Analisa Gravimetri, Titrasi Pengendapan dan Pemeriksaan Kesadahan Air

Gravimetri 

Gravimetri adalah pengukuran kuantitatif atau kuantitas suatu sampel dengan menghitung berat suatu zat. Untuk pengukuran gravimetri, produk harus selalu dalam bentuk padat. Alat yang paling penting dalam pengukuran berat sampel adalah timbangan dengan tingkat ketelitian yang baik. Pada reaksi yang membentuk endapan, endapan tersebut menjadi sampel yang akan dianalisis. Hal ini memungkinkan pemisahan endapan dengan cepat dari zat lain yang juga mengendap. Pencucian endapan adalah langkah selanjutnya. Tahap pencucian biasanya dilakukan dengan menyaring endapan. Langkah terakhir dalam proses ini adalah memurnikan endapan dengan menguapkan pelarut atau air yang masih ada dalam sampel. Pemanasan atau pengeringan biasanya dilakukan di dalam oven.

Metode analisis kuantitatif gravimetri didasarkan pada stoikiometri reaksi pengendapan, biasanya dinyatakan dengan persamaan:

Aa + pP → AaPp

Dimana a adalah koefisien reaksi setara dari reaktan analit (A), p adalah koefisien reaksi setara dari reaktan pengendap (P) dan AaPp adalah rumus molekul dari zat kimia hasil reaksi yang tergolong sulit larut (mengendap) yang dapat ditentukan beratnya dengan tepat setelah proses pencucian dan pengeringan. Penambahan reaktan pengendap P umumnya dilakukan secara berlebih agar dicapai proses pengendapan yang sempurna.

Tahapan Metode Gravimetri

Terdapat beberapa tahapan dalam metode gravimetri, diantaranya:

1). Proses Pengendapan

Pada umumnya pengendapan terjadi melalui dua proses, proses pertama, terbentuk zarah-zarah yang sangat kecil (1-100 nm) yang disebut inti, sedangkan proses kedua inti-inti tersebut tumbuh menjadi zarah-zarah yang lebih. Inti-inti tersebut tidak segera muncul setelah zat pengendap ditambahkan kedalam larutan yang akan diendapkan, tetapi hampir selalu ada masa imbas, yakni massa antara penambahan zat pengendap dan munculnya endapan. Selanjutnya inti-inti itu tumbuh menjadi zarah-zarah yang lebih besar dengan berbagai cara, tergantung pada kelarutan endapan dan keadaan endapan, yang menentukan bentuk endapan yang terjadi. Bila kelarutan endapan tidak begitu rendah. maka pada penambahan zat pengendap selanjutnya sangat sedikit inti baru terbentuk, tetapi sebagian besar zat pengendap itu berperan dalam pertumbuhan inti-inti yang telah ada. Akibatnya akan diperoleh endapan yang berbentuk hablur kasar yang agak murni dan cocok untuk pengolahan selanjutnya. Sebaliknya bila kelarutan endapan sangat rendah, maka sejumlah besar inti baru akan terbentuk selama proses penambahan zat pengendap. Akibatnya, endapan terbentuk karena pengelompokan inti-inti sehingga timbul endapan yang berbentuk hablur halus atau bahkan endapan yang berbentuk hablur sekali (Chadijah, 2012).

2). Pemilihan Keadaan Untuk Pengendapan

Dalam gravimetri, endapan yang diinginkan adalah endapan hablur kasar, karena endapan ini mudah disaring dan dicuci. Selain itu, karena luas permukaan endapan hablur kasar itu lebih kecil daripada hablur halus, maka endapan hablur kasar ini lebih sedikit mengandung kotoran (Chadijah, 2012).

3). Cemaran Endapan

Biasanya endapan menahan berbagai cemaran dari larutan asalnya. Cemaran ini dapat menimbulkan berbagai kesalahan dalam penentuan jumlah zat. Pencemaran senyawa-senyawa yang sukar larut oleh zat-zat yang berbeda selama proses pengendapannya disebut "pengendapan-serta". Pencemaran ini dapat dikurangi dengan pengendapan dan pencucian dengan hati-hati, tetapi tidak dapat dihilangkan sama sekali (Chadijah, 2012).

4). Mekanisme Pembentukan Endapan

a. Terbentuknya endapan dimulai dari terbentuknya larutan lewat jenuh (supersaturated solution). 

b. Nukleasi, sejumlah pertikel (ion, atom atau molekul) membentuk inti mikroskopik dari fasa padat, semakin tinggi derajat lewat jenuh, semakin besar laju nukleasi.

c. Proses pengendapan selanjutnya merupakan kompetisi antara nukleasi dan particle Growth. Particle Growth: begitu suatu situs nukleasi terbentuk, ion-ion lain tertarik sehingga membentuk partikel besar yang dapat disaring (Chadijah 2012).

