Materi Kuliah

ANALISIS GRAVIMETRI

 

PENDAHULUAN

            Analisis Gravimetri merupakan salah satu metode analisis kuantitatif dengan penimbangan meliputi proses isolasi dan pengukuran berat suatu konstituen tertentu.  Tahap awal dari analisis gravimetri adalah pemisahan komponen yang ingin diketahui dari komponen-komponen lain yang terdapat dalam suatu sampel kemudian dilakukan pengendapan yaitu transformasi konstituen ke dalam bentuk senyawa stabil dan murni yang dapat diukur. Pengukuran dalam metode gravimetri adalah dengan penimbangan. Banyaknya komponen yang dianalisis ditentukan dari hubungan antara berat sampel yang hendak dianalisis, massa atom relatif, massa molekul relatif dan berat endapan hasil reaksi.

            Analisis gravimetri dapat dilakukan dengan cara pengendapan, penguapan dan elektrolisis.

Metode Pengendapan

            Suatu sampel yang akan ditentukan secara gravimetri mula-mula ditimbang secara kuantitatif, dilarutkan dalam pelarut tertentu kemudian diendapkan kembali dengan reagen tertentu. Senyawa yang dihasilkan harus memenuhi syarat yaitu memiliki kelarutan sangat kecil sehingga bisa mengendap kembali dan dapat dianalisis dengan cara menimbang. Endapan yang terbentuk harus berukuran lebih besar daripada pori-pori alat penyaring (kertas saring), kemudian endapan tersebut dicuci dengan larutan elektrolit yang mengandung ion sejenis dengan ion endapan. Hal ini dilakukan untuk melarutkankan pengotor yang terdapat dipermukaan endapan dan memaksimalkan endapan. Endapan yang terbentuk dikeringkan pada suhu 100-130 ^oC atau dipijarkan sampai suhu 800 ^oC tergantung suhu dekomposisi dari analit. Pengendapan kation misalnya, pengendapan sebagai garam sulfida, pengendapan nikel dengan DMG, pengendapan perak dengan klorida atau logam hidroksida dengan mengatur pH larutan. Penambahan reagen dilakukan secara berlebihan untuk memperkecil kelarutan produk yang diinginkan.

                        aA   + rR                      A_aR_r(s)

Penambahan reagen R secara berlebih akan memaksimalkan produk A_aR_r yang terbentuk.

Metode Penguapan

            Metode penguapan dalam analisis gravimetri digunakan untuk menetapkan komponen-komponen dari suatu senyawa yang relatif mudah menguap. Cara yang dilakukan dalam metode ini dapat dilakukan dengan cara pemanasan dalam gas tertentu atau penambahan suatu pereksi tertentu sehingga komponen yang tidak diinginkan mudah menguap atau penambahan suatu pereksi tertentu sehingga komponen yang diinginkan tidak mudah menguap. Metode penguapan ini dapat digunakan untuk menentukan kadar air(hidrat) dalam suatu senyawa atau kadar air dalam suatu sampel basah. Berat sampel sebelum dipanaskan merupakan berat senyawa dan berat air kristal yang menguap. Pemanasan untuk menguapkan air kristal adalah 110-130 ^oC. Garam-garam anorganik banyak yang bersifat higroskopis sehingga dapat ditentukan kadar hidrat/air yang terikat sebagai air kristal.

            AB.xH₂O           ^pemanasan          AB  + x H₂O

Metode Elektrolisis

            Metode elektrolisis dilakukan dengan cara mereduksi ion-ion logam terlarut menjadi endapan logam. Ion-ion logam berada dalam bentuk kation apabila dialiri dengan arus listrik dengan besar tertentu dalam waktu tertentu maka akan terjadi reaksi reduksi menjadi logam dengan bilangan oksidasi 0. Endapan yang terbentuk selanjutnya dapat ditentukan berdasarkan beratnya. Misalnya mengendapkan tembaga terlarut dalam suatu sampel cair dengan cara mereduksi

                        Cu⁺²  +   2  e                            Cu_(s)

Cara elektrolisis ini dapat diberlakukan pada sampel yang diduga mengandung kadar logam terlarut cukup besar seperti air limbah.

