ASAM BASA (PART II)

Sifat Asam dan Basa

Ionisasi dalam Air

Air murni umumnya dianggap sebagai larutan nonelektrolit. Artinya, di dalam air murni tidak terdapat ion-ion yang dapat menghantarkan arus listrik. Tetapi dari hasil pengukuran alat uji elektrolit yang tepat, air menunjukkan sifat elektrolit meskipun sangat lemah. Hal ini berarti sebagian kecil molekul air dapat terion menurut persamaan reaksi berikut.

H₂O (l) ⇌H⁺ (aq) + OH^- (aq)

Reaksi ionisasi air merupakan reaksi kesetimbangan. Berdasarkan hukum kesetimbangan, maka harga tetapan kesetimbangan dari reaksi ionisasi air adalah:

Konsentrasi dari ion-ion yang dihasilkan pada ionisasi air sangat sedikit. Akibatnya konsentrasi H₂O dianggap tidak berubah (tetap) sehingga hasil kali K [H₂O] akan memberikan harga yang tetap dan dilambangkan dengan K_w (tetapan kesetimbangan air).

Berdasarkan hasil pengukuran, harga Kw bervariasi pada suhu yang berbeda. Semakin tinggi suhu pengukuran, harga K_w semakin besar. Pada suhu 25^oC, harga K_w adalah 1x10^-14. Dalam air murni, konsentrasi ion hidrogen dan ion hidoksida sama besar. Dari persamaan tetapan kesetimbangan air dapat dihitung besarnya konsentrasi ion H⁺ dan OH^-, yaitu:

K_w = [H⁺][OH^-]

K_w = [H⁺][H⁺]

K_w = [H⁺]²

1x10^-14 = [H⁺]²

[H⁺] = 1x10^-7 

Jadi, pada suhu 25^oC konsentrasi ion H⁺ dan OH^- dalam air murni masing-masing sebesar 1x10^-7 M.

Asam Kuat dan Basa Kuat

Jika asam kuat dan basa kuat ditambahkan ke dalam air, maka akan terjadi pergeseran kesetimbangan dalam ionisasi air dan mempengaruhi besarnya konsentrasi ion H⁺ dan OH^- dalam larutan tersebut. Penambahan asam kuat pada air akan meningkatkan konsentrasi H⁺. Sebaliknya, penambahan basa kuat pada air akan meningkatkan konsentrasi OH^-.

Asam kuat merupakan asam yang terionisasi seluruhnya di dalam air. Asam kuat yang ditambahkan pada air dapat mengganggu kesetimbangan air. Sebagai contoh, larutan asam klorida (HCl) 0,1 M. dalam larutan HCl tersebut akan terjadi reaksi ionisasi air dan ionisasi HCl.

H₂O (l) ⇌ H⁺ (aq) + OH^- (aq)

                10^-7 M     10^-7 M

HCl (aq) ⇌ H⁺ (aq) + Cl^- (aq)

0,1 M          0,1 M     0,1 M

Reaksi ionisasi larutan HCl juga menghasilkan ion H⁺. Ion H⁺ yang berasal dari HCl akan menyebabkan kesetimbangan air bergeser ke kiri. Akhirnya konsentrasi ion H⁺ dalam air murni menjadi kurang dari 10^-7 M dan jauh lebih kecil dibandingkan konsentrasi H⁺ dari HCl sehingga konsentrasi H⁺ dari air dapat diabaikan. Jadi, dalam larutan asam kuat, konsentrasi H⁺ hanya ditentukan oleh konsentrasi dari asam kuat.

Sama seperti halnya asam kuat, basa kuat merupakan basa yang terionisasi seluruhnya di dalam air. Adanya penambahan basa  dalam air akan mengganggu kesetimbangan air. Misalnya, dalam larutan NaOH 0,01 M terjadi reaksi ionisasi air dan ionisasi basa.

H₂O (l) ⇌ H⁺ (aq) + OH^- (aq)

                10^-7 M     10^-7 M

NaOH (aq) ⇌ Na⁺ (aq) + OH^- (aq)

0,01 M            0,01 M     0,01 M

Adanya ion OH^- yang berasal dari NaOH akan menggeser kesetimbangan air ke kiri. Akibatnya konsentrasi OH^- dalam air murni menjadi kurang dari 10^-7 M dan jauh lebih kecil dibandingkan konsentrasi OH^- dari NaOH sehingga konsentrasi OH^- dari air dapat diabaikan. Jadi, dalam larutan basa kuat konsentrasi OH^- juga hanya ditentukan oleh konsentrasi dari basa kuat.

