ma &=\frac{Vb(Mb-Mb')}{Va}-Mb'\end{align*}$$

Dengan cara menggunakan tabel model MBS seperti tabel 3 kombinasi lain basa kuat dan asam kuat dapat ditentukan hubungannya.

Tabel 4

1	BOH + HA → BA + H2O	Va(Ma+Mb') = Vb(Mb-Mb')
2	2BOH + H2A → B2A + 2H2O	Va(Ma+2Mb') = 2Vb(Mb-Mb')
3	B(OH)2 + 2HA → BA2 + 2H2O	Va(2Ma+Mb') = Vb(Mb-Mb')
4	B(OH)2 + H2A → BA + 2H2O	Va(Ma+Mb') = Vb(Mb-Mb')

Keterangan:
Dalam soal ini jelas B(OH)_x yang habis bereaksi.
Va = Volume B(OH)_x
Ma = Konsentrasi B(OH)_x
Vb = Volume H_yA
Mb = Konsentrasi H_yA
Mb'= Konsentrasi H_yA setelah penambahan B(OH)_x

Untuk soal di atas (Hitunglah volume NaOH 0,2 M yang harus ditambahkan agar larutan 100 mL HCl 0,1 M menjadi 0,05 M!)
dapat diselesaikan sebagai berikut:
Va(Ma+Mb') = Vb(Mb-Mb')
Va(0,2 + 0,5) = 100(0,1 - 0,05)
Va.0,25 = 5
Va = 5 : 0,25
Va = 20 mL

Jadi apakah rumus ini harus dihafal? Tentu saja tidak perlu! Namun dengan mengamati pola maka dengan sendirinya akan hafal, hafal setelah paham.

Misalnya dengan membuat ubahan rumus seperti berikut sehingga mudah diingat

Tabel 5

1	BOH + HA → BA + H2O	$\large{\frac{Va}{Vb} = \frac{Mb-Mb'}{Ma+Mb'}}$
2	2BOH + H2A → B2A + 2H2O	$\large{\frac{Va}{Vb}=\frac{2Mb-2Mb'}{Ma+2Mb' }}$
3	B(OH)2 + 2HA → BA2 + 2H2O	$\large{\frac{Va}{Vb}=\frac{2Ma-Mb'}{Mb+Mb'}}$
4	B(OH)2 + H2A → BA + 2H2O	$\large{\frac{Va}{Vb} = \frac{Mb-Mb'}{Ma+Mb'}}$

Bentuk kebalikan bila asam yang habis bereaksi dan yang bersisa adalah basa maka rumus tersebut tidak akan berubah banyak, hanya berubah proporsi-nya saja. Prinsipnya adalah pada perbandingan koefisien pereaksi setelah disetarakan. Dari pengamatan pola tentu akan diperoleh kesimpulan untuk dapat digunakan membangun sebuah alat hitung sederhana. Sila pantau secara berkala di blog ini untuk melihat hasilnya nanti.