Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit: Uji Daya Hantar, Elektrolit Kuat dan Lemah, Derajat Ionisasi, dan Contoh Soal

Pernah dengar peringatan "jangan pegang kabel listrik dengan tangan basah"? Atau kenapa banjir yang merendam stopkontak itu berbahaya? Jawabannya ada di bab ini. Air yang kita temui sehari-hari hampir tidak pernah murni. Di dalamnya ada garam dan zat lain yang terurai menjadi ion, dan ion-ion itulah yang membuat air bisa menghantarkan listrik.

Larutan yang dapat menghantarkan listrik disebut larutan elektrolit, sedangkan yang tidak dapat disebut larutan nonelektrolit. Di catatan ini kita bahas cara mengujinya dengan lampu dan elektroda, beda elektrolit kuat dan lemah, hubungan dengan jenis ikatan (ion atau kovalen polar), cara menulis persamaan ionisasi, menghitung derajat ionisasi, serta contoh elektrolit di sekitar kita.

Setelah membaca catatan ini, kamu bisa:

• Menjelaskan mengapa larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik.
• Membaca hasil uji daya hantar (nyala lampu dan gelembung gas) untuk menggolongkan larutan.
• Membedakan elektrolit kuat, elektrolit lemah, dan nonelektrolit beserta contohnya.
• Menjelaskan daya hantar senyawa ion dan kovalen polar, menulis persamaan ionisasi, dan menghitung derajat ionisasi (α).

Apa Itu Larutan Elektrolit?

Larutan adalah campuran homogen antara zat terlarut dan pelarut. Di bab ini pelarutnya air. Ketika suatu zat dilarutkan, ada dua kemungkinan:

• Zat itu terurai menjadi ion-ion yang bebas bergerak. Contohnya garam dapur: NaCl → Na⁺ + Cl⁻. Larutannya bisa menghantarkan listrik, jadi disebut elektrolit.
• Zat itu larut sebagai molekul utuh tanpa membentuk ion. Contohnya gula pasir. Molekul gula netral, tidak bermuatan, sehingga tidak bisa membawa arus. Larutannya disebut nonelektrolit.

Pada kabel logam, arus listrik dibawa oleh elektron. Pada larutan, arus listrik dibawa oleh ion-ion yang bergerak: ion positif (kation) bergerak ke elektroda negatif, ion negatif (anion) bergerak ke elektroda positif. Teori bahwa zat elektrolit terurai menjadi ion di dalam air ini dikemukakan oleh Svante Arrhenius pada tahun 1884.

Syarat larutan menghantarkan listrik: ada ion dan ion itu bebas bergerak. Kalau salah satu tidak terpenuhi, arus tidak mengalir.

Uji Daya Hantar Listrik: Lampu dan Gelembung

Di laboratorium, daya hantar larutan diuji dengan rangkaian sederhana: baterai (sumber arus), lampu kecil, kabel, dan dua batang elektroda (biasanya karbon dari baterai bekas) yang dicelupkan ke larutan. Jika larutan menghantarkan listrik, rangkaian tertutup dan arus mengalir.

Ada dua hal yang diamati:

1. Nyala lampu. Makin banyak ion, makin besar arus, makin terang lampunya.
2. Gelembung gas di sekitar elektroda. Gelembung muncul karena ion-ion bereaksi di permukaan elektroda (peristiwa elektrolisis), misalnya membentuk gas hidrogen di elektroda negatif. Banyak sedikitnya gelembung juga menunjukkan banyak sedikitnya ion.

Jenis larutan	Nyala lampu	Gelembung gas	Contoh
Elektrolit kuat	Terang	Banyak	HCl, H2SO4, NaOH, NaCl
Elektrolit lemah	Redup atau tidak menyala	Sedikit	CH3COOH, NH4OH, HF
Nonelektrolit	Tidak menyala	Tidak ada	Gula, urea, alkohol, glukosa

Perhatikan baris elektrolit lemah: lampu bisa saja tidak menyala, karena arusnya terlalu kecil untuk memanaskan filamen lampu. Namun gelembung tetap muncul walau sedikit. Jadi gelembung lebih peka daripada lampu. Kalau di soal lampu mati tetapi ada gelembung, larutan itu tetap elektrolit (lemah), bukan nonelektrolit.

Lima larutan diuji daya hantarnya dengan hasil berikut. Tentukan mana yang elektrolit kuat, elektrolit lemah, dan nonelektrolit.

