Teori Asam Basa Menurut Arrhenius | BSE Budi Utami

Peta Konsep Asam Basa

Teori Asam dan Basa Menurut Arrhenius

 
Larutan asam dan basa merupakan contoh dari larutan elektrolit. Pada tahun 1884, Svante Arrhenius (1859-1897) seorang ilmuwan Swedia yang memenangkan hadiah nobel atas karyanya di bidang ionisasi, memperkenalkan pemikiran tentang senyawa yang terpisah atau terurai menjadi bagian ion-ion dalam larutan. Dia menjelaskan bagaimana kekuatan asam dalam larutan aqua (air) tergantung pada konsentrai ion-ion hidrogen di dalamnya.

Menurut Arrhenius, asam adalah zat yang dalam air melepakan ion H+, sedangkan basa adalah zat yang dalam air melepaskan ion OH–. Jadi pembawa sifat asam adalah ion H+, sedangkan pembawa sifat basa adalah ion OH–. Asam Arrhenius dirumuskan sebagai HxZ, yang dalam air mengalami ionisasi sebagai berikut.HxZ ⎯⎯→ x H+ + Zx–

Jumlah ion H+ yang dapat dihasilkan oleh 1 molekul asam disebut valensi asam, sedangkan ion negatif yang terbentuk dari asam setelah melepaskan ion H+ disebut ion sisa asam. Beberapa contoh asam dapat dilihat pada tabel 5.1.

Basa Arrhenius adalah hidroksida logam, M(OH)x, yang dalam air terurai sebagai berikut.
M(OH)x ⎯⎯→ Mx+ + x OH–
 

Jumlah ion OH– yang dapat dilepaskan oleh satu molekul basa disebut valensi basa. Beberapa contoh basa diberikan pada tabel 5.2.
Asam sulfat dan magnesium hidroksida dalam air mengion sebagai berikut.

H2SO4 ⎯⎯→ 2 H+ + SO42–
Mg(OH)2 ⎯⎯→ Mg+ + 2 OH–

Tetapan Kesetimbangan Air (Kw)

 
Air murni hampir tidak menghantarkan arus listrik. Hanya alat pengukuran yang sangat peka yang dapat menunjukkan bahwa air murni memiliki daya hantar listrik yang sangat kecil. Artinya, hanya sebagian kecil molekul-molekul air dapat terionisasi menjadi ion H+ dan ion OH–.

Persamaan ionisasi air dapat ditulis sebagai:
H2O(l) ←⎯⎯⎯⎯→ H+(aq) + OH–(aq)

Harga tetapan air adalah:

Konsentrasi H2O yang terionisasi menjadi H+ dan OH– sangat kecil dibandingkan dengan konsentrasi H2O mula-mula, sehingga konsentrasi H2O dapat dianggap tetap, maka harga K[H2O] juga tetap, yang disebut tetapan kesetimbangan air atau ditulis Kw. Jadi,

Pada suhu 25 °C, Kw yang didapat dari percobaan adalah 1,0 × 10–14. Harga Kw ini tergantung pada suhu, tetapi untuk percobaan yang suhunya tidak terlalu menyimpang jauh dari 25 °C, harga Kw itu dapat dianggap tetap.

Harga Kw pada berbagai suhu dapat dilihat pada tabel 5.3 berikut.
Kw = [H+][OH–] = 10–14

Oleh karena [H+][OH–] = 10–14, maka [H+]= 10–7 dan [OH–] = 10–7. Artinya, dalam 1 liter air murni terkandung ion H+ dan ion OH– masing-masing sebanyak 10–7 mol.

Jika ke dalam air ditambahkan suatu asam, maka [H+] akan bertambah tetapi hasil perkalian [H+][OH–] tetap sama dengan Kw. Hal ini dapat terjadi karena kesetimbangan bergeser ke kiri yang menyebabkan pengurangan [OH–]. Kesetimbangan juga akan bergeser jika ke dalam air ditambahkan suatu basa. Dari pembahasan ini dapat disimpulkan sebagai berikut.

Kekuatan Asam dan Basa

 
Sebagaimana larutan elektrolit yang dibedakan atas elektrolit kuat dan elektrolit lemah, maka larutan asam dan larutan basa yang merupakan larutan elektrolit juga dibedakan atas asam-basa kuat dan asam-basa lemah. Perbedaan kekuatan larutan asam-basa ini dipengaruhi oleh banyak sedikitnya ion-ion pembawa sifat asam dan ion-ion pembawa sifat basa yang dihasilkan saat terionisasi.

A. Kekuatan Asam

 
Kekuatan asam dipengaruhi oleh banyaknya ion – ion H+ yang dihasilkan oleh senyawa asam dalam larutannya. Berdasarkan banyak sedikitnya ion H+ yang dihasilkan, larutan asam dibedakan menjadi dua macam sebagai berikut.

