Pengukuran Kesadahan (Titrimetri)

Salah satu tipe reaksi kimia yang berlaku sebagai dasar penentuan titrimetrik melibatkan pembentukan (formasi) kompleks atau ion kompleks yang larut namun sedikit terdisosiasi. Kompleks yang dimaksud di sini adalah kompleks yang dibentuk melalui reaksi ion logam, sebuah kation, dengan sebuah anion atau molekul netral. Titrasi kompleksometri merupakan titrasi berdasarkan pembentukan persenyawaan kompleks (ion kompleks atau garam yang sukar mengion), Kompleksometri merupakan jenis titrasi dimana titran dan titrat saling mengkompleks, membentuk hasil berupa kompleks. Kompleksometri juga dikenal sebagai titrasi kelatometri, seperti yang menyangkut penggunaan EDTA.

Asam etilen diamin tetra asetat atau yang lebih dikenal dengan EDTA, merupakan salah satu jenis asam amina polikarboksilat. EDTA sebenarnya adalah ligan seksidentat yang dapat berkoordinasi dengan suatu ion logam lewat kedua nitrogen dan keempat gugus karboksil-nya atau disebut ligan multidentat yang mengandung lebih dari dua atom koordinasi per molekul, misalnya asam 1,2-diaminoetanatetraasetat (asam etilena diamina tetra asetat, EDTA) yang mempunyai dua atom nitrogen – penyumbang dan empat atom oksigen penyumbang dalam molekul. Suatu EDTA dapat membentuk senyawa kompleks yang mantap dengan sejumlah besar ion logam sehingga EDTA merupakan ligan yang tidak selektif. Dalam larutan yang agak asam, dapat terjadi protonasi parsial EDTA tanpa pematahan sempurna kompleks logam, yang menghasilkan spesies seperti CuHY-. Ternyata bila beberapa ion logam yang ada dalam larutan tersebut dititrasi dengan EDTA akan menunjukkan jumlah semua ion logam yang ada dalam larutan tersebut.

Titrasi dapat ditentukan dengan adanya penambahan indikator yang berguna sebagai tanda tercapai titik akhir titrasi. Ada lima syarat suatu indikator ion logam dapat digunakan pada pendeteksian visual dari titik-titik akhir yaitu reaksi warna harus sedemikian sehingga sebelum titik akhir, bila hampir semua ion logam telah berkompleks dengan EDTA, larutan akan berwarna kuat. Kedua, reaksi warna itu haruslah spesifik (khusus), atau sedikitnya selektif. Ketiga, kompleks-indikator logam itu harus memiliki kestabilan yang cukup, kalau tidak, karena disosiasi, tak akan diperoleh perubahan warna yang tajam. Namun, kompleks-indikator logam itu harus kurang stabil dibanding kompleks logam-EDTA untuk menjamin agar pada titik akhir, EDTA memindahkan ion-ion logam dari kompleks-indikator logam ke kompleks logam-EDTA harus tajam dan cepat. Kelima, kontras warna antara indikator bebas dan kompleks-indikator logam harus sedemikian sehingga mudah diamati. Indikator harus sangat peka terhadap ion logam (yaitu, terhadap pM) sehingga perubahan warna terjadi sedikit mungkin dengan titik ekuivalen.

Indikator yang digunakan dalam titrasi ini adalah indikator EBT (Eriochrome Black T). Kelat logam terbentuk dengan molekul EBT dengan kehilangan ion hidrogen dari gugus –OH fenolik dan pembentukan ikatan antara ion logam dan baik atom-atom oksigen maupun gugus azo. Molekulnya biasanya dinyatakan dalam bentuk singkatan sebagai asam tribasik H₃In. Kebanyakan titrasi EDTA dilakukan dalam buffer dengan pH 8 sampai 10, yaitu batas jangkau indikator EBT (Eriochrome Black T) dengan brntuk HIn^2- yang berada dalam jumlah terbanyak. Reaksi yang menyebabkan perubahan warna dapat dituliskan:

MIn^-   +   HY^3-   Û   MY^2-   +    HIn^2-

                                     Merah                                             Biru

Agar perubahan warna terjadi pada harga pM yang sesuai maka stabilitas kompleks MIn^- harus lebih kecil dari stabilitas MY^2- sehingga logam melepaskan indikator apabila hanya sedikit berlebihan EDTA ditambahkan.

Air yang mengandung ion Ca²⁺, Mg²⁺, dan atau Fe³⁺/Fe²⁺ dikenal sebagai air sadah tetap. Sedangkan air yang mengandung ion HCO₃^- disebut air sadah sementara. Kerugian air sadah adalah mengganggu pembentukan busa sabun karena terbentuk endapan dengan ion stearat yang ada dalam sabun.

Ca²⁺ + 2 C₁₇H₃₅COO^-  →  Ca(C₁₇H₃₅COO)₂

Sedang kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan pendidihan sehingga air tidak mengandung ion Ca²⁺ lagi karena terbentuk endapan.

Ca²⁺ + 2 HCO₃^-  →  CaCO₃ + H₂O + CO₂

Kesadahan tetap adalah besarnya kadar Mg²⁺ atau Ca²⁺ dalam air sadah. Bila ditentukan jumlah kedua kation, maka dapat ditentukan kesadahan tetap dan juga kesadahan parsial, yaitu kadar Mg²⁺ atau Ca²⁺ saja. Pada penentuan kesadahan contoh air sadah, diperlukan sedikit modifikasi dari cara titrasi langsung Mg-Ca murni, karena air dari alam sering dijumpai pengotoran oleh ion besi dan logam – logam lain. Bila digunakan EBT atau Calmagite sebagai indikator, maka akan terjadi blocking indikator oleh ion besi karena bereaksi secara irreversibel. Oleh karena itu digunakan buffer pH 10 yang dapat menyingkirkan ion besi sebagai endapan (mengendapkan ion besi) bila jumlahnya kecil. Sedangkan bila jumlahnya lebih banyak maka digunakan natrium sianida untuk mencegah gangguan oleh ion besi maupun ion tembaga.

Kesadahan air dapat ditentukan dengan titrasi kompleksometri. Larutan ion Mg2+ dan ion Ca2+ dititar dengan larutan EDTA dan digunakan indikator EBT (Eriochrome Black T). Pertama-tama EDTA akan bereaksi dengan ion Ca2+ ,kemudian dengan ion Mg2+ dan akhirnya dengan senyawa rangkai Mg-EBT yang berwarna merah anggur. Titik akhir pada pH 7-11, dengan adanya perubahan warna dari merah anggur menjadi biru yang berasal dari larutan penunjuk yang bebas.