Larutan	Nyala lampu	Gelembung
P	Terang	Banyak
Q	Tidak menyala	Tidak ada
R	Tidak menyala	Sedikit
S	Redup	Sedikit
T	Terang	Banyak

Lihat pembahasan

Patokannya: ada gelembung berarti ada ion yang bergerak.

• P dan T: lampu terang, gelembung banyak → elektrolit kuat.
• R dan S: gelembung sedikit, lampu redup atau mati → elektrolit lemah. R jangan dikira nonelektrolit hanya karena lampunya mati.
• Q: tidak ada nyala dan tidak ada gelembung → nonelektrolit.

Elektrolit Kuat, Elektrolit Lemah, dan Nonelektrolit

Elektrolit kuat

Elektrolit kuat adalah zat yang di dalam air terionisasi sempurna (hampir semua partikelnya menjadi ion). Persamaan ionisasinya ditulis dengan panah satu arah (→). Kelompoknya:

• Asam kuat: HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄.
• Basa kuat: hidroksida golongan IA dan sebagian IIA, misalnya NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂.
• Hampir semua garam: NaCl, KNO₃, CuSO₄, MgCl₂, Na₂CO₃, dan lain-lain.

Elektrolit lemah

Elektrolit lemah hanya terionisasi sebagian. Sebagian besar partikelnya tetap berupa molekul, hanya sedikit yang menjadi ion, dan antara molekul dan ion terjadi kesetimbangan. Persamaannya ditulis dengan panah dua arah (⇌). Contohnya:

• Asam lemah: CH₃COOH (asam cuka), HF, HCN, H₂CO₃, H₂S, H₃PO₄.
• Basa lemah: NH₄OH (larutan amonia), Al(OH)₃, Fe(OH)₃.
• Beberapa garam tertentu, misalnya HgCl₂ dan Pb(CH₃COO)₂.

Nonelektrolit

Nonelektrolit tidak terionisasi sama sekali. Zat ini larut sebagai molekul. Contohnya gula (sukrosa, C₁₂H₂₂O₁₁), glukosa (C₆H₁₂O₆), urea (CO(NH₂)₂), etanol (C₂H₅OH), gliserol, dan aseton. Banyak di antaranya senyawa organik yang punya gugus OH, tetapi OH di sini terikat kovalen dan tidak lepas sebagai ion OH⁻. Jadi etanol bukan basa meskipun rumusnya diakhiri OH.

Derajat Ionisasi (α)

Kuat lemahnya elektrolit dinyatakan secara kuantitatif dengan derajat ionisasi (α), yaitu perbandingan jumlah zat yang terionisasi dengan jumlah zat yang dilarutkan mula-mula.

α = mol zat yang terionisasimol zat mula-mula

elektrolit kuat: α = 1     elektrolit lemah: 0 < α < 1     nonelektrolit: α = 0

Kadang α ditulis dalam persen. Misalnya α = 0,05 berarti 5% molekul terionisasi dan 95% tetap sebagai molekul. Nilai α elektrolit lemah juga dipengaruhi konsentrasi: makin encer larutannya, makin besar α-nya. Detail hitungan ini nanti dibahas lagi di bab asam-basa.

Sebanyak 0,2 mol asam lemah HA dilarutkan dalam air. Setelah tercapai kesetimbangan, ternyata 0,01 mol HA terionisasi. Tentukan derajat ionisasi HA dan golongkan elektrolitnya.

Lihat pembahasan

α = 0,01 / 0,2 = 0,05 (atau 5%).

Karena 0 < α < 1, HA adalah elektrolit lemah. Hanya 5 dari setiap 100 molekul HA yang menjadi ion H⁺ dan A⁻.

Sebanyak 0,5 mol NH₄OH dilarutkan dalam air dan memiliki derajat ionisasi 0,02. Hitung mol ion NH₄⁺ dan OH⁻ yang terbentuk, mol NH₄OH yang tersisa, serta jumlah mol semua partikel terlarut.

Lihat pembahasan

Persamaan ionisasi: NH₄OH ⇌ NH₄⁺ + OH⁻.

Mol terionisasi = α × mol mula-mula = 0,02 × 0,5 = 0,01 mol.