1. Asam Kuat
Asam kuat yaitu senyawa asam yang dalam larutannya terion seluruhnya menjadi ion-ionnya. Reaksi ionisasi asam kuat merupakan reaksi berkesudahan. Secara umum, ionisasi asam kuat dirumuskan sebagai berikut.
HA(aq) ⎯⎯→ H+(aq) + A–(aq)

dengan: x = valensi asam
             M = konsentrasi asam

2. Asam Lemah
Asam lemah yaitu senyawa asam yang dalam larutannya hanya sedikit terionisasi menjadi ion-ionnya. Reaksi ionisasi asam lemah merupakan reaksi kesetimbangan.

Secara umum, ionisasi asam lemah valensi satu dapat dirumuskan sebagai berikut.
HA(aq) ←⎯⎯⎯⎯→ H+(aq) + A–(aq)
[H+ ][A ] = [HA] a K –

Makin kuat asam maka reaksi kesetimbangan asam makin condong ke kanan, akibatnya Ka bertambah besar. Oleh karena itu, harga Ka merupakan ukuran kekuatan asam, makin besar Ka makin kuat asam.

Berdasarkan persamaan di atas, karena pada asam lemah [H+] = [A–], maka persamaan di atas dapat diubah menjadi:
Ka = [H+ ]2 

          HA
[H+]2 = Ka · [HA]

dengan Ka = tetapan ionisasi asam

Konsentrasi ion H+ asam lemah juga dapat dihitung jika derajat ionisasinya (α) diketahui.

B. Kekuatan Basa

 
Kekuatan basa dipengaruhi oleh banyaknya ion – ion OH– yang dihasilkan oleh senyawa basa dalam larutannya. Berdasarkan banyak sedikitnya ion OHyang dihasilkan, larutan basa juga dibedakan menjadi dua macam sebagai berikut.

1. Basa Kuat
Basa kuat yaitu senyawa basa yang dalam larutannya terion seluruhnya menjadi ion-ionnya. Reaksi ionisasi basa kuat merupakan reaksi berkesudahan. Secara umum, ionisasi basa kuat dirumuskan sebagai berikut.
M(OH)x(aq) ⎯⎯→ Mx+(aq) + x OH–(aq)

dengan: x = valensi basa
             M = konsentrasi basa

2. Basa Lemah
Basa lemah yaitu senyawa basa yang dalam larutannya hanya sedikit terionisasi menjadi ion-ionnya. Reaksi ionisasi basa lemah juga merupakan reaksi kesetimbangan.

Secara umum, ionisasi basa lemah valensi satu dapat dirumuskan sebagai berikut.
M(OH)(aq) ←⎯⎯⎯⎯→ M+(aq) + OH–(aq)
Kb = [M+ ][OH ]
          [M(OH)]–

Makin kuat basa maka reaksi kesetimbangan basa makin condong ke kanan, akibatnya Kb bertambah besar. Oleh karena itu, harga Kb merupakan ukuran kekuatan basa, makin besar Kb makin kuat basa.

Berdasarkan persamaan di atas, karena pada basa lemah [M+] = [OH–], maka persamaan di atas dapat diubah menjadi:
Kb =[OH−]2
      [M(OH)]

[OH–]2 = Kb · [M(OH)]

dengan Kb= tetapan ionisasi basa

Konsentrasi ion OH– basa lemah juga dapat dihitung jika derajat ionisasinya (α) diketahui.

Derajat Keasaman (pH)

A. Konsep pH

 
Dari uraian tetapan kesetimbangan air dapat disimpulkan bahwa besarnya [H+] dalam suatu larutan merupakan salah satu ukuran untuk menentukan tingkat keasaman suatu larutan.

Untuk menyatakan tingkat atau derajat keasaman suatu larutan, pada tahun 1910, seorang ahli dari Denmark, Soren Lautiz Sorensen memperkenalkan suatu bilangan yang sederhana. Bilangan ini diperoleh dari hasil logaritma konsentrasi H+. Bilangan ini kita kenal dengan skala pH. Harga pH berkisar antara 1 – 14 dan ditulis:

Analog dengan di atas, maka:

Sedangkan hubungan antara pH dan pOH adalah:
Kw = [H+] [OH–]
– log Kw = –log [H+] + (–log [OH–])

Pada suhu 25 ºC, pKw = pH + pOH = 14.

Dari uraian di atas dapat kita simpulkan bahwa:
a. Larutan bersifat netral jika [H+] = [OH–] atau pH = pOH = 7.
b. Larutan bersifat asam jika [H+] > [OH–] atau pH < 7.
c. Larutan bersifat basa jika [H+] < [OH–] atau pH > 7.