Jadi, asam atau basa yang dilarutkan dalam air akan mengubah konsentrasi H⁺ atau OH^- dari air (ingat bahwa dalam air murni [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 M, sesuai harga K_w = 10^-14 M). Penambahan asam akan meningkatkan konsentrasi H⁺, sedangkan penambahan basa akan meningkatkan konsentrasi OH^-. Semakin besar konsentrasi H⁺ (atau semakin kecil konsentrasi OH^-), maka larutan tersebut semakin asam. Sebaliknya, semakin kecil konsentrasi H⁺ (atau semakin besar konsentrasi OH^-), maka larutan tersebut semakin basa. Jadi, sifat larutan asam atau basa ditentukan oleh konsentrasi ion hidrogennya. Dalam larutan asam, konsentrasi H⁺ lebih besar dari konsentrasi OH^-. Sebaliknya, larutan basa, konsentrasi OH^- lebih besar dari konsentrasi H⁺.

Contoh Soal 1:

Hitunglah konsentrasi ion H⁺ dan OH^- dalam larutan H₂SO₄ 0,005 M pada suhu 25^oC!

Penyelesaian:

Tuliskan terlebih dahulu persamaan reaksi ionisasinya, yaitu:
H₂SO₄ (aq)   →   2H⁺ (aq)    +    SO₄^2- (aq)
0,005 M            (2 x 0,005 M)

Dari persamaan reaksi tersebut diperoleh [H⁺] = 0,01 M.

Konsentrasi OH^- ditentukan dari persamaan tetapan kesetimbangan air, yaitu:

K_w = [H⁺][OH^-]

1x10^-14 = [0,01][OH^-]

[OH^-] = 1x10^-12 M

Jadi, dalam larutan asam H₂SO₄ 0,005 M terdapat [H⁺] sebesar 0,01 M dan [OH^-] sebesar 10^-12 M.

Contoh Soal 2:

Hitunglah konsentrasi ion H⁺ dan OH^- dalam larutan Ca(OH)₂ 0,02 M pada suhu 25^oC!

Penyelesaian:

Tuliskan terlebih dahulu persamaan reaksi ionisasinya, yaitu:
Ca(OH)₂ (aq) → Ca²⁺ (aq) + 2OH^- (aq)
0,02 M                                 (2 x 0,02 M)

Dari persamaan reaksi tersebut diperoleh konsentrasi ion OH^- adalah 0,04 M.

Konsentrasi ion H⁺ juga ditentukan dari persamaan tetapan kesetimbangan air, yaitu:

K_w = [H⁺][OH^-]

1x10^-14 = [H⁺][0,04]

[H⁺] = 2,5x10^-13 M

Jadi, dalam larutan asam Ca(OH)₂ 0,02 M terdapat [OH^-] sebesar 0,04 M dan [H⁺] sebesar 2,5 x 10^-13 M.

Baca juga :
Asam dan Basa (Part I)
Asam dan Basa (Part III)
             

Asam Lemah dan Basa Lemah

Kebanyakan senyawa asam atau basa merupakan asam lemah atau basa lemah. Berbeda dengan asam kuat yang terionisasi seluruhnya menjadi ion-ionnya, asam lemah hanya terionisasi sebagian di dalam air. Hal itu menunjukkan bahwa dalam ionisasi asam lemah terjadi kesetimbangan antara ion-ion yang dihasilkan dengan molekul asam yang terionisasi. Untuk asam lemah, konsentrasi ion hidrogen dalam larutan ditentukan oleh tetapan ionisasi asam, yang dilambangkan dengan K_a. Jika ditinjau suatu asam lemah monoprotik (berproton satu) dalam air, HA yang hanya menghasilkan satu ion hidrogen pada reaksi ionisasinya. Persamaan kesetimbangannya sebagai berikut.