	NH4OH	NH4+	OH−
Mula-mula	0,5	0	0
Terionisasi	−0,01	+0,01	+0,01
Setimbang	0,49	0,01	0,01

Jadi NH₄⁺ = 0,01 mol, OH⁻ = 0,01 mol, NH₄OH sisa = 0,49 mol. Total partikel = 0,49 + 0,01 + 0,01 = 0,51 mol.

Menulis Persamaan Ionisasi

Persamaan ionisasi menunjukkan ion-ion apa saja yang terbentuk ketika zat elektrolit larut. Caranya:

1. Pisahkan kation (biasanya logam, H⁺, atau NH₄⁺) dan anion (sisa asam atau OH⁻).
2. Indeks di rumus menjadi koefisien ion. Pada Al₂(SO₄)₃, indeks 2 menjadi 2Al³⁺ dan indeks 3 menjadi 3SO₄²⁻.
3. Ion poliatom (SO₄²⁻, NO₃⁻, CO₃²⁻, PO₄³⁻, NH₄⁺) tetap utuh, tidak dipecah lagi.
4. Cek muatan: jumlah muatan positif harus sama dengan jumlah muatan negatif.
5. Pakai → untuk elektrolit kuat dan ⇌ untuk elektrolit lemah.

Zat	Persamaan ionisasi	Jumlah ion (n)
NaCl	NaCl → Na+ + Cl−	2
H2SO4	H2SO4 → 2H+ + SO42−	3
Ca(OH)2	Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH−	3
Al2(SO4)3	Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42−	5
CH3COOH	CH3COOH ⇌ CH3COO− + H+	2
NH4OH	NH4OH ⇌ NH4+ + OH−	2

Pada CH₃COOH, hanya H dari gugus COOH yang lepas sebagai H⁺. Tiga H di CH₃ terikat kuat pada karbon dan tidak ikut terionisasi.

Tuliskan persamaan ionisasi K₂SO₄, Mg(NO₃)₂, dan HF. Tentukan juga jumlah ion yang dihasilkan tiap satuan rumus.

Lihat pembahasan

K₂SO₄ (garam, elektrolit kuat): K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄²⁻. Jumlah ion = 2 + 1 = 3. Cek muatan: +2 dan −2.

Mg(NO₃)₂ (garam, elektrolit kuat): Mg(NO₃)₂ → Mg²⁺ + 2NO₃⁻. Jumlah ion = 3. NO₃⁻ tetap utuh.

HF (asam lemah, elektrolit lemah): HF ⇌ H⁺ + F⁻. Jumlah ion = 2, tetapi hanya sebagian kecil molekul HF yang terionisasi.

Sebanyak 11,1 gram CaCl₂ dilarutkan dalam air. Berapa mol dan berapa jumlah ion total yang ada dalam larutan? (Ar Ca = 40, Cl = 35,5; L = 6,02 × 10²³)

Lihat pembahasan

Mr CaCl₂ = 40 + 2(35,5) = 111, jadi n = 11,1 / 111 = 0,1 mol.

CaCl₂ garam, elektrolit kuat: CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻. Dari 0,1 mol CaCl₂ terbentuk 0,1 mol Ca²⁺ dan 0,2 mol Cl⁻, total 0,3 mol ion.

Jumlah ion = 0,3 × 6,02 × 10²³ = 1,806 × 10²³ ion. Cara mengubah gram ke mol ada di catatan konsep mol.

Senyawa Ion vs Senyawa Kovalen Polar

Kenapa sebagian zat menjadi ion dan sebagian tidak? Jawabannya ada pada jenis ikatannya. Kalau perlu mengingat lagi beda ikatan ion, kovalen polar, dan kovalen nonpolar, buka catatan ikatan kimia.

Senyawa ion

Senyawa ion seperti NaCl sudah tersusun dari ion Na⁺ dan Cl⁻ sejak awal. Masalahnya, dalam wujud padat ion-ion itu terkunci rapat dalam kisi kristal dan tidak bisa bergerak, sehingga padatan NaCl tidak menghantarkan listrik. Begitu dilelehkan atau dilarutkan dalam air, ion-ionnya lepas dan bebas bergerak, sehingga lelehan dan larutannya menghantarkan listrik. Proses lepasnya ion dari kisi ini disebut disosiasi.

Senyawa kovalen polar

Senyawa kovalen polar seperti HCl tersusun dari molekul, bukan ion. HCl murni (gas atau cair) tidak menghantarkan listrik. Namun ketika dilarutkan dalam air, molekul air yang polar menarik H dari HCl sehingga terbentuk ion: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻, yang biasa disederhanakan menjadi HCl → H⁺ + Cl⁻. Proses terbentuknya ion dari molekul ini disebut ionisasi. Jadi larutan HCl menghantarkan listrik dengan sangat baik.

