Listrik dan Kisi: Mengungkap Sifat Larutan
Syarat Mutlak Arus Listrik
Arus listrik dalam suatu larutan hanya dapat mengalir jika terdapat partikel-partikel bermuatan bebas yang dapat bergerak.
Secara fisika, arus listrik adalah laju aliran muatan listrik. Pada kawat penghantar padat seperti tembaga, muatan yang bergerak membawa arus adalah elektron. Namun, pada media pelarut seperti air murni, tidak ada elektron bebas yang melintas. Agar lintasan tertutup dapat terbentuk, muatan listrik harus dibawa oleh partikel kimia bermuatan di dalam cairan, yaitu ion positif (kation) dan ion negatif (anion) yang bergerak mendekati elektroda dengan kutub berlawanan.
Simulasi di atas memperlihatkan perbedaan mendasar antara larutan berion dan cairan dengan partikel netral:
Tanpa partikel bermuatan bebas: Pada air murni atau larutan berisi partikel netral (daya hantar bernilai $0$), sirkuit tetap terputus. Jarum penunjuk arus tidak bergerak dan bola lampu padam total.
Dengan partikel bermuatan bebas: Saat zat terurai menjadi partikel bermuatan yang leluasa berenang bolak-balik menuju kutub elektroda, rangkaian listrik menjadi tersambung utuh sehingga bola lampu dapat menyala.
Mengapa Opsi A Benar
Zat seperti $\mathrm{NaCl}$ bersifat elektrolit kuat karena di dalam air secara masif mengalami disosiasi melepaskan ion bebas penampang arus listrik.
Mari kita tinjau Larutan $\mathrm{X}$ pada soal. Pada wujud kristal aslinya, garam dapur ($\mathrm{NaCl}$) tersusun atas kation $\mathrm{Na^+}$ dan anion $\mathrm{Cl^-}$ yang terikat dalam kisi padat. Dalam wujud padat ini, partikel-partikel bermuatan tersebut terkunci di posisinya masing-masing dan tidak dapat berpindah tempat, sehingga kristal garam padat tidak dapat menghantarkan arus listrik.
Namun, saat kristal $\mathrm{NaCl}$ dimasukkan ke dalam pelarut air, kutub molekul air menarik ion-ion tersebut lepas dari kisi kristalnya melalui peristiwa disosiasi:
$$\mathrm{NaCl}(s) \xrightarrow{\mathrm{H_2O}} \mathrm{Na^+}(aq) + \mathrm{Cl^-}(aq)$$
Kini, armada kation $\mathrm{Na^+}$ dan anion $\mathrm{Cl^-}$ bebas berenang mengarungi cairan menuju masing-masing elektroda. Aliran kargo bermuatan dalam jumlah besar inilah yang membuat alat uji pada Larutan $\mathrm{X}$ menghasilkan nyala lampu sangat terang dan gelembung gas melimpah. Oleh karena itu, pernyataan pada Opsi A bernilai Benar.
Suatu serbuk senyawa putih padat tidak menyalakan bola lampu pada alat uji elektrolit. Namun setelah dipanaskan hingga meleleh menjadi cairan tanpa pelarut air, lelehan tersebut membuat bola lampu menyala terang. Mengapa senyawa padat tersebut tidak dapat menghantarkan listrik padahal lelehannya bisa?
- Karena lelehan panas menginduksi terbentuknya elektron bebas pada kawat rangkaian.
- Karena partikel-partikel bermuatan penyusunnya terkunci rapat dan tidak bisa bergerak bebas dalam wujud padat.
- Senyawa padat hanya memiliki ikatan kovalen, sedangkan lelehannya memiliki ikatan ionik.
- Tingkat kerapatan serbuk padat menghalangi gerak elektron di antara sela molekul udara.
Jawaban: Karena partikel-partikel bermuatan penyusunnya terkunci rapat dan tidak bisa bergerak bebas dalam wujud padat.
Arus listrik mensyaratkan adanya muatan yang dapat bergerak bebas membawa energi listrik. Dalam wujud padat, ion-ion positif dan negatif terikat kuat dalam kisi kristal sehingga tidak dapat berpindah tempat. Saat dilelehkan atau dilarutkan dalam air, ikatan kisi merenggang sehingga ion-ion tersebut leluasa bergerak menghantarkan arus. Pemanasan tidak mengubah jenis ikatan menjadi ikatan lain ataupun menghasilkan elektron bebas pada kawat.
Hanya keberadaan partikel bermuatan bebas yang memungkinkan zat dapat mengalirkan listrik dalam air.
Senyawa yang Tak Terurai
Senyawa kovalen nonpolar merupakan kumpulan molekul netral utuh yang tidak pecah menjadi ion di dalam air, sehingga bersifat non-elektrolit.
Pada tabel hasil uji untuk Larutan $\mathrm{Y}$, lampu teramati padam dan sama sekali tidak muncul gelembung gas di sekitar elektroda. Karakteristik ini menunjukkan bahwa zat terlarut tidak mampu menyediakan pembawa muatan listrik. Pada senyawa kovalen nonpolar, elektron valensi digunakan bersama secara merata antar-atom tanpa adanya transfer elektron penuh. Ketiadaan kutub muatan membuat senyawanya tidak dapat terurai menjadi partikel bermuatan saat berada di dalam pelarut air.
Di dalam larutan, zat kovalen nonpolar tetap mengapung sebagai unit molekul yang utuh dan netral. Menggunakan analogi perahu kita, partikel-partikel ini hadir di perairan, tetapi tidak membawa muatan listrik apa pun untuk dialirkan ke elektroda. Sirkuit penguji tetap terbuka dan arus listrik tidak dapat mengalir, membuktikan bahwa pernyataan pada Opsi B bernilai Benar.