HA (aq) ⇌ H⁺ (aq) + A^- (aq)

Tetapan ionisasi asam (K_a) dari reaksi ionisasi tersebut adalah:

Berdasarkan persamaan ionisasi asam dapat dilihat bahwa [H⁺] sama dengan [A^-]. Dengan demikian, tetapan ionisasi asam menjadi:

Keterangan:

K_a    = tetapan ionisasi asam

[HA] = konsentrasi asam lemah

Harga K_a menunjukkan kekuatan suatu asam. Semakin besar harga K_a, maka semakin kuat asam tersebut. Sebaliknya, semakin kecil harga K_a, maka semakin lemah asam tersebut. Kekuatan asam juga ditunjukkan oleh derajat ionisasinya, yang dilambangkan dengan α. Derajat ionisasi asam lemah bergantung pada harga K_a dan konsentrasi larutan asam. Untuk mengetahui hubungan antara derajat ionisasi, K_a, dan konsentrasi asam, mari kita tinjau kembali persamaan kesetimbangan HA dengan konsentrasi a M.

                                               HA (aq) ⇌ H⁺ (aq) + A^- (aq)

konsentrasi mula-mula:               a

terionisasi:                                 aα             aα            aα

konsentrasi kesetimbangan:        (a-aα)         aα            aα

Pada kesetimbangan, konsentrasi HA dianggap tetap karena konsentrasi HA yang terionkan sangat sedikit dibandingkan dengan konsentrasi HA yang tidak terionkan, sehingga dari persamaan:

maka, 

Berdasarkan persamaan tersebut, semakin besar konsentrasi HA yang berarti bahwa larutan semakin pekat, maka harga derajat ionisasinya semakin kecil. Sebaliknya, semakin kecil konsentrasi HA yang berarti bahwa larutan semakin encer, maka derajat ionisasinya semakin besar.

Selain asam monoprotik, juga terdapat asam poliprotik (asam yang berproton lebih dari 1). Bagaimanakah proses ionisasi asam poliprotik? Asam poliprotik adalah asam yang menghasilkan lebih dari satu ion hidrogen dalam larutannya. Sebagai contoh adalah asam karbonat (H₂CO₃) dan asam fosfat (H₃PO₄). Asam karbonat dapat menghasilkan dua ion hidrogen, sedangkan asam fosfat dapat menghasilkan tiga ion hidrogen. Jadi, proses ionisasi asam poliprotik berlangsung secara bertahap sehingga terdapat lebih dari satu harga K_a. Kita ambil contoh proses ionisasi pada asam karbonat yang berlangsung dalam dua tahap. Persamaan kesetimbangannya sebagai berikut.

H₂CO₃ (aq)   ⇄   H⁺ (aq)    +    HCO₃^- (aq)

HCO₃^- (aq)   ⇄   H⁺ (aq)    +    CO₃^2- (aq)

Pada proses ionisasi H₂CO₃ terdapat dua harga K_a, yaitu K_a1 sebesar 4,8 x 10^-7 dan K_a2 sebesar 4,8 x 10^-11 .

 

Jika kedua tahap ionisasi H₂CO₃ digabungkan akan didapat proses ionisasi H₂CO₃ secara keseluruhan, yaitu:
H₂CO₃ (aq)   ⇄   2H⁺ (aq)    +   CO₃^2- (aq)

Coba kalian perhatikan harga K_a, K_a1, dan K_a2. Ternyata, hasil kali antara harga K_a1 dan K_a2 merupakan harga K_a.

Pada umumnya, konsentrasi ion-ion yang dihasilkan pada tahap pertama jauh lebih besar daripada konsentrasi ion yang dihasilkan pada tahap kedua. Hal ini tampak pada harga K_a1 yang jauh lebih besar (sekitar 10⁴ kali) dari harga K_a2.

Sama seperti asam lemah, basa lemah juga hanya terionisasi sebagian di dalam air. Dalam larutan basa lemah terjadi kesetimbangan antara ion-ion hasil ionisasi dengan basa yang terionisasi. Jika kita tinjau suatu basa lemah, BOH, maka persamaan kesetimbangannya dapat dituliskan sebagai berikut.

BOH (aq) ⇄ B⁺ (aq) + OH^- (aq)

Pada reaksi kesetimbangan basa lemah, konsentrasi ion-ion ditentukan dari tetapan ionisasi basa (K_b). Dengan OH^- menggunakan perhitungan yang sama seperti pada kesetimbangan asam lemah, maka konsentrasi ion  dalam larutan ditentukan dari persamaan:

Keterangan:

K_b = tetapan ionisasi basa

[BOH] = konsentrasi basa lemah

Demikian juga derajat ionisasinya dapat ditentukan dari persamaan berikut:

Kekuatan basa lemah ditentukan dari harga K_b dan α. Jika harga K_b semakin tinggi berarti semakin kuat basa tersebut.