5). Pemisahan Endapan

Dalam gravimetri, endapan biasanya dikumpulkan dengan penyaringan cairan induknya melalui kertas saring atau alat penyaring dari kaca masir. Kertas saring ini dibuat dari selulosa yang sangat murni, sehingga jika dibakar hanya meninggalkan abu yang sangat sedikit. Lazimnya kertas saring itu dibagi atas tiga kelompok, yakni kertas saring yang berpori besar, sedang dan kecil. Pemilihan kertas saring tergantung pada sifat endapan yang akan disaring (Chadijah, 2012).

Selain dangan penyaringan, endapan dapat pula dipisahkan dengan cara pengendapan. Dengan cara ini endapan yang berada dalam cairan induknya diendapkan beberapa saat, kemudian cairan bagian atasnya dituang ke dalam wadah lain. Pekerjaan ini dilakukan berulang-ulang sampai semua cairan terpisah dari endapannya (Chadijah, 2012).

6). Pencucian Endapan

Menghilangkan sisa-sisa cairan induk dan kotoran yang tertinggal, maka endapan harus dicuci setelah disaring. Pencucian akan berhasil jika dilakukan berulang-ulang dengan pemakaian sebagian demi sebagian cairan pencuci. Pencucian dilanjutkan terus sampai ion pengotor telah hilang sama sekali. Hilangnya ion pengotor ditandai dari hasil negatif pada pengujian cairan pencuci dengan pereaksi yang cocok (Chadijah, 2012).

Titrasi Pengendapan 

Titrasi Pengendapan merupakan titrasi yang berdasarkan pembentukan endapan atau kekeruhan. Reaksi yang menghasilkan endapan dapat digunakan untuk analisis secara titrasi jika reaksinya berlangsung cepat dan kuantitatif serta titik akhir dapat dideteksi. Beberapa reaksi pengendapan berlangsung lambat dan mengalami keadaan lewat jenuh. Hal yang penting adalah hasil kali kelarutan harus cukup kecil sehingga pengendapan bersifat kuantitatif dalam batas kesalahan eksperimen. Reaksi samping tidak boleh terjadi atau juga kopresipitasi (zat lain yang ikut mengendap selain zat yang diinginkan).

Perak nitrat (AgNO3) adalah bahan kimia yang paling banyak digunakan sebagai titrasi pengendapan, dikenal juga sebagai titrasi argentometri. Senyawa lain yang dapat digunakan sebagai senyawa pengendap dalam titrasi adalah merkuri (II), Hg2²+ sehingga titrasi yang menggunakan senyawa tersebut dikenal sebagai metode titrasi merkurometri.

Argentometri merupakan metode umum untuk menetapkan kadar halogenida dan senyawa-senyawa lain yang membentuk endapan dengan perak nitrat (AgNO3) pada suasana tertentu. Metode argentometri disebut juga dengan metode pengendapan karena pada argentometri memerlukan pembentukan senyawa yang relatif tidak larut atau endapan.

Metode Titrasi Pengendapan

Metode titrasi pengendapan berdasarkan jenis larutan penitrasi yang digunakan, dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu;

1). Argentometri: Titrasi pengendapan yang menggunakan ion Ag+ (perak) sebagai pentiter. 

2). Merkurometri: Titrasi pengendapan yang menggunakan ion Hg2)2+ sebagai peniter.

Argentometri merupakan salah satu metode analisis kuantitatif yang bertujuan untuk mengetahui konsentrasi analit dengan menggunakan larutan baku sekunder yang mengandung unsur perak. Larutan baku sekunder yang digunakan adalah AgNO3, karena AgNO3 merupakan satu-satunya senyawa perak yang bisa terlarut dalam air. Produk yang dihasilkan dari titrasi ini adalah endapan yang berwarna.

Dasar titrasi argentometri adalah pembentukan endapan yang tidak mudah larut antara titran dengan analit. Sebagai contoh yang banyak dipakai adalah titrasi penentuan NaCl dimana ion Ag+ dari titran akan bereaksi dengan ion Cl- dari analit membentuk garam yang tidak mudah larut AgCl yang berwarna putih. 

Ag(NO3) (aq) + NaCl (aq) → AgCl (s) + NaNO3 (aq)

Argentometri merupakan titrasi yang melibatkan reaksi antara ion halida (Cl-, Br-, I-) atau anion lainnya (CN-, CNS-) dengan ion Ag+ (Argentum) dari perak nitrat (AgNO3) dan membentuk endapan perak halida (Ag X).

