Kesetimbangan kelarutan

Kesetimbangan kelarutan adalah sejenis kesetimbangan dinamis yang ada bila senyawa kimia dalam keadaan padat berada dalam kesetimbangan kimia dengan larutannya. Padatan dapat larut tanpa perubahan, disertai disosiasi, atau disertai reaksi kimia dengan konstituen lain, seperti asam atau basa. Setiap jenis kesetimbangan dicirikan oleh konstanta kesetimbangan yang bergantung pada suhu. Kesetimbangan kelarutan penting dalam skenario farmasi, lingkungan dan banyak lainnya.

Efek fase

Kesetimbangan didefinisikan untuk fase kristal tertentu. Oleh karena itu, produk kelarutan diharapkan berbeda tergantung pada fase padatnya. Misalnya, aragonit dan kalsit akan memiliki produk kelarutan yang berbeda meskipun keduanya memiliki identitas kimia yang sama (kalsium karbonat). Dalam kondisi tertentu, satu fase akan lebih stabil secara termodinamika daripada yang lainnya; oleh karena itu, fase ini akan terbentuk saat kesetimbangan termodinamika terbentuk. Namun, faktor kinetik mungkin mendukung pembentukan endapan yang tidak menguntungkan (misalnya aragonit), yang kemudian dikatakan berada dalam keadaan metastabil.

Efek garam

Efek garam mengacu pada fakta bahwa adanya garam yang tidak memiliki ion yang sama dengan zat terlarut, memiliki efek pada kekuatan ion larutan dan karenanya berpengaruh pula pada koefisien aktivitas, sehingga konstanta kesetimbangan, dinyatakan sebagai hasil pengukuran konsentrasi, berubah.

Efek suhu

Kelarutan peka terhadap perubahan suhu. Misalnya, gula lebih mudah larut dalam air panas dibanding air dingin. Hal ini terjadi karena konstanta kelarutan, seperti jenis konstanta kesetimbangan lainnya, adalah fungsi suhu. Sesuai dengan Prinsip Le Chatelier, bila proses pelarutannya bersifat endotermik (menyerap kalor), kelarutan meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Efek ini adalah dasar untuk proses rekristalisasi, yang dapat digunakan untuk memurnikan senyawa kimia. Bila pelarutan bersifat eksotermik (melepas kalor) kelarutan menurun seiring dengan kenaikan suhu. Natrium sulfat menunjukkan kelarutan yang meningkat pada suhu di bawah sekitar 32.4 °C, namun terjadi penurunan kelarutan pada suhu yang lebih tinggi. Hal ini karena fasa padatnya adalah dekahidrat (Na₂SO₄·10H₂O) di bawah suhu transisi, namun hidrat berbeda di atas suhu tersebut.

Penentuan eksperimental

Penentuan kelarutan penuh dengan kesulitan. Kesulitan pertama dan utama adalah menetapkan bahwa sistem berada dalam kesetimbangan pada temperatur yang dipilih. Hal ini karena baik pengendapan maupun pelarutan dapat berjalan teramat lambat. Jika proses berjalan teramat lambat, penguapan pelarut dapat menjadi isu. Kelewatjenuhan mungkin terjadi. Bekerja dengan zat yang sangat tidak larut, konsentrasi dalam larutan sangatlah rendah dan sulit untuk ditentukan. Metode-metode yang digunakan tersebar luas di antara dua kategori, statis dan dinamis.

Metode statis

Dalam metode statis, suatu campuran dibuat dalam keadaan kesetimbangan dan konsentrasi spesies nya dalam fase larutan ditentukan melalui analisis kimia. Hal ini biasanya memerlukan pemisahan fase padat dari larutannya. Untuk melakukan hal ini, kesetimbangan dan pemisahan harus dilakukan dalam ruangan dengan suhu terkendali. Konsentrasi yang sangat rendah dapat diukur jika jejak radioaktif terkumpul dalam fase padat.
Variasi metode statis adalah dengan menambahkan larutan zat dalam pelarut tak berair, misalnya dimetil sulfoksida, ke dalam campuran dapar berair. Pengendapan cepat dapat terjadi menghasilkan campuran keruh. Kelarutan diukur untuk campuran semacam ini dikenal sebagai "kelarutan kinetik". Kekeruhan terjadi akibat partikel endapan sangat halus menghasilkan hamburan Tyndall. Kenyataannya, partikel-partikel tersebut sangat halus sehingga efek ukuran partikel menjadi berperan dan kelarutan kinetik seringkali lebih besar daripada kelarutan kesetimbangan. Seiring berjalannya waktu, kekeruhan akan menghilang karena pertumbuhan ukuran kristal, dan pada gilirannya kesetimbangan tercapai dalam proses yang dikenal sebagai pemeraman endapan (bahasa Inggris: aging of precipitate).

Metode dinamis

Nilai kelarutan asam, basa, dan amfoter organik dalam bidang farmasi dapat diperoleh melalui proses yang disebut "Mengejar kelarutan kesetimbangan" ("Chasing equilibrium solubility"). Dalam prosedur ini, sejumlah zat dilarutkan terlebih dahulu pada pH di mana ia berada dalam bentuk ionnya dan kemudian diendapkan dalam bentuk netral (tak terionisasi) dengan mengubah pH lingkungannya. Selanjutnya, laju perubahan pH akibat pengendapan atau pelarutan dimonitor dan titran asam kuat atau basa kuat ditambahkan untuk mengatur pH untuk menentukan kondisi kesetimbangan jika kedua laju adalah sama. Keuntungan metode ini adalah relatif cepat karena jumlah endapat yang terbentuk sangat kecil. Namun, kinerja metode ini dapat dipengaruhi oleh pembentukan larutan lewat jenuh.