Karena pH dan konsentrasi ion H+ dihubungkan dengan tanda negatif, maka makin besar konsentrasi ion H+ makin kecil pH, dan karena bilangan dasar logaritma adalah 10, maka larutan yang nilai pH-nya berbeda sebesar n mempunyai perbedaan ion H+ sebesar 10n.
 

Perhatikan contoh di bawah ini.
Jika konsentrasi ion H+ = 0,01 M, maka pH = – log 0,01 = 2
Jika konsentrasi ion H+ = 0,001 M (10 kali lebih kecil)
maka pH                        = – log 0,001
                                      = 3 (naik 1 satuan)

Jadi dapat disimpulkan:
• Makin besar konsentrasi ion H+ makin kecil pH
• Larutan dengan pH = 1 adalah 10 kali lebih asam daripada larutan dengan pH = 2.

B. Pengukuran pH

 
Untuk menentukan pH suatu larutan dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain sebagai berikut.

1. Menggunakan Beberapa Indikator
Indikator adalah asam organik lemah atau basa organik lemah yang dapat berubah warna pada rentang harga pH tertentu (James E. Brady, 1990). Harga pH suatu larutan dapat diperkirakan dengan menggunakan trayek pH indikator. Indikator memiliki trayek perubahan warna yang berbeda-beda. Dengan demikian dari uji larutan dengan beberapa indikator akan diperoleh daerah irisan pH larutan. Contoh, suatu larutan dengan brom timol biru (6,0– 7,6) berwarna biru dan dengan fenolftalein (8,3–10,0) tidak berwarna, maka pH larutan itu adalah 7,6–8,3. Hal ini disebabkan jika brom timol biru berwarna biru, berarti pH larutan lebih besar dari 7,6 dan jika dengan fenolftalein tidak berwarna, berarti pH larutan kurang dari 8,3.

2. Menggunakan Indikator Universal
pH suatu larutan juga dapat ditentukan dengan menggunakan indikator universal, yaitu campuran berbagai indikator yang dapat menunjukkan pH suatu larutan dari perubahan warnanya.

Warna indikator universal larutan dapat dilihat pada tabel 5.4.

3. Menggunakan pH–meter
pH–meter adalah alat pengukur pH dengan ketelitian yang sangat tinggi.

C. Menghitung pH Larutan

Setelah kita dapat menghitung konsentrasi ion H+ dan ion OH–, maka kita dapat menghitung harga pH–nya.

Reaksi Penetralan

A. Reaksi Asam dengan Basa Menghasilkan Air dan Garam

Jika larutan asam dan basa dicampur, maka ion H+ dari asam dan ion OH– dari basa akan bergabung membentuk molekul air, sedangkan anion dari asam dan kation dari basa akan berikatan membentuk senyawa garam. Karena hasil reaksi antara asam dengan basa membentuk air yang bersifat netral, maka reaksi tersebut disebut reaksi penetralan. Tetapi karena reaksi tersebut juga menghasilkan garam, maka reaksi tersebut juga sering dikenal dengan sebutan reaksi penggaraman.

Contoh:
1. HCl + NaOH ⎯⎯→ NaCl + H2O
2. H2SO4 + 2 NH4OH ⎯⎯→ (NH4)2SO4 + 2 H2O
3. 2 CH3COOH + Ba(OH)2 ⎯⎯→ (CH3COO)2Ba + 2 H2O

Walaupun reaksi asam-basa disebut reaksi penetralan, tetapi hasil reaksi itu (garam) tidak selalu bersifat netral, melainkan tergantung pada kekuatan asam–basa yang membentuknya. Jika larutan asam dan basa dicampur, maka sifat garam yang terbentuk ada tiga kemungkinan, yaitu:
a. Jika asam kuat + basa kuat ⎯⎯→ garam (netral).
c. Jika asam kuat + basa lemah ⎯⎯→ garam (asam).
d. Jika asam lemah + basa kuat ⎯⎯→ garam (basa).

B. Titrasi Asam–Basa

 
Reaksi penetralan dapat digunakan untuk menetapkan kadar atau konsentrasi suatu larutan asam atau basa. Penetapan kadar suatu larutan ini disebut titrasi asam-basa. Titrasi adalah penambahan larutan baku (larutan yang telah diketahui dengan tepat konsentrasinya) ke dalam larutan lain dengan bantuan indikator sampai tercapai titik ekuivalen. Titrasi dihentikan tepat pada saat indikator menunjukkan perubahan warna. Saat perubahan warna indikator disebut titik akhir titrasi (James E. Brady, 1990).