      Suatu analisis gravimetri dilakukan apabila kadar analit yang terdapat dalam sampel relatif besar sehingga dapat diendapkan dan ditimbang. Apabila kadar analit dalam sampel hanya berupa unsur perunut, maka metode gravimetri tidak mendapat hasil yang teliti. Sampel yang dapat dianalisis dengan metode gravimetri dapar berupa sampel padat maupun sampel cair.

Ketiga metode tersebut dapat dilakukan sendiri atau dimodifikasi. Misalnya pengendapan diikuti dengan penguapan, atau pemijaran dan pengendapan. Tujuan dari pemilihan metode adalah diperoleh senyawa yang murni dan stabil yang dapat ditimbang.

Metode pengendapan atau presipitasi merupakan metode yang paling banyak digunakan. Reagen pengendapan dapat berupa senyawa organik dan anorganik. Berikut ini adalah contoh jenis reagen pengendap.

Reagen pengendapan Anorganik

Unsur	Endapan	Zat yang ditimbang
Kalium	KClO4	KClO4
Kalsium	CaC2O4	CaO
Aluminium	Al2O3.xH2O	Al2O3.
Silikon	SiO2.xH2O	SiO2
Fosfor	MgNH4PO4.6H2O	Mg2P2O7
Belerang	BaSO4	BaSO4
Klorida	AgCl	AgCl
Perak	AgCl	AgCl
Seng	Zn NH4PO4	Zn2P2O7
Kromium	Cr2O3.xH2O	Cr2O3.
Mangan	MnO2	Mn2O3
Besi	Fe2O3.xH2O	Fe2O3.
kobalt	CoS	CoS

Reagen pengendapan Organik

Reagen	Unsur yang diendapkan
Dimetil Glioksilim	Nikel
α-nitroso-β-naftol	Kobalt
Kupferon	Besi dan titanium
α-benzoin oksima	Bismut dan seng
Tionalidin	Senyawa yang mempunyai gugus H2S
Asam Quinal	Kadmium, Tembaga, Seng
Natrium Tetrafenilboron	Kalium
Benzidine	Sulfat
Tetrafenilarsonumklorida	Talium, Timah, emas, seng, raksa, kadmium

Proses pengendapan yang paling umum adalah nukleasi

Nukleasi : proses pembentukan partikel-partikel kecil yang disebut inti kemudian tumbuh menjadi partikel yang lebih besar yang disebut endapan

Pembentukan partikel yang lebih besar disebut juga koagulasi sehingga endapan memungkinkan untuk disaring

Pada beberapa kasus, koagulasi tidak dapat terjadi karena terbentuk koloid. Ukuran diameter partikel adalah 10^-7-10^-4 cm. Pada permukaan partikel dikelilingi oleh ion bermuatan sehingga terjadi penolakan dengan partikel lain.

Gangguan pada Gravimetri

Kopresipitasi : Pengendapan ikutan. Suatu zat ikut mengendap bersama dengan konstituen yang ingin diendapkan.

Oklusi : pengepungan. Suatu zat yang tidak diinginkan terjebak ke dalam partikel biasanya kristal yang diinginkan

Peptisasi : Koagulasi ispersi koloid yang dilakukan ion lain selain yang diinginkan. Proses menyebarnya zat yang tidak larut ke dalam suatu cairan dalam bentuk koloid. 

Penentuan kadar Barium dalam sampel padat

Barium merupakan unsur logam alkali tanah. Di alam, barium terdapat dalam bentuk garam-garam anorganik yang memiliki kelarutan yang berbeda-beda dalam pelarut air. Barium dalam suatu sampel padat mula-mula dilarutkan dengan asam klorida sampai larut sempurna. Selanjutnya barium diendapkan kembali dengan anion sulfat sampai dihasilkan endapan barium sulfat. Penambahan anion sulfat dilakukan secara berlebihan untuk memperoleh hasil endapan maksimal. Penambahan ion sejenis akan memperkecil kelarutan.

      Ba⁺²   + SO₄^-2                           BaSO_4(s)

Barium sulfat merupakan endapan kristalin yang sangat sedikit larut dalam pelarut air. Endapan barium sulfat yang terbentuk selanjutnya disaring dan dikeringkan. Endapan kering yang terbentuk  ditimbang secara kuantitatif. Kadar barium dalam sampel dihitung dengan cara membandingkan berat produk yang dihasilkan, perbandingan nilai Ar Ba dan Mr BaSO₄ dan berat sampel.