Tidak semua senyawa kovalen polar menjadi elektrolit. Gula dan etanol juga polar dan mudah larut di air, tetapi tidak terionisasi, sehingga larutannya nonelektrolit. Sementara senyawa kovalen nonpolar (misalnya minyak, CCl₄) umumnya malah tidak larut di air.

Wujud	Senyawa ion (NaCl)	Kovalen polar (HCl)
Padat	Tidak menghantar (ion tidak bebas)	Tidak menghantar
Lelehan / cairan murni	Menghantar	Tidak menghantar (masih molekul)
Larutan dalam air	Menghantar	Menghantar (terionisasi oleh air)

Zat X dan zat Y diuji daya hantarnya. X: padatan tidak menghantar, lelehan menghantar, larutan menghantar. Y: cairan murni tidak menghantar, larutan dalam air menghantar. Tentukan jenis ikatan X dan Y.

Lihat pembahasan

X sudah berupa ion, hanya terkunci saat padat. Begitu meleleh, ionnya bebas bergerak dan menghantar. Ciri ini milik senyawa ion (contohnya NaCl atau KBr).

Y murni tidak menghantar karena masih berupa molekul, tetapi menghantar setelah bereaksi dengan air membentuk ion. Ciri ini milik senyawa kovalen polar (contohnya HCl atau CH₃COOH).

Kunci pembedanya ada di wujud lelehan/cairan murni: senyawa ion menghantar, kovalen polar tidak.

Larutan Elektrolit dalam Kehidupan Sehari-hari

• Cairan tubuh. Darah dan cairan sel mengandung ion Na⁺, K⁺, Ca²⁺, dan Cl⁻. Ion-ion ini berperan dalam kerja saraf dan otot. Saat diare atau berkeringat banyak, tubuh kehilangan elektrolit, makanya dokter menyarankan oralit atau minuman isotonik.
• Aki kendaraan. Aki berisi larutan asam sulfat (H₂SO₄), elektrolit kuat yang memungkinkan reaksi kimia di dalam aki menghasilkan arus.
• Baterai kering berisi pasta elektrolit (misalnya NH₄Cl) supaya ion bisa bergerak di dalamnya.
• Bahaya listrik saat basah. Keringat dan air keran mengandung ion, sehingga kulit basah lebih mudah dialiri listrik. Air banjir yang merendam stopkontak juga menghantarkan listrik. Air laut, yang kaya garam, merupakan elektrolit yang lebih kuat lagi.
• Penyetruman ikan (yang sebenarnya merusak lingkungan dan dilarang) bisa terjadi karena air sungai mengandung ion terlarut.

Lalu bagaimana dengan air murni (akuades)? Air murni hanya terionisasi sangat sedikit (H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻), sehingga daya hantarnya sangat kecil dan dalam uji sederhana tidak terdeteksi. Air keran dan air sumur bisa menghantarkan listrik karena mengandung mineral terlarut.

Kesalahan Umum soal Larutan Elektrolit

1. Menganggap lampu mati berarti nonelektrolit. Lihat gelembungnya. Ada gelembung berarti elektrolit, walau lemah.
2. Mengira semua zat ber-OH adalah basa. Etanol (C₂H₅OH) dan gliserol adalah nonelektrolit, OH-nya tidak lepas sebagai ion.
3. Mengira padatan NaCl menghantarkan listrik karena tersusun dari ion. Ion harus bebas bergerak, dan itu baru terjadi saat meleleh atau larut.
4. Lupa mengalikan indeks saat menghitung jumlah ion. Al₂(SO₄)₃ menghasilkan 5 ion, bukan 2.
5. Memecah ion poliatom, misalnya menulis SO₄²⁻ sebagai S dan O. Ion poliatom tetap utuh dalam persamaan ionisasi.

Latihan Soal Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit

Gunakan Ar Mg = 24, Cl = 35,5 bila diperlukan. Kerjakan dulu sebelum membuka kunci.

1. Golongkan zat berikut menjadi elektrolit kuat, elektrolit lemah, atau nonelektrolit: HNO₃, C₂H₅OH, NH₄OH, KCl, CO(NH₂)₂, HF.
   Kunci jawaban

   Kuat: HNO₃, KCl. Lemah: NH₄OH, HF. Nonelektrolit: C₂H₅OH, CO(NH₂)₂.