Ag+ + X- → Agx

Konstanta kesetimbangan reaksi pengendapan untuk reaksi tersebut adalah:

Ksp Ag X = [Ag+] [X-]

Metode yang digunakan pada titrasi pengendapan berdasarkan jenis indikator dan teknik titrasi yang dipakai adalah sebagai berikut:

1. Metode Guy Lussac ( Cara Kekeruhan)

Pada cara ini tidak digunakan indikator untuk penentuan titik akhir karena sifat dari endapan Ag X yang membentuk larutan koloid bila ada ion sejenis yang berlebih. Ag X tidak mengendap melainkan berupa kekeruhan yang homogen. Menjelang titik ekuivalen (1% sebelum setara) akan terjadi koagulasi dari larutan koloid tersebut, karena muatan ion pelindungnya tidak kuat lagi untuk menahan penggumpalan. Dalam keadaan ini didapat endapan AgX yang berupa endapan kurdi (gumpalan) dengan larutan induk yang jernih. Titik akhir titrasi dicapai bila setetes pentiter yang ditambahkan tidak lagi memberikan kekeruhan.

2. Metode Mohr (Pembentukan Endapan Berwarna pada Titik Akhir)

AgNO3 akan bereaksi dengan NaCl membentuk endapan AgCI yang berwarna putih. Bila semua CI- sudah habis bereaksi dengan Ag+ dari AgNO3, maka kelebihan sedikit Ag+ akan bereaksi dengan CrO4 dari indikator K2CrO4 yang ditambahkan, ini berarti titik akhir titrasi telah dicapai, yaitu bila terbentuk warna merah bata dari endapan Ag2CrO4-.

Reaksinya: 

Ag+ + Cl- → AgCl (putih)

2Ag+ + CrO4²- → Ag2CrO4 (merah bata)

3. Metode Volhard 

Metode volhard didasari oleh pengendapan dari perak tiosianat dalam larutan asam nitrit. dengan ion besi (III) dipergunakan untuk mendeteksi kelebihan ion tosianat.

Reaksinya:

Ag+ + SCN- ⇆ AgSCN (s)

Fe3+ + SCN- ⇆ FeSCN2+ (merah)

Metode ini dapat dipergunakan untuk titrasi langsung perak dengan larutan standar tiosianat atau untuk titrasi tidak langsung dari ion-ion klorida, bromide dan iodide. Dalam titrasi tidak langsung kelebihan dari perak nitrat standar ditambahkan dan kemudian dititrasi dengan tiosianat standar.

Dalam menentukan bromide dan iodide dengan menggunakan metode tak langsung Volhard, reaksi dengan tiosianat tidak menimbulkan masalah mengingat AgBr mempunyai kelarutan yang hampir sama dengan AgSCN dan Agl dianggap jauh kurang dapat larut dibandingkan AgSCN.

Kelarutan perak, merkurium(I), dan tembaga(I) tidak larut dalam air. Timbal bromida sangat sedikit larut dalam air dingin, tetapi lebih larut dalam air mendidih. Semua bromida lainnya larut. Jika bromida direaksikan dengan larutan perak nitrat akan mengahasilkan endapan seperti dadih yang berwarna kuning pucat (AgBr) yang sangat sedikit larut dalam larutan amonia encer, tetapi mudah larut dalam larutan amonia pekat. Endapan juga larut dalam kalium sianida dan natrium tiosulfat, tetapi tidak larut dalam asam nitrat encer.

Reaksinya adalah: 

Br- + Ag+ → AgBr↓

AgBr↓ + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Br-

AgBr↓ + 2CN- → [Ag(CN)2]- + Br-

AgBr↓ + 2S2O3²- → + [Ag(S2O3)2]³- + Br-

Pemeriksaan Kesadahan Air 

Kesadahan (Hardness) adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Kesadahan air terjadi karena adanya ion-ion Ca2+ dan Mg2+ atau dapat juga disebabkan adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil. Air yang memiliki sifat sadah ditemukan pada wilayah yang menggunakan sumber air tanah/sumur dimana pada daerah tersebut memiliki lapisan tanah yang mengandung deposit garam mineral, kapur dan kalsium.