Kadar Barium = ^{berat barium}  x 100 %

                                  ^{berat sampel}

Berat barium = berat BaSO₄ x  ^{Ar Ba}

                                                      ^Mr BaSO4

Cara Kerja Penentuan kadar barium sebagai endapan barium sulfat

Sampel padat ditimbang secara kuantitatif dan dilarutkan dengan akuades 100 mL dan ditambahkan dengan 5 mL HCl 3 M sampai larut sempurna. Larutan dipanaskan diatas bunsen sampai hampir mendidih dan ditambahkan larutan  H₂SO₄ 0,5 M 25 mL sedikit demi sedikit. Apabila masih terbentuk endapan putih, tambahkan  larutan  H₂SO₄ 0,5 M tetes demi tetes sampai tidak terbentuk endapan lagi. Biarkan endapan diatas penangas air sampai 1 jam. Timbang kertas Whatman no 40 dengan teliti, kemudian endapan didinginkan dan disaring dengan kertas Whatman no 40. Endapan dicuci dengan larutan H₂SO₄ 0,05 M 50 mL (tetes demi tetes) dan akuades. Cek filtrat sampai tidak menghasilkan reaksi positif Cl dengan AgNO₃. Endapan dikeringkan dalam cawan porselen dan ditimbang. Tentukan kadar barium dalam sampel.

Penentuan kadar air dalam sampel

Beberapa sampel organik dan anorganik di alam sering kali bersifat higroskopis. Dalam sampel anorganik, suatu garam dikatakan hidrat apabila memiliki kemampuan mengikat molekul air sebanyak 1,2,3,...n. Berat sampel sebelum dipanaskan merupakan berat senyawa dan berat air kristal yang menguap. Pemanasan pada suhu 110-130 ^oC dilakukan untuk menguapkan air kristal sehingga kadar hidrat/air yang terikat sebagai air kristal dapat ditentukan. Misalnya pada kristal garam BaCl₂.2H₂O sesuai reaksi :

            BaCl₂.2H₂O       ^pemanasan          BaCl₂    +   2 H₂O_(g)

Kristal garam CuSO₄.5H₂O berwarna biru sedangkan kristal anhidratnya CuSO₄ berwarna putih. Untuk memperoleh kristal CuSO₄ anhidrat dapat dilakukan dengan dengan memanaskan kristal garam CuSO₄.5H₂O berwarna biru sampai diperoleh kristal berwarna putih.

            CuSO₄.5H₂O      ^pemanasan          CuSO₄    +   5 H₂O_(g)

Untuk mengetahui kadar air dalam sampel alam seperti daging, buah, sayur, garam dapur , gula dan bahan makanan lain atau bahan industri seperti semen, dapat digunakan metode ini pula.

Cara Kerja Penentuan kadar air hidrat tembaga sulfat

Cawan/krus porselen kosong dipanaskan dengan bunsen untuk menguapkan air  di dalamnya selama 20 menit, biarkan dalam suhu kamar 5 menit kemudian didinginkan dalam desikator 10 menit. Timbang krus porselen secara kuantitatif. Sampel padat dimasukkkan dalam krus porselen dan ditimbang secara kuantitatif. Panaskan sampel dalam krus porselen selama 1 jam dengan bunsen, biarkan dalam suhu kamar 5 menit kemudian didinginkan dalam desikator 10 menit. Timbang kembali. Tentukan kadar air dalam sampel.

Pertanyaan

1.      Suatu sampel barium klorida anhidrat berada dalam udara terbuka sehingga menjadi kristal hidrat yang menyerap air. Ditimbang kristal barium 10,61 gram dan dilarutkan dalam HCl. Larutan ditambah H₂SO₄ berlebih sehingga terbentuk endapan BaSO₄ seberat 10,11 gram. Hitung kadar barium dalam sampel dan tentukan rumus barium klorida hidrat!

2.      Suatu sampel seberat 0,7203 gram yang mengandung klorida dilarutkan, ditambahkan larutan perak nitrat berlebih dan diendapkan sebagai AgCl. Endapan AgCl yang terbentuk 0,4026 gram. Hitung persentase klorida dalam sampel! Jika sampel dianggap sebagai NaCl hitung kemurnian NaCl dalam Sampel!