Perubahan pH pada reaksi asam–basa

 
Suatu asam yang mempunyai pH kurang dari 7 jika ditambah basa yang pH–nya lebih dari 7, maka pH asam akan naik, sebaliknya suatu basa jika ditambah asam, maka pH basa akan turun. Apabila penambahan zat dilakukan tetes demi tetes kemudian dihitung pH–nya akan diperoleh kurva titrasi, yaitu grafik yang menyatakan pH dan jumlah larutan standar yang ditambah.

1. Titrasi Asam Kuat oleh Basa Kuat
Kurva titrasi asam kuat oleh basa kuat ditunjukkan pada gambar 5.6.

Misalnya, 25 mL HCl 0,1 M (asam kuat) dititrasi oleh NaOH 0,1 M (basa kuat), kita dapat menghitung pH larutan pada bermacam-macam titik selama berlangsungnya titrasi. Pada grafik, diperlihatkan ciri penting dari kurva titrasi NaOH – HCl bahwa pH berubah secara lambat sampai dekat titik ekuivalen. Penambahan NaOH menyebabkan harga pH naik sedikit demi sedikit. Namun, pada titik ekuivalen, pH meningkat sangat tajam kirakira 6 unit (dari pH 4 sampai pH 10) hanya dengan penambahan 0,1 mL (± 2 tetes). Setelah titik ekuivalen, pH berubah amat lambat jika ditambah NaOH. Indikator-indikator yang perubahan warnanya berada dalam bagian terjal kurva titrasi ini, yaitu indikator yang mempunyai trayek pH antara 4 sampai 10 cocok digunakan untuk titrasi tersebut. Indikator yang dapat digunakan pada titrasi ini adalah metil merah, brom timol biru, dan fenolftalein. Untuk titrasi asam kuat oleh basa kuat, besarnya pH saat titik ekuivalen adalah 7.

Pada pH ini asam kuat tepat habis bereaksi dengan basa kuat, sehingga larutan yang terbentuk adalah garam air yang bersifat netral.

2. Titrasi Asam Lemah oleh Basa Kuat
Penetralan asam lemah oleh basa kuat agak berbeda dengan penetralan asam kuat oleh basa kuat. Contohnya, 25 mL CH3COOH 0,1 M dititrasi oleh NaOH 0,1 M. Mula-mula sebagian besar asam lemah dalam larutan berbentuk molekul tak mengion CH3COOH, bukan H+ dan CH3COO–. Dengan basa kuat, proton dialihkan langsung dari molekul CH3COOH yang tak mengion ke OH–. Untuk penetralan CH3COOH oleh NaOH, persamaan ion bersihnya sebagai berikut (James E. Brady, 1990).
CH3COOH(aq) + OH–(aq) ⎯⎯→ H2O(l) + CH3COO–(aq)

Kurva titrasi asam lemah oleh basa kuat dapat ditunjukkan pada gambar 5.8.

Sifat penting yang perlu diingat pada titrasi asam lemah oleh basa kuat adalah:
a. pH awal lebih tinggi daripada kurva titrasi asam kuat oleh basa kuat (karena asam lemah hanya mengion sebagian).
b. Terdapat peningkatan pH yang agak tajam pada awal titrasi. Ion asetat yang dihasilkan dalam reaksi penetralan bertindak sebagai ion senama dan menekan pengionan asam asetat.
c. Sebelum titik ekuivalen tercapai, perubahan pH terjadi secara bertahap. Larutan yang digambarkan dalam bagian kurva ini mengandung
CH3COOH dan CH3COO– yang cukup banyak. Larutan ini disebut larutan penyangga.
d. pH pada titik di mana asam lemah setengah dinetralkan ialah pH = pKa. Pada setengah penetralan, [CH3COOH] = [CH3COO–].
e. pH pada titik ekuivalen lebih besar dari 7, yaitu ± 8,9, sebagai akibat hidrolisis oleh CH3COO–.
f. Setelah titik ekuivalen, kurva titrasi asam lemah oleh basa kuat identik dengan kurva asam kuat oleh basa kuat. Pada keadaan ini, pH ditentukan oleh konsentrasi OH– bebas.
g. Bagian terjal dari kurva titrasi pada titik ekuivalen dalam selang pH yang sempit (dari sekitar 7 sampai 10).
h. Pemilihan indikator yang cocok untuk titrasi asam lemah oleh basa kuat lebih terbatas, yaitu indikator yang mempunyai trayek pH antara 7 sampai 10. Indikator yang dipakai adalah fenolftalein.

3. Titrasi Basa Lemah oleh Asam Kuat
Jika 25 mL NH4OH 0,1 M (basa lemah) dititrasi dengan HCl 0,1 M (asam kuat), maka besarnya pH semakin turun sedikit demi sedikit, kemudian mengalami penurunan drastis pada pH antara 4 sampai 7. Titik ekuivalen terjadi pada pH kurang 7. Oleh sebab itu, indikator yang paling cocok adalah indikator metil merah.