2. Tuliskan persamaan ionisasi Na₂CO₃ dan tentukan jumlah ionnya.
   Kunci jawaban

   Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃²⁻; jumlah ion 3.

3. Sebanyak 0,4 mol suatu zat dilarutkan dan 0,1 mol di antaranya terionisasi. Tentukan α dan jenis elektrolitnya.
   Kunci jawaban

   α = 0,1 / 0,4 = 0,25 → elektrolit lemah.

4. Sebanyak 0,2 mol HCN dilarutkan dalam air dengan derajat ionisasi 0,01. Berapa mol ion H⁺ yang terbentuk?
   Kunci jawaban

   HCN ⇌ H⁺ + CN⁻; mol H⁺ = 0,01 × 0,2 = 0,002 mol.

5. Gula mudah larut dalam air, tetapi larutannya tidak menghantarkan listrik. Mengapa?
   Kunci jawaban

   Gula larut sebagai molekul netral dan tidak terionisasi, sehingga tidak ada ion yang membawa arus.

6. Mengapa kristal NaCl tidak menghantarkan listrik, sedangkan lelehannya menghantarkan?
   Kunci jawaban

   Dalam kristal, ion Na⁺ dan Cl⁻ terikat kuat di kisi dan tidak bebas bergerak. Saat meleleh, kisi rusak dan ion-ion bebas bergerak.

7. Sebanyak 9,5 gram MgCl₂ dilarutkan dalam air. Berapa mol ion total dalam larutan?
   Kunci jawaban

   Mr = 24 + 71 = 95 → n = 0,1 mol. MgCl₂ → Mg²⁺ + 2Cl⁻, jadi ion total = 3 × 0,1 = 0,3 mol.

Ringkasan Larutan Elektrolit

Ciri	Elektrolit kuat	Elektrolit lemah	Nonelektrolit
Ionisasi	Sempurna	Sebagian	Tidak terionisasi
Derajat ionisasi	α = 1	0 < α < 1	α = 0
Lampu	Terang	Redup / mati	Mati
Gelembung	Banyak	Sedikit	Tidak ada
Tanda panah	→	⇌	-
Contoh	Asam kuat, basa kuat, garam	Asam lemah, basa lemah	Gula, urea, alkohol

Pertanyaan yang Sering Ditanyakan

Apa beda ionisasi dan disosiasi?

Disosiasi adalah lepasnya ion-ion yang sudah ada dari kisi kristal senyawa ion, misalnya NaCl saat dilarutkan. Ionisasi adalah terbentuknya ion dari molekul kovalen polar karena bereaksi dengan air, misalnya HCl. Dalam soal sekolah, keduanya sering disebut ionisasi saja.

Kenapa lampu tidak menyala pada elektrolit lemah padahal ada ion?

Jumlah ionnya sedikit, sehingga arus yang mengalir kecil sekali. Arus sekecil itu belum cukup untuk memanaskan filamen lampu sampai berpijar. Namun reaksi di elektroda tetap berjalan, sehingga gelembung gas tetap terlihat walau sedikit.

Apakah air murni termasuk elektrolit?

Secara teori air murni adalah elektrolit yang sangat lemah, karena hanya sebagian sangat kecil molekulnya yang terionisasi menjadi H⁺ dan OH⁻. Dalam uji sederhana dengan lampu, air murni tidak menunjukkan daya hantar. Air sehari-hari menghantar karena mengandung garam mineral.

Mengapa HCl termasuk elektrolit padahal ikatannya kovalen?

Karena HCl adalah senyawa kovalen polar. Saat dilarutkan, molekul air menarik atom H sehingga ikatan H–Cl putus menjadi ion H⁺ (tepatnya H₃O⁺) dan Cl⁻. Ionisasinya hampir sempurna, jadi larutan HCl bahkan termasuk elektrolit kuat.

Materi apa yang berhubungan dengan larutan elektrolit?

Sebelumnya, pahami ikatan kimia untuk mengerti asal-usul ion dan molekul polar, serta konsep mol untuk hitungan jumlah ion. Sesudahnya, konsep ion dan derajat ionisasi dipakai lagi di asam-basa, reaksi redoks, dan sifat koligatif larutan. Lihat juga semua catatan Kimia.