Berdasarkan kadar kalsium terdapat 4 tingkatan kesadahan air, berikut adalah tingkat kesadahan air berdasarkan kandungan kalsium:

1) Kesadahan Lunak : 0-50 mg/L

2) Kesadahan Medium : 50-150 mg/L

3) Kesadahan Keras : 150-300 mg/L

4) Kesadahan Sangat Keras: >300 mg/L

Jenis Kesadahan Air

1). Kesadahan Sementara (Temporary)

Air yang memiliki kesadahan sementara adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-) dari Kalsium (Ca) dan Magnesium (Mg) atau garam-garam Karbonat (CO3-). Air yang mengandung ion atau senyawa-senyawa tersebut disebut air dengan kesadahan sementara karena kesadahannya dapat dihilangkan dengan pemanasan air, sehingga air tersebut terbebas dari ion Ca2+ dan atau Mg2+.

2). Kesadahan Tetap (Permanent)

Air dengan kesadahan tetap adalah air yang mengandung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion CI-, NO3- dan SO4²-. Berarti senyawa yang terlarut boleh jadi berupa kalsium klorida (CaCl2), kalsium nitrat (Ca(NO3)2), kalsium sulfat (CaSO4), magnesium klorida (MgCl), magnesium nitrat Mg(NO3)2 dan magnesium sulfat (MgSO4). Air yang mengandung senyawa-senyawa tersebut disebut air dengan kesadahan tetap, karena kesadahannya tidak bisa dihilangkan hanya dengan cara pemanasan.

Untuk menghilangkan kesadahan tetap dapat dilakukan dengan cara kimia, yaitu dengan mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu. Pereaksi yang digunakan adalah larutan karbonat yaitu Na2CO3 atau K2CO3. Penambahan larutan karbonat dimaksudkan untuk mengendapkan ion Ca2+ dan Mg2+.

Analisa Kesadahan Air

Kesadahan air dianalisa menggunakan metode kompleksometri. Prinsip kompleksometri yaitu pembentukan ion-ion kompleks dalam larutan. Terbentuknya kompleks adalah tingkat kelarutan tinggi, dari kompleks tersebut adalah kompleks logam dengan EDTA. Indikator EBT ditambahkan kepada suatu larutan yang mengandung suatu ion Ca dan Mg akan membentuk warna merah anggur, dimana EBT ini berfungsi sebagai mempermudah untuk mengetahui titik akhir titrasi. Tambahkan buffer pH 10 dimana buffer pH 10 ini berfungsi untuk menjaga pH agar tetap dalam suasana basa. Titrasi dengan EDTA karena EDTA berfungsi sebagai pengompleks ion Ca dan Mg akan terikat sebagai kompleks. Titik akhir titrasi yaitu bila seluruh ion Ca dan Mg sudah terikat oleh EDTA, larutan yang berwarna merah anggur berubah menjadi warna biru sebagai titik akhir titrasi.

Eriochrom Black T (EBT) sebagai indikator akan terjadi blocking indikator oleh ion besi, sehingga perlu ditambahkan buffer pH 10 dalam titrasi ini untuk menyingkirkan besi sebagai endapan. Kesadahan total yang dilakukan, sampel dititrasi menggunakan larutan baku sekunder EDTA, dimana larutan tersebut belum diketahui dengan tepat molaritasnya, untuk mengetahui konsentrasi dari larutan sekunder EDTA diperlukan standarisasi primer CaCO3 yang kemudian dihitung molaritas EDTA (Astuti dkk., 2016).

Pengolahan Air Sadah

Air yang mengandung kadar kesadahan yang tinggi perlu dilakukan pengolahan, agar kesadahan tidak menyebabkan dampak bagi penggunanya. Menurut Candra (2007) kesadahan air dapat dikurangi bahkan dihilangkan. Metode yang dapat digunakan untuk mengolah air sadah yaitu:

1). Pemanasan

Proses pengolahan air sadah dengan pemanasan hanya dapat dilakukan untuk air yang memiliki kesadahan sementara.

2). Pengendapan Kimia

Pengendapan kimia menjadi salah satu cara untuk proses menghilangkan kesadahan pada air. Tujuan dari pengendapan kimia ini untuk membentuk garam-garam kalsium dan magnesium menjadi garam-garam yang tidak larut, sehingga dapat dipisahkan dengan air. Pengendapan kimia yang dilakukan untuk menghilangkan kesadahan dapat dilakukan dengan proses soda kaustik.

3). Pertukaran Ion

Ion exchanger adalah proses penyerapan ion-ion oleh resin dengan cara Ion-ion dalam fasa cair (biasanya dengan pelarut air) diserap lewat ikatan kimiawi karena bereaksi dengan padatan resin. Resin sendiri melepaskan ion lain sebagai ganti ion yang diserap. Selama operasi berlangsung setiap ion akan dipertukarkan dengan ion penggantinya hingga seluruh resin jenuh dengan ion yang diserap. Beberapa bahan penukar ion antara lain resin, zeolit, dan bentonit.